內壓縮氮膨脹流程空分產(chǎn)品能耗分攤的探討

第32卷第2期低溫與特氣VoL 32. No. 22014年4月Low Temperature and Specialty GasesApr,2014內壓縮氮膨脹流程空分產(chǎn)品能耗分攤的探討陳恩軍,凌晨,吳冰(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司河北唐山曹妃甸工業(yè)區063200)摘要:針對液氧內壓縮氮膨脹空分流程提出一種分設備求得各種產(chǎn)品分攤能耗的方法,比人為規定能耗分攤比例更為精確比建立系統的精餾模型來(lái)計算空分能耗分攤的方法更為簡(jiǎn)單。為多種類(lèi)(氧、氮、氬)多壓力等級(中、低壓)、多狀態(tài)(氣液)產(chǎn)品的內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攤方法。關(guān)鑣詞:空分;內壓縮;氮膨脹;能耗分攤中圖分類(lèi)號:TQ028文獻標志碼:A文章編號: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計算2)。此前,空分產(chǎn)品能耗分攤比例直都是根據經(jīng)驗估算的氧、氮、氬等工業(yè)氣體廣泛應用于化工、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壓縮流程中低壓塔底部產(chǎn)純液氧部分進(jìn)液氧相對較小、運行成本較低,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,根據用戶(hù)用量從液氬儲槽取出,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熱送出。常規的內壓縮氮膨脹流程如圖1所示,由上塔抽出的低壓氮氣加壓后與壓力塔度對空分的熱力學(xué)分析往往是整體描述的。張延平抽出壓力氮氣匯合,經(jīng)多級氮氣壓縮機加壓后,一段博士提出了一種以精餾模型為基礎結合空分流程特點(diǎn),建立各空分流程的計算模型。通過(guò)模擬系統出口部分氮氣作為低壓氮氣產(chǎn)品送出,二段出口部逐塔計算產(chǎn)品能耗,進(jìn)而確定空分產(chǎn)品能耗分攤比分氮氣作為中壓氮氣產(chǎn)品送出,三段出口的高壓氮例?！朵撹F企業(yè)節能設計規范》中規定,空分設備氣經(jīng)高壓換熱器換熱后,一部分節流進(jìn)入下塔,另外分離能耗按照氧氣、氮氣、氬氣能耗分攤比例1:股在換熱器中部抽取,作為膨脹機的原料氮氣參收稿日期:201402-1836低溫與特氣第32卷與膨脹機制冷循環(huán)。雖然氮膨脹內壓縮流程比空氣干凈,對膨脹機磨損相對較小,可降低設備故障率。膨脹內壓縮流程能耗高,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氣膨脹流程設計。以產(chǎn)出不同壓力等級的氮氣產(chǎn)品,且膨脹工質(zhì)較為lOoNDENGATE STEAM⊙DAR to ant圖1常規的內壓縮氮膨脹流程示意圖Fig. 1 The conventional internal compression nitrogen expansion ASU process diagram3能耗計算EQ(3)∑Q機冷凍機液氧泵等?？辗之a(chǎn)品:氧氣液氧、中壓式中,E,為某種產(chǎn)品在單體設備上分攤的電耗:9氮氣、低壓氮氣液氮、氬氣液氬。根據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備能耗綜合等于空單體設備的電耗。分各產(chǎn)品耗能總和。3.由于氮氣膨脹流程,下塔頂部純氮經(jīng)多級氮(1)壓機壓縮,一級二級出口作為低中壓氮氣產(chǎn)品送出,而末級出口的高壓氮氣一部分作為復熱液氧液氬的式中,E為空分的總電耗;E為每個(gè)單體設備電耗:熱源將液氧液氬復熱成氧氣氬氣產(chǎn)品送出。另一E=Eco+E1o+E1cN+EwN+Eu+EA+ELAR(2)部分作為膨脹機的原料氮氣參與膨脹,正常工況下,式中,Ec為氧氣分攤的總電耗;E1o為液氧分攤的總膨脹機的制冷量主要用于生產(chǎn)液體產(chǎn)品所需的冷電耗;EucN為低壓氮氣分攤的總電耗;Ewc為中壓氮量,還有一小部分用于補充裝置的熱交換不完全損氣分攤的總電耗;E1為液氮分攤的總電耗;EA為氬失以及整個(gè)空分裝置的跑冷損失。電機制動(dòng)的膨脹氣分攤的總電耗;EuA為液氬分攤的總電耗。機本身是負耗電設備,膨脹氮氣產(chǎn)生的冷量是由多2.內壓縮氮膨脹流程的空分精餾過(guò)程中,每種級氮壓機加壓氮氣時(shí)消耗的電能轉化來(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)空壓多級氮氣壓縮機的電耗分攤需要按級分攤。三級單機加壓的步驟,因此空壓機的電耗可以由所有產(chǎn)品位耗電量應該分兩部分,用于復熱液氧液氬的高壓分攤。同理其他共用電氣設備如冷凍機、水泵等的氮氣加壓電耗E復,這部分電耗應該由除中低壓氮電耗也可以由所有產(chǎn)品分攤,液體產(chǎn)品折合成標態(tài)氣產(chǎn)品外的其他產(chǎn)品,即復熱氧氣、氬氣產(chǎn)品及液氣體參與計算。每種產(chǎn)品分攤的電耗由產(chǎn)品所占總氧、液氮、液氬產(chǎn)品分攤;用于加壓膨脹機原料氮氣產(chǎn)品產(chǎn)量比例確定。的電耗E應由三種液體產(chǎn)品分攤。一級單位耗電量由所有產(chǎn)品量總和分攤,二級耗電量由除送出第2期陳恩軍,等:內壓縮氮膨脹流程空分產(chǎn)品能耗分攤的探討的低壓氮氣量外的其他產(chǎn)品分攤,三級單位耗電量由除中低壓氮氣產(chǎn)品外的產(chǎn)品分擔E1單位Q+uo+taux+Qc++Qoun+QLAE(4)Qco Qlo gmn+ QIn+agar+qEx(5)E3單位=E復熱+E(6)成本核算及產(chǎn)品價(jià)格的制定提供了相對可靠的計算E1熱單位o+Qo+Qw+Qm+4E3(7)依據表1主要設備電耗膨脹單位E(8)Table 1 The main equipment power consumptionQLo QIn +Ql式中,E1單位,E2單位,E3單位,E3復熱單位,E3原單位分別為單設備名稱(chēng)功率/kW位氣體產(chǎn)品在多級氮氣壓縮機各級分攤的電耗空壓機36500E3復熱,E3分別為多級氮氣壓縮機加壓用于復熱、氮氣循環(huán)壓縮機一級18877膨脹氮氣的電耗;Qo、Qo、QucN、QwN、Qu、QA、氮氣循環(huán)壓縮機二級6478QuAR分別為各種產(chǎn)品的產(chǎn)量。氮氣循環(huán)壓縮機三級4246同樣每種產(chǎn)品分攤的電耗由產(chǎn)品所占總產(chǎn)品流液氧泵工藝氬泵量比例確定,計算方式同公式(3)。根據公式(4)液氬泵(8)與公式(3)結合可以計算得出每種產(chǎn)品在多級水泵氮氣壓縮機各級分攤的電耗。冷凍機4.通過(guò)以上三個(gè)計算步驟,可以求得每種產(chǎn)品總電耗6789在每個(gè)單體設備上分攤的電耗然后再求和得出每種產(chǎn)品在整個(gè)空分裝置中分攤的電耗,計算公式見(jiàn)表2產(chǎn)品產(chǎn)量、分攤電耗及比例關(guān)系公式(9)。確定每種產(chǎn)品的分攤電耗量以后,再求Table 2 Production and energy consumption出各產(chǎn)品之間的比例關(guān)系,最終確定分攤比例。and proportional relationshiE(9)產(chǎn)品分攤電耗分攤比例價(jià)格式中,E為某種產(chǎn)品在整個(gè)空分裝置上分攤的總電5l.1耗;E4為某種產(chǎn)品在某個(gè)空分裝置上分攤的電耗。液氧3304應用舉例低壓氮氣184170.159中壓氮氣0.185以某鋼鐵公司七萬(wàn)五液氧內壓縮氮膨脹制氧機液氮1.80組為例,該機組的主要耗電設備見(jiàn)表1,該機組產(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,氧氮氬參考文獻:的提取率分別為0.9497、0.97470.668應用前[1]張延平,王立高遠.低溫糖餾空分產(chǎn)品能耗分攤的確述的計算方法進(jìn)行產(chǎn)品能耗與分攤計算結果見(jiàn)表定與計算[J].鋼鐵,2003(12):3-4.2,其中液體產(chǎn)品產(chǎn)量折合為標態(tài)氣體產(chǎn)品。[2]周侃孫思.空氣膨脹和氮氣膨脹內壓縮空分流程分析結論[J].設計制造,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)品能耗計算和分攤方法,能夠合理地確定氧備與控制工程專(zhuān)業(yè),現就職于首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公氣氮氣氬氣等產(chǎn)品的能耗分攤比例,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。