外行学空分（253）一一液化装置和空分装置的联合（七）

Yb2021

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    空分装置是以空气精馏分离（开式热泵精馏分离工艺方案）为核心的开式热泵精馏和开式热泵一膨胀制冷液化联合装置，是一个多产品的联合装置，如何进行各产品的能耗核算就是一个非常重要的基础问题。
0 W9 y0 L" `. I( v- c4 B     空分装置又称为制氧装置，标准状态气氧单耗也就当仁不让成了空分装置的核心能耗指标，核心能耗指标确定后，一般能耗核算规则（和成本核算规则一样）其它产品只能作为付产品，按照分摊和扣除的办法进行处理，其中只能和制氧过程共同进行的过程，按照分摊或折算处理（例如氮气，氩气），可以单独进行的过程（例如液化过程，内压缩）按照同样设备性能参数和工程条件及工艺方案下实际功耗作为扣除值。这当然只是基本规范，还可以根据具体情况灵活掌握，但也必须加以说明。
    现在空分装置的能耗核算是如何进行的？并没有共识！只有一些经验做法，一是液氧单耗是气氧单耗的2-3倍（即气氧液化单耗是气氧单耗的1-2倍），二是以双塔流程基本工艺方案基础上的双膨胀工艺方案的边际气氧（气氮）液化单耗作为液氧（液氮）空分装置的核算扣除值。关于第一个办法，就不多说了，关于第二个办法应该说很有道理，但是就核算规则而言，实际上构成了循环核算，以至于出现液化单耗扣除值大大低于同样设备性能参数极限工程条件下单独液化单耗的情况。
   前面已经说明过双塔流程标准工艺方案（空压机出口压力5.6bar，85%空气进入下塔，15%空气涡轮增压后用于膨胀制冷，提氩采用以富氧液空为冷源的粗氩冷凝塔工艺方案），其开式热泵一膨胀制冷液化效率很低（大约在20%-25%），以此为基础通过采用双膨胀工艺方案计算边际气氧液化单耗作为空分装置核算扣除值是否合理？
     标准双塔流程工艺方案冷量平衡是极为紧张的（一般液氧产量占气氧产量的1%-3%，小型装置则需要提高空压机出口压力以实现冷量平衡），气氧液化单耗扣除值的大小对气氧核算结果基本上无影响。但气氧单耗中既包括精馏能耗（大约占80%），也包括开式热泵一膨胀制冷液化的能耗（大约占20%），开式热泵一膨胀制冷液化的效率对气氧单耗有非常重大的影响，只是不易认识到而已。
   在双塔流程标准工艺方案基础上，如果需要提高膨胀制冷量（用于内压缩或者提高液体产品数量），那么有两个工艺方案，其中需要制冷量较大时，采用大家熟悉的所谓增压机一双膨胀工艺方案，需要制冷量较小时，一般采用直接提高空压机出口压力的办法（小型空分装置为了实现冷量平衡也是采用同样的工艺方案）。对于大型空分装置而言，如果需要空分装置的液氧产量达到气氧产量的10%，则空压机出口压力需要从5.6bar提高至8-9bar，空压机压缩功耗增加20%-25%！计算出的边际气氧液化单耗0.7-0.8KWh每标准立方米液氧。这样的工艺方案是极不合理的，增压空气只有20%左右用于膨胀制冷和液化，其余80%均节流进入下塔（有效能效率为零）。如果简单调整一下工艺方案，空压机出口压力仍然保持5.6bar不变，通过增压机把空压机出口20%的5.5bar（纯化器后）增压至8-9bar用于膨胀制冷和液化，则同样可以实现液氧产量占气氧产量10%的目标，而计算出的边际气氧液化单耗只有0.14-0.16KWh每标准立方米液氧，当然也可以把空压机出口空气总量5%增在至38bar（空气的临界压力）左右，也同样可以达到液氧产量占气氧产量10%的目标，计算出的边际气氧液化单耗也是0.16-0.18KWh每标准立方米液氧！当然我们不会以0.16-0.18KWh每标准立方米液氧作气氧液化单耗（都已经低于液氧的冷能0.25KWh每标准立方米液氧）扣除值，我们又有什么理由认为以双塔流程标准工艺方案基础上的双膨胀工艺方案边际气氧液化单耗0.65KWh每标准立方米液氧（已经低于同样设备性能参数下的气氧极限液化功，实际上也是随着制冷量的增大而变大）是天经地义的？！
  i4 U, A2 c9 G9 f. a: h# x    如果我们以对开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案优化后的工艺方案作为新的双塔流程标准工艺方案，即空压机出口压力保持5.6bar不变（这是双塔流程精馏工艺方案对空压机出口压力的要求），但将空压机出口经纯化后的5%-7%（这个比例需要根据压力及返流气数量以完全液化为原则确定）的空气经增压机加压至38bar用于液化（这是开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案实际工程条件下对正流空气压力的要求，空气临界压力38bar），其余不变！那么将会出现什么样的情况呢？一，小型空分装置和大型空分装置在设备性能参数和工程条件工艺方案相同的情况下，能耗水平（气氧单耗）将缩小至5%以内（而目前在20%以上）。二是同样采用双膨胀工艺方案的边际气氧液化单耗将从0.65KWh每标准立方米液氧提高至0.7-0.8KWh每标准立方米液氧，略高于同样设备性能参数下的极限气氧液化功耗！当然以此为核算扣除值，则双塔流程新标准工艺方案的气氧单耗相对于原来双塔流程标准工艺方案降低10%左右。那个标准工艺方案更合理？那个核算方法更合理？