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赠人玫瑰,手留余香。

 

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本帖最后由 Sunqh 于 2022-12-6 08:42 编辑

氮压机效率70%,膨胀机等熵效率100%,100K时尤总所谓“制冷系数”的计算

设流量1000Nm3/h,环境温度300K,压缩比2,则氮压机功率:
1000*101.3*300/273.15*ln(2)/3600/0.7=30.6kW

再膨胀到原来压力,则膨胀比也是2,机后压力是机前的0.5,理想双原子分子k=1.4,绝热膨胀功:
1000*101.3*100/273.15*(1.4/(1.4-1))*(0.5^((1.4-1)/1.4)-1)/3600=-6.478kW
负数表示输出功

“制冷系数”6.478/30.6=0.212,何来0.3?

如果实际功耗=氮压机功耗-膨胀机增压侧功耗=30.6-6.478=24.122

“制冷系数”6.478/24.122=0.269,也没有到0.3
本帖最后由 Sunqh 于 2022-12-5 17:00 编辑

气体阻力损失估计,以北普液化装置为例

供气氮压机流量8284Nm3/h,进气压力102.7kPa,排气592.9kPa;循环氮压机流量47100Nm3/h,排气2548kPa,环境温度300K,则等温压缩功:
101.3*300/273.15*(8284*ln(592.9/102.7)+47100*ln(2548/592.9))/3600=2571.2kW

氮压机轴功率3686kW,则以轴功率计算的等温效率是2571.2/3686=69.8%,接近70%

阻力损失主要在返流气,液化系数按17%算,则返流量47100*(1-0.17)=39093Nm3/h,高温膨胀机从换热器中部进,阻力算10kPa,低温膨胀机从底部进,阻力按20kPa,平均按15kPa,则阻力损失是:
39093*101.3*300/273.15*ln((592.9+15)/592.9)/3600=30.2kW

阻力损失占总功率比例30.2/2571.2=0.012=1.2%

哪来的10%甚至20%?
还有一个问题,不是所有循环氮气都经过膨胀机,膨胀氮气量占循环氮气总量是83%左右。
目前的氮气液化装置,如果采用进口的高效循环氮压机和膨胀机,45%的流程效率是容易达到的,50%可能还有点困难,但也很接近了,如果氮压机效率72%,膨胀机效率88%以上的话,这个技术水平目前是能达到的。
本帖最后由 Sunqh 于 2022-12-6 15:31 编辑

膨胀机扩压器损失已经包括在膨胀机等熵效率之中,再另外算,那就是重复计算了。中压液化流程的阻力损失要小很多,不会超过2%。

你那个公式“70%X(1-0.3)X85%/1-0.3X0.7X85%=50.5%”,我有点猜出你想说什么了,你是说膨胀机产生的冷能与实际耗功之比,但至少有3个问题,一是分母应该加括号,二是“制冷系数0.3”需要确定,三是分母中不能再有0.7

你分母中的1是压缩机消耗功,0.3*85%是膨胀机增压侧消耗功,0.3*0.7*85%就是增压侧增加的气体等温压缩功,压缩机消耗功与气体等温压缩功不能想减,只能压缩机消耗功与增压侧消耗功相减。

尤总写文章水平不错,洋洋洒洒口若悬河,但是计算能力就不敢恭维了。

再有膨胀机冷能公式“70%X(1-0.3)X85%”也不对,膨胀机效率一般指“等熵效率”,这是一个基于焓降的计算,是指实际焓降与等熵焓降之比值,不是有效能效率。对于理想气体,等熵效率50%时产生的焓降是等熵效率100%时产生焓降的一半,但等熵效率50%时产生的冷能小于等熵效率100%产生冷能的一半。
厦大尤氏单塔中,所用机器效率非常高,但是液化效率只有19%,比一般的液化效率50%差很多,是尤氏单塔流程拖了后腿。
你低温膨胀机膨胀后空气是进上塔的,上塔压力1.35bar,所以膨胀机后压力也是1.35bar,1.2bar是进不了上塔的。

上塔压力确定,要求出主换热器氮气压力不低于1.1bar,主换热器和过冷器阻力按0.2bar算,那么上塔顶部压力1.3bar,上塔填料阻力0.05bar,上塔底部压力就是1.35bar。膨胀空气进上塔中部,一般也按1.35bar算。

即使液化装置中的返流低压氮气,也要求返流气压力不低于1.1bar,所以膨胀机后氮气压力最低只有1.3bar左右,不能1.2bar

膨胀机等熵效率计算公式η=(h-h1)/(h-h0),式中h是膨胀前气体焓值,h0是等熵膨胀后气体理想焓值,h1是膨胀后气体实际焓值。这个显然不是冷能效率。

比如理想气体在指定压力和150K膨胀到一定压力,当等熵效率100%时,温降50K,膨胀后气体温度100K;当等熵效率50%时,膨胀后气体温度125K,焓降或制冷量减少50%,但是冷能减少超过50%。因为同样多的冷量,在100~125K区间的冷能,显然要多于在125~150K之间的冷能,具体计算要用到积分。

本帖最后由 Sunqh 于 2022-12-7 10:41 编辑

尤总外行学空分10几年了,不会到现在连最基本的膨胀机等熵效率还不会算吧?

《新编制氧工问答》第62页有膨胀机效率计算公式,尤总有这本书的话,可以看一下。

深冷气体压缩不是越来越多,仍然是特殊情形下使用,一般情况下使用深冷气体压缩并不好,在能耗上是不利的。
我说你可能不会算膨胀机等熵效率,你并没有能证明你会。膨胀机效率一般指等熵效率,即实际焓降与理想焓降之比,也有人说绝热效率,但定义一样,尤总所谓的“绝热效率”如果另有所指,那就应该说明。

膨胀机产生的冷能与膨胀机的等熵效率之间并不是成正比例关系,你只要会膨胀机等熵效率计算,就会知道这个。比如,机前压力5大气压,机后1大气压,机前温度150K,等熵效率90%时,产生的冷能只有效率100%时的86.3%,等熵效率80%时冷能只有效率100%时的73.6%,都不相等。

我说的北普液化装置,592kPa正是返流氮气压力,正流是5012kPa(占三分之二)和2502kPa(占三分之一),正流阻力损失要小得多,我计算返流损失占氮压机功率1.2%,正返流阻力损失之和占2%算少么?

民科都认为自己受到了不公正对待,都一样。
民科并非一无是处,民科的特点是学习少思考多,没有各种条条框框的限制,想法天马行空,无拘无束。虽然民科的结论往往是错误的,但这并不表明民科论证过程中的每一个步骤都错了,有时民科的思想也有可取之处,至少可以娱乐一下。纠正民科错误,有时也是一件有意义的事。民科始终是申请专利的主要群体,当初爱因斯坦在专利局工作,就少不了跟民科打交道,这或许还锻炼了爱因斯坦的思维,最终促成了相对论思想的形成。

尤总估计液化装置效率的方法就很值得借鉴,当然问题也不少,需要修正。一是分子分母中的膨胀机效率不是同一个百分数值,尤总分子上的膨胀机效率如果是有效能效率的话,那就不能直接用到分母上;如果膨胀机效率指一般意义上的等熵效率,那就不能直接用到分子上,因为这两个百分数值并不相等。二是分母上不能再有增压侧等温效率,这个上面说过了。三是实际气体还有节流效应制冷量,这个也会产生冷能,当然也有温差损失和冷损,这几个都要考虑到。在中压液化流程中,气体节流效应制冷量占比还可以,不能忽略。我认为节流效应制冷量很可能抵消冷损和温差损失后还有富余,这个我还没有具体计算过。
讨论氮气液化装置,应该以中压液化流程为基础,这个才是主流,单独运行的低压液化流程几乎没有,低压液化流程的效率确实很低。
看来尤总并不喜欢“民科”头衔,在这点上就不如人家“诺贝尔哥”了,“诺贝尔哥”就大方地承认自己是民科,而且说:“如果将来中国有人拿诺贝尔奖的话,更可能来自民间”,所以说人家“诺贝尔哥”声名远播不是没有理由的,首先坦然面对也。

膨胀机等熵效率是依制冷量或输出功定义的,不是按冷能定义的,比如机前和机后压力都分别固定,机前温度都是200K,假设理想气体,效率100%时,机后温度100K;效率90%时,机后110K;80%,120K;……0%,200K,相当于节流,温度不变。

但是以上各过程中,效率90%时的冷能并不是100%时的0.9倍,而是小于0.9倍,冷能由冷量和冷量品位两个因素确定,110K至100K的冷量品位显然要高于200K至110K。

与气体膨胀过程相对应,气体压缩过程的绝热效率是按输入功定义的,不是按气体得到的有效能定义的,只要过程效率不是100%,有效能都不守恒。

具体到低温气体的增压过程,仍按理想气体,机前和机后压力都分别固定,显然,绝热效率100%时,功耗最少,气体温度升高也最少;效率50%时,功耗增大到效率100%的2倍,气体温升也是2倍,而机后压力与效率100%时相同,可以认为气体的压力能相同,但冷能减少更多。低温气体的有效能可认为是压力能与冷能两者之和,效率50%时输入功已经是100%时的2倍,加上冷能减少更多,气体有效能增加量与输入功比值显然小于50%。

比如低温气体压缩过程的绝热效率100%时,气体压力能增加Ep,冷能减少Et0,输入功W,则气体有效能增加的效率(Ep-Et0)/W=100%;绝热效率50%时,气体压力能增加Ep,冷能减少Et1(Et1>Et0),输入功2W,则气体有效能增加的效率(Ep-Et1)/(2W)<(Ep-Et0)/(2W)=50%,显然气体有效能增加的效率与绝热效率并不相等。
膨胀机等熵效率也有人称为绝热效率,定义一样,都是指膨胀机制冷量或输出功效率,可以称为膨胀机产生冷量的效率,但不是膨胀气体产生冷能的效率,冷量和冷能是两回事,你公式中分子是冷能效率,分母是冷量(输出功)效率,这两个效率并不相等,不能用同一个字母。

膨胀机高温高焓降冷量多但冷能少,低温低焓降冷量少但冷能多,冷量和冷能都是空气分离和液化过程所需要的,根据需要确定膨胀气体温度。
本帖最后由 Sunqh 于 2022-12-14 23:20 编辑

比如液化氮气和液化氧气相比,液氮冷量0.15kWh/Nm3,液氮冷能0.27kWh/Nm3;液氧冷量0.16kWh/Nm3,液氧冷能0.25kWh/Nm3

液氮冷量少冷能多,液氧冷量多冷能少。显然,液化氮气时,需要增大冷能可以减少冷量;液化氧气时,需要增大冷量可以减少冷能。所以液化氮气时,应该适当降低膨胀气体温度,增加冷能减少冷量;液化氧气时,应该适当升高膨胀气体温度,增加冷量减少冷能。
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