第31卷第2期低溫與特氣VoL 31. No. 22013年4月Low Temperature and Specialty GasesApr,20135000Nm3/h空分的兩種內(nèi)壓縮流程比較丁傳琪(中國(guó)空分設(shè)備有限公司,浙江杭州310051)搞要:空分內(nèi)壓縮流程因其多變性和靈活性而廣泛應(yīng)用于空分領(lǐng)域。以某5000Nm3/h空分項(xiàng)目為例,循序漸進(jìn)介紹了如何分析產(chǎn)品指標(biāo)和選取合理可行的工藝流程方案,并就兩種內(nèi)壓縮流程組織形式進(jìn)行了投資、能耗及適用性等多方面的比較,論證今后對(duì)于內(nèi)壓縮流程深入研發(fā)的廣闊前景。關(guān)鍵詞:空分;內(nèi)壓縮;能耗;比較中圖分類(lèi)號(hào):TB652文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號(hào):107-7804(2013)02-0018-04doi:10.3969/ J.Issn.1007-7804.2013.02.006Comparison of Two Kinds of Inner Compression ProcessFor 5000 Nm/h Air Separation PlantDING ChuanqiChina National Air Separation Plant Co, Ltd., Hangzhou 310051, China)Abstract: As its variability and Flexibility, inner compression process is widely used in air separation field. Take a 5000Nm/h air separation plant as an example, introduce how to analyze the product index and how to select the reasonable andfeasible process flow. By comparing the two kinds of inner compression process flow with investment, energy consumptionand application, to demonstrate the necessary of in-depth research and the development prospect of inner compressionKey words: air separation; inner compression; energy consumption; comparison0引言衰1產(chǎn)品規(guī)格近年來(lái),內(nèi)壓縮空分流程以其安全性和產(chǎn)品的Table 1 Products specification多樣性越來(lái)越受到冶金及化工企業(yè)的推崇。另一方產(chǎn)品產(chǎn)量純度出界區(qū)壓力面,內(nèi)壓縮流程的組織形式富含變化,在制定技術(shù)氧氣5000Nm3/h≥99.7%O22.5b方案階段往往可根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際需求,包括產(chǎn)品種液氧250kg/h≥97%021.4b類(lèi)、產(chǎn)品產(chǎn)量、壓力等級(jí)等,對(duì)常規(guī)內(nèi)壓縮流程組氮?dú)釯8000Nm3/h≥99.0%N25.0bar織形式做出相應(yīng)的優(yōu)化,來(lái)尋求最符合用戶(hù)產(chǎn)品要求的流程組織,以達(dá)到減少投資、節(jié)能降耗的目氮?dú)猗?000Nm3/h≤1×10-°024.0bar的。本文將通過(guò)一個(gè)實(shí)例,從最初獲取用戶(hù)產(chǎn)品要液氮100kg/h≤1x10022.0bar求開(kāi)始,分析并選取兩種流程組織形式進(jìn)行比較,注:1)Nm3/h為標(biāo)準(zhǔn)立方米,無(wú)特別注明,壓力均指來(lái)共同探討如何選取適合的內(nèi)壓縮流程組織形式。表壓;2)1bar=0.1MPa1要求2分析某5000Nm3/h空分出口項(xiàng)目,用戶(hù)產(chǎn)品要求見(jiàn)表1,氧產(chǎn)品要求采用內(nèi)壓縮。產(chǎn)品要求中,氧氣壓力0.25MPa,靠主冷液收稿日期:2013-01407第2期丁傳琪:5000Nm3/h空分的兩種內(nèi)壓縮流程比較氧自增壓已無(wú)法達(dá)到,需采用液氧泵。兩種氮?dú)猱a(chǎn)空氣中飽和含濕量減少,這對(duì)于分子篩吸附器的吸品中,200Nm3/h氮?dú)猗虍a(chǎn)品可由下塔頂部抽取附工況是有利的。然而,隨著排壓的提高也將使空壓力氮?dú)猥@得;氮?dú)猱a(chǎn)品I可抽取上塔頂部低壓氮壓機(jī)能耗增加,這時(shí)我們可考慮采用膨脹空氣進(jìn)下氣經(jīng)氮壓機(jī)外壓縮得到。下塔氮純度要求高,氮?dú)馑牧鞒探M織形式來(lái)提高裝置整體的提取率,通過(guò)I和液氮產(chǎn)品均取自下塔頂部,要求下塔有較大的降低空壓機(jī)排氣量來(lái)控制能耗指標(biāo)。回流比,會(huì)造成上塔回流液減少,降低上塔回流由此,通過(guò)分析得出兩種相對(duì)合理且可行的內(nèi)比,影響上塔氧產(chǎn)品提取率。液體產(chǎn)品比例小,所壓縮流程組織:第一種,膨脹空氣進(jìn)上塔流程;第需冷量相比常規(guī)內(nèi)壓縮流程少,膨脹量不會(huì)很大。二種,空壓機(jī)一壓到底,膨脹空氣進(jìn)下塔流程。根據(jù)以上分析結(jié)果,認(rèn)為本裝置雖然上塔回流比會(huì)偏小,但總體液體產(chǎn)量少,膨脹量不大,可考3比較慮采用膨脹空氣進(jìn)上塔流程,充分利用上塔精餾潛力。另外,采用膨脹空氣進(jìn)上塔流程,將減少內(nèi)壓縮流程中增壓機(jī)的排氣量,相比常規(guī)增壓機(jī)中抽膨3.1流程比較膨脹空氣進(jìn)上塔流程:出分子篩純化系統(tǒng)的空脹空氣進(jìn)下塔流程能耗會(huì)有明顯降低。換一個(gè)思路分析,本裝置氧氣產(chǎn)品壓力低,只有0.25MPa氣除去用作儀表空氣部分外,其余分三路:第一路空氣直接進(jìn)入主換熱器,被返流出來(lái)的氣體冷卻接與其換熱的高壓空氣壓力估計(jì)也在幾MPa左右,a左石,近露點(diǎn)抽出,直接進(jìn)下塔參與精餾;第二路空氣進(jìn)如果釆用增壓機(jī)增壓,則需1級(jí)或2級(jí)葉輪的增壓入空氣增壓機(jī)組增壓后進(jìn)入主換熱器,被液化后節(jié)機(jī),設(shè)備投資將增加。這時(shí)我們想到能否取消增壓機(jī),而采用空壓機(jī)多加一級(jí)葉輪將原料空氣一壓到流進(jìn)下塔參與精餾;第三路空氣進(jìn)入增壓透平膨脹機(jī)增壓,經(jīng)主換熱器冷卻至一定溫度后去膨脹機(jī)膨底的方式來(lái)簡(jiǎn)化流程。另外,空壓機(jī)排壓的提高使脹,膨脹后進(jìn)上塔參與精餾。GN2PGN2PGODK1ATC1圖1膨脹空氣進(jìn)上塔流程ig 1 Process of expanded air feed to low pressure column空壓機(jī)一壓到底,膨脹空氣進(jìn)下塔流程:出分出來(lái)的氣體冷卻接近露點(diǎn)抽出,經(jīng)節(jié)流進(jìn)下塔參與子篩純化系統(tǒng)的空氣除去用作儀表空氣部分外,其精餾;第二路空氣進(jìn)入空氣膨脹機(jī)增壓端增壓,進(jìn)余分三路:第一路空氣直接進(jìn)入主換熱器,被返流主換熱器被液化后節(jié)流進(jìn)下塔參與精餾;第三路低溫與特氣第31卷空氣經(jīng)主換熱器冷卻至一定溫度后進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹端膨脹,膨脹后進(jìn)下塔參與精餾。GN2NC PGN2C2C1LO2 LN2圖2膨脹空氣進(jìn)下塔流程Fig. 2 Process of expanded air feed to pressure column3.2主要配套機(jī)組比較表4透平膨脹機(jī)組表2主空壓機(jī)(包含儀表氣及各種損失)Table 4 Eion turbineTable 2 Main air compressor(inclthe instrument air and the loss項(xiàng)目膨脹空氣空壓機(jī)一壓到底,進(jìn)上塔膨脹空氣進(jìn)下塔膨漲空氣空壓機(jī)一壓到底項(xiàng)目膨脹端流量14000”進(jìn)上塔膨脹空氣進(jìn)下塔進(jìn)/排氣壓力/MPa(A)0.749/0.1451.010/0.572進(jìn)氣壓力/MPa(A)0.098進(jìn)氣溫度進(jìn)氣溫度/℃排氣量/Nm3h28700增壓端流量8000排氣壓力/MPa(A)1.07軸功率/kW進(jìn)排氣壓力/MPa(A)0.5840.7791.05/1.245冷卻水量/m3h1~182~222油泵軸功率/kW3.63.8表3增壓機(jī)卻水量/m3,hTable 3 Booster air compressor3.3能耗比較項(xiàng)目膨脹空氣空壓機(jī)一壓到底,表5能耗比較進(jìn)上塔膨脹空氣進(jìn)下塔Table 5 Comparison of energy consumption進(jìn)氣壓力/MPa(A)0.584躑脹空氣空壓機(jī)一壓到底項(xiàng)目進(jìn)氣溫度℃進(jìn)上塔膨脹空氣進(jìn)下塔排氣量/Nm3h終端電耗/kW3724排氣壓力/MPa(A)能耗指標(biāo)/kW·Nm-30.2550排氣溫度/℃這里的能耗指軟件計(jì)算所得的裝置終端電機(jī)功軸功率/kW率消耗(包括氮壓機(jī)功耗),能耗指標(biāo)指制取單位冷卻水量/m3h1標(biāo)準(zhǔn)立方米氧、氮產(chǎn)品(包括液體產(chǎn)品,液體產(chǎn)第2期丁傳琪:5000Nm3/h空分的兩種內(nèi)壓縮流程比較品按3倍氣體產(chǎn)品折算)所需能耗,比較結(jié)果如現(xiàn),采用此流程組織的能耗指標(biāo)要高于膨脹空氣進(jìn)表5上塔流程,即使當(dāng)液氮產(chǎn)量提至350kg/h時(shí),其單位產(chǎn)品能耗指標(biāo)約為02456kW/Nm3,依然比4結(jié)論膨脹空氣進(jìn)上塔流程要高出約4%?？傊?無(wú)論采用哪種流程組織形式都必須對(duì)各自流程的優(yōu)缺點(diǎn)做出全面充分的考量,最終還是要通過(guò)詳細(xì)的流程計(jì)算以及各項(xiàng)數(shù)據(jù)的比較,我依據(jù)用戶(hù)的實(shí)際需求和操作習(xí)慣來(lái)選取最適合的流們可以發(fā)現(xiàn),上述兩種流程組織形式都有著各自的程。本文通過(guò)舉以上這個(gè)例子,也正是想表明這一特點(diǎn)。點(diǎn)。目前,內(nèi)壓縮流程在空分工藝中的運(yùn)用已十分膨脹空氣進(jìn)上塔流程:從比較中可以看出,此廣泛,各個(gè)行業(yè)廠(chǎng)家對(duì)此也有著各自不同的理解流程能耗指標(biāo)較膨脹空氣進(jìn)下塔流程低約75%正是由于內(nèi)壓縮流程的靈活性與多變性,才更需要運(yùn)行成本較低,但從設(shè)備投資上來(lái)看,需多增加一我們對(duì)此有更深刻的認(rèn)識(shí),只有通過(guò)多優(yōu)化多比較臺(tái)小增壓機(jī),投資成本略高。另外,從空壓機(jī)排氣才能找到最合適的流程組織。除了常規(guī)的內(nèi)壓縮流量的比較中可以發(fā)現(xiàn),采用膨脹空氣進(jìn)上塔流程程之外,若液體產(chǎn)量所占比例很少,可考慮膨脹空裝置的氧提取率偏低,只有9%左右。還有一點(diǎn)氣進(jìn)上塔流程;若液體產(chǎn)量所占比例很大,可考慮需要指出的是,采用膨脹空氣進(jìn)上塔流程,上塔的空氣循環(huán)或氮?dú)庋h(huán)流程,有時(shí)我們甚至采用雙膨回流比已接近下限,故工況調(diào)節(jié)范圍相對(duì)較窄,液脹機(jī)流程;若下塔抽取較多壓力氮?dú)?、液氮產(chǎn)品或體產(chǎn)品的產(chǎn)量難以加大,上塔精餾效果對(duì)工況的變氮純度要求很高時(shí),往往采用膨脹空氣進(jìn)下塔流程化于十分敏感?！?而這些流程各自又有著諸多的變化,這些都空壓機(jī)一壓到底,膨脹空氣進(jìn)下塔流程:通過(guò)需要我們?cè)诮窈蟮牧鞒涕_(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中進(jìn)一步探討。流程的優(yōu)化,取消了獨(dú)立的增壓機(jī),采用多一級(jí)葉輪的空壓機(jī)來(lái)替代。從流程組織上來(lái)看,工藝流程參考文獻(xiàn)得到進(jìn)一步簡(jiǎn)化,機(jī)組間的配管將十分簡(jiǎn)便。從設(shè)(1]李化治.制氧技術(shù)[M].2版.北京:冶金工業(yè)出版?zhèn)渫顿Y上看,目前國(guó)產(chǎn)空壓機(jī)制造工藝成熟,運(yùn)行社,2009性能穩(wěn)定,價(jià)格上與同時(shí)購(gòu)置空壓機(jī)、增壓機(jī)兩臺(tái)[2]湯學(xué)忠,顧福民.新編制氧工問(wèn)答[G].北京:冶金機(jī)組相比有明顯優(yōu)勢(shì)。另外,采用膨脹空氣進(jìn)下塔工業(yè)出版社,2004流程,空壓機(jī)排氣量較膨脹空氣進(jìn)上塔流程減少約2100Nm/h,裝置氧提取率已達(dá)9%以上,且上作者簡(jiǎn)介:塔回流比能夠得到充分保證,工況變負(fù)荷能力強(qiáng),丁傳琪(1982),男,副主任設(shè)計(jì)師,2005年畢業(yè)于液體產(chǎn)品尤其是液氮產(chǎn)品產(chǎn)量有較大的調(diào)節(jié)空間。浙江大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè),現(xiàn)在中國(guó)空分設(shè)備有經(jīng)流程計(jì)算,在其他產(chǎn)品產(chǎn)量不變的情況下,液氮限公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)部從事空分設(shè)計(jì)工作。產(chǎn)量最大能達(dá)到約350kg/h。但是,通過(guò)比較也發(fā)林德欲在華新建6套空分裴置林德公司計(jì)劃在銀川市為神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)將供應(yīng)400萬(wàn)va的CTL裝置。該CT項(xiàng)目是全和神華物資集團(tuán)新建6套空氣分離裝置。神華寧球最大的此類(lèi)項(xiàng)目之一。林德公司將負(fù)責(zé)包括設(shè)夏煤業(yè)集團(tuán)是中國(guó)最大的煤化工公司神華集團(tuán)的計(jì)、機(jī)械和設(shè)備的供應(yīng)、現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)督服務(wù)、冷卻子公司。這6套空氣分離裝置將向神華寧煤位于箱的交鑰匙以及培訓(xùn)等。這些裝置按計(jì)劃將在寧東能源化工基地的煤制油(CT)工廠(chǎng)供應(yīng)氧2015年建成投用氣,每套的設(shè)計(jì)能力約為10萬(wàn)m3/h,所產(chǎn)氧氣