大型空分装置能效对标分析

王阔

大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司-内蒙古锡林郭勒盟-027300

摘要：由于煤化工企业具有生产装置多、 工艺流程长的特点，气体产品使用量存在峰谷期。为确保全厂各装置稳定用气， 空分装置生产的各种气体产品常常因用气谷值期大量放空， 若不根据用户需求变化及时调整， 就会导致气体产品供需不平衡，造成资源浪费。因此，积极开展空分装置能效对标分析，强化新建项目能效水平对地区能耗双控目标完成有积极的推动作用；同时开展能效对标对深入挖掘装置节能降碳潜力，实现项目的高效经济运行尤为重要。

关键词：空分装置；能效；运行  

氧气、氮气和氩气作为工业气体中重要的组成部分在生产制造业中被广泛应用。随着煤化工大力发展， 空分技术不断取得突破，随着空分装置规模化、大型化发展，影响空分装置安全稳定运行的因素日渐增多，石油化工、冶金、机械制造领域大量使用氧气做为气体原料参与燃烧和氧化。氮气惰性气体的特征，氧气用量常常发生变动，为维持管网压力稳定，空分装置氧气须保持一定量的放空， 通过放空阀自动调节氧气管网压力，确保气化装置安全用氧气，用于保证日常工业生产的稳定性和舒适性。在煤化工生产过程中，我国大部分企业都会使用空气分离装置进行制氧或制氮，所以，提高空气分离设备的安全操作和管理水平愈发关键。

一、空分装置的介绍

用于空气分离的装置有多种，它们所使用的技术方法也不尽相同。在实际生产中，要根据生产的目的选择相应的空分装置。 在当前阶段，国内空分技术主要有吸附法、膜分离法、深冷法三种，在具体的工艺装置里，也有可能是这几种方法组合起来应用。 （1）变压吸附法在一定压力下，利用特定的吸附剂（分子筛等），将气体混合物中的一些特定组分利用吸附能力的不同而进行分离，再通过压力及吸附剂的转变最终得到纯度不同的氧、氮等产品。 （2）膜分离法。该种方法是利用气体扩散的原理和一些有机聚合膜的所具备的潜在选择性，在空气通过透析膜时，由于气体的渗透率不同，经过后便实现气体分离的效果。（3）低温法。把空气首先进行过滤。过滤之后，再进行压缩、膨胀、降温，一直到液化。之后利用氧、氮的沸点不同，先汽化的是沸点低的成分的原理，在分离塔里，让相对湿度高的蒸气跟温度低的液体频繁接触，利用沸点较低的氮蒸发较多，沸点较高的氧冷凝较多的特性，使得位于塔上部的蒸气中含氮量越来越高，位于塔下部的蒸气中含氧量越来越高，最终实现氮、氧的分离。在工业上应用最广的是低温液化空气再进行分离的方式。

二、空分装置能耗分析

1、空分装置耗能的主要环节包括压缩机、增压机、产品压缩机、液体泵和分子筛再生耗功等。主压缩机是主要耗能设备，减少压缩机流量、降低排气压力等可降低主压缩机的功耗。影响空分装置能耗指标的因素较多，排在首位是不同生产工况下的工艺需求。如空分产品方案，需要的是气态还是液态，空分产品方案中对氧气氮气提取量、纯度的要求，以及对氩气等稀有气体的需求情况等。其次是空分装置工艺技术路线和规模。工艺技术路线上采用变压吸附法还是低温深冷(又细分为外压缩、内压缩、液化设备和液体设备等)，能耗差异均较大；同等规模装置，低温深冷能耗偏高；再次，空分装置的运行调节能力也直接影响装置的能耗。装置在一定负荷下的自动化信息化调节，减少排空发生几率等有较大影响。最后配套建设的空压设备位置应尽量布置在用气负荷中心，减少传送距离，减小排气压力对空分装置能耗降低有一定作用。

2、空分装置能效对标

空分装置能耗较高，不同工况产品工艺存在一定的复杂性，合理评价空分装置能耗存在一定困难。特别是新建大型空分装置在节能审查阶段，合理评价装置能效水平遇到的问题较多。因此讨论空分装置能耗核算原则，明确能效对标标准对指导项目建设并落实能源要素保障意义重大。

（1）多产品归一化

空分装置同时生产多种空分产品时，需要通过能耗相等的原则，将所有合格空分产品量折算成基准产品(选取低压气氧0.1~0.8 MPa 之间)的量，称为当量氧气量，单位为立方米。空分产品产量为标准状态的气体量，即在 0 ℃，101.325 kPa(绝对压力)状态下。合格空分产品量不包括放空量，即未作为产品使用或者销售的产品量。空分产品液体产量需折算成标态产量，单位为立方米。在统计期内，空分产品综合电耗与当量氧气量的比值，称为单位当量制氧综合电耗(单位当量制氧能耗)，单位为千瓦时每立方米(kW·h/m3)。不同空分产品后续均以单位当量氧气综合电耗作为对标的指标。

（2）能效对标原则。空分装置可生产不同压力等级工业气体、液体和稀有气体等众多产品，流程工艺均不尽相同，为此有必要列明空分装置能效对标的基本原则和思路。

三、煤化工空分装置运行建议

1、强化员工管理与培训。在煤化工空分装置的运行过程中，员工作为参与的主体，员工的专业素质与操作能力、安全意识都是直接影响空分装置安全性的重要因素。在社会生产环节中，任何工业活动与社会活动都无法脱离员工的参与和干涉。所以，做好员工的管理，强化安全意识是实现煤化工空分装置安全管理的必要条件。在工业生产中，如果无法实现智能化的控制，就要做好人员的管理。一方面，操作人员的管理需要从完善科学的制度角度上来实现，通过制度化、规范化，能够有效降低误操作出现的问题，同时也可以帮助员工形成一定的管理规范化习惯，更好地完成管理任务。另一方面，强化员工的培训，通过完善培训体系，做好职业培训、安全意识培训等工作可以有效提升员工的专业素质。可以通过对员工进行专业技能训练，或者定期对员工的相关安全知识进行培训，以此来考察员工的知识能力与岗位工作水平。

2、重视现场生产管理与过程管理。保证煤化工空分装置安全稳定运行的核心环节，就是对现场生产管理与过程管理予以高度重视。在管理过程中，不仅要求生产工作人员自身拥有较高的管理意识，还应该在实际工作中牢记工作任务与工作职责，并且应保证管理工作的最终执行效果。在全面落实安全管理的过程中，需要构建较科学的巡检网络，对昼夜巡检进行全方位的监控，还应该对过程控制工作与检查工作予以配合，通过加强安全防护、练习核心环节等方式，从根本上实现对危险的控制。不仅如此，还应针对监控任务制定较详细的监控计划，对监控人员、监控设备、监控范围与监控功能时间提出明确的要求，以此全面保证煤化工生产过程的控制环节不会发生纰漏现象。

3、促进空分装置与气化炉的相互匹配。在空分装置的设计和要求中，对空气分离装置与气化炉等二者之间存在着较清晰的规定，要保证二者的配合度。氧气主要使用的装置和用户为气化炉，所以对于空气分离设备与气化炉间匹配程度的确定，不管是空气分离设备的系列和套数，还是为了保证它对气化炉之间的协调程度，都具有着不容小觑的现实意义。如果对单套空分装置的最大制氧量进行分析，则将会出现比较小的系列数问题，所与之对应的投入资金也较小，而如果对单套的最大总氧量出现相当大的数量问题时，再加上在操作时并没有操作的业绩或者技能欠缺，那么，就需要在完成空分设备作出的业绩后，与气化炉的系列数予以充分结合以促进二者之间的相互配合，其程序将相当复杂，同时，还会在一定程度上减少产品和企业收益，同时作业的错误率也大大增加。因此，唯有保证气化炉和空分装置的匹配性，方能确保煤化工发展中空气分离装置的安全平稳工作。

在煤制气行业中，可通过对空分装置污氮气的回收利用来有效解决高纯氮气物料平衡难的问题，可以用污氮气替代部分用于做保护气或引射气的气源，同时也优化了空分装置的产能，提升了工厂的综合运行。

参考文献：

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