新改冷量損失對空分裝置的影響

1、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(yùn)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 冷量損失 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(jìn)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(jī)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?？辗忠后w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，找出有效降低冷量損失的途徑、方法，將對

2、空分裝置的能耗降低將會帶來實(shí)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(jī)的空分裝置中，裝置的總制冷量包括膨脹機(jī)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(jī)產(chǎn)生冷量的原理透平膨脹機(jī)是一種制冷機(jī)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(jìn)入膨脹機(jī)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、焓降低，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(jī)械能，通過轉(zhuǎn)子軸帶動的制動風(fēng)機(jī)對外輸出功。從氣體流經(jīng)膨脹機(jī)的整個過程來看，氣體壓力降低是膨脹過程，同時對外做功，消耗了

3、氣體內(nèi)部的能量，反映出溫度降低，焓值減小，制得了冷量。節(jié)流效應(yīng)獲得冷量的原理節(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(yùn)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(jī)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(jìn)入細(xì)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(jī)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(jī)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

4、脹機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、可靠的多，此外，膨脹機(jī)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(jī)無限制的獲得冷量，因此，空分裝置普遍采用膨脹機(jī)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。冷量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(fèi)一定的代價壓縮機(jī)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Q1、跑冷損失Q2、其它冷損失Q其它，它們之間的關(guān)系如下： 冷量損失= Q1+ Q2+Q其它當(dāng)制冷量與冷量損失相等時，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

5、下降或上升，應(yīng)采取相應(yīng)調(diào)整措施重新達(dá)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Q1對冷損的影響低溫廢氣、氮?dú)庠陔x開裝置時，在理想情況下，它應(yīng)復(fù)熱到與正流空氣進(jìn)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(jìn)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(jìn)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內(nèi)進(jìn)行熱交換達(dá)到清除空氣雜質(zhì)和保持冷量的作用。因此對于這套裝置來說熱交換不完全損失是裝置

6、冷損中最大的部分。熱交換不完全冷損是由于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復(fù)熱= Vcpt (1)式中:V 為氣體流量,m3/h;cp為比熱容,113kJ/(m3·);t為熱端溫差, 。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 熱交換不完全損失 cal/Nm3由表可見，熱端溫差擴(kuò)大1 ，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%以上。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

7、Q1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(jìn)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(kuò)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)部都處于很低的溫度工作，雖然加有保冷層，但周圍環(huán)境

8、溫度大大高于裝置內(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(bǔ)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(jī)的制冷量一部分要補(bǔ)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，一般在空分裝置內(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(yùn)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，所以要對分餾塔密封嚴(yán)密。從

9、圖1 可以看出, 以每一個傳熱點(diǎn)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(diǎn)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 就只取決于冷箱內(nèi)保溫材料的熱導(dǎo)率 , 也即是: Q = ( T2 T1 ) / X (2)對于絕大多數(shù)保溫材料來說, 保溫材料的熱導(dǎo)率與所處的環(huán)境溫度、保溫材料的類型有關(guān)。此外，限于經(jīng)濟(jì)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(jì)性和裝置體積、結(jié)構(gòu)上找到最佳的結(jié)合點(diǎn)。2.5其它冷損失Q其它對冷損的影響除上述兩種損失外，在對烴

10、吸附劑進(jìn)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。分餾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(jìn)而需要對塔內(nèi)冷量加以補(bǔ)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。 降低Q其它造成的冷量損失的方法 從Q其它冷損失的影響發(fā)現(xiàn)，泄露是組成

11、Q其它冷損失的主要因素，分餾塔的泄露主要分為內(nèi)漏與外漏，各自產(chǎn)生不同影響。 內(nèi)漏對冷量損失的影響： 內(nèi)漏是一種在在分餾塔壁內(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(jìn)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)備受損凍裂不能正常工作。還有些泄露如5600Nm3/h制氮裝置分餾塔內(nèi)冷箱、熱箱換熱器，既有進(jìn)入塔內(nèi)的管線，又有排空線，如果換熱器有泄漏，冷量有可能進(jìn)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(hù)、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

12、于內(nèi)漏的處理方法，只有將分餾塔整個停工封塔，加溫使分餾塔達(dá)到常溫狀態(tài)下，一點(diǎn)點(diǎn)扒除保溫材料，進(jìn)行細(xì)致的保壓檢漏工作，對于找到的漏點(diǎn)進(jìn)行堵漏處理。外漏對冷量損失的影響： 外漏就是在分餾塔外的冷量泄漏，因為外漏直接進(jìn)入到大氣中，泄漏點(diǎn)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(yùn)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(hù)，避免人員受傷的情況下進(jìn)行堵漏工作。 三、以5600Nm3/h制氮裝置為例進(jìn)行降低冷量損失的檢修 5600Nm3/h制氮裝置分餾塔為美國進(jìn)口的二手設(shè)備，經(jīng)過長時間的運(yùn)行，分餾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)

13、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(yùn)行，我們在對5600Nm3/h制氮裝置分餾塔進(jìn)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。通過堵漏來減少分餾塔冷量損失在對分餾塔扒開保溫棉之后，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)的泄漏點(diǎn)比較多（如下圖），分餾塔內(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。在分餾塔檢漏過程中，我們對塔內(nèi)泄漏的管線進(jìn)行了更換，進(jìn)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(qiáng)度。

14、為了消除泄露造成的冷量損失，我們進(jìn)行了分段保壓檢漏工作，進(jìn)洗滌塔前段部分和進(jìn)洗滌塔至高壓塔到主冷的后段分別進(jìn)行保壓檢漏。開啟壓縮機(jī)將壓力保證在洗滌塔的壓力在左右，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，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，檢驗了分餾塔漏點(diǎn)的處理情況，對塔內(nèi)設(shè)備連接處、緊固處進(jìn)行了冷緊，同時還驗證了膨脹機(jī)的冷卻效果。裸冷方案的實(shí)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，提高了分餾塔的工作效率。 3.2通過對保溫材料的選擇來提高分餾塔的效率5600Nm3/h制氮裝置分餾

15、塔的保溫材料全部扒除也給回填帶來了新的難題。因為分餾塔所需要的保溫材料需要填實(shí)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于高達(dá)17米的分餾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(珠光砂)80(一級)150(二級)晶粒1mm以下90%；12mm晶粒10%；含水率

16、不大于0.5%礦渣棉100號150號200號100150200 含水率不大于2%  由于珠光砂重量輕，保冷性能好，價格較便宜，流動性好，易于裝填，相對于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餾塔的保溫性能，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，在對分餾塔保溫材料進(jìn)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餾塔內(nèi)，通過伸出塔外的長閥桿來進(jìn)行對閥門的調(diào)節(jié)，長閥桿與分餾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(jìn)行密封，避免保溫材料珠光砂的泄漏。5結(jié)束語通過對分餾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，保溫材料的選擇是一條有效途徑，但考慮到成本也只能量力而行，無法完全杜絕冷量損失。在三種冷量損失中只有泄露可以被我們通過檢漏，更換泄露