氮液化单耗.jpg

想要从事某方面工作，首先要对这方面现状有所了解，厦大报告弄出个下塔理论塔板数12块，还弄出个氧气液化单耗1.3kWh/Nm3，显然是对空分现状一无所知。

我们20年前上了一套川空生产的氮液化装置，目前仍在运行，这套氮液化装置的所有主要设备包括两台膨胀机、换热器等都是川空制造，这套液化装置单独运行，没有和任何一套空分联合。液化装置的循环氮气取自2.0MPa中压氮气管网，流量25000Nm3/h，返流低压氮气压力15kPa，液氮产量4800Nm3/h

如果氮压机效率70%，那么2.0MPa、25000Nm3/h的压缩功耗是：
25000*101.3*300/273.15*ln(2.1/0.115)/3600/70%=3206kW

氮气最小液化功0.27kWh/Nm3，则液化效率是：
4800*0.27/3206=40.4%

国产液化装置的流程效率都能达到40%，进口45%正常，但如果想要50%，可能对氮压机效率和膨胀机效率还有更高一点的要求。

本帖最后由 Sunqh 于 2022-12-12 20:46 编辑

估计极限液化效率是有可能的，主要思路是：

1、液氮冷量0.15kWh/Nm3，液氮冷能0.27kWh/Nm3；

2、冷量包括膨胀机制冷量和节流效应制冷量两部分，冷能主要是膨胀机单独产生；

3、计算节流效应制冷量；

4、膨胀机效率以及机前和机后压力等一定时，提高膨胀机进气温度，冷量增加而冷能减少，反之降低膨胀机进口温度时，冷能增加而冷量减少，选取一个合格的膨胀机进气温度，使总冷量和冷能分别与液氮产品平衡；

5、计算出压缩功耗和液氮产量，然后流程效率=液氮产量*0.27/压缩功耗；

6、注意压缩功耗中要扣除两台膨胀机增压侧的功耗。

我用软件算了一下，压缩效率70%，膨胀效率85%时，氮气液化装置极限流程效率大约是49.3%，几个参数：

设循环氮气量1000Nm3/h，压缩后(膨胀前)压力45atm，膨胀后5atm，压缩功耗是96.831kW

膨胀机前温度166.2K，膨胀效率85%，制冷量(输出功)是18.739kW，冷能增加量38.506kW

节流效应制冷量2.945kW

液氮单位冷量0.1505kWh/Nm3，液氮单位冷能0.2672kWh/Nm3，液氮产量144.1Nm3/h

极限流程效率=144.1*0.2672/(96.831-18.739)=49.3%

实际流程效率一般40~45%

如果想要实际流程效率达到50%，压缩效率可能要到73%左右，而膨胀效率可能要到89%左右，此时极限流程效率是55.1%。

本帖最后由 Sunqh 于 2022-12-13 14:37 编辑

20bar氮气压缩功耗就是以上的3206kW，是流量25000Nm3/h，进气压力0.15bar，排气压力20bar，效率70%的压缩功耗，这是这套液化装置的全部功耗，只有膨胀机油泵和仪表电等小电耗没有计入。

用液化装置来液化氧气的效率肯定要低一些，因为氧气的压缩和膨胀很危险，实际都是氮气压缩和膨胀，再液氮转换为液氧，这个过程肯定有损失。但是在空分中直接取出液氧并不需要这种转换，所以在空分中生产液氧的单耗0.5kWh/Nm3很正常，1.3kWh/Nm3就太离谱了。

液化的是常压氮气，5atm到45atm只是循环介质，本身不液化，液化装置的功耗就是压缩这些氮气的功耗扣除膨胀机增压侧功耗的值。因为液氮冷能是常压液氮与常温常压氮气之间的有效能差值，已经提供了这些冷能，就视作是常温常压氮气液化为常压液氮，常温常压氮气没有压缩功耗。如果是液化带压氮气，那所需冷能是可以大幅减少的。

当然，这个计算实际只是提供与单位液氮产品相同的冷量及冷能所需消耗功。

压缩机效率70%和膨胀机效率85%都不是极限，目前国产膨胀机效率也有87%以上的，Praxair更声称他的膨胀机效率91%(30年前的北普液化装置两台膨胀机效率都是88%)。厦大报告中空压机效率74%，而膨胀机效率87%，也比较高，但是氧液化单耗竟然还要1.3kWh/Nm3

低压循环和中压循环的膨胀机制冷差不多，但是节流效应制冷量和阻力损失有差异，换热器温差分布也有差异，效率较高也是目前主流的液化装置是中压液化流程，低压液化流程的单耗要比中压流程高15~20%

有人说，你跟民科争论，那你就已经输了。尤总连林德都不信，更不会相信我的计算，这个预料之中。但我列出了计算过程和各计算结果，所有人都可以复核。膨胀机进气温度是用规划求解方法得到的，根据冷量平衡和冷能平衡。膨胀机后有可能带液，但这并没有什么问题，Cryostar膨胀机对机后带液率已经没有限制。

本帖最后由 Sunqh 于 2023-1-10 21:58 编辑

用软件模拟氮气液化流程不是一件容易的事，在国内能用林德软件的人上千，但我并没有看到有谁做这方面工作。

本帖最后由 Sunqh 于 2023-1-10 21:53 编辑

光是换热器夹点温差计算，就不是很容易

本帖最后由 Sunqh 于 2022-12-13 16:13 编辑

液化装置中的有效能损失可以归纳到四个方面，一是压缩损失，体现在等温效率中；二是膨胀损失，体现在等熵效率中；三是阻力(包括节流)损失；四是温差损失。

其中的温差损失不仅指热端温差，还包括冷端温差以及换热器内所有截面的温差，如果没有阻力和温差损失，循环压缩机和膨胀机联合运行所得到的冷量及冷能就都与液氮产品相等，当然这只是一个虚拟过程，实际上是不存在的，但可以据此作出一个界限。

我试了一下，将压缩效率和膨胀效率都改成100%，流程效率就是100%