外行学空分（249）一一液化装置和空分装置的联合（三）

Yb2021

   空分气体（氧氮氩气体）的单独液化装置是非常少见的，只有在极为特殊情况下才会采用，这是因为液化装置和空分装置拥有巨大的联合红利，使空分气体单独液化工艺方案相对于直接从空分装置直接生产空分液体产品的工艺方案（实际上就液化装置和空分装置的联合装置）能耗上完全不具有竞争力！
1 A" x8 Y- P" K- D% l4 R! O& j   只有在钢铁厂（或者其它类似情况）由于用气数量波动很大，同时一般又是采用内压缩工艺方案输出加压的氧气和氮气（现在一般采用内压缩，当然也有外压缩）空分装置又不适宜进行大幅度频繁的负荷调整，这样如果没有单独的氧氮气液化装置。那么管网中的压力氮气，压力氧气只能部分放空以保证管网压力的稳定。在这样的情况下，设置用氮气作为膨胀制冷循环工质，以压力氮气（有时也用于膨胀制冷，这样就省去了氮气循环工质的压缩）压力氧气作为原料气的单独液化装置在商业才是可行的。这样情况下，以循环氮气压缩机的功耗和液体产品数量的比值作为深冷空分气体液化单耗是合理的，一般情况下液化单耗在0.6-0.7kWh每标准立方米液氮液氧左右，和液化装置和空分联合装置的液氧液氮核算扣除值非常接近。但是这个既不是氧氮气的实际液化功，也不能以此计算单独液化装置的液化效率。因为这是20bar压力（或者其它压力）氮气压力氧气的液化功而不是标准状态氧氮气的实际液化功。每标准立方米压力氮气压力氧气在压缩等温效率70%的情况下，20bar压力氧气每标准立方米的压缩功耗大的是0.10-0.15KWh，如果计算单独液化装置的有效能效率则是空分液体冷能减去20bar压力氧气的压力能和膨胀制冷循环工质压缩功耗的比值。这是一个最基本的常识。实际上即使采用液体膨胀机，用于液化的原料气液化后减压过程中也会有部分气化，用于液化的压力深冷气体数量还要大些。
    在空气开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案中，用于液化的正流空气压力高低对空气开式热泵一膨胀制冷液化的效率影响很大。
    膨胀机制冷效率非常容易确定，但空分装置中的空气开式热泵一膨胀制冷液化效率及液体产品合理扣除值的确定却是非常困难的问题，因为影响因素都复杂了，正流空气的压力，换热温差的大小，散冷损失，正返流阻力损失都对膨胀制冷液化效率及液体产品合理扣除值的确定产生非常重大的影响。下面以处理50000标准立方米，生产10000标准立方米氧气及相应氮氩气体产品为例，估算一下标准双塔流程工艺方案空气开式热泵一膨胀制冷液化效率及液体产品能耗合理扣除值。
   假定换热温差2k，散冷损失精馏系统25KWh，主换热器5KWh，液氧产量100立方米，空压机出口压力5.6bar，压缩等温效率70%，涡轮增压等温效率70%，膨胀机绝热效率85%！双塔流程用于膨胀制冷的压力空气占空气数量的15%，7500标准立方米，压缩功耗500KWh。空分装置冷能损失分为以下几个部分，一是散冷损失的冷能损失，25kWhX2.2+5KWhX0.6=58kWh，其中5KWh是主换热器的散冷损失，25kWh是精馏塔精馏系统的散冷损失。二是主换热器冷热端换热温差导致的冷能损失，冷热端换热温差损失中，热端温差冷能损失很小冷量损失很大，而冷端换热温差则是冷能损失大，冷量无损失。1.03X50000X2X2.2/3600=63KWh，另外100NM3液氧带走冷能25KWh。还有一项非常重要的冷能损失，那就是主换热器内换热温差产生的冷能损失，由于7500立方米的正流空气用于膨胀制冷，在主换热器冷端进口至膨胀机进口，是100%的返流气和85%的正流气换热，这个换热温差就不是2K而是大大高于2K，这就造成了很大的冷能损失（冷量没有损失）这个冷能损耗和散冷损失主换热器冷热端冷能损失性质是完全不同的，是空气开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案必然的冷能损失。
' }% n1 [+ L2 p" h1 m     这样空分装置得到的冷能是散冷损失的冷能加上液氧产品的冷能加上主换热器冷热端换热温差产生的冷能损失共146KWh。用于膨胀制冷空气的550KWh压缩功，得到146KWh的冷能（散冷损失即冷热端温差损失的冷能补偿，当然也可以理解为得到的冷能），膨胀制冷液化效率26.2%！如果考虑到双塔流程标准工艺方案冷能中有15%来自等温焓差及正流空气带液量（1500-2500立方米液空），那么空气开式热泵一膨胀制冷液化效率就只有20%左右了。如果再考虑空压机的机械效率及电机效率，那么深冷空分标准工艺方案中开式热泵一膨胀制冷液化效率低于20%就非常可能了！
   这里有一个问题，那就是双塔流程标准工艺方案中膨胀机制冷效率虽然较低（极限工程条件同样设备性能参数下是50%）但也能达到45%以上，为什么实际空气开式热泵一膨胀制冷液化效率只有25%左右甚至可能低于20%？这个就是膨胀制冷效率和空气开式热泵一膨胀制冷液化效率的区别所在！膨胀机制冷效率只是开式热泵一膨胀制冷液化效率的一个组成部分而不是全部。以上已经从膨胀机抽口前后主换热器换热温差大幅度升高解释了这个问题，也可以参考前帖。
2 n% \7 e/ f% f7 o* F   当然以上的估算不一定准确，欢迎批评指正。

Sunqh

"空压机出口压力5.6bar，压缩等温效率70%，膨胀机绝热效率85%！双塔流程用于膨胀制冷的压力空气占空气数量的15%，7500标准立方米，压缩功耗500KWh"
————来自尤总帖子

尤总计算错误太多！这个压力和流量下怎么是500kW？

' F9 E+ v, X- g6 S2 S1 i  ]7500*101.3*300/273.15*ln(5.6)/3600/0.7=570kW
9 V- m" Z; e7 Q/ ^
7 L% L1 w8 A4 ^/ D* o2 `5 v或者利用林德公司的一个半经验公式估算是：7500/10*log(5.6)=561kW，相差不多

Sunqh

从事空分职业的人，学习空分知识多多益善，都有用。但尤总并非空分中人，那就必须超越别人才有用。依我看，尤总的空分知识还不如我，更不要说超越那些水平比我高很多的人了。空分行业人才济济，本人只是一个助理工程师，国内比我水平高的工程师、技师、高级工程师、高级技师、教授级高工成千上万，尤总想出头难上难。