空分液化系统能耗的热力学分析

cM冶金/矿山通用机械GM in Metallurgical& Mine Industry空分液化系统能耗的热力学分析中空能源设备有限公司(浙江杭州310051)崔新亭赵小莹【摘要】以压力、温度和液体流量这些可校核」统内部的高低温膨胀机、换热器等设备的作用,部分高的一次性測量参数为依据,通过对膨胀机加及液体节流「压氮气转化为液氮产品和低压氮气送回用户,其余部进行热力学计算,确定了空分液化单元消耗的实际循分经液化单元内的膨胀机组、换热器的作用转化为返流环氪气流量,从而对液化系统的能耗进行了量化分析。氮气物料q,继续与物料a汇合,回到NC进口物料b,再分析的结果为设备的成功改造提供了可靠的依据,并达次进行压缩。整个液化系统,只有物料b经过NC压缩时到了预期效果。有能耗发生,因此确认物料b的实际流量非常重要。【关键词】液化单元循环氦气压缩机膨胀机组节流热力学计算焓能耗原料气去用一、前言在对空分液化系统进行能耗考核时,液体产量可通过液体贮槽进行精确测量,能耗可由电能表直接计<量。当对整个系统的能耗进行分析时,经过循环氮气压却水缩机的氮气流量就至关重要,当流量偏大时,能耗的增加是由液化单元引起的,反之,能耗的增加是由压缩机去用戶的效率引起的.但是,现场的气体流量很难进行精确测③却量,这就需要对气体的流量进行分析和确认。冷却水以国产的一套出口空分的液化系统为例,该系统液化系统物料平衡图经过试车,液氮产量为3550m3/h,达到了合同的要1、3.水冷却器2.低温膨胀机增压端B24.高温膨胀机增压端B15NC循环氮气压缩机6.Ⅵ节流阀7LT液氮计量槽求,但是产品的单位能耗超出合同要求20%以上,无法8.低温膨胀机膨胀端Er29.低温膨胀机膨胀端Er验收。通过笔者的方法进行分析计算,顺利得到了解2.参数评定决,使得出口产品得以顺利验收。上图中各物料的运行参数见下表,这些参数均为现场各测点的测量值,并不是实际值,需要对它们进行、空分液化系统能耗评定和筛选。表中的压力和温度均由变送器直接测得,1.流程介绍属于直接测量数据,而且可以通过就地仪表进行验证,空分液化系统流程简图即物料平衡图如下图所液体流量则由用户的液体贮槽直接精确测量,表中数据示,即原料氮气物料a与返流氮气物料q汇合至物料,属于直接测量数据,可靠性很高。显然,表中压力经过NC的压缩后,送往后面的液化系统。经过液化系温度以及物料的液氮产品流量均可作为实际参数加以72cM用肌藏www.etyx.com2013年第4期冶金/矿山通用机械GMGM in Metallurgical Mine Industry物料运行参数表物料参数g5520.630.5338.338.15温度/k3127312.7338.534063206流量/(mh)48562291225243物料参数压力arA50.211.5529475.764993835.52145温度/K104饱和饱和27781987176.7104.53l1.1流量/(mh)355023736注:1bar=107Pa采用。2.低温膨胀机组增压端流量的计算而气体流量则是孔板通过压差信号进行转换后所以图中低温膨胀机组B2/ET2作为分析对象,膨胀得,属于间接测量数据,而且其测量的压差信号极易受端ET2输出的功率分为两部分,一部分被膨胀机组的轴安装位置和安装质量等因素的千扰,因此误差较大。承消耗掉,剩余部分则作为增压端B2的动力,驱动B2由图可知,物料和g的流量值应该相等,但在表中两者对介质进行压缩。的测量值相差约20%,显然不适合作为实际参数加以采则膨胀机组有如下功率平衡方程:用利用热力学计算的方法,对以上运行参数进行回Wn为膨胀机组轴承功率。将式(5)转化为热力归处理,从而确定物料b的实际流量。对单组分物料来学方程如下:说,只要知道压力和温度,其余热力学参数即可计算FJ。-F=Fh-F+Wm得出。由液化系统物料平衡图示看出,F=F,F2=F=F为了计算方便,先定义如下变量:F=F-F,可以计算物料g的流量:物料x的压力,单位为barA;F=I(h。-h)+Wa(-b)-(h一-h2)](6)T物料x的温度,单位为K表中,物料g、h、o、P的压力和温度均已知,故F—物料x的流量,单位为m/sha、ha、h。、h可通过计算获得。根据厂家提供的数物料x的比焓,单位为kJ/m3据,Wna:=22-26kW,因膨胀机处于满负荷状态,取y物料的液相摩尔比例;Wna=26kW。结合式(4)和式(6),可以计算物料gW—设备x的轴功率,单位为kW。的流量:F2=23900m/h三、物料流量的计算3高温膨胀机组膨胀端流量的计算1.液氮流量的计算按照B2T2的分析方法,可以得出Bl/ETI的功率图中,物料通过v1节流后经过LT的分离,获得低平衡的热力学方程压液氮产品l和低压氮气k,整个过程属于等焓节流过F=[F(h-he)+We l(hmh)(7)程,列出其质能方程如下:表中,物料e、f、m、n压力和温度已知,故heFi=Fk+Fi(1)h、hh可通过计算获得,由图可知,F=F1同乃内=Fh+F内B2/ET2,取Wn:=26kW,可计算物料m的流量:Fm由式(1)和式(2)可得9100m3/hF=F1(h-h)/(h一h)根据图,F=F3,F4=Fm,Fb=F=F+F,可得表中,物料、k、1的压力和温度均已知,故、出物料b的流量计算值:F=3300h1、h可通过计算获得,又有F1=3550m/h,由式(3)在表中,物料b的流量测量值可由物料d和e的流量可计算高压液氮的流量。计算后的流量为:测量值相加得出:Fb=30914m/h。Fb为物料b流F=4810m3/h(4)(下转第96页)cM用2013年第4期www.etyjx.com73cM通用机械制造GM Manufacture负荷的额定电流)。四、结语速断整定值:断=(3-5)l电渡。最终高压固态软起动系统成功调试,离心式空压过压整定值:Ua2=1.15U。(U为系统的额定电机的起动电流很好地控制在118A以内,小于3倍额定电速断整定时间应设置为0。流,起动全过程30s,电动机在旁路切换瞬间,无明显异响,切换过程平滑顺畅,完全达到了预期的起动效过流整定时间般设置为03,但必须比上一级整果由于离心式空压机自身结构的特殊特性,设备的起定的时间低一个级别。过电压时间的整定一般设置为ls动过程不仅仅是电动机从零向全速的加速过程,更是高压固态软起动系统与离心式空压机两套系统相互配合的以上整定值的设定要与高压软起动系统的起动电过程。因此必须深入研究离心式空压机的特点,才能在流、限流倍数参数相互匹配,否则电动机会报警起动失不影响离心式空压机性能的前提下,充分发挥高压固态败软起动系统的特性。英格索兰凭借其专业的空压机知识3高压软起动系统控制程序步长问题和丰富的改造经验,为用户量身定做了这套最合身的高高压软起动系统的工作原理决定了当电动机达到压电动机起动方案。随着高压固态软起动系统的技术日正常转速后,高压软起动系统就要退出运行,并且将旁趋成熟,在不久的将来必将会成为其他电动机起动方式路接触器接通。由于在切换瞬间,电动机已达全速运的完美替代者,GM行,电动机电流会迅速下降。如果高压软起动系统的程(收稿日期:2013/02/18)序调节步长不够快,系统就有可能跟不上电流下降速度,电动机会因此产生较大的反向电动势,导致电动机在旁路切换瞬间出现异常声音。因此高压软起动的控制程序的步长调节要精准,目的是尽可能减少控制系统对(上接第73页)电流变化的响应时间,使得电动机在切换瞬间更加平滑量的测量值,对比物料的流量计算值和测量值如顺畅。电动机在起动起始期、起动结束期的电流曲线如下:(F-F′)/F′=68%。即循环氮气压缩图所示,可知现场电动机的旁路接触器切换过程是平机的流量实际值比测量值多68%滑顺畅的。四、结语经过校核后,循环氮气的流量还需增加68%,这意味着考核时,液化单元引起的能耗需要额外增加68%。如果要达到合同要求,不仅考虑对循环氮气压缩机的整改,还要重视对空分液化单元部分的改善50,事实上,空分液化单元部分经过局部整改(a)起动起始期后,液氮产量即增加约10%。在检修循环氮压机时,也发现蜗壳、转子和轴承磨损极为严重,这同样会引起能耗大幅度增加。显然,分析的结果与事实比较吻合,这种借助于热力学计算对能耗进行校核的方法也是可行的。cM(收稿日期:2012/1027)(b)起动结束期2电动机电流曲线6cM■用www.etyjx.com2013年第4期