全液体膨胀机对空分流程效率的影响孙全海(南京扬子石化比欧西气体有限责任公司,南京市大厂镇210048)摘要:以扬子BOC的38500m3/h空分设备为例,分析了内压缩流程中的高压液空节流过程的火用损失;分别利用火用分析法和冷量分析法,估算了使用全液体膨胀机节省的功率;指出在这套内压缩流程空分设备中使用全液体膨胀机,使制氧单耗下降了3%左右。关键词:大型空分设备;全液体膨胀机;高压液空;节流;膨胀;低温火用;冷量;制氧单耗中图分类号:TB65717文献标识码:AEffectofanexpanderwithoverallliquidonefficiencyofanairseparationprocessSunQuan2hai(NanjingBOC2YPCGasesLimitedCompany,DachangTown,Nanjing210048,Jiangsu,P1R1China)Abstract:Taking38500m3ΠhairseparationplantoperatedbyBOC2YPCasexample,thepaperanalyzestheexergylossesoccurringinthethrottlingcourseofhighpressureliquidairintheprocesswithinternalcompression.Thepowersavedbyusinganexpanderwithoverallliquidisevaluated,takingexergyanalysisapproachandrefrigerationanalysisapproachseparately.Asaresult,theunitconsumptionforoxygenproductionhaslowereddownbyabout3%afteremployinganexpanderwithoverallliquidintheairseparationplantusinginternalcompressionprocess.9813K。而下塔底下部的压力约为51181bar,如果将这股高压液空节流至下塔压力,则可用OperatorπsToolkit计算出此节流过程所产生的火用损失(计算过程见表1)。表1计算的高压液空节流火用损失功率在400kW以上。必须指出,在损失的这400多kW功率中,大约有2Π3还是接近于低温液体温度下的“低温火用”。而要得到这种“低温火用”,需要经过气体的压缩、换热和气体膨胀等工序,由于实际过程的每一道工序中都不可避免地存在着损失,所以要得到1高压液空节流过程的火用损失在大型内压缩流程空分设备中,有一股出主换热器冷端的高压液空,这股液空需要被送入下塔或上塔的相应位置参与精馏。以前,通常的做法是将这股高压液空通过一个节流阀,液空被节流到下塔或上塔压力后再进入塔内。实际上,低温液体节流过程的火用损失虽然要比气体节流过程的火用损失小,但由于这股高压液空的压力高而流量大,在节流过程中所产生的火用损失仍然是不可忽视的。以扬子BOC新近从Linde引进的D套38500m3/h内压缩流程空分设备为例(膨胀机制冷系统示意图见图1),出主换热器冷端的高压液空的流量为56660m3/h,压力为571717bar(1bar=011MPa,下同),温度为收稿日期:2003202203作者简介:孙全海(1965—),男,1985年1月毕业于南京化工学校无机化工专业,1985年1月至2002年4月在扬子就目前所能达到的技术水平而言,得到这种“低温火用”的流程效率约为50%1,这也就是说,每得到1kW的这种“低温火用”,实际所需消耗的功率在2kW左右。损失的另1Π3是所谓的“机械火用”,而压缩机得到这种“机械火用”的效率也大约液空节流后的火用值相比较,就能得到使用全液体膨胀机节省“低温火用”的数值。利用Toolkit的计算结果见表2。表2全液体膨胀机节省“低温火用”的计算417kW,实际相当于损失压缩机功率700kW以上。表2计算的全液体膨胀机节省的“低温火用”功率是20118kW,发电机回收电能的功率是80kW。由于每得到1kW的这种“低温火用”,压缩机需要消耗的功率约为2kW,这样使用全液体膨胀机节省“低温火用”功率20118kW,也就相当于节省压缩机功率40316kW。如果加上全液体膨胀机发电机所回收的功率80kW,则使用全液体膨胀机所节省的总功率就是48316kW。211冷量分析法全液体膨胀机膨胀高压液空后会产生部分冷量,如果没有这台全液体膨胀机,那么这些冷量就只能由气体膨胀机来产生。在气体膨胀机的机前压力和温度不变、膨胀机后压力不变、膨胀机等熵效率也不变的情况下,气体膨胀机的制冷量就与膨胀空气量成正比。由图1可以看出,空气必须经过空气增压机将压力由51242bar提高至2212bar后,才能成为膨胀空气,而这需要空气增压机消耗电力。利用Toolkit软件,可以先计算出全液体膨胀机产生的冷量,然后再计算出需要增加多少膨胀空气量(即空气增压机所需增加的空气量)才能得到这些冷量,最后就可计算出空气增压机需要多消耗的功...