□丁雅婧

工業(yè)氣體氧、氮、氬、二氧化碳等，具有固有的物理和化學特性，因此在各行各業(yè)占有舉足輕重的地位。其中，氧氣和氮氣的生產(chǎn)屬于化工行業(yè)，能耗尤其是電耗較高，其工藝、設備等的節(jié)能設計尤為重要。

一、制氧工藝節(jié)能

(一)常見制氧工藝的比較。目前，常見工業(yè)制氧工藝包括電解法、膜法富氧技術、深冷法和變壓吸附法。電解法能源消耗量巨大，不可選用；膜法富氧技術制氧能耗雖低，但作為一種新興的制氧技術，還在不斷拓展應用領域，尚需作進一步的研究和發(fā)展，且由于高效膜分離材料缺乏，應用局限性較大；變壓吸附雖然一次性投資略低于深冷工藝，但產(chǎn)品純度較低。深冷法分子篩工藝流程，雖然設備多，但該工藝是最成熟，應用最廣泛的制氧工藝，裝置開啟后可長期穩(wěn)定運行，產(chǎn)品純度高，能夠滿足企業(yè)對于裝置生產(chǎn)能力的要求，適合大型化生產(chǎn)。

(二)氧氣壓縮方式的兩種流程。氧氣的壓縮方式在流程選擇上有兩種：一是外壓縮流程，使用氧壓機壓縮出空分設備的低壓氧氣，送往用氣點；二是內(nèi)壓縮流程，使用液氧泵壓縮液氧，經(jīng)換熱器汽化后送往用氣點。外壓縮流程占地面積大，內(nèi)壓縮流程占地面積小，均具有安全性高、能耗低、投資低、供氧可靠、經(jīng)濟效益好等特點。

(三)深冷法制氧工藝的系統(tǒng)和設備。深冷法采用分子篩凈化空氣帶增壓膨脹流程，精餾塔采用填料塔，全精餾制氬流程。該法消耗的主要能源和耗能工質(zhì)是電、水，主要包括以下幾大工藝系統(tǒng)和設備。

1.空氣過濾及壓縮系統(tǒng)?？諝膺^濾器、空氣壓縮機。

2.空氣預冷系統(tǒng)。空氣冷卻塔、水冷塔，冷卻水泵和冷凍水泵、冷水機組等。

3.空氣純化系統(tǒng)。分子篩吸附器、電加熱器等。

4.透平膨脹機系統(tǒng)。增壓透平膨脹機組以及增壓機后冷卻器。增壓透平膨脹機利用膨脹機輸出的膨脹功，來增加膨脹空氣的壓力，膨脹空氣的單位制冷量可以明顯提高，減少膨脹空氣量，從而使分餾塔上塔工況穩(wěn)定，氧、氬提取率進一步提高。因此，它既能節(jié)約能源，又可使熱力學過程更趨完善。

5.分餾塔冷箱系統(tǒng)。塔內(nèi)有主換熱器、過冷器、冷凝蒸發(fā)器、上塔、下塔、粗氬塔、純氬塔、粗氬冷凝器、純氬蒸發(fā)器、純氬冷凝器、工藝液氬泵等。分餾塔系統(tǒng)是制氧的核心系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用低溫精餾分離空氣中的氧、氮、氬等。

6.壓縮機：氧氣壓縮機、氮氣壓縮機。原料空氣先經(jīng)自潔式空氣過濾器除去灰塵及其它雜質(zhì)，然后進入離心式空壓機，經(jīng)壓縮機壓縮后進入空氣冷卻塔冷卻。空氣冷卻塔采用直接接觸冷卻，使空氣溫度降低，同時清洗空氣中的雜質(zhì)。

二、制氧設備節(jié)能

制氧機組的主要耗能設備有離心式空氣壓縮機、氧氣壓縮機、氮氣壓縮機，三者耗電量約占總耗電量的92%；其次是電加熱器，耗電量約占總耗電量的3%；其余是冷水機組、風機、水泵等公用設備。主要設備節(jié)能要點如下。

(一)離心式空氣壓縮機。按照工作原理，壓縮機可分為速度式壓縮機和容積式壓縮機。離心式壓縮機屬于速度式壓縮機，離心式空氣壓縮機工作穩(wěn)定、可靠，具有以下特點：重量小結(jié)構(gòu)緊湊；排氣量范圍大、均勻，風機壓頭相對穩(wěn)定，無脈動；易損件少，運轉(zhuǎn)可靠、壽命長；大排量時效率高、能耗低。離心式壓縮機廣泛應用于大流量、需長期平穩(wěn)運行、壓比不高的工況。

離心式空壓機采用節(jié)能型進氣導流葉片，在用氣量變化時，自動調(diào)節(jié)導流葉片開度，整機效率高，達到最佳節(jié)能效果。

離心式空壓機喘振是指當離心式空壓機的入口流量低于一特定值時，壓縮機能量頭不足以克服背壓而在氣道內(nèi)形成的一種周期性往復震蕩現(xiàn)象。喘振不僅破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性，而且加劇設備磨損。為避免喘振現(xiàn)象的發(fā)生，可從壓縮機出口旁通一部分氣流直接進入壓縮機的吸入口，加大吸入量。離心式空壓機結(jié)構(gòu)設計合理、材質(zhì)選擇合理，有利于提高系統(tǒng)效率，降低系統(tǒng)動力消耗。

(二)規(guī)整填料塔。分餾工序采用規(guī)整填料塔，與傳統(tǒng)篩板塔相比，阻力大大降低，降低空分設備的生產(chǎn)能耗。熱、質(zhì)交換充分，分離效率高。操作彈性大，不產(chǎn)生漏液、液泛，持液量少，負荷調(diào)節(jié)范圍大，適應性強。

(三)電加熱器。分子篩活化直接影響液氧、液氮的純度，所以分子篩加熱器對產(chǎn)品質(zhì)量的影響較大。常用的加熱器有蒸汽加熱器和電加熱器。蒸汽加熱溫度比較低，有泄漏可能，而且存在爆沸噪音。溫度低的液態(tài)碰到高溫的蒸汽接觸面會發(fā)生爆沸，形成噪聲。電加熱效率高于蒸汽加熱，所以通常選用電加熱器。

立式徑向流分子篩吸附器采用同心圓雙層床結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上來看，立式徑向流分子篩吸附器在流速分布方面要比臥式吸附器更合理。而且設備床層穩(wěn)定性能高，吸附劑不會混床，延長其使用壽命。

(四)氧氣壓縮機、氮氣壓縮機。氧氣壓縮機產(chǎn)氣量大于6,000m3/h時，應采用離心壓縮機，也可采用節(jié)能型進氣導流葉片，并采取反喘振措施。

(五)冷水機組。水冷螺桿式超低溫冷水機組安全可靠，操作便捷：配備各類安全保護裝置，性能穩(wěn)定、噪音低、使用壽命長、操作簡單；采用液晶顯示人機界面，操作簡單便捷，運行狀況一目了然，保證機組高效可靠運行。

(六)公用設備。推廣節(jié)能裝飾和裝修、積極利用自然光及自然通風、加強建筑物的自然通風。采用分區(qū)照明的方式，要求高的區(qū)域采用較高的照度，要求較低區(qū)域采用較低的照度。

設備選用的高壓電機、低壓電機均為推薦使用的高效電機，高、低壓電機效率均達到1級能效水平，選用的泵達到節(jié)能評價值，風機、冷水機組達到1級能效水平。所有工藝設備均選用高效節(jié)能產(chǎn)品，提高工作效率，達到降低能耗的作用。

采用自動化控制，可實現(xiàn)整個流程各系統(tǒng)的自動控制，遠程操作及微機管理，可完整地監(jiān)控整個系統(tǒng)的生產(chǎn)情況。

供水系統(tǒng)采用分質(zhì)分壓供水，減少了新鮮水用量和外排水量。所用管件、閥門、止水閥等應選用密封性能好、阻力小的節(jié)水產(chǎn)品，嚴格控制各用水點的水壓和水量。生產(chǎn)區(qū)衛(wèi)生設施采用自動沖洗控制器可節(jié)水70%以上；感應式自動洗手洗控制器可節(jié)水80%以上。

三、結(jié)語

管理制度上，建立計量管理制度，對相關用能點的計量器具配備情況進行強制要求，對計量技術檔案管理、計量器具流轉(zhuǎn)制度、計量器具周期檢定制度等作出明確規(guī)定，并對能源計量器具中電、新水等的計量精度和檢測情況提出明確的要求。通常所涉及能源(電、水等)的計量器具配備率都達到100%，計量器具的精度符合相關規(guī)定，并滿足生產(chǎn)所需。按照以上工藝和設備，并統(tǒng)籌考慮總圖、建筑、電氣、水以及自動化的節(jié)能，生產(chǎn)過程中嚴格執(zhí)行計量管理制度，做到穩(wěn)定生產(chǎn)，從而降低單位產(chǎn)品能耗。