cM冶金/礦山通用機(jī)械GM in Metallurgical& Mine Industry空分液化系統(tǒng)能耗的熱力學(xué)分析中空能源設(shè)備有限公司(浙江杭州310051)崔新亭趙小瑩【摘要】以壓力、溫度和液體流量這些可校核」統(tǒng)內(nèi)部的高低溫膨脹機(jī)、換熱器等設(shè)備的作用,部分高的一次性測(cè)量參數(shù)為依據(jù),通過對(duì)膨脹機(jī)加及液體節(jié)流「壓氮?dú)廪D(zhuǎn)化為液氮產(chǎn)品和低壓氮?dú)馑突赜脩?其余部進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算,確定了空分液化單元消耗的實(shí)際循分經(jīng)液化單元內(nèi)的膨脹機(jī)組、換熱器的作用轉(zhuǎn)化為返流環(huán)氪氣流量,從而對(duì)液化系統(tǒng)的能耗進(jìn)行了量化分析。氮?dú)馕锪蟩,繼續(xù)與物料a匯合,回到NC進(jìn)口物料b,再分析的結(jié)果為設(shè)備的成功改造提供了可靠的依據(jù),并達(dá)次進(jìn)行壓縮。整個(gè)液化系統(tǒng),只有物料b經(jīng)過NC壓縮時(shí)到了預(yù)期效果。有能耗發(fā)生,因此確認(rèn)物料b的實(shí)際流量非常重要?！娟P(guān)鍵詞】液化單元循環(huán)氦氣壓縮機(jī)膨脹機(jī)組節(jié)流熱力學(xué)計(jì)算焓能耗原料氣去用一、前言在對(duì)空分液化系統(tǒng)進(jìn)行能耗考核時(shí),液體產(chǎn)量可通過液體貯槽進(jìn)行精確測(cè)量,能耗可由電能表直接計(jì)<量。當(dāng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的能耗進(jìn)行分析時(shí),經(jīng)過循環(huán)氮?dú)鈮簠s水縮機(jī)的氮?dú)饬髁烤椭陵P(guān)重要,當(dāng)流量偏大時(shí),能耗的增加是由液化單元引起的,反之,能耗的增加是由壓縮機(jī)去用戶的效率引起的.但是,現(xiàn)場(chǎng)的氣體流量很難進(jìn)行精確測(cè)③卻量,這就需要對(duì)氣體的流量進(jìn)行分析和確認(rèn)。冷卻水以國產(chǎn)的一套出口空分的液化系統(tǒng)為例,該系統(tǒng)液化系統(tǒng)物料平衡圖經(jīng)過試車,液氮產(chǎn)量為3550m3/h,達(dá)到了合同的要1、3.水冷卻器2.低溫膨脹機(jī)增壓端B24.高溫膨脹機(jī)增壓端B15NC循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)6.Ⅵ節(jié)流閥7LT液氮計(jì)量槽求,但是產(chǎn)品的單位能耗超出合同要求20%以上,無法8.低溫膨脹機(jī)膨脹端Er29.低溫膨脹機(jī)膨脹端Er驗(yàn)收。通過筆者的方法進(jìn)行分析計(jì)算,順利得到了解2.參數(shù)評(píng)定決,使得出口產(chǎn)品得以順利驗(yàn)收。上圖中各物料的運(yùn)行參數(shù)見下表,這些參數(shù)均為現(xiàn)場(chǎng)各測(cè)點(diǎn)的測(cè)量值,并不是實(shí)際值,需要對(duì)它們進(jìn)行、空分液化系統(tǒng)能耗評(píng)定和篩選。表中的壓力和溫度均由變送器直接測(cè)得,1.流程介紹屬于直接測(cè)量數(shù)據(jù),而且可以通過就地儀表進(jìn)行驗(yàn)證,空分液化系統(tǒng)流程簡圖即物料平衡圖如下圖所液體流量則由用戶的液體貯槽直接精確測(cè)量,表中數(shù)據(jù)示,即原料氮?dú)馕锪蟖與返流氮?dú)馕锪蟩匯合至物料,屬于直接測(cè)量數(shù)據(jù),可靠性很高。顯然,表中壓力經(jīng)過NC的壓縮后,送往后面的液化系統(tǒng)。經(jīng)過液化系溫度以及物料的液氮產(chǎn)品流量均可作為實(shí)際參數(shù)加以72cM用肌藏www.etyx.com2013年第4期冶金/礦山通用機(jī)械GMGM in Metallurgical Mine Industry物料運(yùn)行參數(shù)表物料參數(shù)g5520.630.5338.338.15溫度/k3127312.7338.534063206流量/(mh)48562291225243物料參數(shù)壓力arA50.211.5529475.764993835.52145溫度/K104飽和飽和27781987176.7104.53l1.1流量/(mh)355023736注:1bar=107Pa采用。2.低溫膨脹機(jī)組增壓端流量的計(jì)算而氣體流量則是孔板通過壓差信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后所以圖中低溫膨脹機(jī)組B2/ET2作為分析對(duì)象,膨脹得,屬于間接測(cè)量數(shù)據(jù),而且其測(cè)量的壓差信號(hào)極易受端ET2輸出的功率分為兩部分,一部分被膨脹機(jī)組的軸安裝位置和安裝質(zhì)量等因素的千擾,因此誤差較大。承消耗掉,剩余部分則作為增壓端B2的動(dòng)力,驅(qū)動(dòng)B2由圖可知,物料和g的流量值應(yīng)該相等,但在表中兩者對(duì)介質(zhì)進(jìn)行壓縮。的測(cè)量值相差約20%,顯然不適合作為實(shí)際參數(shù)加以采則膨脹機(jī)組有如下功率平衡方程:用利用熱力學(xué)計(jì)算的方法,對(duì)以上運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行回Wn為膨脹機(jī)組軸承功率。將式(5)轉(zhuǎn)化為熱力歸處理,從而確定物料b的實(shí)際流量。對(duì)單組分物料來學(xué)方程如下:說,只要知道壓力和溫度,其余熱力學(xué)參數(shù)即可計(jì)算FJ。-F=Fh-F+Wm得出。由液化系統(tǒng)物料平衡圖示看出,F=F,F2=F=F為了計(jì)算方便,先定義如下變量:F=F-F,可以計(jì)算物料g的流量:物料x的壓力,單位為barA;F=I(h。-h)+Wa(-b)-(h一-h2)](6)T物料x的溫度,單位為K表中,物料g、h、o、P的壓力和溫度均已知,故F—物料x的流量,單位為m/sha、ha、h。、h可通過計(jì)算獲得。根據(jù)廠家提供的數(shù)物料x的比焓,單位為kJ/m3據(jù),Wna:=22-26kW,因膨脹機(jī)處于滿負(fù)荷狀態(tài),取y物料的液相摩爾比例;Wna=26kW。結(jié)合式(4)和式(6),可以計(jì)算物料gW—設(shè)備x的軸功率,單位為kW。的流量:F2=23900m/h三、物料流量的計(jì)算3高溫膨脹機(jī)組膨脹端流量的計(jì)算1.液氮流量的計(jì)算按照B2T2的分析方法,可以得出Bl/ETI的功率圖中,物料通過v1節(jié)流后經(jīng)過LT的分離,獲得低平衡的熱力學(xué)方程壓液氮產(chǎn)品l和低壓氮?dú)鈑,整個(gè)過程屬于等焓節(jié)流過F=[F(h-he)+We l(hmh)(7)程,列出其質(zhì)能方程如下:表中,物料e、f、m、n壓力和溫度已知,故heFi=Fk+Fi(1)h、hh可通過計(jì)算獲得,由圖可知,F=F1同乃內(nèi)=Fh+F內(nèi)B2/ET2,取Wn:=26kW,可計(jì)算物料m的流量:Fm由式(1)和式(2)可得9100m3/hF=F1(h-h)/(h一h)根據(jù)圖,F=F3,F4=Fm,Fb=F=F+F,可得表中,物料、k、1的壓力和溫度均已知,故、出物料b的流量計(jì)算值:F=3300h1、h可通過計(jì)算獲得,又有F1=3550m/h,由式(3)在表中,物料b的流量測(cè)量值可由物料d和e的流量可計(jì)算高壓液氮的流量。計(jì)算后的流量為:測(cè)量值相加得出:Fb=30914m/h。Fb為物料b流F=4810m3/h(4)(下轉(zhuǎn)第96頁)cM用2013年第4期www.etyjx.com73cM通用機(jī)械制造GM Manufacture負(fù)荷的額定電流)。四、結(jié)語速斷整定值:斷=(3-5)l電渡。最終高壓固態(tài)軟起動(dòng)系統(tǒng)成功調(diào)試,離心式空壓過壓整定值:Ua2=1.15U。(U為系統(tǒng)的額定電機(jī)的起動(dòng)電流很好地控制在118A以內(nèi),小于3倍額定電速斷整定時(shí)間應(yīng)設(shè)置為0。流,起動(dòng)全過程30s,電動(dòng)機(jī)在旁路切換瞬間,無明顯異響,切換過程平滑順暢,完全達(dá)到了預(yù)期的起動(dòng)效過流整定時(shí)間般設(shè)置為03,但必須比上一級(jí)整果由于離心式空壓機(jī)自身結(jié)構(gòu)的特殊特性,設(shè)備的起定的時(shí)間低一個(gè)級(jí)別。過電壓時(shí)間的整定一般設(shè)置為ls動(dòng)過程不僅僅是電動(dòng)機(jī)從零向全速的加速過程,更是高壓固態(tài)軟起動(dòng)系統(tǒng)與離心式空壓機(jī)兩套系統(tǒng)相互配合的以上整定值的設(shè)定要與高壓軟起動(dòng)系統(tǒng)的起動(dòng)電過程。因此必須深入研究離心式空壓機(jī)的特點(diǎn),才能在流、限流倍數(shù)參數(shù)相互匹配,否則電動(dòng)機(jī)會(huì)報(bào)警起動(dòng)失不影響離心式空壓機(jī)性能的前提下,充分發(fā)揮高壓固態(tài)敗軟起動(dòng)系統(tǒng)的特性。英格索蘭憑借其專業(yè)的空壓機(jī)知識(shí)3高壓軟起動(dòng)系統(tǒng)控制程序步長問題和豐富的改造經(jīng)驗(yàn),為用戶量身定做了這套最合身的高高壓軟起動(dòng)系統(tǒng)的工作原理決定了當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到壓電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方案。隨著高壓固態(tài)軟起動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)日正常轉(zhuǎn)速后,高壓軟起動(dòng)系統(tǒng)就要退出運(yùn)行,并且將旁趨成熟,在不久的將來必將會(huì)成為其他電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式路接觸器接通。由于在切換瞬間,電動(dòng)機(jī)已達(dá)全速運(yùn)的完美替代者,GM行,電動(dòng)機(jī)電流會(huì)迅速下降。如果高壓軟起動(dòng)系統(tǒng)的程(收稿日期:2013/02/18)序調(diào)節(jié)步長不夠快,系統(tǒng)就有可能跟不上電流下降速度,電動(dòng)機(jī)會(huì)因此產(chǎn)生較大的反向電動(dòng)勢(shì),導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)在旁路切換瞬間出現(xiàn)異常聲音。因此高壓軟起動(dòng)的控制程序的步長調(diào)節(jié)要精準(zhǔn),目的是盡可能減少控制系統(tǒng)對(duì)(上接第73頁)電流變化的響應(yīng)時(shí)間,使得電動(dòng)機(jī)在切換瞬間更加平滑量的測(cè)量值,對(duì)比物料的流量計(jì)算值和測(cè)量值如順暢。電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)起始期、起動(dòng)結(jié)束期的電流曲線如下:(F-F′)/F′=68%。即循環(huán)氮?dú)鈮嚎s圖所示,可知現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)的旁路接觸器切換過程是平機(jī)的流量實(shí)際值比測(cè)量值多68%滑順暢的。四、結(jié)語經(jīng)過校核后,循環(huán)氮?dú)獾牧髁窟€需增加68%,這意味著考核時(shí),液化單元引起的能耗需要額外增加68%。如果要達(dá)到合同要求,不僅考慮對(duì)循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)的整改,還要重視對(duì)空分液化單元部分的改善50,事實(shí)上,空分液化單元部分經(jīng)過局部整改(a)起動(dòng)起始期后,液氮產(chǎn)量即增加約10%。在檢修循環(huán)氮壓機(jī)時(shí),也發(fā)現(xiàn)蝸殼、轉(zhuǎn)子和軸承磨損極為嚴(yán)重,這同樣會(huì)引起能耗大幅度增加。顯然,分析的結(jié)果與事實(shí)比較吻合,這種借助于熱力學(xué)計(jì)算對(duì)能耗進(jìn)行校核的方法也是可行的。cM(收稿日期:2012/1027)(b)起動(dòng)結(jié)束期2電動(dòng)機(jī)電流曲線6cM■用www.etyjx.com2013年第4期