30000NM3/h制氧机电耗增加的原因及处理

1 前言
武钢氧气有限责任公司从林德公司引进的两台 (E、F)30000NM3/h制氧机，于1993年相继投产。两台30000NM3/h制氧机可生产氧、氩、氮三种工业气体和相应低温液体产品，还可以生产高纯液氧和稀有气体氪、氙产品。该制氧机为第五代空分装置流程，采用计算机全自动控制，自动化程度高，运行平稳、操作简便。
2 存在问题
从1993投产至1999年两台30000NM3/h制氧机氮气产量为74000NM3/h。2000年由于用户对氮气的需求增加，我公司对氮气管网进行了技术改造，把氮气产量提高到86000NM3/h，满足了用户的需求。但随后我们发现两台空压机的用电量大幅上升，2000-2002年两台空压机的年平均电费为8700万元，比1999年以前上升了200万元左右。由于电费的上升，给我公司节能降耗工作带来了困难。
3 原因分析
从理论上讲造成空压机用电量增加的因素与下列三个方面有关：
(1) 压缩空气量增加 (2) 空压机效率降低 (3) 空压机出口压力升高
针对以上因素，结合两台30000NM3/h制氧机的实际情况，首先排除最不可能的因素，逐步找出空压机电耗增加的主要因素。
(1) 为了保证主体厂用氧和最大限度的生产液体产品，压缩空气量是不能随意减少的。应当说近几年压缩空气量是没有变化的。对空压机用电量增加无影响。
(2) 空压机的效率于大气温度、水温及中间冷却器的换热效果有关，是由设备的状况所决定的。应当说近几年空压机的效率基本上是没有变化的。对空压机用电量增加无影响。
(3) 我们经调查后认为：2000-2002年两台30000 NM3/h制氧机电耗的增加主要是由于对氮气管道进行改造后，安装了从两台30000NM3/h制氧机到四氮压站的低压氮气管道，造成氮气排放了阻力增大，导致上塔操作压力升高，从原来的26Kpa上升至32Kp，从而使空压机的排气压力升高，空压机用电量增加，制氧机电耗上升。PI1110—空压机排出压力 PIC3261—上塔上部压力 PI3930—氮气出上塔压力
PCV3261—上塔压力污氮调节阀 FCV3926—分子筛再生气量调节阀
HCV3930—产品氮气送出阀 FCV3930—产品氮气4 空压机电耗增加的处理
根据以上分析，我们决定在保证用户用氮气量的前提下，通过适当降低上塔操作压力来降低制氧机电耗。并从2002年7月1日开始实施。具体处理措施如下：
(1) 在保证用户氮气量的前提下，通过调节阀门来降低上塔操作压力。在进行降低上塔压力的操作时，通常是把上塔压力污氮调节阀PCV3261逐步开大，使其上塔上部压力PIC3261逐渐下降。当用户用氮气量增加时就关小上塔压力污氮调节阀PCV3261来提高上塔操作压力，以满足用户用氮的需要。当用户用氮气量减少时就开大上塔压力污氮调节阀PCV3261来降低上塔操作压力。
(2) 减少产品氮气的放散，增加氮气产量。
全关上塔产品氮气放散阀FCV3930，增加氮气产量，保证用户用氮气量。
在实施的过程中我们发现上塔上部压力如果降的过低(28Kpa以下)，就会造成氧、氮、氩气工况不稳定，氧、氮、氩气的生产就要受到影响。我们为了保证设备的正常运行，采取了一些具体的措施。
操作思路及注意事项如下：
1.保证产品氮气的流量及压力不受影响
在进行降低上塔压力的操作时，通常是把上塔压力污氮调节阀PCV3261逐步开大，使其上塔上部压力PIC3261逐渐下降。这就使得上塔顶部取出的产品氮气的压力下降。由于氮压机为了防止吸入管出现负压影响氮气纯度，所以吸入压力低于2KPa氮压机就自动停车。那么产品氮气出板式换热器的压力就应控制在氮压机吸入压力的最小范围内。产品氮气出板式换热器的压力应控制在9—10KPa左右可保证设备的正常运行。根据近一段时间的观察，产品氮气出塔量如果保持在43000NM3/h左右的情况下，基本上能保证主体厂的用氮。在平时30000NM3/h制氧机的氮气产量大于用户需求量时，有一定的氮气放散，因此可通过减少氮气放散量来提高氮压机入口压力。如果用户所需氮气量较大，那么就只有把上塔压力污氮调节阀PCV3261关小，以提高产品氮气出上塔的压力。操作时应保证用户需氮产量及氮压机吸入压力的前提下适当降低上塔压力。
2.保证分子筛的再生效果
我公司30000NM3/h制氧机采用的是分子筛流程，由于上塔压力污氮调节阀PCV3261与分子筛再生气量调节阀FCV3926处于同一条管线。那么随着PCV3261阀逐渐开大，FCV3926阀为了保证分子筛再生气量也将随之开大。又由于再生氮气穿过分子筛层床时需要克服一定的阻力，如果上塔压力下降的过低，必然导致分子筛再生气量减少。如果分子筛再生气量过小，将导致分子筛解吸不完全，再生时间过长，从而造成分子筛使用时间过长，影响吸附效果。所以分子筛再生气量应控制在35000m3/h左右，分子筛加热时再生气量应不得低于33000m3/h。再生气量过少时应关小PCV3261阀，以保证分子筛再生最小气量，从而保证分子筛再生的效果。
3、保证氩气系统正常运行
由于上塔压力降低，粗氩塔压力相应降低，那么粗氩出塔压力也降低。因为氩压机吸入压力过低会造成自动停车，所以在操作中应将粗氩出塔压力控制在10KPa左右，如果压力过低则应适当提高上塔压力，以保证氩气系统正常运作。
总之：上塔压力降低的多少，要在充分满足以上三个条件的前提下来进行确定。
5 效果检验
通过近一年的实践的，把上塔上部压力PIC3261由32KPa下降到28KPa，空压机的电机功率由11.44MW下降到11.24MW，降低了空压机的用电量，使30000m3/h制氧机的电耗明显下降，创造的经济效益是显著的。下面是上塔上部压力降低前后有关运行参数的统计如表1：
表1 上塔上部压力降低前后有关运行参数统计表
空气量氮气量分子筛再生气量上塔上部压力氮气排出压力下塔压力空压机出口压力电机功率
150000m3/h 45437m3/h 35000m3/h 32 KPa 11.8 KPa 0.525MPa 0.575 MPa 11.44MW
150000m3/h 44670m3/h 35000m3/h 31 KPa 11.2KPa 0.52 MPa 0.57 MPa 11.37 MW
150000m3/h 43346m3/h 35000m3/h 30 KPa 10.7KPa 0.515 MPa 0.565 Mpa 11.34 MW
150000m3/h 42763m3/h 35000m3/h 29 KPa 10.4 KPa 0.51 Mpa 0.56 Mpa 11.27MW
150000m3/h 42070m3/h 35000m3/h 28 KPa 9.9 KPa 0.505 Mpa 0.555 Mpa 11.24 MW
计算可节约电费：一台设备一天可节约：
(11.44-11.24)×103×24×0.38＝1824元
那么两台设备一年可节约：
1824×360×2＝131.33万元
6 今后的打算及思路
(1) 增加氮气产量与降低上塔压力相互制约。在今后的操中必须找到一个最佳的工作点。
(2) 今后可以通过定期清洗压缩机冷却器，减少氧、氮产品高压放散等其它手段来降低制氧机电耗
7 结束语
从以上采取措施的结果来看，说明采用合理控制上塔操作压力来降低制氧机电耗是可行的，降低了动力费用，创造的经济效益是显著的。今后，我们将进一步优化操作方法，为节能降耗挖掘设备潜力，增加企业效益做出更大的贡献。