题目：空分装置预冷系统优化节能设计

题目：空分装置预冷系统优化节能设计

作者：王大鹏

单位：抚顺石化公司洗化厂空分车间 

摘要：预冷系统是空分设备的重要组成部分，它串联在空气压缩系统和分子筛吸附系统之间，以降低进入分子筛吸附器的空气的温度和含水量。主要由空气冷却塔、氨冷却器、水泵、过滤器、管道阀门和仪表电控部分组成。预冷系统的合理使用有利于空分设备的长周期安全运行。预冷后的空气在空冷塔中经常会被温水和冷冻水两次冷却，对空冷塔的冷却水流量有一定要求，浪费太多能量，还会造成空冷塔液位过高，造成分子筛带水事故。水流量太小，冷却效果不好，达不到工艺要求。目前，流量调节是根据工况，通过调节入口或出口挡板和阀门的开度来调节供水量。输入功率大，在挡板和阀门的截流过程中消耗了大量的能量。因此，采用变速调节的方法，不仅可以改变泵的特性，而且可以在较大范围内改变排量和压头，保持高效率，节约大量能源。除了节能效果明显外，还从根本上解决了启动冲击问题，对提高电网电压、延长设备使用寿命大有裨益。

关键词：空分装置；预冷系统；节能设计；

引言

化工行业安全发展规划的确定为化工园区产业定位提供了明确方向，化工集中区域发展也是发展趋势。某化工企业积极响应国家号召，将新项目建设在新石化产业聚集区，并最大限度地与原厂区资源互相进行补充，以便提升产值以及综合竞争力。新项目建设中空分装置是不可或缺的重要生产设备，其工艺及选型的工作要慎重对待。

1电能损耗与冷却水关系分析

根据冷水机组特性，在不同负荷下运行的节能情况来看，负荷率越低，制冷量越少，耗电量必然也就越小。根据数据分析负荷在100%～40%之间，随着负荷的下降，每产生1kW冷量的耗电比满负荷时少，而负荷在100%～40%时，随着负荷的下降每产生1kW冷量的耗电均比满负荷大。因此，为了“节能”必须将冷水机组控制在100%～40%之间运行;另外若使用离心机的话，它采用进气口导向器叶片开度的变化来调节制冷量的大小，制冷量过小也会产生喘振现象。在定频运行情况下，冷却水泵开启就会满负荷运行，考虑系统的节能特点，若采用了变流量系统，这种运行方式的冷却水流量、冷水机组容量都可以和各种负荷情况有效配合，能起到节能的目的。

2空分装置工艺分析

2.1膜分离工艺

膜分离技术所利用的原理是气体在膜中溶解及系数存在差异，渗透的速度不同，通过膜时，有快有慢，最后气体出现分离现象。在这种工艺中，影响空气分离效果的是分离膜本身，其质量的好坏决定着最终产品的质量。当有气体通过分离膜时，受到膜的作用，气体会被分离。在膜两侧，分离快的气体与分离慢的气体可自然分离。自然分离的效率较低，在实际应用中，多会增加催化剂工序，提高分离速度，并且净化预处理系统也要经过才可。与气体空分工艺相比，膜分离工艺的优势在于灵活性强。针对不同的应用场景，会使用不同的纤维材质膜，获得不同纯度、不同类的气体产品。实践证明，在膜分离工艺使用过程中，压力与产出率成正比。

2.2低温精馏工艺

低温精馏工艺是在低温深冷空气分离工艺的基础上发展起来的，是对其的进一步改进与完善。低温精馏工艺利用的是空气中氮氧分子自身物理特性不同而实现分离。氮分子、氧分子沸点不同，在高压低温的条件下，首先将空气进行液化处理，之后进行精馏工序，传热对液体空气进行分离，使得氧分子、氮分子最终实现分离。与膜分离工艺相比，低温精馏工艺的优势更为明显，其最终产成品的纯度也更高，但是工艺流程相对较为复杂，而且该工艺所使用的装置启动时间较长，使用并不便捷，成本较高，这些都制约了低温精馏工艺进一步的发展应用。

3空分装置预冷系统节能设计

3.1优化方案

根据一年中温度变化较大，制冷机组冷却负荷变化较大，冷却水系统大部分时间运行在高流量小温差状态下，冷却水系统与变频器结合形成环形系统这既提高了水泵电机的输出效率，又满足了制冷主机对冷却水流量的要求，同时降低了水泵电机轴功率和能耗。变频技术在预冷却系统中的应用改变了以前冷却系统的低效率和低功耗状态，从而节省了大量能源，特别是电力消耗。如果液压泵和变频器形成环形系统，则频率会随着空调负荷的变化而变化，泵马达的输出效率会降低，从而降低能耗。水泵的流量与转速成正比，转速与频率成正比，发动机的输出功率与流量的立方成正比，也就是说，当流量稍微降低时，所需的发动机输出功率会大大降低，从而实现节约目标因此，在预热系统中应用变频调速不仅可以提高工作效率，还可以减少设备故障，同时降低系统的安全风险，同时节约能源和能耗。

3.2操作方式

小型的空分装置对于吸附法、膜分离法、低温法的工艺都能满足。对于非低温精馏工艺的设备来讲，其启动所需时间不长，负荷调整范围宽，操作起来更为简单、灵活，如果想快速产出产品，那么这种设备非常适合。可是它不具备连续生产的条件。如果使用小型的空分装置，无论是使用哪种工艺，都无法达到连续性较高的产出条件。所以，遇到连续性强的工作要求时，设备启动时间长、操作难度较大的低温精馏工艺更加合适。对于大型的空分装置产品的工艺要求来说，选择全低压空分工艺更适宜，因为它技术成熟，运行起来更为稳定，可靠性更高。产品质量也优于其他工艺，其产品为双高产品，即高质量、高产出。其在质量、数量上都远超小型的空分装置。在化工行业、石油行业中，全低压空分工艺技术应用得尤其广泛。

3.3冷冻水流量

①首先通过在线化学清洗对冷冻水及水冷塔进行清洗。另结合目前空分水源实际情况，建议将水冷塔补水改用一次水加循环水(一次水占比60%、循环水占比40%)，这样既减少了水源中药剂及钙镁离子的浓度，同时又防止了藻类的滋生，从源头上直接改善水源的水质问题。②水冷塔水源增添除盐水或机组冷凝液(每小时用量3～5m3)，从源头上彻底解决水质问题。③满足空压机安全运行情况下减少冷冻水用量，水冷塔补水阀开度控制在40%以内，在减少补水中钙镁离子及药剂含量的同时，还可延缓水冷塔填料结垢速度。④减少去水冷塔的氮气量，减少水的蒸发浓缩，定期对水冷塔底部水排污，每次降低液位500mm，加大水冷塔内水的置换，减缓水冷塔底部水中钙镁离子的浓缩。⑤降低氨冷器负荷，将氨冷器出口水温由2℃提至5℃，延缓钙镁离子及药剂低温结晶情况;同时做好空冷塔出口气体温度和分子筛后二氧化碳含量监控，保证分子筛纯化器安全运行。⑥定期对水冷塔循环水、一次水进水、水冷塔底部水、氨冷器出口水做水质分析，观察水质情况。

结束语

本文结合了真空装置冷却系统的能耗，提出了一种解决方案。该程序提高了系统控制的可靠性和稳定性。采用此解决方案设计的系统具有高度集成、高度适应性、简单的电路、较小的外形规格和低成本，使它们能够在高能效环境中可靠、可靠地长期工作。电力消耗是氧制备成本的主要经济指标之一，变频技术在空气冷却系统中的应用具有巨大的节能潜力。

参考文献

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