空分液化系統能耗的熱力學(xué)分析

cM冶金/礦山通用機械GM in Metallurgical& Mine Industry空分液化系統能耗的熱力學(xué)分析中空能源設備有限公司(浙江杭州310051)崔新亭趙小瑩【摘要】以壓力、溫度和液體流量這些可校核」統內部的高低溫膨脹機、換熱器等設備的作用,部分高的一次性測量參數為依據,通過(guò)對膨脹機加及液體節流「壓氮氣轉化為液氮產(chǎn)品和低壓氮氣送回用戶(hù),其余部進(jìn)行熱力學(xué)計算,確定了空分液化單元消耗的實(shí)際循分經(jīng)液化單元內的膨脹機組、換熱器的作用轉化為返流環(huán)氪氣流量,從而對液化系統的能耗進(jìn)行了量化分析。氮氣物料q,繼續與物料a匯合,回到NC進(jìn)口物料b,再分析的結果為設備的成功改造提供了可靠的依據,并達次進(jìn)行壓縮。整個(gè)液化系統,只有物料b經(jīng)過(guò)NC壓縮時(shí)到了預期效果。有能耗發(fā)生,因此確認物料b的實(shí)際流量非常重要?！娟P(guān)鍵詞】液化單元循環(huán)氦氣壓縮機膨脹機組節流熱力學(xué)計算焓能耗原料氣去用一、前言在對空分液化系統進(jìn)行能耗考核時(shí),液體產(chǎn)量可通過(guò)液體貯槽進(jìn)行精確測量,能耗可由電能表直接計<量。當對整個(gè)系統的能耗進(jìn)行分析時(shí),經(jīng)過(guò)循環(huán)氮氣壓卻水縮機的氮氣流量就至關(guān)重要,當流量偏大時(shí),能耗的增加是由液化單元引起的,反之,能耗的增加是由壓縮機去用戶(hù)的效率引起的.但是,現場(chǎng)的氣體流量很難進(jìn)行精確測③卻量,這就需要對氣體的流量進(jìn)行分析和確認。冷卻水以國產(chǎn)的一套出口空分的液化系統為例,該系統液化系統物料平衡圖經(jīng)過(guò)試車(chē),液氮產(chǎn)量為3550m3/h,達到了合同的要1、3.水冷卻器2.低溫膨脹機增壓端B24.高溫膨脹機增壓端B15NC循環(huán)氮氣壓縮機6.Ⅵ節流閥7LT液氮計量槽求,但是產(chǎn)品的單位能耗超出合同要求20%以上,無(wú)法8.低溫膨脹機膨脹端Er29.低溫膨脹機膨脹端Er驗收。通過(guò)筆者的方法進(jìn)行分析計算,順利得到了解2.參數評定決,使得出口產(chǎn)品得以順利驗收。上圖中各物料的運行參數見(jiàn)下表,這些參數均為現場(chǎng)各測點(diǎn)的測量值,并不是實(shí)際值,需要對它們進(jìn)行、空分液化系統能耗評定和篩選。表中的壓力和溫度均由變送器直接測得,1.流程介紹屬于直接測量數據,而且可以通過(guò)就地儀表進(jìn)行驗證,空分液化系統流程簡(jiǎn)圖即物料平衡圖如下圖所液體流量則由用戶(hù)的液體貯槽直接精確測量,表中數據示,即原料氮氣物料a與返流氮氣物料q匯合至物料,屬于直接測量數據,可靠性很高。顯然,表中壓力經(jīng)過(guò)NC的壓縮后,送往后面的液化系統。經(jīng)過(guò)液化系溫度以及物料的液氮產(chǎn)品流量均可作為實(shí)際參數加以72cM用肌藏www.etyx.com2013年第4期冶金/礦山通用機械GMGM in Metallurgical Mine Industry物料運行參數表物料參數g5520.630.5338.338.15溫度/k3127312.7338.534063206流量/(mh)48562291225243物料參數壓力arA50.211.5529475.764993835.52145溫度/K104飽和飽和27781987176.7104.53l1.1流量/(mh)355023736注:1bar=107Pa采用。2.低溫膨脹機組增壓端流量的計算而氣體流量則是孔板通過(guò)壓差信號進(jìn)行轉換后所以圖中低溫膨脹機組B2/ET2作為分析對象,膨脹得,屬于間接測量數據,而且其測量的壓差信號極易受端ET2輸出的功率分為兩部分,一部分被膨脹機組的軸安裝位置和安裝質(zhì)量等因素的千擾,因此誤差較大。承消耗掉,剩余部分則作為增壓端B2的動(dòng)力,驅動(dòng)B2由圖可知,物料和g的流量值應該相等,但在表中兩者對介質(zhì)進(jìn)行壓縮。的測量值相差約20%,顯然不適合作為實(shí)際參數加以采則膨脹機組有如下功率平衡方程:用利用熱力學(xué)計算的方法,對以上運行參數進(jìn)行回Wn為膨脹機組軸承功率。將式(5)轉化為熱力歸處理,從而確定物料b的實(shí)際流量。對單組分物料來(lái)學(xué)方程如下:說(shuō),只要知道壓力和溫度,其余熱力學(xué)參數即可計算FJ。-F=Fh-F+Wm得出。由液化系統物料平衡圖示看出,F=F,F2=F=F為了計算方便,先定義如下變量:F=F-F,可以計算物料g的流量:物料x(chóng)的壓力,單位為barA;F=I(h。-h)+Wa(-b)-(h一-h2)](6)T物料x(chóng)的溫度,單位為K表中,物料g、h、o、P的壓力和溫度均已知,故F—物料x(chóng)的流量,單位為m/sha、ha、h。、h可通過(guò)計算獲得。根據廠(chǎng)家提供的數物料x(chóng)的比焓,單位為kJ/m3據,Wna:=22-26kW,因膨脹機處于滿(mǎn)負荷狀態(tài),取y物料的液相摩爾比例;Wna=26kW。結合式(4)和式(6),可以計算物料gW—設備x的軸功率,單位為kW。的流量:F2=23900m/h三、物料流量的計算3高溫膨脹機組膨脹端流量的計算1.液氮流量的計算按照B2T2的分析方法,可以得出Bl/ETI的功率圖中,物料通過(guò)v1節流后經(jīng)過(guò)LT的分離,獲得低平衡的熱力學(xué)方程壓液氮產(chǎn)品l和低壓氮氣k,整個(gè)過(guò)程屬于等焓節流過(guò)F=[F(h-he)+We l(hmh)(7)程,列出其質(zhì)能方程如下:表中,物料e、f、m、n壓力和溫度已知,故heFi=Fk+Fi(1)h、hh可通過(guò)計算獲得,由圖可知,F=F1同乃內=Fh+F內B2/ET2,取Wn:=26kW,可計算物料m的流量:Fm由式(1)和式(2)可得9100m3/hF=F1(h-h)/(h一h)根據圖,F=F3,F4=Fm,Fb=F=F+F,可得表中,物料、k、1的壓力和溫度均已知,故、出物料b的流量計算值:F=3300h1、h可通過(guò)計算獲得,又有F1=3550m/h,由式(3)在表中,物料b的流量測量值可由物料d和e的流量可計算高壓液氮的流量。計算后的流量為:測量值相加得出:Fb=30914m/h。Fb為物料b流F=4810m3/h(4)(下轉第96頁(yè))cM用2013年第4期www.etyjx.com73cM通用機械制造GM Manufacture負荷的額定電流)。四、結語(yǔ)速斷整定值:斷=(3-5)l電渡。最終高壓固態(tài)軟起動(dòng)系統成功調試,離心式空壓過(guò)壓整定值:Ua2=1.15U。(U為系統的額定電機的起動(dòng)電流很好地控制在118A以?xún)?小于3倍額定電速斷整定時(shí)間應設置為0。流,起動(dòng)全過(guò)程30s,電動(dòng)機在旁路切換瞬間,無(wú)明顯異響,切換過(guò)程平滑順暢,完全達到了預期的起動(dòng)效過(guò)流整定時(shí)間般設置為03,但必須比上一級整果由于離心式空壓機自身結構的特殊特性,設備的起定的時(shí)間低一個(gè)級別。過(guò)電壓時(shí)間的整定一般設置為ls動(dòng)過(guò)程不僅僅是電動(dòng)機從零向全速的加速過(guò)程,更是高壓固態(tài)軟起動(dòng)系統與離心式空壓機兩套系統相互配合的以上整定值的設定要與高壓軟起動(dòng)系統的起動(dòng)電過(guò)程。因此必須深入研究離心式空壓機的特點(diǎn),才能在流、限流倍數參數相互匹配,否則電動(dòng)機會(huì )報警起動(dòng)失不影響離心式空壓機性能的前提下,充分發(fā)揮高壓固態(tài)敗軟起動(dòng)系統的特性。英格索蘭憑借其專(zhuān)業(yè)的空壓機知識3高壓軟起動(dòng)系統控制程序步長(cháng)問(wèn)題和豐富的改造經(jīng)驗,為用戶(hù)量身定做了這套最合身的高高壓軟起動(dòng)系統的工作原理決定了當電動(dòng)機達到壓電動(dòng)機起動(dòng)方案。隨著(zhù)高壓固態(tài)軟起動(dòng)系統的技術(shù)日正常轉速后,高壓軟起動(dòng)系統就要退出運行,并且將旁趨成熟,在不久的將來(lái)必將會(huì )成為其他電動(dòng)機起動(dòng)方式路接觸器接通。由于在切換瞬間,電動(dòng)機已達全速運的完美替代者,GM行,電動(dòng)機電流會(huì )迅速下降。如果高壓軟起動(dòng)系統的程(收稿日期:2013/02/18)序調節步長(cháng)不夠快,系統就有可能跟不上電流下降速度,電動(dòng)機會(huì )因此產(chǎn)生較大的反向電動(dòng)勢,導致電動(dòng)機在旁路切換瞬間出現異常聲音。因此高壓軟起動(dòng)的控制程序的步長(cháng)調節要精準,目的是盡可能減少控制系統對(上接第73頁(yè))電流變化的響應時(shí)間,使得電動(dòng)機在切換瞬間更加平滑量的測量值,對比物料的流量計算值和測量值如順暢。電動(dòng)機在起動(dòng)起始期、起動(dòng)結束期的電流曲線(xiàn)如下:(F-F′)/F′=68%。即循環(huán)氮氣壓縮圖所示,可知現場(chǎng)電動(dòng)機的旁路接觸器切換過(guò)程是平機的流量實(shí)際值比測量值多68%滑順暢的。四、結語(yǔ)經(jīng)過(guò)校核后,循環(huán)氮氣的流量還需增加68%,這意味著(zhù)考核時(shí),液化單元引起的能耗需要額外增加68%。如果要達到合同要求,不僅考慮對循環(huán)氮氣壓縮機的整改,還要重視對空分液化單元部分的改善50,事實(shí)上,空分液化單元部分經(jīng)過(guò)局部整改(a)起動(dòng)起始期后,液氮產(chǎn)量即增加約10%。在檢修循環(huán)氮壓機時(shí),也發(fā)現蝸殼、轉子和軸承磨損極為嚴重,這同樣會(huì )引起能耗大幅度增加。顯然,分析的結果與事實(shí)比較吻合,這種借助于熱力學(xué)計算對能耗進(jìn)行校核的方法也是可行的。cM(收稿日期:2012/1027)(b)起動(dòng)結束期2電動(dòng)機電流曲線(xiàn)6cM■用www.etyjx.com2013年第4期