外行学空分(193)一一深冷空分流程中的制冷和液化(五)

Yb2021

   深冷空分流程中的膨胀制冷有两个基本工艺方案，一个是所谓的低温膨胀制冷工艺方案(应该更准确地叫做低背压膨胀制冷工艺方案)，对于双塔流程来讲就是膨胀后的空气进入上塔参与精馏。对于新单塔流程而言则是膨胀后的空气进入空分塔参与精馏。一个是所谓的高温膨胀制冷工艺方案(应该更准确地叫做高背压膨胀制冷工艺方案）。对于双塔流程而言就是膨胀后的空气进入下塔，对于新单塔流程而言就是膨胀后的空气进入空气冷凝器。一个空分装置中同时拥有两个膨胀制冷工艺方案叫做双膨胀工艺方案（在双塔流程中这种情况实际上并不常见）。
. h* j7 Y# q, _1 w5 d. X    双塔流程深冷空分装置在不制取液体产品或仅制取少量液体产品(液体产品数量低于气氧产量10%)时，一般采用低温膨胀制冷工艺方案。这样情况下，空压机出口压力一般在10bar以下。
  双塔流程的 空分装置制取较高的液体产品或者采用内压缩流程时，理论上应该采用双膨胀制冷工艺方案，低温膨胀制冷工艺方案和低液体产品时膨制冷工艺方案基本相同。另外增加了空气增压机和所谓的高温膨胀机制冷，膨胀机背压在5.3bar。但在实际上由于制取液氮产品或者采用氮气内压缩及提高氧气产品纯度，氩提取率，压力空气在很多情况是全部进入下塔，当然也就不存在所谓的低温膨胀机了。
8 f, W; L' Q$ B7 b. G    (制氧技术)中认为采用双膨胀机工艺方案时，气氧液化单耗扣除值可以低至0.65KWh每标准立方米液氧。结合(制氧技术)中气氧实际液化功1.25-1.47kwh每标准立方米液氧！可以很容易推理出(制氧技术)认为低温膨胀机的制冷效率低于高温膨胀机的制冷效率！低温膨胀机制冷液化工艺方案效率在20%-30%之间(根据气氧实际液化功对应的液化效率为17%-20%，实际液化效率应该略高)，采用高温膨胀机的制冷液化工艺方案效率在40%左右！其实这样的认识并不正确，如果不考虑正返流阻力，在相同设备性能参数的情况下，膨胀机进口温度越低，膨胀机制冷效率越高，即使考虑正返流阻力，如果膨胀机进口压力不是特别低（4.0bar以上），所谓低温膨胀机和高温膨胀机的制冷效率基本相当并无太大的差距，甚至相对于高温膨胀机而言，低温膨胀机的制冷效率更高！
   膨胀制冷效率理想极限情况下(无阻力损失无散冷损失零换热温差无扩大管阻力损失)为α(1-b)C/1-αbC，膨胀机进口温度越低，b值越小，相同设备性能参数下膨胀制冷效率越高！但在深冷空分装置中实际情况据说却是高温膨胀机制冷液化效率大大高于低温膨胀机制冷液化效率，这是为什么？第一个原因是所谓高温膨胀机工艺方案和低温膨胀工艺方案只是约定俗成的说法，低温膨胀机的进口温度并不一定低于高温膨胀机的进口温度！其次是由于正返流阻力损失扩大管阻力损失及换热温差对高温膨胀机制冷液化效率和低温膨胀机制冷液化效率产生重大的不同影响。
# G+ Q5 ?: m' B9 d    以上的解释均不能充分说明高温膨胀机制冷液化效率比低温膨胀机制冷液化效率高一倍以上（实际上仅就膨胀机制冷效率而言，所谓高温膨胀机膨胀制冷效率和低温膨胀机膨胀制冷效率差距并不大，在极限工程条件下，膨胀机进口温度越高，膨胀机制冷效率越低，在实际工程条件下，高背压膨胀机的制冷效率略高于低背压膨胀机）！
    （制氧技术）在这些问题上存在两个问题，一是没有区别膨胀机膨胀制冷效率和开式热泵一膨胀制冷液化效率之间的不同。二是没有区别深冷气体实际液化功耗和空分装置深冷气体核算扣除值的不同。
    关于第一个问题，就不多说了，正是由于没有区分膨胀制冷效率和开式热泵一膨胀制冷液化效率之间的区别，才会认为深冷气体实际液化效率在40%以上！对于气氧液化单耗扣除值0.65KWh每标准立方米液氧见怪不怪欣然认可（该数据对应的气氧液化效率大约为37%，高于给定设备性能参数下极限深冷气体液化效率，是存在很大疑问的！）关于第二个问题，在一般情况下，深冷气体实际边际液化功和相同设备性能参数下的深冷气体实际液化功差距是不大的（决不会出现一倍的差距），只有在特殊情况下，两者之间可能出现巨大的差距。那就是标准双塔流程基本工艺方案（即所谓的全低压单膨胀制冷工艺方案）其空气开式热泵一膨胀制冷液化效率很低！但核算中的神奇切换（按照能耗或成本核算的基本规则，非核心产品或付产品的能耗或成本扣除值应该以同样设备性能参数及工程条件下的实际能耗或实际成本计算值作为扣除值！就深冷空分装置而言，气氧液化单耗的扣除值应该以同样设备性能参数和工程条件及工艺方案下的气氧实际液化功计算值或极限液化功作为核算扣除值，而不是以边际气氧液化单耗计算值作为扣除值！以边际气氧液化单耗计算值作为核算扣除值，虽然看起来非常有道理，但却在实质上构成循环核算的问题，是能耗核算和成本核算中的一大忌讳！）。把双塔流程标准工艺方案开式热泵一膨胀制冷液化效率极低的事实掩盖了！

Sunqh

6 R( Y2 n; l" M3 u) P% g/ `- K
& U% P5 }8 p9 k" _  h8 d2 |" q液化效率50%是说得到“冷能”的效率是50%，不是说得到“冷量”的效率是50%，液氧冷量0.16kWh/Nm3，冷能0.25kWh/Nm3；液氮冷量0.15kWh/Nm3，冷能0.27kWh/Nm3，高温冷量的冷能少，低温冷量的冷能多。膨胀前温度高，冷量多而冷能少；膨胀前温度低，冷量少而冷能多。冷能多的冷量能自发转化为冷能少的冷量，反之不行，所以只用一台膨胀机的话，都是用低温膨胀机，没有用高温膨胀机的，但高低温两台膨胀机配合的效果才是最佳。