外行学空分（260）一一空分装置的能耗核算（五）

Yb2021

   空分装置是空气开式热泵精馏和空气开式热泵一膨胀制冷液化的联合装置，其中空气开式热泵一膨胀制冷液化是一个可以单独进行的过程，但又是空气开式热泵精馏必要的前提条件，气体产品单耗中除了空气开式热泵精馏功耗外，还应该包括一部分用于保证空气开式热泵精馏过程稳态化运行的空气开式热泵一膨胀制冷液化功耗，具体而言空分装置精馏产品和精馏原料气换热的冷热端温差的冷能损失及散冷形成的冷能损失必须由开式热泵一膨胀制冷液化部分给予补偿，这部分开式热泵一膨胀制冷液化的功耗应该计入空分精馏分离能耗，即计入空分气体产品单耗。当然精馏过程的正返流阻及纯化器阻力损失也应计入开式热泵精馏分离能耗即计入空分气体产品单耗。如果明确了这样的核算基本规则，则空分装置中的液体产品液化单耗核算扣除值就非常接近于同样设备性能参数及工艺方案及工艺参数下的极限开式热泵一膨胀制冷液化功耗。而且这个扣除值也非常接近于经过优化后的新双塔流程标准工艺方案的深冷空分气体边际液化单耗。这里其实涉及一个联合装置红利分配的问题。既然我们认为正返流阻力损失，精馏产品和精馏原料换热的冷热端冷能损失，散冷冷量冷能损失应该计入气体产品的单耗。就意味着联合红利体现在液化单耗核算扣除值！这就意味着可以以同样设备性能参数下极限开式热泵一膨胀制冷液化单耗或边际气体液化单耗作为液化单耗扣除值。但这样的核算规则必须满足两个基本条件，一是标准深冷空分工艺方案中的空气开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案是经过优化后的工艺方案。二是空气开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案中的开式热泵和膨胀制冷循环工质的数量必须小于开式热泵精馏原料气空气的输送量。其中以边际液化单耗作为液体产品扣除值必须满足第一个条件，而以同样设备性能参数下极限液化单耗作为液体产品扣除值必须满足第二个条件。
% O! n& m" C, \; y. m2 Q6 N    关于第一个条件，无论是双塔流程还是新单塔流程目前的标准工艺方案均不能满足。但改进后的双塔流程和新单塔流程标准工艺方案可以满足，它们之间的区别在于增加正流空气增压机，把5%左右的正流空气增压至38bar用于液化（具体数量因液体产品数量的不同而有变化，但要保证增压空气全部液化），提高膨胀机进口温度，从而实现所谓的高温高焓降，大幅度增加液体产品数量（新双塔流程标准工艺方案液氧产品数量占占气氧产量的10%左右），相关的内容可以参阅液化装置和空分装置的联合相关帖子。
   关于第二个条件，当增压机空气压缩量小于用于精馏的原料空气数量时，除了增压机正返流阻力损失外，冷热端换热温差造成的冷量冷能损失，散冷损失均已计入深冷气体单耗，当增压机空气压缩量大于精馏原料空气数量，这部分增加的液体产品扣除值接近于深冷气体实际液化功而不是极限工程条件下的深冷气体实际液化功。
    在压缩机，涡轮增压机等温效率70%，膨胀机绝热效率85%的设备性能参数下，空分深冷气体开式热泵一膨胀制冷液化效率35%，对应气氧液化单耗0.715KWh每标准立方米气氧。采用正流空气压力38bar，工艺方案计算出的气氧实际液化功0.75kWh每标准立方米气氧左右。
/ [, d! y" N7 B& B    在环境温度298K，压缩机，涡轮增压机等温效率70%，膨胀机绝热效率85%设备性能参数下，双膨胀工艺方案及改进后的双塔流程和新标准流程的新标准工艺方案液氧产品扣除值均为0.72-0.75KWh每标准立方米液氧（其中双塔流程及新单塔流程的新标准工艺方案扣除值取0.72KWh每标准立方米液氧，当增压机压缩量超过空压机压缩量时，扣除值接近于0.75KWh）每标准立方米液氧！
/ p* f" i9 z' d! T- ^    当然这样的核算办法，双塔流程改进后的新标准工艺方案和采用双膨胀工艺方案的气氧单耗均比原标准工艺方案，原核算办法降低10%以上！但这是对标准双塔流程工艺方案中开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案优化的结果。
   请思考一下，双塔流程原标准工艺方案和新标准工艺方案相比那个更合理？新核算方法及结果和原核算方法（假定原核算办法存在的话）及结果相比那个更合理？