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        大型空分設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)分析和實踐

        2020-02-20 09:46:33
        機電信息 2020年36期
        關(guān)鍵詞:空分精餾塔換熱器

        李 琪

        (浙江智?;ぴO(shè)備工程有限公司,浙江杭州310000)

        0 引言

        就目前來看,我國能源資源存儲量已經(jīng)難以滿足各領(lǐng)域快速生產(chǎn)與發(fā)展的要求。為建設(shè)節(jié)約型社會,國家相繼頒布了《節(jié)約能源法》以及《能源中長期發(fā)展規(guī)劃綱要》,要求節(jié)約能源目標應(yīng)當落實到基層,成為各行業(yè)參與的國事。

        空分設(shè)備制造行業(yè)可滿足化工、建材、航空航天等諸多領(lǐng)域設(shè)備要求,將節(jié)能減排原則落實在大型空分設(shè)備生產(chǎn)制造過程中,能夠最大限度提升各類資源利用率,因此,相關(guān)研究部門加快了大型空分設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)研究工作,開發(fā)出了更多節(jié)能減排空分設(shè)備系統(tǒng)。

        1 大型空分設(shè)備概念

        大型空分設(shè)備主要以空氣為原材料,通過壓縮循環(huán)及深度冷卻等方式將空氣轉(zhuǎn)化為液態(tài),通過精餾設(shè)施將液態(tài)空氣中的氧氣、氮氣逐步分離,以滿足不同領(lǐng)域生產(chǎn)要求。現(xiàn)階段我國大型空分設(shè)備種類繁多,依照基本流程,可分為高壓空分設(shè)備、中壓空分設(shè)備、高低壓空分設(shè)備等。

        大型空分設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,由動力系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)等組成,不同系統(tǒng)運行狀態(tài)均可直接影響到大型空分設(shè)備的節(jié)能減排水平。

        2 大型空分設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用的重要意義

        大型空分設(shè)備是諸多領(lǐng)域生產(chǎn)關(guān)鍵裝備之一,能夠為后續(xù)生產(chǎn)過程提供所需的氣體。在大型空分設(shè)備生產(chǎn)制造過程中應(yīng)用先進的節(jié)能減排技術(shù),開發(fā)出功能完善的空分設(shè)備節(jié)能減排系統(tǒng),能夠最大限度節(jié)約空分設(shè)備運行過程中的能源消耗量,具有顯著的生態(tài)效益。

        同時,將節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用到大型空分設(shè)備生產(chǎn)制造過程中,也能夠切實提升設(shè)備環(huán)境適應(yīng)力,節(jié)約設(shè)備后期維護成本,為相關(guān)企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。

        3 大型空分設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

        現(xiàn)階段,大型空分設(shè)備成套技術(shù)及單元技術(shù)日漸成熟,空分設(shè)備生產(chǎn)制造能力顯著提升。大等級空分設(shè)備不斷涌現(xiàn),導(dǎo)致空分設(shè)備運行期間的能耗量進一步增多。為確??辗衷O(shè)備制造行業(yè)符合社會可持續(xù)發(fā)展要求,在空分設(shè)備開發(fā)與生產(chǎn)過程中,應(yīng)用了更為先進的節(jié)能減排技術(shù),開發(fā)出了新型節(jié)能流程。

        這些先進節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用極大程度提升了大型空分設(shè)備運行過程中的提取率與熱能轉(zhuǎn)換率,控制了空壓機排氣壓力,對節(jié)能減排目標的實現(xiàn)具有重要意義。

        4 大型空分設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)的實際應(yīng)用

        4.1 節(jié)能減排技術(shù)在換熱器中的應(yīng)用

        依照節(jié)能減排目標,大型空分設(shè)備內(nèi)的換熱器逐漸趨向于低阻、高效,生產(chǎn)出功能更加完善的高壓板翅式換熱器正是大勢所趨?,F(xiàn)階段,我國高壓板翅式換熱器已經(jīng)經(jīng)過了數(shù)十年的研制與創(chuàng)新,相應(yīng)技術(shù)更加成熟,研發(fā)出的新型高壓翅片被廣泛出口于國外,獲得了更高的經(jīng)濟效益。

        與傳統(tǒng)換熱器相比,高效高壓翅式換熱器具有承壓能力強、阻力低等優(yōu)勢,阻力因子是傳統(tǒng)翅片結(jié)構(gòu)的55%,傳熱因子是傳統(tǒng)翅片結(jié)構(gòu)的75%,具有更加顯著的節(jié)能減排效果,是大型空分設(shè)備重要的生產(chǎn)方向之一。

        4.2 節(jié)能技術(shù)在精餾塔中的應(yīng)用

        精餾塔是大型空分設(shè)備重要部件之一,可直接影響到大型空分設(shè)備運行過程中的節(jié)能減排性能。為從根本上提升精餾塔運行水平,在精餾塔優(yōu)化過程中應(yīng)用了更多集成式創(chuàng)新技術(shù),實現(xiàn)了超低溫下氮氣、氧氣等介質(zhì)連續(xù)精餾目標,從根本上提升了精餾塔運行效率。

        在將先進節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用到精餾塔生產(chǎn)的過程中,主要對傳統(tǒng)精溜塔內(nèi)填料結(jié)構(gòu)以及形態(tài)進行了優(yōu)化,增強了填料過程中的通量特性,防止出現(xiàn)局部液泛現(xiàn)象,導(dǎo)致氣體、液體短路問題出現(xiàn),切實提高了精餾塔填料效率。不僅如此,在精餾塔完善過程中,還使用了結(jié)構(gòu)粗糙化、成膜轉(zhuǎn)化等先進技術(shù),從根本上提升了填料過程中的傳質(zhì)性能和精餾塔運行效率。

        同時,精餾塔還應(yīng)用了分布器結(jié)構(gòu),采用分層分布排列以及孔流溢流相結(jié)合方式,研發(fā)出了功能完善的懸槽式垂直布液板,使得液體分布器的分布流量增大,對不同負荷環(huán)境的適應(yīng)能力增強,分布性能更加穩(wěn)定。先進的分布器結(jié)構(gòu)也可提升精餾塔內(nèi)部操作彈性,防止在氣體集中區(qū)域出現(xiàn)偏流放大情況,最大限度節(jié)約了生產(chǎn)期間的各類資源。

        4.3 節(jié)能減排技術(shù)在冷凝蒸發(fā)器中的應(yīng)用

        空分設(shè)備等級越大,相應(yīng)的冷凝蒸發(fā)器截面積與換熱面積越大,所消耗的各類能源量也越多。為從根本上提升大型空分設(shè)備生產(chǎn)期間的節(jié)能效率,有效解決空分設(shè)備大型化發(fā)展與設(shè)備運行能耗量增加的矛盾問題,需要將先進的節(jié)能減排技術(shù)以及理念應(yīng)用在大型空分設(shè)備冷凝蒸發(fā)器的生產(chǎn)與完善過程中,研發(fā)出節(jié)能型立式多層結(jié)構(gòu)冷凝蒸發(fā)裝置,從根本上提升大型空分設(shè)備主冷機組的運行效率,控制下塔壓力與空壓機排氣壓力,確保大型空分設(shè)備的運行能夠更好地滿足節(jié)能減排要求。

        在設(shè)計出節(jié)能型冷凝蒸發(fā)器后,還需對冷凝蒸發(fā)器進行現(xiàn)場安全以及性能檢測,在通過性能測試后,才可在實際生產(chǎn)現(xiàn)場推廣使用。

        4.4 節(jié)能減排技術(shù)在透平膨脹機中的應(yīng)用

        20世紀80年代初,我國首次研發(fā)出了增壓制動透平膨脹機組,切實提升了原有膨脹機組運行效率。為滿足空分設(shè)備大型化生產(chǎn)要求,在傳統(tǒng)透平膨脹機機組基礎(chǔ)上,相關(guān)研究人員又研發(fā)出了高效低溫透平膨脹機。試驗測試表明,我國研發(fā)出的高效低溫透平膨脹機比傳統(tǒng)膨脹機的絕熱效率高80%,在國際范圍內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

        4.5 節(jié)能減排技術(shù)在分子篩純化系統(tǒng)中的應(yīng)用

        在大型空分設(shè)備節(jié)能減排改革過程中,分子篩純化系統(tǒng)轉(zhuǎn)化閥門衍生出了大口徑三桿閥結(jié)構(gòu),該閥門是針對空分設(shè)備內(nèi)配套分子篩純化系統(tǒng)而設(shè)計,可最大限度保護空分系統(tǒng)開啟壓差。同時,閥板與閥門結(jié)構(gòu)之間的密封面不會產(chǎn)生摩擦應(yīng)力,運行壽命延長,節(jié)約了后期系統(tǒng)維護成本。大口徑三桿閥使用于經(jīng)常啟閉的場合,可以滿足大范圍溫度工作條件,從根本上保障實際生產(chǎn)效率,使大型空分設(shè)備在運行過程中能高效利用能源?,F(xiàn)場運行實驗表明,三桿閥在實際運行過程中具有阻力的特征,能夠有效控制空分成套設(shè)備的能耗量,切實提升大型空分設(shè)備在實際運行過程中的經(jīng)濟效益,因此是空分設(shè)備制造行業(yè)重點發(fā)展方向。

        4.6 節(jié)能減排技術(shù)在自動變負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

        在大型空分設(shè)備運行過程中,設(shè)備控制變量與被控變量較多,實際耦合性強,在用戶用氧量呈現(xiàn)出周期性、間歇性、大幅度變動的情況下,只采用傳統(tǒng)手動或單回路方式控制生產(chǎn)負荷難以滿足節(jié)能減排要求,空放出氧氣,難免造成一定的經(jīng)濟損失。因此,為實現(xiàn)大型空分設(shè)備節(jié)能減排目標,相關(guān)研究部門依照節(jié)能減排理念,研發(fā)出自動變負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)。

        自動變負荷優(yōu)化系統(tǒng)具有自我學(xué)習(xí)與自我修正功能,可以在運行過程中保障產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率,實現(xiàn)自動變負荷目標,控制大型空分設(shè)備在實際運行期間的氣體放散率,從根本上提升了空分設(shè)備節(jié)能效果,實現(xiàn)了大型空分設(shè)備智能化與柔性生產(chǎn)目標,確保了大型空分設(shè)備的可持續(xù)發(fā)展。

        5 結(jié)語

        總而言之,我國大型空分設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)日漸成熟,但與其他發(fā)達國家相比,在運行系統(tǒng)功能以及運行效率等方面依然存在一定差距。為實現(xiàn)大型空分設(shè)備、空分節(jié)能減排系統(tǒng)全面國產(chǎn)化目標,應(yīng)當在空分設(shè)備節(jié)能減排系統(tǒng)設(shè)計與運行過程中,結(jié)合生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)嶋H經(jīng)營建設(shè)的各類要求,對大型空分設(shè)備內(nèi)部功能不斷進行完善,做好大型空分設(shè)備關(guān)鍵配套裝置升級與轉(zhuǎn)型工作,平穩(wěn)推動我國空分制造行業(yè)智能化、節(jié)能化發(fā)展進程。

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