外行学空分(93)一一深冷空分有效能计算与分析(二)

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" r6 Q# }+ Q2 c) y( `. C     有人曾经说过热力学第二定律是热力学中的哲学，事实上也是如此，很多的大思想家都借用热力学第二定律的概念例如耗散结构来阐述自己对世界的哲学思考。热力学是建立在热力学四个定律(公理)基础上的自恰逻辑体系，对于一件事只能有一个结论，如果有了两个结论，那么其中一定有一个结论是错误的，甚至两个结论都是错误的！现在深冷空分有效能效率计算中就出现了两个水火不相容的结论，一个结论是双塔流程精馏系统有效能效率在40%左右，一个结论是双塔流程精馏系统有效能效率在90%以上！这是一个极大的矛盾，在这个矛盾解决之前，任何深冷空分有效能及有效能效率的计算都是没有意义的，而且可能会产生极大的误导性。
' W. o# V" i$ b   这当然只能返回有效能效率的最初定义来解决矛盾，有效能效率的最初定义是什么呢，过程可逆最小功(有效能)与系统(过程)实际耗功(有效能)的比值！或者过程实际输出功与过程可逆最大输出功的比值。例如压缩的绝热效率，膨胀机的绝热效率都是完全符合以上的定义，按照这个有效能效率的严格定义，对于压缩膨胀这样的过程使用起来是比较方便的，但对于复杂系统，严格按照有效能效率的定义来进行有效能效率的计算太不方便了！实际有效能及有效能效率计算中，我们很容易得到各节点的有效能数据及输入输出有效能，因此可以很方便地计算实际耗损有效能及实际得到的有效能，但可逆最小功和可逆最大功就不是通过各节点有效能数据及有效能输出输入数据可以轻易计算而来！于是人们采用了现在大家熟悉的有效能效率计算公式，其实是有效能衡算。是有效能投入产出率而不是严格意义上的有效能效率！通过对各节点有效能数据及有效能输出输入数据加减乘除方便地计算出所谓全低压有效能效率（实际上是有效能投入产出率），方便是方便了，但与严格的有效能效率已经出现了偏差，一般情况下使用这个有效能效率计算公式并没有问题，因为有效能及有效能效率的计算是屠龙之术，实际上无甚用处，无非起到指示方向的作用，也就无人去深究这个问题，习惯成自然不但很多人都用这个计算公式，而且成了不能动摇的共识，反而质疑起绝热效率是不是有效能效率，这就不得不下一番功夫认真研究一下这个问题了。
5 L: B1 h4 d! c+ Q: c! F3 b  双塔流程的空分塔（包括上下塔即精馏系统）的有效能效率问题出在主换热器上，为什么主换热器会影响深冷空分精馏系统的有效能效率的计算结果呢？理论上这是完全不可能的！但是却实际上发生了！这是为什么？当为了计算方便采用有效能效率（实际上是有效能投入产出率或其变种）计算公式的时候，这个问题已经埋下了！深冷空分装置中主换热器的存在极大地放大了严格的有效能效率与这个有效能投入产出率之间的偏差并导致荒谬可笑的结论，例如空分精馏系统（双塔流程中的上下塔）在耗损全装置的40%的有效能的情况下，按照这个计算公式计算出有效能效率高达90%以上，下塔的有效能效率95%以上这样匪夷所思的结果！
   道理很简单，主换热器通过有效能交换向正流空气输λ了超全装置有效能(空压机压缩功耗)五倍以上的冷能有效能，一方面极大抬高了空分塔进口有效能数据，也相应抬高了空分塔出口有效能数据，荒谬的情况就这样发生了！主冷凝器对上下塔有效能效率的计算也有同样的作用！这那里还是望远镜和显微镜简直就是哈哈镜！这就象两个人踩高跷，两个人身高差值(有效能损失)是不变，但两个人身高(实际身高加上高跷高度)比值却接近于1！高跷的高度越大，两者高度的比值越接近于1！
    另外讲一个热力学的基本常识，在热力学规范术语中所有的效率都是有效能效率又叫做等熇效率！其数值在0-100%之间，既不可能大于1，也不可能小于零！如果有效能效率计算公式中有可能出现大于1小于零的情况，那么这个计算公式一定存在问题！当然并不是说只要计算公式不可能出现大于1小于零的结果计算公式就是正确的，但可能出现计算结果小于零大于1的计算公式一定是错误的，至于错在那里，那就是千奇百怪了！
   通过各节点有效能数据（系统有效能衡算）计算有效能效率有一个相对比较靠谱的计算公式。首先必须必须明确系统过程的定性，倒如压缩过程，精馏过程等等。明确了系统和过程的定性就可以通过有效能衡算的结果（各节点有效能数据和有效能输入输出值），系统过程得到的有效能（压缩过程压力能，精馏过程分离功即目标有效能增加值）和得到的目标有效能和有效能损失之和（即投入的总有效能）的比值！
( [2 M. l( f3 |2 ^+ P. ]$ m   现在国家标准能量系统有效能分析技术导则，虽然仍然保留实质上是有效能衡算（投入产出率）的有效能效率计算公式（5），但也明确提出了目标有效能效率的定义和计算公式（公式6），在进行系统分系统有效能效率分析的时候，目标有效能效率的定义和计算才是靠谱的！

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   很多人使用的有效能效率计算公式有两个，一是（终点有效能减去始点有效能）除以输入输出有效能。这个计算公式只有在始点有效能为零的时候才是成立的，例如所谓的等温效率。二是终点有效能减去始点有效能除以始点有效能加输出输入有效能，这其实只是有效能衡算。同样也只有在始点有效能等于零的情况是才有意义。