关于降低制氧系统冷量损失的研究分析

罗皓涛

【摘要】制氧系统一般制取氧气体、液体产品时采用的是低温精馏法分离空气，具体的工作原理就是将空气压缩膨胀后获取冷量，但是制氧系统低温系统中因温差存在造成已获取的冷量产生损失。制氧系统中的冷量损失有四种形式，主冷不凝气外排的问题、循环液盆泵预冷过程的跑冷的问题、低温液体泵预冷作业时的液体排放的问题、运行过程中复热不足损失的控制问题。当制氧系统的冷量损失大于设备制冷的总量时，对制氧系统的稳定运行造成影响，形成一定的损失。由于制氧系统的容量及工艺流程组织的不同,其装置冷量损失的大小也不同。如何降低冷量损失,提高装置运行的经济性,是空气分离行业亟待解决的问题。

【关键词】制氧系统；冷量损失；分析；解决方案

【引言】现作为本次分析例子的制氧系统将采用冰输冷降温系统、增压透平膨胀机制冷、全精馏制氧的工艺流程对空气进行压缩，提取其中的氧气体、液体产品。制氧系统的单体设备，空压机、氮压机是ATLAS的产品,系统中配套的氧压机是杭氧制造；系统一共配备四台压缩流程制氧机，其中两台分别由国内的川空和杭氧制造,剩余的两台是由国外公司德国林德公司和日本酸素公司制造。以此制氧系统为例，分析制氧系统冷量损失，分析主要是由以下四个原因造成的冷量损失，并对着四个问题提出具体的解决办法。

1制氧系统冷量损失的现实原因

1.1制氧系统主冷不凝气外排的问题

在制氧系统的空气分离装置制取氧气的工艺流程中，系统中的主冷不凝气的排出装置与冷箱外部相连接，主要是由主冷氮侧的液箱与气箱引出两条管道完成的,氦氖不凝气体排除到大气之中就是依靠气箱与液箱的两个管道负责，并且摆出的动作由管道的两个阀门来控制，如果在制氧系统的运行过程中使这两个阀门持续的打开而且打开的幅度较大，会造成系统内部的冷量从阀门中泄露，与外部温暖的空气接触之后造成冷箱的外壁凝结冰霜，泄露严重时会导致冷箱外壁被冻裂的现象。

1.2制氧系统循环液盆泵预冷过程的跑冷的问题

如果制氧系统的冷箱顶部出现了结露、结霜的现象就需要考虑是否出现了循环液盆泵预冷过程的跑冷的问题。产生这个问题时制氧系统中的主冷箱基础温度保持正常，但是还可以观察到系统内的主冷液位缓慢下降。因此，为了保证制氧系统的冷量保持正常，停止生产过程，将制氧系统的生产量降低，同时将屏障量逐渐升高，可以观察到系统内的主冷液位逐渐稳定。

但是随着主冷箱顶部结露、结霜现象的不断严重，制氧系统生产的氧气质量逐渐下降，为了找到具体原因，打开制氧系统中的主冷箱的盖子可以发现，主冷箱内部的循环液盆泵预冷过程产生问题，导致主冷箱中的珠光砂沉降，遮盖部分全部裸露，导致冷箱的内部与冷箱外部存在最大温差与热导率，因此制氧系统的冷量损失增大。

1.3制氧系统低温液体泵预冷作业时的液体排放的问题

在制氧系统的低温液体泵预冷作业过程中,由于制氧系统中的两个液体泵使用同一条回流管路,因此在液体泵工作时,两条线路共用的回流管路上的回流阀处于关闭状态,最终导致大量冷却液在对液体泵进行冷却之后不能回到共用回流管路，回流低温液体泵内,而是直接排出。这样的情况就造成了在制氧系统低温液体泵预冷作业过程中,有大量的冷却液被白白浪费,不能进行有效回收,因此导致了制氧系统冷量的大量损失，在制氧过程中对系统的耗能增加，残生不必要的浪费，造成经济损失。

1.4制氧系统运行过程中复热不足损失的控制问题

制氧系统中的冷箱内的低温返流气体的冷量将通过换热器回收，但是冷量只能遵循从低温物体传递至高温物体物理规律，因此导致冷量在换热器传递的过程中存在一定的温差，这个温差的存在使得冷量在制氧系统的换热器中不能被完全回收，这种冷量损失就被称为制氧系统运行过程中复热不足冷量损失。在制氧系统的运行过程中随着换热器热端冷量的温差不断增大，制氧系统的热交换冷量损失的现象增强，热交换不完全冷量将持续受到换热器运行状况的影响。

2降低制氧系统冷量损失的方案与实施的效果

2.1制氧系统主冷不凝气外排的问题解决方案与效果

2.1.1对工艺管路进行改进

对制氧系统主冷不凝气外排的问题解决方案可以在制氧系统的冷箱内部另外设置两只低温长杆阀，目的是用以控制冷箱内氦氖不凝气的量,可以将管路连接在污氮管内，同时将蒸发器出口的液氮管道进行改进，避免管道变形、变大，造成更严重的冷量损失。为了制氧系统主冷不凝气外排的问题还可以将该液氮管道断裂处与其他变形的的管道进行切断，再对管道重新进行焊接，对液氮管道的支架也要重新架设，避免液氮管道在制氧系统低温状态时造成变形泄漏，形成更大的冷量损失。

2.1.2实施效果

通过对制氧系统主冷不凝气外排的问题的改进方案,制氧系统可以有效回收不凝气体的冷量,从而提高系统运行的经济效益,彻底使冷量不再损失，减轻了冷箱温度向外传递的过程，减少了冷箱外壁的挂霜现象。

2.2制氧系统循环液盆泵预冷过程的跑冷的问题的解决办法与效果

2.2.1填补珠光砂

制氧系统处于运行状态时，解决制氧系统循环液盆泵预冷过程的跑冷的问题可以经冷箱的珠光砂重新填补，仔细检查主冷箱顶部的开口垫片是否发生破损，及时对破损的垫片进行更换，防治外部的水分将制冷箱内部的珠光砂打湿，造成结块现象。采用此种简单办法就可以避免系统循环液盆泵预冷过程的跑冷的问题。

2.2.2实施效果

通过上述对主冷箱内部珠光砂更换的办法，可以实现对制氧系统循环液盆泵预冷过程的跑冷的问题的解决，也预防了由于液氮蒸发对环境带来的的污染问题,实现在制氧过程中对制氧系统的耗能程度的减轻，提高生产过程的经济效益。

2.3制氧系统低温液体泵预冷作业时的液体排放的问题的解决办法与效果

2.3.1保持阀门全开

制氧系统低温液体泵预冷作业时的液体排放的问题的解决办法，就是在低温液体泵后连接一条回流管路至低压贮槽,因此在低温液体泵进行工作时，将阀门打开，多余的液体就可以自行蒸发，而预冷后的低温气体将会回流至低压贮槽内。如果想要取得较好的降低冷量损失的办法，可以使泵时刻处于备用状态，将阀门时刻保持打开的状态，可以准备随时启动，保证冷量损失的降低。

2.3.2实施效果

对低温泵的阀门保持时刻打开的状态，可以使制氧系统在预冷时不需要排放低温液体,减少这一步骤就减少了对环境的污染，也降低了冷量的算是，提高了整组制氧系统的经济效益。

2.4制氧系统运行过程中复热不足损失的控制问题解决办法与效果

2.4.1对热端温差进行控制

制氧系统运行过程中复热不足损失的控制问题解决办法就是在制氧系统的冷却水系统条件允许时,降低空气排出的温度、减少含水量，这样的办法可以有效降低主换热器的空气温度。而且由于分子筛在对进出的空气践行筛过时，需要吸附的水分减少,因此分子筛所需要的能量就减少，在制氧系统相同时间的制造情况来看，吸附器空气温度变化量减少。

2.4.2实施效果

通过将热端温差的控制在3℃左右,控制分子筛进出气体的温度以及CO₂的含量,提高了主换热器的热端温差，效应得到了极大的改善,降低了复热不足损失,提高了机组的运行经济性。

参考文献

[l]毛绍融,朱朔元,周智勇.现代空分设备技术与操作原理〔M〕.杭州出版社.2005,.8

[2]田现德.制氧保供系统的优化与技术改造〔J].冶金动力.2012年01期