内压缩氮膨胀流程空分产品能耗分摊的探讨

第32卷第2期低温与特气VoL 32. No. 22014年4月Low Temperature and Specialty GasesApr,2014内压缩氮膨胀流程空分产品能耗分摊的探讨陈恩军,凌晨,吴冰(首钢京唐钢铁联合有限责任公司河北唐山曹妃甸工业区063200)摘要:针对液氧内压缩氮膨胀空分流程提出一种分设备求得各种产品分摊能耗的方法,比人为规定能耗分摊比例更为精确比建立系统的精馏模型来计算空分能耗分摊的方法更为简单。为多种类(氧、氮、氬)多压力等级(中、低压)、多状态(气液)产品的内压缩氮膨胀流程的空分装置提出一种值得探讨的空分能耗分摊方法。关镳词:空分;内压缩;氮膨胀;能耗分摊中图分类号:TQ028文献标志码:A文章编号: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计算2)。此前,空分产品能耗分摊比例直都是根据经验估算的氧、氮、氬等工业气体广泛应用于化工、冶金、电子等行业。目前空气分离的方法主要有吸附法、膜2内压缩氮膨胀流程分离法和低温精馏法。虽然吸附法和膜分离法投资内压缩流程中低压塔底部产纯液氧部分进液氧相对较小、运行成本较低,但由于其产能和产品纯度的制约低温精馏法在空分领域仍占主导地位。空后作为氧气产品送出。精氩塔底部的纯液送罐,根据用户用量从液氩储槽取出,由液氩泵加压后经术人员研究的热门课题。空分设备通过将空气压缩、液化、分离获得氧、氮、氩等气体产品,从能量角高压换热器复热送出。常规的内压缩氮膨胀流程如图1所示,由上塔抽出的低压氮气加压后与压力塔度对空分的热力学分析往往是整体描述的。张延平抽出压力氮气汇合,经多级氮气压缩机加压后,一段博士提出了一种以精馏模型为基础结合空分流程特点,建立各空分流程的计算模型。通过模拟系统出口部分氮气作为低压氮气产品送出,二段出口部逐塔计算产品能耗,进而确定空分产品能耗分摊比分氮气作为中压氮气产品送出,三段出口的高压氮例。《钢铁企业节能设计规范》中规定,空分设备气经高压换热器换热后,一部分节流进入下塔,另外分离能耗按照氧气、氮气、氬气能耗分摊比例1:股在换热器中部抽取,作为膨胀机的原料氮气参收稿日期:201402-1836低温与特气第32卷与膨胀机制冷循环。虽然氮膨胀内压缩流程比空气干净,对膨胀机磨损相对较小,可降低设备故障率。膨胀内压缩流程能耗高,但由于氮膨胀流程装置可因此,新建特大型空分很多采取氮气膨胀流程设计。以产出不同压力等级的氮气产品,且膨胀工质较为lOoNDENGATE STEAM⊙DAR to ant图1常规的内压缩氮膨胀流程示意图Fig. 1 The conventional internal compression nitrogen expansion ASU process diagram3能耗计算EQ(3)∑Q机冷冻机液氧泵等。空分产品:氧气液氧、中压式中,E,为某种产品在单体设备上分摊的电耗:9氮气、低压氮气液氮、氩气液氩。根据能量守恒可为某种产品的产量;Q为各种产品的产量;E为某种以得出空分总电耗即所有耗电设备能耗综合等于空单体设备的电耗。分各产品耗能总和。3.由于氮气膨胀流程,下塔顶部纯氮经多级氮(1)压机压缩,一级二级出口作为低中压氮气产品送出,而末级出口的高压氮气一部分作为复热液氧液氩的式中,E为空分的总电耗;E为每个单体设备电耗:热源将液氧液氩复热成氧气氩气产品送出。另一E=Eco+E1o+E1cN+EwN+Eu+EA+ELAR(2)部分作为膨胀机的原料氮气参与膨胀,正常工况下,式中,Ec为氧气分摊的总电耗;E1o为液氧分摊的总膨胀机的制冷量主要用于生产液体产品所需的冷电耗;EucN为低压氮气分摊的总电耗;Ewc为中压氮量,还有一小部分用于补充装置的热交换不完全损气分摊的总电耗;E1为液氮分摊的总电耗;EA为氩失以及整个空分装置的跑冷损失。电机制动的膨胀气分摊的总电耗;EuA为液氩分摊的总电耗。机本身是负耗电设备,膨胀氮气产生的冷量是由多2.内压缩氮膨胀流程的空分精馏过程中,每种级氮压机加压氮气时消耗的电能转化来的。因此,产品参与精馏的程度不同。首先所有产品都经空压多级氮气压缩机的电耗分摊需要按级分摊。三级单机加压的步骤,因此空压机的电耗可以由所有产品位耗电量应该分两部分,用于复热液氧液氩的高压分摊。同理其他共用电气设备如冷冻机、水泵等的氮气加压电耗E复,这部分电耗应该由除中低压氮电耗也可以由所有产品分摊,液体产品折合成标态气产品外的其他产品,即复热氧气、氩气产品及液气体参与计算。每种产品分摊的电耗由产品所占总氧、液氮、液氩产品分摊;用于加压膨胀机原料氮气产品产量比例确定。的电耗E应由三种液体产品分摊。一级单位耗电量由所有产品量总和分摊,二级耗电量由除送出第2期陈恩军,等:内压缩氮膨胀流程空分产品能耗分摊的探讨的低压氮气量外的其他产品分摊,三级单位耗电量由除中低压氮气产品外的产品分担E1单位Q+uo+taux+Qc++Qoun+QLAE(4)Qco Qlo gmn+ QIn+agar+qEx(5)E3单位=E复热+E(6)成本核算及产品价格的制定提供了相对可靠的计算E1热单位o+Qo+Qw+Qm+4E3(7)依据表1主要设备电耗膨胀单位E(8)Table 1 The main equipment power consumptionQLo QIn +Ql式中,E1单位,E2单位,E3单位,E3复热单位,E3原单位分别为单设备名称功率/kW位气体产品在多级氮气压缩机各级分摊的电耗空压机36500E3复热,E3分别为多级氮气压缩机加压用于复热、氮气循环压缩机一级18877膨胀氮气的电耗;Qo、Qo、QucN、QwN、Qu、QA、氮气循环压缩机二级6478QuAR分别为各种产品的产量。氮气循环压缩机三级4246同样每种产品分摊的电耗由产品所占总产品流液氧泵工艺氬泵量比例确定,计算方式同公式(3)。根据公式(4)液氬泵(8)与公式(3)结合可以计算得出每种产品在多级水泵氮气压缩机各级分摊的电耗。冷冻机4.通过以上三个计算步骤,可以求得每种产品总电耗6789在每个单体设备上分摊的电耗然后再求和得出每种产品在整个空分装置中分摊的电耗,计算公式见表2产品产量、分摊电耗及比例关系公式(9)。确定每种产品的分摊电耗量以后,再求Table 2 Production and energy consumption出各产品之间的比例关系,最终确定分摊比例。and proportional relationshiE(9)产品分摊电耗分摊比例价格式中,E为某种产品在整个空分装置上分摊的总电5l.1耗;E4为某种产品在某个空分装置上分摊的电耗。液氧3304应用举例低压氮气184170.159中压氮气0.185以某钢铁公司七万五液氧内压缩氮膨胀制氧机液氮1.80组为例,该机组的主要耗电设备见表1,该机组产品氬气0.296氧纯度为99.6%,氮纯度为9999%,氩纯度为液氬12251.80350999%工空气量为38000Nm0/h,氧氮氬参考文献:的提取率分别为0.9497、0.97470.668应用前[1]张延平,王立高远.低温糖馏空分产品能耗分摊的确述的计算方法进行产品能耗与分摊计算结果见表定与计算[J].钢铁,2003(12):3-4.2,其中液体产品产量折合为标态气体产品。[2]周侃孙思.空气膨胀和氮气膨胀内压缩空分流程分析结论[J].设计制造,2011(11):23作者简介:提出了一种较为简单实用的内压缩氮膨胀空分陈恩军(1984),男,2007年毕业于大连理工大学过程装流程产品能耗计算和分摊方法,能够合理地确定氧备与控制工程专业,现就职于首钢京唐钢铁联合有限责任公气氮气氩气等产品的能耗分摊比例,为企业能耗、司能源与环境部从事空分生产相关工作。