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国内新建的空分项目主要分为内压缩与外压缩两种流程

2019-03-02

由于冶金、化工行业的迅速发展,空分设备的订货量非常大。更多的新技术在空分设备中的应用,使客户面对较多种选择,如何选择适合自己的空分设备非常重要。空分设备按主要用户来分,可以分为冶金型和化工型。按工艺流程来分,目前较为流行的是外压缩流程与内压缩流程两类。现在,国内新建的空分项目主要分为内压缩与外压缩两种流程。

1、何谓外压缩流程,内压缩流程

外压缩流程就是空分设备生产低压氧气,然后经氧压机加压至所需压力共给用户,也称之为常规空分。

内压缩流程就是取消氧压机,直接从空分设备的分流塔生产出中高压的氧气供给用户。

两者的主要区别在于,产品氧的供氧压力是由液氧在冷箱内经液氧泵加压达到,液氧在高压板翅式换热器与高压空气进行热交换从而汽化复热。

与外压缩流程相比,内压缩流程主要的技术变化在两个部分:精馏与换热。外压缩流程空分是由精馏塔直接产生低压氧气,再经主换热器复热出冷箱;而内压缩流程空分是从精馏塔的主冷凝蒸发器抽取液氧,再由液氧泵加压至所需压力,然后再由一股高压空气与液氧换热,使其汽化出冷箱作为产品气体。可以简单的认为,内压缩流程是用液氧泵加上空气增压机取代了外压缩流程的氧压机。

相对而言,内压缩流程是一种新的技术,不过所谓新也只是相对与国内的空分行业而言。如同许多新技术一样,内压缩流程作为空分设备的一种技术早是在发达国家出现的,国外早在20世纪80年代就有了内压缩流程的空分设备,如我国20世纪80年代从德国林德公司引进的镇海石化28000m3/h空分设备就采用了内压缩流程技术。

内压缩流程技术在国外的应用主要有以下三个因素:

(1) 安全性考虑,理论上要内压缩流程的安全性高一些,空分行业对安全的要求是非常高的。

(2) 采用内压缩流程所需的液氧泵加上空气增压机的成本相应就低得多;氧压机在设计制造中需要考虑的安全因素较多,价格就非常昂贵。

(3) 内压缩流程便于管道供气,国外的气体公司在经营现场供气业务的同时,通常还出售大量的液体产品。

2、 内压缩流程与外压缩流程投资比较

2.1 投资成本

从投资成本来看,内压缩流程与外压缩流程在以下几个部分的投资成本不同。

2.1.1 压缩机部分

主要指内压缩流程的液氧泵加上空气增压机与外压缩的氧压机相比。

在国外的是内压缩流程的空分设备。因为国外的氧压机非常昂贵,例如外压缩流程需要的透平氧压机,,均价是国内价格的3~4倍,而内压缩流程所需的空气增压机的价格则是国产氧透的1.5倍左右。
而在国内,情况正好相反。外压缩流程的氧透可完全实现国产化,而且质优价廉,安全性能好。而采用内压缩流程的话,国产机组不能完全满足要求。所需的空气增压机一般要求进口机组,这样,采用内压缩流程的空分设备的成本就高了。

2.1.2 换热器部分

内压缩流程空分要用到中高压的板翅式换热器,这会涉及到投资成本的变化,国产的中高压换热器质量也相当可靠。不过几乎所有上内压缩流程空分项目的用户都对国内产品不太放心,所以就在这部分又增加了不少成本,会增加20%左右。
2.1.3 膨胀机部分

内压缩流程多采用中压膨胀机,若选用进口产品,通常没有备机,一般需要带齐包括转子在内的备件;而选用国产机组,会采用一用一备的方式,这样进口产品的成本要高30%以上。

外压缩流程采用低压膨胀机,国产机组完全可以达到进口产品的性能。

2.1.4 阀门部分

内压缩流程空分有部分中高压的流路,相应对阀门的要求也比较高,所以在这部分也会有一些增加的成本。一般来说,一套内压缩流程空分设备的总价格会比同样的外压缩流程空分设备要高10%左右。

3 、运行费用

运行费用主要即:运行能耗、备件及维护费用、操作维护人员的开支。

3.1 运行能耗

空分设备中液体产品(液氧、液氮和液氩总量)占气氧产品的比例对能耗的影响是很大的。一般可以认为8%左右的比例是一个分界点,低于这个比例以选用外压缩流程,若高于这个比例采用内压缩流程就比较好了。

3.2 备件及维护费用及人员开支

与外压缩流程相比,内压缩流程空分设备由于进口的机组设备和其它部件较多,则相应的备件和维护费用也会高一些。

4、安全性和可靠性

后还有很重要的方面,就是安全性与可靠性,这是根本的,轻则影响用户生产设备的正常运行,重则影响整体投资的成功与否。

前面讲到了在理论上内压缩流程空分设备的安全性高一些,相对而言外压缩流程空分设备的安全隐患主要在于主冷凝蒸发器内液氧中碳氢化合物的积聚和透平氧压机。前者可以通过在线监控和定时进行液氧安全排放来解决问题,至于后者,国产氧透的技术早已过关,保证安全,也从来没有出过爆炸等恶性事故。可以说,经过多年的技术发展,外压缩流程空分的安全性是没有问题的。

空分设备的运行可靠性就涉及到的设备质量、操作水平等各方面的因素。外压缩流程空分技术成熟,用户的操作也都很熟练,可靠性高。内压缩流程相对来说要复杂一些,自动化控制的要求更高。

目前可以说,外压缩流程空分设备也是完全适应国内需要的。而内压缩流程空分设备,目前情况下,更适用于特定的用户。

5、 冶金行业对空分设备的选择

冶金行业对用氧压力的要求通常在2.0~3.0MPa之间,那么内压缩流程空分设备或者外压缩流程空分设备均可以实现。

目前国内制造的内压缩流程空分设备中比较典型的流程是膨胀空气进下塔的流程。其特点是:一是比较适合生产较大液体量,二是氩的提取率高。

现在国内冶金行业凡是订购内压缩流程空分设备的用户都选用了这一种流程,这些用户都有相同的需求:需要大量的液体产品以在满足生产的同时经营气体销售业务。

同时,此流程的另外一个好处占地少,原料空压机和空气增压机可以组合成一体机。

对于部分没有考虑气体销售业务,那么选用常规的外压缩流程空分设备就非常合理了。

6、 化工行业对空分设备的选择

化工(石化)行业对用氧压力的要求一般比炼钢要高的多,一般都在4.0MPa~9.0MPa以上,所需的制氧规模也非常大,动辄“30000”以上。这样一来,采用内压缩流程的空分设备就是的选择了。而且,因为化工型的空分设备的产品结构通常比较复杂,要求同时生产多种压力等级的氧、氮产品,这就需要根据具体的要求,进行多种方案的比较,如采用单泵还是双泵内压缩,是采用空气循环还是氮气循环等,佳的方案一定要遵循一次性投资成本和长期运行费用的佳组合原则。

当然,如果客户对空分设备的要求不太复杂,类似于冶金型的空分设备,那么按照通常的内压缩流程或外压缩流程来考虑都可以。

7 、结论

目前,内压缩流程已经是完全成熟的空分工艺流程,国内的空分制造商也已完全掌握了相关的技术,从空分设备成套供货的角度来说完全没有问题。但是,我国的透平机械制造业与国外同行相比还有较大的差距,在这样的情况下,可以说在一个关键的环节上国内的机械制造行业还没有做好内压缩流程空分设备的完全国产化的工作。

而外压缩流程作为经过多年发展、技术已成熟的空分工艺,就较适用于绝大多数的需求。

用户在新建空分项目的时候,不同的空分设备制造商所推荐的方案都有其自身的利益考虑,用户应作多方考察,多进行技术交流和探讨,究竟选择内压缩流程还是外压缩流程,一定要根据自身的需求和国内设计制造的实际情况来做决策。

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