CN109323532A - 一种基于制冷量分析的低温液体膨胀机节能效益计算方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于制冷量分析的低温液体膨胀机节能效益计算方法，首先获取液体膨胀机的进出口压力和温度，计算液体膨胀机的单位制冷量，然后获取气体膨胀机的进出口压力和温度，计算气体膨胀机的单位制冷量，基于空分装置中增设液体膨胀机前后制冷量不变的原则，计算不使用液体膨胀机时气体膨胀机需要增加的空气处理量，进而得到增压机应增加的压缩空气量，据此计算得到增压机所消耗的额外功率，并考虑液体膨胀机回收节流压力头而输出的功率，实现了对空分装置增设液体膨胀机后所产生的综合节能效益的计算。本发明为空分装置增设液体膨胀机后的节能效益分析提供了一种简便的方法，对促进大型工业空分技术进步和空分装置节能降耗重大意义。

Description

一种基于制冷量分析的低温液体膨胀机节能效益计算方法
技术领域
本发明涉及高耗能工业低温空分领域，涉及利用低温液体膨胀机降低空分装置能耗的技术，特别是涉及一种基于制冷量分析的低温液体膨胀机节能效益计算方法。
背景技术
大型工业空分装置普遍使用先进的内压缩空分流程，在内压缩空分流程中从主换热器排出的液空为低温高压介质，通常高达数十个大气压，需要进行节流降压，然后进入下塔精馏流程。这一节流过程通常采用高压节流阀来完成，使得节流能量白白耗散在低温系统中，会导致低温系统温升并诱发空化，严重影响着精馏塔气体提取率和空分装置能效及稳定运行。利用液体膨胀机替代高压节流阀节流降压，不仅可以满足空分流程的降压要求，还能产生低温制冷效应而带来显著的综合节能效益。
在空分装置中使用液体膨胀机对高压液空降压的同时，液体膨胀机将节流压力头转化成轴功向外输出使得低温系统温度下降，此低温制冷效益将部分补充气体膨胀机的制冷量。因此，可以减少给气体膨胀机提供压缩气体的其上游压缩机和增压机的气体流量，进而降低空分装置的功耗。再者，除了低温制冷效益之外，液体膨胀机还将高压介质的节流压力头转换成轴功输出(用于驱动发电机发电或驱动其它动力机械)，产生更多节能效益。显然，合理地计算液体膨胀机这两方面的效益对液体膨胀机技术的应用推广意义重大。本发明涉及一种基于制冷量分析的液体膨胀机节能效益快速计算方法，而目前国内外并未发现基于制冷量分析的液体膨胀机节能效益评价方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于制冷量分析的低温液体膨胀机节能效益计算方法，通过分析液体膨胀机所产生的制冷量和输出的轴功率，获得空分装置增设液体膨胀机后而带来的综合节能效益计算方法。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种基于制冷量分析的低温液体膨胀机节能效益计算方法，包括以下步骤,
步骤一，获取空分装置中液体膨胀机的进口温度Tl1，进口压力Pl1，出口温度Tl2以及出口压力Pl2；然后查出液体膨胀机的进口比焓hl1和出口比焓hl2,求出液体膨胀机的单位制冷量ql；
步骤二，获取空分装置中气体膨胀机的进口温度Tg1，进口压力Pg1，出口温度Tg2，出口压力Pg2；然后查出气体膨胀机的进口比焓hg1和出口比焓hg2,求出气体膨胀机的单位制冷量qg；
步骤三，假设空分装置中增设液体膨胀机前后的制冷量相同，在不使用液体膨胀机的情况，液体膨胀机产生的制冷量由气体膨胀机提供，将这部分制冷量折算成气体膨胀机气体处理量Qg；
步骤四，获取增压机的进口温度Tc1，进口压力Pc1，中抽温度Tc2，中抽压力Pc2；然后查出液体膨胀机的进口比焓hc1和中抽比焓hc2,求出空气由增压机进口状态到中抽状态的单位压缩功耗wc；
步骤五，气体膨胀机增加的膨胀空气量即增压机所需增加的空气量，则根据步骤三中的气体膨胀机气体处理量Qg和步骤4的空气由增压机进口状态到中抽状态的单位压缩功耗wc得到增压机需要多消耗的功率Wc；
步骤六，液体膨胀机将节流压力头转化成轴功，其输出功率为We，则空分装置使用液体膨胀机节省的总功率W＝Wc+We＝Qg×wc+We，实现对低温液体膨胀机节能效益的快速评价。
本发明进一步的改进在于，步骤一中，液体膨胀机的单位制冷量ql＝hl1-hl2。
本发明进一步的改进在于，步骤二中，气体膨胀机的单位制冷量qg＝hg1-hg2。
本发明进一步的改进在于，步骤三中，
其中Ql为液体膨胀机的质量流量，ql为液体膨胀机的单位制冷量。
本发明进一步的改进在于，步骤四中，空气由增压机进口状态到中抽状态的单位压缩功耗wc＝hc2-hc1。
本发明进一步的改进在于，步骤五中，增压机需要多消耗的功率Wc＝Qg×wc。
本发明的有益效果是：首先获取液体膨胀机的进出口压力和温度，计算液体膨胀机的单位制冷量，然后获取气体膨胀机的进出口压力和温度，计算气体膨胀机的单位制冷量，基于空分装置中增设液体膨胀机前后制冷量不变的原则，通过冷量分析法，计算不使用液体膨胀机时气体膨胀机需要增加的空气处理量，进而得到增压机应增加的压缩空气量，据此计算得到增压机所消耗的额外功率，并考虑液体膨胀机回收节流压力头而输出的功率，实现了对空分装置增设液体膨胀机后所产生的综合节能效益的计算，对低温液体膨胀机节能效益的快速评估。本计算方法简便快速，为快速计算液体膨胀机的节能效益提供了重要依据，有利于液体膨胀机技术在新建空分装置及现运行空分装置中的推广应用，对促进大型工业空分技术进步和空分装置节能降耗具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
参见图1，一种基于制冷量分析的低温液体膨胀机节能效益计算方法，包括以下步骤：
步骤一，获取空分装置中液体膨胀机的进口温度Tl1，进口压力Pl1，出口温度Tl2以及出口压力Pl2；
步骤二，根据步骤一中的液体膨胀机的进出口参数，利用物性库/计算软件查出液体膨胀机的进口比焓hl1和出口比焓hl2,求出液体膨胀机的单位制冷量ql＝hl1-hl2；
步骤三，获取空分装置中气体膨胀机的进口温度Tg1，进口压力Pg1，出口温度Tg2，出口压力Pg2；
步骤四，根据步骤三中的气体膨胀机的进出口参数，利用物性库/计算软件查出气体膨胀机的进口比焓hg1和出口比焓hg2,求出气体膨胀机的单位制冷量qg＝hg1-hg2；
步骤五，假设空分装置中增设液体膨胀机前后的制冷量相同，在不使用液体膨胀机的情况，液体膨胀机产生的制冷量需要由气体膨胀机提供，将这部分制冷量折算成气体膨胀机气体处理量Qg，将得到
其中Ql为液体膨胀机的质量流量；
步骤六，获取增压机的进口温度Tc1，进口压力Pc1，中抽温度Tc2，中抽压力Pc2；
步骤七，根据步骤六中的增压机的进口参数和中抽参数，利用物性库/计算软件查出液体膨胀机的进口比焓hc1和中抽比焓hc2,求出空气由增压机进口状态到中抽状态的单位压缩功耗wc＝hc2-hc1；
步骤八，气体膨胀机增加的膨胀空气量即增压机所需增加的空气量，则增压机需要多消耗的功率Wc＝Qg×wc；
步骤九，液体膨胀机将节流压力头转化成轴功，其输出功率为We，则空分装置使用液体膨胀机节省的总功率W为
W＝Wc+We＝Qg×wc+We
下面通过一个具体实施例进行说明。
选取增设液体膨胀机后的某35000Nm3/h内压缩空分装置为计算对象，包括以下步骤：
步骤一，空分装置中液体膨胀机的进口温度Tl1＝99.15K，进口压力Pl1＝5.5MPa，出口温度Tl2＝97.12K，出口压力Pl2＝0.55MPa。
步骤二，根据步骤一中的液体膨胀机的进出口温度和压力，利用物性库/计算软件查出液体膨胀机的进口比焓hl1＝-83.40kJ/kg和出口比焓hl2＝-89.64kJ/kg,计算得液体膨胀机的单位制冷量q1＝hl1-hl2＝6.24kJ/kg。
步骤三，空分装置中气体膨胀机的进口温度Tg1＝160.45K，进口压力Pg1＝2.55MPa，出口温度Tg2＝107.45K，出口压力Pg2＝0.522MPa。
步骤四，根据步骤三中的气体膨胀机的进出口参数，利用物性库/计算软件查出气体膨胀机的进口比焓hg1＝140.22kJ/kg和出口比焓hg2＝99.02kJ/kg,得到气体膨胀机的单位制冷量qg＝hg1-hg2＝41.20kJ/kg。
步骤五，根据空分装置中增设液体膨胀机前后制冷量不变的原则，假设不使用液体膨胀机，则液体膨胀机产生的制冷量需要由气体膨胀机提供。为此气体膨胀机需要增加膨胀介质气体的流量，此增加的气量表示为其中Ql为液体膨胀机的质量流量。
步骤六，空分装置中增压机的进口温度Tc1＝283.15K，进口压力Pc1＝0.535MPa，中抽温度Tc2＝415.08K，中抽压力Pc2＝1.82MPa。
步骤七，根据步骤六中的增压机的进口温度与压力、中抽温度与压力，利用物性库/计算软件查出气体膨胀机的进口比焓hc1＝282.25kJ/kg和中抽比焓hc2＝414.91kJ/kg,求出将空气由增压机的进口状态压缩到中抽状态所需的单位功耗wc＝hc2-hc1＝132.66kJ/kg。
步骤八，气体膨胀机增加的膨胀空气量也就是增压机所需增加的空气处理量，则由此可以计算增压机为压缩这些额外的气体需要多消耗的功率，即Wc＝Qg×wc＝505.43kW。
步骤九，考虑液体膨胀机回收节流压力头而产生的输出轴功，即We＝135kW。则使用液体膨胀机后空分装置节省的总功率表示为W＝Wc+We＝Qg×wc+We＝640.43kW。
上述基于制冷量分析的液体膨胀机综合节能效益计算方法，将液体膨胀机产生的低温制冷量折算成气体膨胀机对应的膨胀空气流量，即得到增压机需要多压缩的空气量，进而根据增压机特性计算获得增压机对应的功率消耗；再将液体膨胀机回收节流压力头而产生的输出功率考虑在内，可以便捷地计算出空分装置增设液体膨胀机后所节省总能量。本计算方法简便快速，为快速计算液体膨胀机的节能效益提供了重要依据，有利于液体膨胀机技术在新建空分装置与现运行空分装置中的推广应用，对促进大型工业空分技术进步和空分装置节能降耗具有重要意义。

Claims (6)

1.一种基于制冷量分析的低温液体膨胀机节能效益计算方法，其特征在于，包括以下步骤,
步骤一，获取空分装置中液体膨胀机的进口温度Tl1，进口压力Pl1，出口温度Tl2以及出口压力Pl2；然后查出液体膨胀机的进口比焓hl1和出口比焓hl2,求出液体膨胀机的单位制冷量ql；
步骤二，获取空分装置中气体膨胀机的进口温度Tg1，进口压力Pg1，出口温度Tg2，出口压力Pg2；然后查出气体膨胀机的进口比焓hg1和出口比焓hg2,求出气体膨胀机的单位制冷量qg；
步骤三，假设空分装置中增设液体膨胀机前后的制冷量相同，在不使用液体膨胀机的情况，液体膨胀机产生的制冷量由气体膨胀机提供，将这部分制冷量折算成气体膨胀机气体处理量Qg；
步骤四，获取增压机的进口温度Tc1，进口压力Pc1，中抽温度Tc2，中抽压力Pc2；然后查出液体膨胀机的进口比焓hc1和中抽比焓hc2,求出空气由增压机进口状态到中抽状态的单位压缩功耗wc；
步骤五，气体膨胀机增加的膨胀空气量即增压机所需增加的空气量，则根据步骤三中的气体膨胀机气体处理量Qg和步骤4的空气由增压机进口状态到中抽状态的单位压缩功耗wc得到增压机需要多消耗的功率Wc；
步骤六，液体膨胀机将节流压力头转化成轴功，其输出功率为We，则空分装置使用液体膨胀机节省的总功率W＝Wc+We＝Qg×wc+We，实现对低温液体膨胀机节能效益的快速评价。
2.根据权利要求1所述的一种基于制冷量分析的低温液体膨胀机节能效益计算方法，其特征在于，步骤一中，液体膨胀机的单位制冷量ql＝hl1-hl2。
3.根据权利要求1所述的一种基于制冷量分析的低温液体膨胀机节能效益计算方法，其特征在于，步骤二中，气体膨胀机的单位制冷量qg＝hg1-hg2。
4.根据权利要求1所述的一种基于制冷量分析的低温液体膨胀机节能效益计算方法，其特征在于，步骤三中，
其中Ql为液体膨胀机的质量流量，ql为液体膨胀机的单位制冷量。
5.根据权利要求1所述的一种基于制冷量分析的低温液体膨胀机节能效益计算方法，其特征在于，步骤四中，空气由增压机进口状态到中抽状态的单位压缩功耗wc＝hc2-hc1。
6.根据权利要求1所述的一种基于制冷量分析的低温液体膨胀机节能效益计算方法，其特征在于，步骤五中，增压机需要多消耗的功率Wc＝Qg×wc。
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