第32卷第2期低溫與特氣VoL 32. No. 22014年4月Low Temperature and Specialty GasesApr,2014內(nèi)壓縮氮膨脹流程空分產(chǎn)品能耗分?jǐn)偟奶接戧惗鬈?凌晨,吳冰(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司河北唐山曹妃甸工業(yè)區(qū)063200)摘要:針對(duì)液氧內(nèi)壓縮氮膨脹空分流程提出一種分設(shè)備求得各種產(chǎn)品分?jǐn)偰芎牡姆椒?比人為規(guī)定能耗分?jǐn)偙壤鼮榫_比建立系統(tǒng)的精餾模型來(lái)計(jì)算空分能耗分?jǐn)偟姆椒ǜ鼮楹?jiǎn)單。為多種類(氧、氮、氬)多壓力等級(jí)(中、低壓)、多狀態(tài)(氣液)產(chǎn)品的內(nèi)壓縮氮膨脹流程的空分裝置提出一種值得探討的空分能耗分?jǐn)偡椒āｊP(guān)鑣詞:空分;內(nèi)壓縮;氮膨脹;能耗分?jǐn)傊袌D分類號(hào):TQ028文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1007014)02-0035-03doi:10.3969/jin1007-7804.201402.010Discussiong About The Energy Consumption of The InternalCompression Nitrogen Expansion AsU ProcessCHEN Enjun, LING Chen, WU BingShougang jingtang United Iron Steel Co, Ltd., Tangshan 063200, ChinaAbstract: For internal compression nitrogen expansion ASU process, propose a method of energy consumption according toeach device products. More accurate than human requirements. Much easier than creat rectification model to calculate en-ergy consumption. On the basis of production of many kinds(oxygen, nitrogen, argon )and many pressure level(mediumpressure, low pressure) and many states(gas, liquid). Propose a worth discussiong energy consumption method ofcompression nitrogen expansion ASU processKey words: air separation; intermal compression; nitrogen expansion; energy consumption1背景0.5:0.75計(jì)算2)。此前,空分產(chǎn)品能耗分?jǐn)偙壤倍际歉鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)估算的氧、氮、氬等工業(yè)氣體廣泛應(yīng)用于化工、冶金、電子等行業(yè)。目前空氣分離的方法主要有吸附法、膜2內(nèi)壓縮氮膨脹流程分離法和低溫精餾法。雖然吸附法和膜分離法投資內(nèi)壓縮流程中低壓塔底部產(chǎn)純液氧部分進(jìn)液氧相對(duì)較小、運(yùn)行成本較低,但由于其產(chǎn)能和產(chǎn)品純度的制約低溫精餾法在空分領(lǐng)域仍占主導(dǎo)地位?？蘸笞鳛檠鯕猱a(chǎn)品送出。精氬塔底部的純液送罐,根據(jù)用戶用量從液氬儲(chǔ)槽取出,由液氬泵加壓后經(jīng)術(shù)人員研究的熱門(mén)課題?？辗衷O(shè)備通過(guò)將空氣壓縮、液化、分離獲得氧、氮、氬等氣體產(chǎn)品,從能量角高壓換熱器復(fù)熱送出。常規(guī)的內(nèi)壓縮氮膨脹流程如圖1所示,由上塔抽出的低壓氮?dú)饧訅汉笈c壓力塔度對(duì)空分的熱力學(xué)分析往往是整體描述的。張延平抽出壓力氮?dú)鈪R合,經(jīng)多級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)加壓后,一段博士提出了一種以精餾模型為基礎(chǔ)結(jié)合空分流程特點(diǎn),建立各空分流程的計(jì)算模型。通過(guò)模擬系統(tǒng)出口部分氮?dú)庾鳛榈蛪旱獨(dú)猱a(chǎn)品送出,二段出口部逐塔計(jì)算產(chǎn)品能耗,進(jìn)而確定空分產(chǎn)品能耗分?jǐn)偙确值獨(dú)庾鳛橹袎旱獨(dú)猱a(chǎn)品送出,三段出口的高壓氮例?！朵撹F企業(yè)節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定,空分設(shè)備氣經(jīng)高壓換熱器換熱后,一部分節(jié)流進(jìn)入下塔,另外分離能耗按照氧氣、氮?dú)?、氬氣能耗分?jǐn)偙壤?:股在換熱器中部抽取,作為膨脹機(jī)的原料氮?dú)鈪⑹崭迦掌?201402-1836低溫與特氣第32卷與膨脹機(jī)制冷循環(huán)。雖然氮膨脹內(nèi)壓縮流程比空氣干凈,對(duì)膨脹機(jī)磨損相對(duì)較小,可降低設(shè)備故障率。膨脹內(nèi)壓縮流程能耗高,但由于氮膨脹流程裝置可因此,新建特大型空分很多采取氮?dú)馀蛎浟鞒淘O(shè)計(jì)。以產(chǎn)出不同壓力等級(jí)的氮?dú)猱a(chǎn)品,且膨脹工質(zhì)較為lOoNDENGATE STEAM⊙DAR to ant圖1常規(guī)的內(nèi)壓縮氮膨脹流程示意圖Fig. 1 The conventional internal compression nitrogen expansion ASU process diagram3能耗計(jì)算EQ(3)∑Q機(jī)冷凍機(jī)液氧泵等?？辗之a(chǎn)品:氧氣液氧、中壓式中,E,為某種產(chǎn)品在單體設(shè)備上分?jǐn)偟碾姾?9氮?dú)狻⒌蛪旱獨(dú)庖旱?、氬氣液氬。根?jù)能量守恒可為某種產(chǎn)品的產(chǎn)量;Q為各種產(chǎn)品的產(chǎn)量;E為某種以得出空分總電耗即所有耗電設(shè)備能耗綜合等于空單體設(shè)備的電耗。分各產(chǎn)品耗能總和。3.由于氮?dú)馀蛎浟鞒?下塔頂部純氮經(jīng)多級(jí)氮(1)壓機(jī)壓縮,一級(jí)二級(jí)出口作為低中壓氮?dú)猱a(chǎn)品送出,而末級(jí)出口的高壓氮?dú)庖徊糠肿鳛閺?fù)熱液氧液氬的式中,E為空分的總電耗;E為每個(gè)單體設(shè)備電耗:熱源將液氧液氬復(fù)熱成氧氣氬氣產(chǎn)品送出。另一E=Eco+E1o+E1cN+EwN+Eu+EA+ELAR(2)部分作為膨脹機(jī)的原料氮?dú)鈪⑴c膨脹,正常工況下,式中,Ec為氧氣分?jǐn)偟目傠姾?E1o為液氧分?jǐn)偟目偱蛎洐C(jī)的制冷量主要用于生產(chǎn)液體產(chǎn)品所需的冷電耗;EucN為低壓氮?dú)夥謹(jǐn)偟目傠姾?Ewc為中壓氮量,還有一小部分用于補(bǔ)充裝置的熱交換不完全損氣分?jǐn)偟目傠姾?E1為液氮分?jǐn)偟目傠姾?EA為氬失以及整個(gè)空分裝置的跑冷損失。電機(jī)制動(dòng)的膨脹氣分?jǐn)偟目傠姾?EuA為液氬分?jǐn)偟目傠姾?。機(jī)本身是負(fù)耗電設(shè)備,膨脹氮?dú)猱a(chǎn)生的冷量是由多2.內(nèi)壓縮氮膨脹流程的空分精餾過(guò)程中,每種級(jí)氮壓機(jī)加壓氮?dú)鈺r(shí)消耗的電能轉(zhuǎn)化來(lái)的。因此,產(chǎn)品參與精餾的程度不同。首先所有產(chǎn)品都經(jīng)空壓多級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)的電耗分?jǐn)傂枰醇?jí)分?jǐn)偂Ｈ?jí)單機(jī)加壓的步驟,因此空壓機(jī)的電耗可以由所有產(chǎn)品位耗電量應(yīng)該分兩部分,用于復(fù)熱液氧液氬的高壓分?jǐn)?。同理其他共用電氣設(shè)備如冷凍機(jī)、水泵等的氮?dú)饧訅弘姾腅復(fù),這部分電耗應(yīng)該由除中低壓氮電耗也可以由所有產(chǎn)品分?jǐn)?液體產(chǎn)品折合成標(biāo)態(tài)氣產(chǎn)品外的其他產(chǎn)品,即復(fù)熱氧氣、氬氣產(chǎn)品及液氣體參與計(jì)算。每種產(chǎn)品分?jǐn)偟碾姾挠僧a(chǎn)品所占總氧、液氮、液氬產(chǎn)品分?jǐn)?用于加壓膨脹機(jī)原料氮?dú)猱a(chǎn)品產(chǎn)量比例確定。的電耗E應(yīng)由三種液體產(chǎn)品分?jǐn)偂Ｒ患?jí)單位耗電量由所有產(chǎn)品量總和分?jǐn)?二級(jí)耗電量由除送出第2期陳恩軍,等:內(nèi)壓縮氮膨脹流程空分產(chǎn)品能耗分?jǐn)偟奶接懙牡蛪旱獨(dú)饬客獾钠渌a(chǎn)品分?jǐn)?三級(jí)單位耗電量由除中低壓氮?dú)猱a(chǎn)品外的產(chǎn)品分擔(dān)E1單位Q+uo+taux+Qc++Qoun+QLAE(4)Qco Qlo gmn+ QIn+agar+qEx(5)E3單位=E復(fù)熱+E(6)成本核算及產(chǎn)品價(jià)格的制定提供了相對(duì)可靠的計(jì)算E1熱單位o+Qo+Qw+Qm+4E3(7)依據(jù)表1主要設(shè)備電耗膨脹單位E(8)Table 1 The main equipment power consumptionQLo QIn +Ql式中,E1單位,E2單位,E3單位,E3復(fù)熱單位,E3原單位分別為單設(shè)備名稱功率/kW位氣體產(chǎn)品在多級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)各級(jí)分?jǐn)偟碾姾目諌簷C(jī)36500E3復(fù)熱,E3分別為多級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)加壓用于復(fù)熱、氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)一級(jí)18877膨脹氮?dú)獾碾姾?Qo、Qo、QucN、QwN、Qu、QA、氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)二級(jí)6478QuAR分別為各種產(chǎn)品的產(chǎn)量。氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)三級(jí)4246同樣每種產(chǎn)品分?jǐn)偟碾姾挠僧a(chǎn)品所占總產(chǎn)品流液氧泵工藝氬泵量比例確定,計(jì)算方式同公式(3)。根據(jù)公式(4)液氬泵(8)與公式(3)結(jié)合可以計(jì)算得出每種產(chǎn)品在多級(jí)水泵氮?dú)鈮嚎s機(jī)各級(jí)分?jǐn)偟碾姾摹＠鋬鰴C(jī)4.通過(guò)以上三個(gè)計(jì)算步驟,可以求得每種產(chǎn)品總電耗6789在每個(gè)單體設(shè)備上分?jǐn)偟碾姾娜缓笤偾蠛偷贸雒糠N產(chǎn)品在整個(gè)空分裝置中分?jǐn)偟碾姾?計(jì)算公式見(jiàn)表2產(chǎn)品產(chǎn)量、分?jǐn)傠姾募氨壤P(guān)系公式(9)。確定每種產(chǎn)品的分?jǐn)傠姾牧恳院?再求Table 2 Production and energy consumption出各產(chǎn)品之間的比例關(guān)系,最終確定分?jǐn)偙壤nd proportional relationshiE(9)產(chǎn)品分?jǐn)傠姾姆謹(jǐn)偙壤齼r(jià)格式中,E為某種產(chǎn)品在整個(gè)空分裝置上分?jǐn)偟目傠?l.1耗;E4為某種產(chǎn)品在某個(gè)空分裝置上分?jǐn)偟碾姾?。液?304應(yīng)用舉例低壓氮?dú)?84170.159中壓氮?dú)?.185以某鋼鐵公司七萬(wàn)五液氧內(nèi)壓縮氮膨脹制氧機(jī)液氮1.80組為例,該機(jī)組的主要耗電設(shè)備見(jiàn)表1,該機(jī)組產(chǎn)品氬氣0.296氧純度為99.6%,氮純度為9999%,氬純度為液氬12251.80350999%工空氣量為38000Nm0/h,氧氮?dú)鍏⒖嘉墨I(xiàn):的提取率分別為0.9497、0.97470.668應(yīng)用前[1]張延平,王立高遠(yuǎn).低溫糖餾空分產(chǎn)品能耗分?jǐn)偟拇_述的計(jì)算方法進(jìn)行產(chǎn)品能耗與分?jǐn)傆?jì)算結(jié)果見(jiàn)表定與計(jì)算[J].鋼鐵,2003(12):3-4.2,其中液體產(chǎn)品產(chǎn)量折合為標(biāo)態(tài)氣體產(chǎn)品。[2]周侃孫思.空氣膨脹和氮?dú)馀蛎泝?nèi)壓縮空分流程分析結(jié)論[J].設(shè)計(jì)制造,2011(11):23作者簡(jiǎn)介:提出了一種較為簡(jiǎn)單實(shí)用的內(nèi)壓縮氮膨脹空分陳恩軍(1984),男,2007年畢業(yè)于大連理工大學(xué)過(guò)程裝流程產(chǎn)品能耗計(jì)算和分?jǐn)偡椒?能夠合理地確定氧備與控制工程專業(yè),現(xiàn)就職于首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公氣氮?dú)鈿鍤獾犬a(chǎn)品的能耗分?jǐn)偙壤?為企業(yè)能耗、司能源與環(huán)境部從事空分生產(chǎn)相關(guān)工作。