浅谈空分设备的节能潜力及可行性分析

摘 要：通過详细分析空分设备的高耗能原因及存在的节能潜力，发现空分设备有效能损失主要存在于动力系统、纯化系统、制冷系统及热交换系统。通过节能改造和优化操作，提高对有效能的利用率，从而达到降低空分设备能耗的目的。

关键词：空分设备；节能潜力；优化操作；降低能耗

随着科学技术的不断发展，空分设备也逐步向着大型化、装备化的方向发展，带来的好处是使得设备能耗大幅度降低，生产运行成本大幅下降，实现效益的最大化。但是在实际生产中，由于种种原因，高耗能现象依然存在。例如，空分设备经过长时间运行，单耗明显增加。再比如冶炼生产的不规律性，使得空分装置的产量不能及时回调，造成氧、氮、氩等气体的大量放散，浪费也很严重；因此，有必要通过提升操作技能以及对设备加以改造来提高生产整体的经济性。

1 空分设备能耗大的原因

1.1 空压机能耗

1.1.1空分设备启动时间长

空分设备在启动后需要冷却与积液，所谓冷却就是将设备的内部温度从常温冷却到-183℃，而这一过程通常需要12～18小时。积液就是使主冷液氧积累到一定高度，从而保证液体产品的产量。由于冷却与积液的时间较长，从而加大了空压机的电耗。

1.1.2空压机级间冷却器冷却效果变差

空压机级间冷却器的冷却效果直接决定了空压机排气量的大小。因此冷却器如因结垢、堵塞等原因造成冷却效果变差，空压机能耗也会增加。

1.2 其他能耗

1.2.1分子筛电加热炉能耗

若空气进入分子筛后温度偏高会造成分子筛吸附器吸附的不彻底，吸附能力严重下降，因此需要通过提高分子筛再生温度来解决，而这种方法增加了电加热炉的用电耗能（电加热炉的用电量一般占空分设备用电量的5%）。大大增加了运行成本。

1.2.2预冷系统空气出空冷塔温度过高

空压机排气温度、循环供水温度提高以及冷冻水在低温下药物结晶等情况容易造成空冷塔、水冷塔换热效果差，空气出空冷塔的温度高，分子筛的吸附负荷增加，也会导致更高的再生能耗，同时空气进主换热器温度的升高，使得换热器的负荷增加，设备成本相应增加；反之，降低空气出空冷塔温度，则需要预冷系统提供更多的冷量，在进水冷塔的氮气或污氮气总量已经确定的前提下，额外的制冷量必须由冷冻机提供，降低温度就会增加对冷冻机的能耗要求。因此，一个合理的空冷塔出口空气温度成为平衡投资和能耗的关键点。一般说来，这个温度在10～14℃之间。

2 空分设备节能优化改造效果分析

紫光气体公司十分注重节能技术改造，自单位成立以来一直坚持管理创新、制度创新、科技创新，推进系统优化，严抓浪费耗能，针对空分设备这个耗能大户，立足现有设备，通过节能技术改造，采取降耗措施，积极优化生产工艺、流程，从而实现降本增效。

2.1 改造空压机末级管道降低排气压力与逆止阀后压力压差

15000m3/h空分设备于2005年5月投产，配套运行的3MSGEP-16/15型空压机一直运行至2013年，开始由于空压机末级排气压力与逆止阀后压力压差大，造成压缩机能耗偏大，进气量不足，导致氧、氮产量不足。同年，改造空压机末级管道由原有的?500mm直径管道替换为?600mm的直径管道。改造后，空压机逆止阀前后压差明显降低。但仍未达到最理想的水平。次年，又对该逆止阀进行改造调试，最终将压差控制在6kpa左右，在保证下塔压力不变的状态下，空压机排气压力下降至0.465MPa

2.2 通过降低上塔压力PIA2，减小空压机排气压力，实现节能降耗目标

空分生产过程中，发现上下塔压力均很高，例如上塔压力PIA2为0.042MPa，上塔氮气出主换热器压力PIC105为0.023MPa，下塔压力PI1为0.460MPa，在这种工况下，设备运行不是很稳定，波动性较大，并且下塔压力高，造成空压机排气压力高，能耗很高，后来通过分析研究发现上塔氮气出主换热器压力PIC105只要满足氮气进氮压机的入口压力以及满足分子筛再生时的再生气气量这两个条件即可。随即逐步将PIC105压力降至0.017MPa，上塔压力PIA2降至0.035MPa，下塔压力PI1降为0.440MPa，调整操作后，空分设备运行稳定，工况波动小，气体产品持续稳定，空压机排气压力相应降低，实现了节能降耗的目的。

3 优化方案分析

对自洁式过滤器反吹气源管进行改造，降低空压机吸气阻力方案。自洁式过滤器滤筒在运行半年后，空压机就出现吸入阻力较大的问题，而就地反吹气压力在0.4MPa，反吹时，滤筒数量有16个，同时进气管径很细，现在虽然进行反吹，但空压机吸入阻力让处于缓慢上升水平。而这一现象是由反吹管管径小，反吹气量明显不足造成的，建议通过扩大反吹管管径以增加反吹气量，以便降低空压机因吸入阻力高而增加的用电单耗。

4 结语

空分设备流程的多样性以及制氧工艺的特殊性，决定了空分设备的节能存在无限可能。如果我们每一个企业都能相应国家倡导的节能减排、淘汰落后产能的号召，通过技术革新对现有设备进行不断优化与改造，挖掘生产工艺过程中的极限潜力，最大限度地降低设备运行中的能源消耗，必将会伟企业带来巨大的经济效益。

参考文献：

[1] 李化治，等.制氧技术[M].北京：冶金工业出版社，2007：169-183.

[2] 汤学忠，顾福民.新编制氧工问答[M].北京：冶金工业出版社，2007：281-290.

[3] 深冷技术[M].杭州：杭州出版社，2014：281-63.

作者简介：

方伟（1985-），男，汉族，河北宣化人，助理工程师，本科，研究方向：机械产品的创新设计。