新改冷量损失对空分装置的影响

1、浅析空分装置冷量损失的原因以及降低冷量损失的方法摘要：分析空分装置运行中存在的冷量损失及冷损对空分装置的影响，提出减少冷损的措施。关键词：空分装置 冷量损失 影响因素 措施引言：通过对空分装置的能耗控制，科学的组织生产和进行有效地成本控制，已成为空分装置发展方向。空分装置的正常能耗包括产品压缩能耗如（电机的电耗，冷却水耗等）、空分液体分离能耗和由于出口压力的不同产生的混和能耗等，产品压缩能耗与混合能耗是不可避免存在的，但是我们可以通过降低空分液体能耗，来控制空分装置的总能耗。空分液体能耗中冷量损失占了其中很大一部分比例，如果能通过合理、科学的冷量损失分析，找出有效降低冷量损失的途径、方法，将对

2、空分装置的能耗降低将会带来实质性的突破。一、空分装置冷量的产生的途径及冷量损失的含义在带有膨胀机的空分装置中，装置的总制冷量包括膨胀机工作产生的制冷量与节流效应获得的冷量两部分。1.1膨胀机产生冷量的原理透平膨胀机是一种制冷机械，它由蜗壳、导流器、工作轮等部分组成。当具有一定压力的气体进入膨胀机的蜗壳后，被分配到导流器中，导流器上装有喷嘴叶片，在喷嘴中将内部的能量转换成流动的动能，压力、焓降低，流速增高到200米/秒左右。当高速气流冲到叶轮的叶片上时，推动叶轮旋转将动能转化为机械能，通过转子轴带动的制动风机对外输出功。从气体流经膨胀机的整个过程来看，气体压力降低是膨胀过程，同时对外做功，消耗了

3、气体内部的能量，反映出温度降低，焓值减小，制得了冷量。1.2节流效应获得冷量的原理节流效应制冷量是由于压力降低，体积膨胀分子相互作用的位能增加，造成分子运动的动能减小，温度降低，使它具有一定的吸收热量的能力，从而获得了冷量。以12#压缩机入口管路为例，在春秋季经常可以在入口管路上看到结霜现象，就是因为在入口管线高速吸入气流在遇到管路变径后进入细管线，气体内能降低，温度降低产生。 从二者制冷量的含义可以看出： 膨胀机是气体膨胀对外做功，降温效果比节流要大得多，但是，膨胀机的温降效果是介质温度越高，效果越大；而节流则是介质温度越低，温降效果越明显。因此，在低温下二者的区别减小。同时，节流装置的结构

4、要比膨胀机的结构简单、可靠的多，此外，膨胀机为避免产生液击，损坏叶片，在设计、制造以及平时操作时不可能使用膨胀机无限制的获得冷量，因此，空分装置普遍采用膨胀机与节流装置配合使用的方式来使空分塔内温度降至要求温度。1.3冷量损失的含义低温物体所具有的吸收热量的能力称为有一定冷量。这种低温的获得是要花费一定的代价压缩机消耗功，压缩气体后再靠膨胀得来的。如果这部分冷量未能加以回收，则称为冷量损失。它包括：热交换不完全损失Q1、跑冷损失Q2、其它冷损失Q其它，它们之间的关系如下： 冷量损失= Q1+ Q2+Q其它当制冷量与冷量损失相等时，称为冷量平衡，装置内部工况稳定。冷量不足和冷量过剩均会破坏冷量平

5、衡，引起液面下降或上升，应采取相应调整措施重新达到冷量平衡。二、空分装置冷量损失的因素及降低冷量损失的方法2.1热交换不完全损失Q1对冷损的影响低温废气、氮气在离开装置时，在理想情况下，它应复热到与正流空气进装置温度相等，即热端温差为零，冷量才能全部加以回收。如果低温介质的热端温度低于正流空气的进口温度，即热交换不完全，存在热端温差，则从该温度升高至正流空气进口温度为止的这部分冷量未被利用，叫热交换不完全损失。以5600Nm3/h制氮装置为例，5600Nm3/h制氮装置内部换热采用可逆式板翅换热器，冷热流体通过在换热器内进行热交换达到清除空气杂质和保持冷量的作用。因此对于这套装置来说热交换不完

6、全损失是装置冷损中最大的部分。热交换不完全冷损是由于返流低温气体在换热器热端不能复热至正流空气入口温度引起的，因此热端温差越大说明未被利用热量损失越多。其计算公式为:Q复热= Vcpt (1)式中:V 为气体流量,m3/h;cp为比热容,113kJ/(m3·);t为热端温差, 。如各股气体与正流空气的热端温差均相等，在不同的热端温差下的热交换不完全冷损的大小如表1所示：热端温差 2.02.53.03.54.05.0热交换不完全损失 cal/Nm30.6250.7820.9381.081.251.56由表可见，热端温差扩大1 ，热交换不完全损失将增加0.317 cal/Nm3，将使装置

7、的总冷损增加10%以上。因此尽可能缩小热端温差对减小装置的总冷损有很大意义。2.2降低热交换不完全损失Q1的方法如果在出口管壁上发现“冒汗”或结霜，说明管内的产品气体的出口温度还很低，造成外部空气中的水分在管壁凝成露水或霜，即热端温差很大，应对热端温差进行相应的调整。此外换热器的表面脏污或部分堵塞，将造成传热能力的减弱，也会引起热端温差的扩大。通过我们对热交换不完全冷损的分析发现，减小温差是对其最有效的解决方法，但是，换热器正是通过温差来传递热量，没有了温差换热器当然不能工作，这成了降低热交换不完全冷量损失的一对矛盾，所以我们只能尽量减少，而不能彻底根除热端温差带来的热交换不完全冷量损失。2.

8、3 跑冷损失Q2对冷损的影响空分装置在正常工况下，内部都处于很低的温度工作，虽然加有保冷层，但周围环境温度大大高于装置内部介质的温度，外部必然不断会有热量传入；如果没有制冷量的不断补充，装置内的温度会不断增高，液体数量逐渐减少，造成工况恶化。所以节流效应和膨胀机的制冷量一部分要补充消耗的冷量损失。2.4降低跑冷损失对冷损的影响要防止外界的热量传入空分装置内部，就要在空分装置的保温材料的选择考虑，一般在空分装置内填充有导热性能差的绝热材料，通常用珠光砂或矿渣棉等。其保冷情况除了与绝热材料的性能，填充层的厚度，支架等绝热措施等因素有关外，还与充填情况有关。例如，保冷箱的死角内保冷材料是否充足，运转

9、后保冷材料是否下沉，更主要的是保冷材料是否干燥。它对跑冷损失将产生很大影响，所以要对分馏塔密封严密。从图1 可以看出, 以每一个传热点来说, 冷箱外环境温度T2 和冷箱内温度T1 都是保持在一个相对稳定的范围内, 而且冷箱内的绝热层厚度X对每一个传热点来说也是固定的参数。那么, 从冷箱外环境传入冷箱内的热量Q 就只取决于冷箱内保温材料的热导率 , 也即是: Q = ( T2 T1 ) / X (2)对于绝大多数保温材料来说, 保温材料的热导率与所处的环境温度、保温材料的类型有关。此外，限于经济性和装置体积、结构的考虑，保温层不可能无限的加厚、装置内部的工艺管线的间距也不能无限加大，这就要求我们

10、在经济性和装置体积、结构上找到最佳的结合点。2.5其它冷损失Q其它对冷损的影响除上述两种损失外，在对烃吸附剂进行再生和预冷时，在排放液体时，或当装置有泄漏时，需要额外消耗一部分冷量，或损失一部分低温液体或气体。如果管道或设备发生泄漏，使外漏的那部分低温气体或液体的冷量无法加以回收，使 Q其它这部分冷损失大大增加，将破坏装置的正常工作，甚至无法维持生产，被迫停车。分馏塔的泄露主要分为内漏与外漏，都会造成冷损加大，工况恶化，进而需要对塔内冷量加以补充，从而加大不必要的能量损耗，因此，泄漏是空分装置的大敌，在安装和施压检漏时要严格把关，不能马虎、凑合，在停工检修期间保压检漏，及时处理的情况下，泄漏造

11、成的冷量损失是可以被我们消除的。2.6 降低Q其它造成的冷量损失的方法 从Q其它冷损失的影响发现，泄露是组成Q其它冷损失的主要因素，分馏塔的泄露主要分为内漏与外漏，各自产生不同影响。 内漏对冷量损失的影响： 内漏是一种在在分馏塔壁内的冷量泄漏， 冷量损失的增加，导致保温材料受潮，湿度增加，外界空气进入箱体内，在低温的工作状况下大量结冰，影响保温效果，冷量损失加剧，使得工况恶化，无法正常生产，严重情况下导致冷箱内支架、管道设备受损冻裂不能正常工作。还有些泄露如5600Nm3/h制氮装置分馏塔内冷箱、热箱换热器，既有进入塔内的管线，又有排空线，如果换热器有泄漏，冷量有可能进入排空线使排空罩结霜，造

12、成冷量损失。往往刚开始的内漏很难在日常维护、操作中发现，在内漏导致冷量损失到一定程度才会在工况上反映出来，对于内漏的处理方法，只有将分馏塔整个停工封塔，加温使分馏塔达到常温状态下，一点点扒除保温材料，进行细致的保压检漏工作，对于找到的漏点进行堵漏处理。外漏对冷量损失的影响： 外漏就是在分馏塔外的冷量泄漏，因为外漏直接进入到大气中，泄漏点往往在低温下呈现白雾、结冰情况，大量的冷损也会导致工况恶化，无法正常运行，同时也会给日常操作人员带来冻伤的危害，不易及时处理，要做好防护，避免人员受伤的情况下进行堵漏工作。 三、以5600Nm3/h制氮装置为例进行降低冷量损失的检修 5600Nm3/h制氮装置分

13、馏塔为美国进口的二手设备，经过长时间的运行，分馏塔壁缝隙上常能看到，由于气体、液体泄漏冒出大量的冷气和结霜现象，说明跑冷现象已很严重时。为了消除装置存在的生产隐患，保证装置能长周期安全运行，我们在对5600Nm3/h制氮装置分馏塔进行了保温材料的更换、塔外密封的改造、压力容器检测和工艺阀门管线检漏等工作，减少冷量的损失，保证生产工况的稳定。3.1通过堵漏来减少分馏塔冷量损失在对分馏塔扒开保温棉之后，经过检查发现塔内的泄漏点比较多（如下图），分馏塔内很多的紫铜管因为长时间内部介质冲刷、腐蚀而发生了破裂，同时阀门由于使用年限比较长，大多数阀门的螺栓都有松动现象，造成阀门格兰、连接法兰泄漏。在分馏塔

14、检漏过程中，我们对塔内泄漏的管线进行了更换，进行了特别的低温银焊堵漏处理，保证了管线在温度变化的情况下的工作强度。为了消除泄露造成的冷量损失，我们进行了分段保压检漏工作，进洗涤塔前段部分和进洗涤塔至高压塔到主冷的后段分别进行保压检漏。开启压缩机将压力保证在洗涤塔的压力在0.5MPa左右，保压半小时，保压时将肥皂水均匀的涂抹于塔内弯头与阀门接头处，如有肥皂水冒泡现象即说明此处有泄露，更换变形、受损的弯头、铜管，对于阀门连接处重新紧固。在检漏结束后，我们通过裸冷，检验了分馏塔漏点的处理情况，对塔内设备连接处、紧固处进行了冷紧，同时还验证了膨胀机的冷却效果。裸冷方案的实施有效的保证了塔内管线和阀门的

15、密封，大大减少了跑冷损失，提高了分馏塔的工作效率。 3.2通过对保温材料的选择来提高分馏塔的效率5600Nm3/h制氮装置分馏塔的保温材料全部扒除也给回填带来了新的难题。因为分馏塔所需要的保温材料需要填实而无空隙，这样才能保证冷量不会损失和泄漏，而回填絮状的保温棉对于高达17米的分馏塔来说无疑是很难做到万无一失的，同时塔内错综复杂的工艺管线也给回填造成很大困难。因此，我们迫切需要找到一种绝热性能好、方便回填、最好是具有流动性的保温材料来代替原有材料。在查阅相关资料后发现，珠光砂与矿渣棉的性能相近，如下表： 名称牌号体积质量/kg·m-3热导率/W(m·K)-1比热容/kJ(

16、kg·K)-1其他特性膨胀珍珠岩(珠光砂)80(一级)150(二级)0.040.0580.040.050.670.84晶粒1mm以下90%；12mm晶粒10%；含水率不大于0.5%矿渣棉100号150号200号1001502000.0440.0380.0470.0330.0520.750.840.84 含水率不大于2%  由于珠光砂重量轻，保冷性能好，价格较便宜，流动性好，易于装填，相对于线状及面状的矿渣棉相比，粒状的珠光砂填料密度大，填料更加紧凑，目前设备主要用它作保冷材料。在箱体底部可装一层矿渣棉，对经常需要检修的局部隔箱中也宜装矿渣棉或玻璃棉。经过研讨之后，

17、决定将保温材料改为珠光砂，这一改动不但有效地保证了分馏塔的保温性能，同时也是保温材料回填时间大大缩短，为装置的顺利开工提供了有利的条件和保证。但是，在对分馏塔保温材料进行更换以后，对埋在塔内阀门的密封有一定影响，因为一些阀门的阀体是在分馏塔内，通过伸出塔外的长阀杆来进行对阀门的调节，长阀杆与分馏塔壁的密封出就不能再采用以前的橡胶套，而采用革兰套对阀杆和塔壁间隙进行密封，避免保温材料珠光砂的泄漏。5结束语通过对分馏塔冷量损失的分析发现，热交换不完全损失因为热端温差无法消除，这部分冷损失不可避免的，只有在操作时尽量减少这部分冷损，而从跑冷损失的含义可以发现跑冷损失也因为存在系统内与环境存在较大温差而无法消除，保温材料的选择是一条有效途径，但考虑到成本也只能量力而行，无法完全杜绝冷量损失。在三种冷量损失中只有泄露可以被我们通过检