新改冷量損失對空分裝置的影響

1、蘭州石化2007屆畢業(yè)生轉(zhuǎn)正論文淺析空分裝置冷量損失的原因以及降低冷量損失的方法摘要：分析空分裝置運行中存在的冷量損失及冷損對空分裝置的影響，提 出減少冷損的措施。關(guān)鍵詞：空分裝置冷雖損失 影響因素 措施引言：通過對空分裝置的能耗控制，科學(xué)的組織生產(chǎn)和進行有效地成本控制，已成為空分裝置發(fā)展方向?？辗盅b置的正常能耗包括產(chǎn)品壓縮能耗如（電機的電耗，冷卻水耗等）、空分液體分離能耗和由于出口壓力的不同產(chǎn)生的混和能耗等，產(chǎn)品壓縮能耗與混合能耗是不可避免存在的，但是我們可以通過降低空分液體能耗，來控制空分裝置的總能耗。 空分液體能耗中冷量損失占了其中很大一部分比例，如果能通過合理、科學(xué)的冷量損失 分析，找

2、出有效降低冷量損失的途徑、方法，將對空分裝置的能耗降低將會帶來實質(zhì)性 的突破。一、空分裝置冷量的產(chǎn)生的途徑及冷量損失的含義在帶有膨脹機的空分裝置中，裝置的總制冷量包括膨脹機工作產(chǎn)生的制冷量與節(jié)流 效應(yīng)獲得的冷量兩部分。1.1膨脹機產(chǎn)生冷雖的原理透平膨脹機是一種制冷機械，它由蝸殼、導(dǎo)流器、工作輪等部分組成。當(dāng)具有一定 壓力的氣體進入膨脹機的蝸殼后，被分配到導(dǎo)流器中，導(dǎo)流器上裝有噴嘴葉片，在噴嘴 中將內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)換成流動的動能，壓力、焰降低，流速增高到200米/秒左右。當(dāng)高速氣流沖到葉輪的葉片上時，推動葉輪旋轉(zhuǎn)將動能轉(zhuǎn)化為機械能，通過轉(zhuǎn)子軸帶動的制 動風(fēng)機對外輸出功。從氣體流經(jīng)膨脹機的整個過程來看

3、，氣體壓力降低是膨脹過程，同 時對外做功，消耗了氣體內(nèi)部的能量，反映出溫度降低，焰值減小，制得了冷量。1.2節(jié)流效應(yīng)獲得冷雖的原理節(jié)流效應(yīng)制冷量是由于壓力降低，體積膨脹分子相互作用的位能增加，造成分子運 動的動能減小，溫度降低，使它具有一定的吸收熱量的能力，從而獲得了冷量。以 12# 壓縮機入口管路為例，在春秋季經(jīng)?？梢栽谌肟诠苈飞峡吹浇Y(jié)霜現(xiàn)象，就是因為在入口 管線高速吸入氣流在遇到管路變徑后進入細管線，氣體內(nèi)能降低，溫度降低產(chǎn)生。從二者制冷量的含義可以看出：膨脹機是氣體膨脹對外做功，降溫效果比節(jié)流要大得多,但是，膨脹機的溫降效果是介質(zhì)溫度越高，效果越大；而節(jié)流則是介質(zhì)溫度越 低，溫降效果越明

4、顯。因此，在低溫下二者的區(qū)別減小。同時，節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)要比膨 脹機的結(jié)構(gòu)簡單、可靠的多，此外，膨脹機為避免產(chǎn)生液擊，損壞葉片，在設(shè)計、制造 以及平時操作時不可能使用膨脹機無限制的獲得冷量，因此，空分裝置普遍采用膨脹機 與節(jié)流裝置配合使用的方式來使空分塔內(nèi)溫度降至要求溫度。1.3冷雖損失的含義低溫物體所具有的吸收熱量的能力稱為有一定冷量。 這種低溫的獲得是要花費一定 的代價一一壓縮機消耗功，壓縮氣體后再靠膨脹得來的。如果這部分冷量未能加以回收， 則稱為冷量損失。它包括：熱交換不完全損失 Q、跑冷損失Q、其它冷損失Q其它，它們 之間的關(guān)系如下：冷量損失=Qi+ Q2+Q其它當(dāng)制冷量與冷量損失相等時

5、，稱為冷量平衡，裝置內(nèi)部工況穩(wěn)定。冷量不足和冷量過剩 均會破壞冷量平衡，引起液面下降或上升，應(yīng)采取相應(yīng)調(diào)整措施重新達到冷量平衡。二、空分裝置冷量損失的因素及降低冷量損失的方法2.1熱交換不完全損失 Qi對冷損的影響低溫廢氣、氮氣在離開裝置時，在理想情況下，它應(yīng)復(fù)熱到與正流空氣進裝置溫度 相等，即熱端溫差為零，冷量才能全部加以回收。如果低溫介質(zhì)的熱端溫度低于正流空 氣的進口溫度，即熱交換不完全，存在熱端溫差，則從該溫度升高至正流空氣進口溫度 為止的這部分冷量未被利用，叫熱交換不完全損失。以5600Nm3/h制氮裝置為例，5600Nm3/h制氮裝置內(nèi)部換熱采用可逆式板翅換熱器，冷熱流體通過在換熱器

6、內(nèi)進行熱交換達到活除空氣雜質(zhì)和保持冷量的作用。因此對丁這套裝置來說熱交換不完全損失是裝置冷損中最大的部分。熱交換不完全冷損是由丁返流低溫氣體在換熱器熱端不能復(fù)熱至正流空氣入口溫度引起的，因此熱端溫差越大說明未被利用熱量損失越多。其計算公式為：Q 熱=VcpA t (1)式中：V為氣體流量，m3/h; cp為比熱容,113kJ/(m3 C); t為熱端溫差，C 0如各股氣體與正流空氣的熱端溫差均相等，在不同的熱端溫差下的熱交換不完全冷損的大小如表1所示：熱端溫差C2.02.53.03.54.05.0熱交換不完全損失cal/Nm 30.6250.7820.9381.081.251.56由表可見，熱

7、端溫差擴大1C ，熱交換不完全損失將增加0.317 cal/Nm3,將使裝 置的總冷損增加10恕上。因此盡可能縮小熱端溫差對減小裝置的總冷損有很大意義。2.2降低熱交換不完全損失 Qi的方法如果在出口管壁上發(fā)現(xiàn)“冒汗”或結(jié)霜，說明管內(nèi)的產(chǎn)品氣體的出口溫度還很低， 造成外部空氣中的水分在管壁凝成露水或霜，即熱端溫差很大，應(yīng)對熱端溫差進行相應(yīng) 的調(diào)整。此外換熱器的表面臟污或部分堵塞，將造成傳熱能力的減弱，也會引起熱端溫 差的擴大。通過我們對熱交換不完全冷損的分析發(fā)現(xiàn)，減小溫差是對其最有效的解決方 法，但是，換熱器正是通過溫差來傳遞熱量，沒有了溫差換熱器當(dāng)然不能工作，這成了 降低熱交換不完全冷量損失

8、的一對矛盾，所以我們只能盡量減少，而不能徹底根除熱端 溫差帶來的熱交換不完全冷量損失。2.3跑冷損失 Q2對冷損的影響空分裝置在正常工況下，內(nèi)部都處丁很低的溫度工作，雖然加有保冷層，但周圍環(huán) 境溫度大大高丁裝置內(nèi)部介質(zhì)的溫度，外部必然不斷會有熱量傳入；如果沒有制冷量的 不斷補充，裝置內(nèi)的溫度會不斷增高，液體數(shù)量逐漸減少，造成工況惡化。所以節(jié)流效 應(yīng)和膨脹機的制冷量一部分要補充消耗的冷量損失。2.4降低跑冷損失對冷損的影響要防止外界的熱量傳入空分裝置內(nèi)部， 就要在空分裝置的保溫材料的選擇考慮， 股在空分裝置內(nèi)填充有導(dǎo)熱性能差的絕熱材料，通常用珠光砂或礦渣棉等。其保冷情況 除了與絕熱材料的性能，填

9、充層的厚度，支架等絕熱措施等因素有關(guān)外，還與充填情況 有關(guān)。例如，保冷箱的死角內(nèi)保冷材料是否充足，運轉(zhuǎn)后保冷材料是否下沉，更主要的 是保冷材料是否干燥。它對跑冷損失將產(chǎn)生很大影響，所以要對分僻塔密封嚴(yán)密。冷箱外環(huán)境Q+1+I+冷箱內(nèi)+ 1+十+ + +FiX從圖1可以看出，以每一個傳熱點來說，冷箱外環(huán)境溫度T2和冷箱內(nèi)溫度T1都是 保持在一個相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)，而且冷箱內(nèi)的絕熱層厚度X對每一個傳熱點來說也是固 定的參數(shù)。那么，從冷箱外環(huán)境傳入冷箱內(nèi)的熱量 Q就只取決丁冷箱內(nèi)保溫材料的熱導(dǎo) 率入，也即是：Q =入(T 2 - Ti ) / X (2)對丁絕大多數(shù)保溫材料來說，保溫材料的熱導(dǎo)率入與所

10、處的環(huán)境溫度、保溫材料的 類型有關(guān)。此外，限丁經(jīng)濟性和裝置體積、結(jié)構(gòu)的考慮，保溫層不可能無限的加厚、裝置內(nèi)部 的工藝管線的間距也不能無限加大，這就要求我們在經(jīng)濟性和裝置體積、結(jié)構(gòu)上找到最 佳的結(jié)合點。2.5其它冷損失 Q其它對冷損的影響除上述兩種損失外，在對輕吸附劑進行再生和預(yù)冷時，在排放液體時，或當(dāng)裝置有 泄漏時，需要額外消耗一部分冷量，或損失一部分低溫液體或氣體。如果管道或設(shè)備發(fā) 生泄漏，使外漏的那部分低溫氣體或液體的冷量無法加以回收，使Q其它這部分冷損失大大增加，將破壞裝置的正常工作，甚至無法維持生產(chǎn)，被迫停車。分僻塔的泄露主要分 為內(nèi)漏與外漏，都會造成冷損加大，工況惡化，進而需要對塔內(nèi)

11、冷量加以補充，從而加 大不必要的能量損耗，因此，泄漏是空分裝置的大敵，在安裝和施壓檢漏時要嚴(yán)格把關(guān)， 不能馬虎、湊合，在停工檢修期間保壓檢漏，及時處理的情況下，泄漏造成的冷量損失 是可以被我們消除的。2.6降低Q其它造成的冷雖損失的方法從Q它冷損失的影響發(fā)現(xiàn)，泄露是組成 以它冷損失的主要因素，分僻塔的泄露主要分 為內(nèi)漏與外漏，各自產(chǎn)生不同影響。2.6.1內(nèi)漏對冷雖損失的影響：內(nèi)漏是一種在在分僻塔壁內(nèi)的冷量泄漏，冷量損失的增加，導(dǎo)致保溫材料受潮，濕度增加，外界空氣進入箱體內(nèi)，在低溫的工作狀況下大量結(jié)冰，影響保溫效果，冷量 損失加劇，使得工況惡化，無法正常生產(chǎn)，嚴(yán)重情況下導(dǎo)致冷箱內(nèi)支架、管道設(shè)備受

12、損 凍裂不能正常工作。還有些泄露如5600Nm3/h制氮裝置分僻塔內(nèi)冷箱、熱箱換熱器，既 有進入塔內(nèi)的管線，乂有排空線，如果換熱器有泄漏，冷量有可能進入排空線使排空罩 結(jié)霜，造成冷量損失。往往剛開始的內(nèi)漏很難在日常維護、操作中發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)漏導(dǎo)致冷 量損失到一定程度才會在工況上反映出來，對于內(nèi)漏的處理方法，只有將分僻塔整個停 工封塔，加溫使分僻塔達到常溫狀態(tài)下，一點點扒除保溫材料，進行細致的保壓檢漏工 作，對于找到的漏點進行堵漏處理。2.6.2外漏對冷雖損失的影響：外漏就是在分僻塔外的冷量泄漏，因為外漏直接進入到大氣中，泄漏點往往在低 溫下呈現(xiàn)白霧、結(jié)冰情況，大量的冷損也會導(dǎo)致工況惡化，無法正常運

13、行，同時也會給 日常操作人員帶來凍傷的危害，不易及時處理，要做好防護，避免人員受傷的情況下進 行堵漏工作。三、以5600Nm 3/h制氮裝置為例進行降低冷量損失的檢修5600Nm3/h制氮裝置分僻塔為美國進口的二手設(shè)備，經(jīng)過長時間的運行，分僻塔壁 縫隙上常能看到，由于氣體、液體泄漏冒出大量的冷氣和結(jié)霜現(xiàn)象，說明跑冷現(xiàn)象已很 嚴(yán)重時。為了消除裝置存在的生產(chǎn)隱患，保證裝置能長周期安全運行，我們在對 5600Nri/h制氮裝置分僻塔進行了保溫材料的更換、塔外密封的改造、壓力容器檢測和 工藝閥門管線檢漏等工作，減少冷量的損失，保證生產(chǎn)工況的穩(wěn)定。3.1通過堵漏來減少分儲塔冷雖損失在對分僻塔扒開保溫棉之

14、后，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)的泄漏點比較多（如下圖），分僻塔內(nèi)很多的紫銅管因為長時間內(nèi)部介質(zhì)沖刷、腐蝕而發(fā)生了破裂，同時閥門由于使用年 限比較長，大多數(shù)閥門的螺栓都有松動現(xiàn)象，造成閥門格蘭、連接法蘭泄漏。在分僻塔 檢漏過程中，我們對塔內(nèi)泄漏的管線進行了更換，進行了特別的低溫銀焊堵漏處理，保 證了管線在溫度變化的情況下的工作強度。為了消除泄露造成的冷量損失，我們進行了 分段保壓檢漏工作，進洗滌塔前段部分和進洗滌塔至高壓塔到主冷的后段分別進行保壓 檢漏。開啟壓縮機將壓力保證在洗滌塔的壓力在 0.5MPa左右，保壓半小時，保壓時將 肥皂水均勻的涂抹于塔內(nèi)彎頭與閥門接頭處，如有肥皂水冒泡現(xiàn)象即說明此處有泄露，

15、 更換變形、受損的彎頭、銅管，對于閥門連接處重新緊固。在檢漏結(jié)束后，我們通過裸 冷，檢驗了分僻塔漏點的處理情況，對塔內(nèi)設(shè)備連接處、緊固處進行了冷緊，同時還驗 證了膨脹機的冷卻效果。裸冷方案的實施有效的保證了塔內(nèi)管線和閥門的密封，大大減 少了跑冷損失，提高了分僻塔的工作效率。3.2通過對保溫材料的選擇來提高分儲塔的效率5600Nm3/h制氮裝置分僻塔的保溫材料全部扒除也給回填帶來了新的難題。因為分 僻塔所需要的保溫材料需要填實而無空隙，這樣才能保證冷量不會損失和泄漏，而回填 絮狀的保溫棉對丁高達17米的分僻塔來說無疑是很難做到萬無一失的，同時塔內(nèi)錯綜 復(fù)雜的工藝管線也給回填造成很大困難。因此，我

16、們迫切需要找到一種絕熱性能好、方 便回填、最好是具有流動性的保溫材料來代替原有材料。在查閱相關(guān)資料后發(fā)現(xiàn)，珠光 砂與礦渣棉的性能相近，如下表：名稱牌號體積質(zhì)量/kg - m -3熱導(dǎo)率/W(m K)-1比熱容/kJ(kg - K) -1其他特性膨脹珍珠巖< 80（ 一 級）0.04 0.0580.67晶粒1m但下90% 1 2m怵粒10%（珠光砂）150（二級）0.04 0.050.84含水率不大于0.5%礦 100號< 1000.0440.75渣 150號< 1500.038 0.0470.84含水率不大于2%棉 200號< 2000.033 0.0520.84由丁珠

17、光砂重量輕，保冷性能好，價格較便宜，流動性好，易丁裝填，相對丁線 狀及面狀的礦渣棉相比，粒狀的珠光砂填料密度大，填料更加緊湊，目前設(shè)備主要用它 作保冷材料。在箱體底部可裝一層礦渣棉，對經(jīng)常需要檢修的局部隔箱中也宜裝礦渣棉 或玻璃棉。經(jīng)過研討之后，決定將保溫材料改為珠光砂，這一改動不但有效地保證了分僻塔的 保溫性能，同時也是保溫材料回填時間大大縮短，為裝置的順利開工提供了有利的條件 和保證。但是，在對分僻塔保溫材料進行更換以后，對埋在塔內(nèi)閥門的密封有一定影響，因 為一些閥門的閥體是在分僻塔內(nèi)，通過伸出塔外的長閥桿來進行對閥門的調(diào)節(jié)，長閥桿 與分僻塔壁的密封出就不能再采用以前的橡膠套，而采用革蘭套對閥桿和塔壁間隙進行密封，避免保溫材料珠光砂的泄漏。5結(jié)束語通過對分僻塔冷量損失的分析發(fā)現(xiàn)，熱交換不完全損失因為熱端溫差無法消除，這 部分冷損失不可避免的，只有在操作時盡量減少這部分冷損，而從跑冷損失的含義可以 發(fā)現(xiàn)跑冷損失也因為存在系統(tǒng)內(nèi)與環(huán)境存在較大溫差而無法消除，保溫材料的選擇是條有效途徑，但考慮到成本也只能量力而行，無法完全杜絕冷量損失。在三種