液体膨胀机在内压缩流程中的工程应用.pdf

20︱·2013年第1期技 术 论坛T Technology Forum1.前言近年来，随着我国煤制油、煤制燃料等煤化工技术的成熟和其日益强大的竞争优势，煤化工项目在全国呈现了遍地开花的态势空分设备作为整个煤化工项目的公用气体提供者，对整个煤化工项目的运行起着关键性的作用，是煤化工项目配套的关键设备杭氧作为国内空分行业的龙头企业，为煤化工项目提供了一批批高质量的空分设备在这些空分设备中，许多新技术和新设备都得到了成功应用，从而使得空分设备的技术发展也是日新月异其中，液体膨胀机作为一项新技术、新设备，已在高液体比空分设备和大型空分设备中逐渐显示出其优势而且随着煤化工的发展，大型空分尤其是特大型空分的市场需求越来越高，液体膨胀机的应用将会越来越多本文着重介绍液体膨胀机的应用对空分设备流程的影响2.国内外液体膨胀机的发展及应用在常规内压缩空分流程中，有一股和高压液氧或高压液氮换热的高压液空，这股液空需要被送如下塔参与精馏常规内压缩流程中采用高压节流阀来对高压液空进行降压然后送入下塔，如图1所示，但采用高压节流阀节流是典型的不可逆过程节流的高压液体的能量不仅白白浪费，且耗散在低温系统中导致温度升高，使得空分设备气体提取率降低，总能耗增加 ；同时伴随有汽化出现的汽泡毁灭 （汽蚀） 现象，严重威胁节流阀寿命。

因此考虑使用液体膨胀机来代替液体高压节流阀，不仅可以节能，而且还能解决节流阀汽蚀问题，如图2所示目前，液体膨胀机技术已被发达国家数家公司掌握，且早已进入工业应用阶段国际上，法国Cryostar公司是液体膨胀机先进技术代表之一，它在1983年制造出第一台全液空膨胀机，此后的20多年不断改进技术，提高膨胀机的效率和降低汽化率到1999年，Cryostar生产的液空膨胀机满负荷工况下的测试等熵效率超过了84﹪，产品的应用范围也从空分扩展到液化天然气等领域此外，美国的LOTOFLOW公司，ATLAS公司等均有自己的液体膨胀机产品在我国，近年来液体膨胀机替代低温液体节流阀所产生的经济和社会效益受到了关注，但至今国内在此领域还仅处于研发阶段，未进入真正的工业应用阶段在国内空分设备中已使用的及拟使用的液体膨胀机，均是高价从Cryostar公司购进的产品其中多使用在国外空分设备厂家配套的空分设备中，如扬子石化38500m3/h空分，首钢35000m3/h空分 ； 兖矿60000m3/h空分等而在国内空分设备厂家中，目前仅有杭州杭氧股份有限公司（下称 ：杭氧）为其两个用户提供的空分设备中使用了液体膨胀机产品。

张华涛杭州杭氧股份有限公司设计院，浙江省杭州市中山北路592号 310014液体膨胀机在内压缩流程中的工程应用【摘 要】 ： 通过流程模拟计算，对比了内压缩流程中采用液体膨胀机和高压节流阀对空分流程的影响液体膨胀机 的使用提高了空分流程的提取率，降低了空气增压机和增压透平膨胀机的处理气量，具有显著的节能效果 【关健词】 ： 内压缩流程 ； 液体膨胀机 ； 高压节流阀 ； 节能·2013年第1期︱21 Technology Forum技术论坛栏目邮箱:qiti168@图1 常规内压缩流程原理流程图图2 采用液体膨胀机内压缩流程原理流程图22︱·2013年第1期技 术 论坛T Technology Forum3.液体膨胀机的应用实例3.1杭氧为某用户提供的43000m3/h（O2）空分设备主要性能指标见表13.2工艺流程方案对比针对表1中用户所需产品参数，通过流程模拟计算软件进行设计计算，对比工艺流程中是否采用液体膨胀机的结果如表2和表3所示 ：3.3结果分析 从表2可以看出，工艺流程中采用液体膨胀机相比于采用节流阀，原料空压机的处理空气量减少1,500m3/h这是因为采用液体膨胀机膨胀与高压液体节流相比，膨胀后的温度更低，气化率更小，更有利于下塔的精馏。

产品名称产量/(m3/h)纯度压力/MPa(G) 高压氧气39,000≥99.6%O28.7 高压氮气34,000≤5ppm O26.2 低压氮气12,000≤5ppm O20.42 液 氧3,900≥99.6% O2进贮槽 液 氮2,000≤5ppm O2进贮槽 液 氩1,260<2ppm O2 <3ppm N2进贮槽 仪表及工厂空气5,000露点 <-60 ℃0.7表1、43000 m3/h空分设备主要性能指标表2、液体膨胀机对空分流程中主要机器参数的影响表3、液体膨胀机对空分流程中主要机器能耗的影响高压液空降压方式采用液体膨胀机采用高压节流阀原料空压机流量(m3/h)237,000 238,500空气增压机流量(m3/h)166,000 176,000增压透平膨胀机流量(m3/h)72,000 81,000液体膨胀机流量(m3/h)89,0000高压液空降压方式采用液体膨胀机采用高压节流阀原料空压机轴功率/kW18,50018,600空气增压机轴功率/kW15,30016,250液体膨胀机发电功率/kW-1400合计33,66034,850空气增压机的处理气量减少10,000m3/h，增压透平膨胀机的处理量减小9,000m3/h，这是因为采用液体膨胀机膨胀所产生的制冷量远大于节流阀节流，同时空分设备的冷量主要来源于气体增压透平膨胀机，因此采用液体膨胀机可显著减少增压透平膨胀机的处理气量，从而减少空气增压机的处理气量，降低了增压透平膨胀机和空气增压机的配置，同时也降低了空气增压机的能耗。

表3列出了对于本套空分设备，采用液体膨胀对空分流程主要设备能耗的影响其余未列出项目如常温水泵、低温水泵、冷水机组、电加热器、液氧泵、液氮泵、粗液氩泵等设备的电耗基本相同，可认为无差别表3中，液体膨胀机的制动采用发电机制动，可以利用其发电机发电向用户电网输送电力，达到节能的效果从表3可以看出，对于本套空分设备采用液体膨胀机可减少能耗1190kW，可使空分流程的能耗降低~3.5%， 具有显著的节能效果，这与参考文献 [1] 中采用分析法和冷量分析法分析出的结果基本相同 ；每年按照8000小时运行计算，每年可为用户节省电量952万度电，带来可观的经济效益4.结束语目前由于液体膨胀机属于被国外公司垄断产品，昂贵的价格严重制约了这一节能技术在国内推广应用但液体膨胀机的使用可提高空分设备的提取率，减小空气增压机机型和增压透平膨胀机机型，具有显著的节能效果对于特定的用户，采用液体膨胀机，可得到巨大的投资回报参考文献[1]孙全海.全液体膨胀机对空分流程效率的影响[J].深冷技术，2004（3）：17-19.[2]吕挺锋.大型化工型内压缩流程空分设备新工艺的研制与发展[J].杭氧科技，2007（2）：1-5.。