空分设备冷量损失分析

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　　摘 要：对空分设备运行中冷量损失的形式，以及造成冷量损失的原因进行分析，从工艺操作方面提出减少冷量损失的措施，提高空分设备冷量回收利用率。
　　关键词：空分设备；冷量损失；工艺操作；冷量回收
　　比环境温度低的物质所具有的吸收热量的能力，称为有一定冷量，这种低温的获得是花费了一定的代价--压缩气体消耗功，将气体压缩后再进行膨胀获得的。如果这部分冷量未能加以回收利用，则称为冷量损失。
　　冷量损失能够客观反应空分设备的运行状态，是衡量该设备稳定性与经济性的一项重要指标；冷量损失越小，说明空分设备的保冷能力及换热效率越高，相应的该设备稳定性与经济性也越高，本文结合实际从理论和操作方面就空分设备冷量损失进分析，进一步探讨如何降低空分设备运中的冷量损失。
　　1 冷损的形式
　　冷量损失对空分设备而言，是不可避免的存在，它与空分设备自身的特性密切相关。尽管空分在设计之初会根据不同需求，采取不同的工艺流程，但冷量损失的形式基本相同，大致可以概括为以下三中种：①热交换不完全；②跑冷损失；③其他形式的冷量损失，如液体产品的生产及排放（液氧、液氮、液氩等）、阀门的泄露等。
　　1.1 热交换不完全
　　空气分离时，低温物体的冷量主要是通过热量交换设备（即换热器）加以回收。理想状况下的换热效果为换热器热端温差为零，系统冷量全部回收，即正流气体进入换热器时的温度与返流低温气体出换热器时的温度之差为零。但是，根据热力学第二定律得知，在没有外在因素的影响下，热量只能从高温物体传递给低温物体，即热量传递过程中需要一个推动力，这个推动力就是温度差，因此说明换热器内必定存在着温差，这个温差的存在也就反映了冷量不可能得到完全回收。这种冷量不能完全回收造成的損失就称之为热交换不完全冷损，它与热端温差的大小成正比。
　　由表1可见，热端温差每扩大1℃，热交换不完全损失将增大约1.31kJ·m3，对于现在空分行业普遍运行的大机组而言，这将使装置总冷损失增加10%以上。
　　1.2 跑冷损失
　　由于空分装置的工作温度很低，虽然加有保冷层（绝热材料：珠光砂），但周围空气温度高于装置内的温度，仍不可避免地将一部分热量传入冷箱内部（空分冷箱内处于深冷状态），使低温物体温度升高，消耗了一部分冷量。这部分冷量就叫跑冷损失。
　　1.3 其他形式的冷量损失
　　除了上述两种主要的冷量损失形式之外，空分设备还存在一些其他形式的冷量损失。
　　2 从工艺操作上解决冷损的一些措施
　　就目前空分设备生产技术而言，还不能完全解决空分设备的冷损问题，唯一的办法就是从工艺操作的角度尽可能减少冷损对设备带来的不利影响。针对这个问题可以从以下几方面着手：
　　2.1 有效控制主换热器热端温差
　　主换热器热端温差增大的同时，也加剧热交换不完全损失（可见表1），由此可见，热端温差的大小是衡量热交换不完全损失的重要指标。因此，在日常操作中需对主换热器热端温差进行严格控制（温差控制在2.5～3℃）。主要操作方式有：①调节正流空气量的分配；②调节返流氧气、氮气、污氮气、环流量的分配；③控制好各组主换热器的气流分配，避免出现偏流。
　　2.2 降低跑冷损失
　　跑冷损失主要是由热传导造成，为降低热传导造成的跑冷损失，目前空分行业均采用的是在冷箱内填充珠光砂绝热材料[热导率为：0.035W/（m·℃）]，但实际生产运行过程中，冷箱内除了填充绝热材料外，还需向冷箱内通入干燥氮气并保证一定压力[1～2kPa（G）]，这样操作是为了让冷箱处于正压，避免冷箱内进入含湿空气。
　　2.3 设备的精心操作与维护
　　在空分设备运行中出现“跑、冒、滴、漏”的现象时（如阀门、管道、液体泵），一定要及时对设备进行检修维护，避免隐患扩大。
　　3 结束语
　　随着空分行业的不断更新和发展，工艺技术的不断创新突破，相信会在不久的将来出现性能更为先进的设备材料与制造工艺。未来空分设备在能量的利用率和降低冷量损失方面一定会有更大突破。
　　参考文献：
　　[1]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：杭州出版社，2005.
　　作者简介：
　　郭安伟（1986- ），男，汉族，重庆巴南，现职称：助理工程师，学历：重庆三峡学院化学工程与工艺专业毕业，大学本科学历，现从事制氧工艺管理工作。
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