有效能损失分析及空分设备的节能

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空分设备节能降耗运行分析

ａｄｏｔｍｉａｉｎｏｏｄｉｉｎｓｔｅｒａｅｔｅｅｒｙｃｎｕｍｐｔｏｆａｒｓｐｒｔｏｌｎ．ｎｐｉｚｔｏｆｃｎｔｏｏｄｃｅｓｈｎｅｇｏｓｉｎｏｉｅａａｉｎｐａｔＫｅｗｏｄｓＡｉｅａａｉｎｐａｔＲｕｙｒ：ｒｓｐｒｔｏｌｎ；ｎ；Ｅｎｅｇ — ａｉｇｒｙｓｖｎ
空分设备节能降耗运行分析
尚恩清
（钢集团临汾钢铁有限公司新兴实业公司，山西省临汾市太０１０）４００
摘要：通过对临钢动力总厂３套空分设备能耗现状的分析，从空压机系统、生产组织、降低各种损耗、减少堵塞、提高换热效率、优化工况调节、减少材料消耗等方面入手，采取相应措
作者简介：尚恩清，男，１９９６年毕业于西北轻工业学院机械电子工程专业，现在太钢集团临汾钢铁有限公司新兴实业
ＳｎｑｎｈａｇＥｎｉｇ
（ｎｉｇＩｄｓｒｏａｙ，Ｌｎｅｒｎ＆ＳｅｌＣｏ，Ｌｔ，Ｔａｙａｒｎ＆ＳｅｌＧｒｕＸｉｘｎｎｕｔｙＣｍｐｎｉｆｎＩｏｔｅ．ｄ．ｉｕｎＩｏｔｅｏｐ，Ｌｉｆｎ０１０ｎｅ４００，Ｓａｘ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｎｈｎｉｉａ）
５３２７１５１１２
９
２０９８
６９６０

浅谈空分设备能耗因素及节能措施

浅谈空分设备能耗因素及节能措施蔡高辉【摘要】介绍了贵冶空分机组配置及空分机组系统组成、空分生产作业过程,对低温分离空分系统的主要电气设备进行了简单的介绍,并对主要耗电设备的能耗因素进行了详细分析,结合各设备的现状及近年来生产过程中的实际问题,优化生产操作,探讨了降低空分机组总能耗的措施.%In this article, the configuration of air separation unit, constitute of air separation units system and the air separation production process are introduced. The main electrical equipment of cryogenic separation air separation system is introduced briefly. The energy consumption factors of the main power consumption equipment are analyzed. Combined with the current situation of the equipment and the actual problems in the production process in recent years, the production operation is optimized, the measures to reduce the total energy consumption of the air separation unit are discussed.【期刊名称】《铜业工程》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】4页(P109-112)【关键词】空分机组;空压机;冷冻机;电加热器;能耗因素;节能降耗【作者】蔡高辉【作者单位】江西铜业集团公司贵溪冶炼厂,江西贵溪 335424【正文语种】中文【中图分类】TQ116.111 引言空分即空气分离，就是将空气中的氧气、氮气及稀有气体（如氩气）等分离出来，以满足冶金、化工等各行业的生产需求。

空分设备装置的节能

随着我国国民经济的发展，能源供需缺口较大的矛盾日渐突出。

为此国家出台了一系列限制高能耗高污染企业发展的政策，包括对单位产品电耗超标进行处罚、限期整顿等。

作为生产企业，节能降耗既是响应国家号召，也是降低成本的有效措施。

空分设备是能源消耗大户，降低单位产品电耗可以取得极大的社会效益和经济效益。

以一套1万冶金型空分设备为例，单位氧气电耗每降低1%，每年以8千小时计算，可以节约53万度电！国家的产业政策是指导我们发展的方向，用户的要求是我们努力的目标，创新是企业技术进步不变的主题。

我们以节能降耗为目标的科技创新取得了丰硕成果：客户的要求不等于客户的需求。

前期我们会和用户进行沟通，了解他们的需要，结合工程实际，提出我们的建议，供用户参考抉择，尽量使整套装置配置优化先进的流程组织是先进性能的根本。

除了常规的采用分子筛常温吸附预净化、增压透平膨胀机制冷、规整填料上塔、全精馏无氢制氩流程的第六代空分设备，我们开发了四个节能型空分流程：1.自增压流程：不增加能耗情况下，氧气出冷箱压力大幅度提高，可使压氧能耗降低5-10%2.超低压制氧流程3.超低压制高纯氮流程4.三塔制高纯压力氮+氧气流程先进的单机性能是成套装置具有优良的综合性能指标的保证：1.选用JCL型自洁式空气过滤器，过滤器阻力不超过80mm水柱，提高了空压机进气压力，降低了压缩比2.NREC软件设计的三元流叶轮，再加上新型的中冷器，可以使空压机等温效率达到73%3.新型空冷塔设计阻力不超过400mm水柱，空气出空冷塔和冷冻水温差可以控制在1℃；冷冻段采用闭式循环，降低水质处理负荷4. 冷冻水出水冷塔和污氮气进水冷塔负温差可达10℃；当氮气产量不大于氧气产量时可考虑取消冷水机组5.结构改进型吸附器与专供分子筛吸附剂的配合使用，设计阻力不超过600mm水柱，新开发的为两万以上空分配套的立式径向流吸附器设计阻力不超过400mm水柱6.开发了节能型废热利用蒸汽加热器，充分利用了低压低温废热蒸汽的显热和潜热，可以使电加热器功率大幅度下降7.配套的国产增压透平膨胀机等熵效率一般都在85%以上，最高可达89%8.开发的内翅片管换热器，被冷却介质出口和冷却水进口的温差控制在1℃，这是其它间壁式换热器不可能达到的9.获得专利权的双层主冷空分装置主冷传热温差控制在1.2K甚至更小，下塔操作压力0.437MPa(G)已有运行业绩10. 与高校合作开发了JKB750Y—PLUS新型规整填料，配以新型塔内件，效率比传统的JKB750Y填料提高12%11. 借鉴国外经验，开发了新型铝制对流筛板塔，克服了环流筛板塔结构复杂、制造工期长、设备体积大的缺点，塔板效率提高5～10％12.上下塔、粗氩塔及精氩塔的耦合性设计。

空分装置节能降耗的实现及具体措施分析

耗。在实际操作时，必须严格遵循各项设计原则，对于主换热器，可使用长板式，以减小热端的温差。与此同时，使用优异性能的
保冷材料，加强冷箱的密封处理，以有效减少冷损ra。 1.4改善膨胀量
主塔冷量主要由膨胀机提供，通常都是膨胀量越大制冷量越多，当主塔内氧气纯度保持不变时，通过对空气膨胀量的有效提高可增加氧气产量。为了有效保证产量，需要进行以下调节：
《资源节约与环保》 0 18年第 7 期
空分装置节能降耗的实现及具体措施分析
吴口 M#- M#(中盐安徽红四方股份有限公司安徽合月巴 231607)
摘要 :针对空分装置在各大领域行业实际应用曰趋
广泛的现状，提出空压机优化、减小主塔的上塔压力、减少主换热器实际冷损、改善膨胀量等有效的节能降耗措施。
关键词：空分装置；节能降耗 ; 措施分析
引言
如今，化工、冶金与机械等行业实际生产规模越来越大，对工业气体的需求量随之快速攀升，而随着深冷技术日益优化，空分装置在不同领域的实际应用必定越发广泛，所以空分装置节能降耗改造将势在必行。
1 主要节能降耗措施
1.1空压机优化 1.1.1工况保持稳定时降低一定进气量
提高负荷的直接结果是増大能耗。在空气流量稳定时，空压机将进人稳定运行状态，随后其压力将伴随空气流量增大而明显降低 ; 当空气流量增大到一定值时，空压机将进人最佳的运行状态。工况保持稳定时，需要将实际的空气流量保持在最佳范围内，如果此种状态下产气量依然有一定富裕，则可通过对进气量的适当减少来实现节能降耗[1]。 1.1.2在后系统故障条件下降低空压机的负荷

空分设备节能降耗分析

空分设备节能降耗分析节能降耗是企业提高经济效益、增强竞争力最主要的措施之一。

节约能源又是一个企业应该担负的社会责任。

空分装置属于高能耗设备。

所以想方设法降低空分设备的能耗是企业所必须面临的问题。

本文对空分设备节能降耗进行分析。

标签：空分设备；节能降耗；分析1保持空分设备高效运行（1）高品质的气水油是确保压缩机高效运行的基础。

从气方面而言，自洁式空气过滤器是目前空分设备的主流选择。

空气经过过滤器，灰尘被滤料阻挡，滤筒按周期切换吸附，反吹净化，确保了空压机进气的清洁度。

循环水质量的好坏直接影响到装置的运行周期，设备的连续稳定运行离不开良好的水质保障。

另外，加强对润滑油的管理，制定润滑油分析制度，密切关注润滑油性能指标，发现问题及时查找原因并更换润滑油。

（2）定期检查并更换机前过滤器滤筒，选用高效的自洁式空气过滤器，以提高空压机机前压力。

在满足气量要求的前提下，尽量减小空压机压缩比，提高机前压力，降低机后压力，降低能耗。

（3）叶轮反冲洗系统的应用是保证空压机效率的关键。

建立空压机叶轮冲洗系统运用规定，即便机组效率和振动正常时也要按周期对空压机叶轮进行冲洗，坚持机组叶轮的清洗，确保空压机组的平稳运转。

（4）提高机组中间冷却器的冷却效果，安排加强点检监测，预防并消除中间冷却器发生堵塞或者泄漏等故障。

做好水质的软化及清洁工作，及时清潔过滤器。

2降低系统损耗降低系统损耗，包括物料与冷量的损耗。

在物料、冷量制取上都需要消耗原始资源，系统中的各种损耗都会反映到最终能耗的提高。

（1）降低系统中的泄漏损失。

包括气体在动机组中的内、外泄漏，气、液在冷箱管道的泄漏，尤其是液体的泄漏，生产单位液体需要的制冷量要比气体大得多，制取低温液体所耗费的能量也更多。

泄漏不止会造成不安全隐患，也会使系统能耗极大损失。

（2）降低冷却水的温度。

空压机是空分设备中能耗最大的设备，空压机功能的好坏直接影响运转本钱。

受天然要素制约，无法操控空压机组进气温度，但是在设备状况良好下，我们能够经过循环水温度和流量来进步空压机运转效率，进而降低能耗。

空分设备节能降耗的措施

６减少水、电、润滑油等材料的消耗空分设备的能耗包括各种能源消耗，运转设备的电耗就包括空压机电耗、氮压机电耗、液氮泵电耗、制冷机电耗、
油泵电耗。７结束语
通过对陕西延长石油安源化有限公司空分设备能耗现
在空分设备的日常生产中挖掘其潜力，使其经济运行，具有十分重要的意义。笔者结合多年的生产实践经验，对陕西延长石油安源化有限公司运行三部空分设备的能耗进行综合分析，在多方面做好空分设备的节能降耗工作。ｌ保持空压机高效运行（１）选用采取先进的气动设计，使用高质量材料，以及实施优良的制造、安装工艺的高效率生产机组。高质量的安装水平，能够保证空压机良好。提高空压机组等温效率，使能耗大大降低。（４）及时消除叶轮、管道和蜗壳的结垢，定期冲洗或检修时对叶轮重做动平衡，以保证机组具有良好的气动性能定期检查并更换机前过滤器滤筒，选用高效的自洁式空气过滤器，以提高空压机前压力。在满足气量要求的前提下，尽量减小空压机压缩比，提高机前压力，降低机后压力，
谷时则组织协调多产液氮产品。
氧、氮分离更容易，并且合理调节节流阀开度，使物料提取
率达到最高，降低能耗。（２）由于总循环功为空压机能耗与膨胀机功耗之差，若要满足主塔正常精馏的冷量要求（即总循环功不变），应尽量发挥膨胀机最大单位制冷量，满足总冷量要求，使空压机能耗降低。如果进入塔的膨胀空气量过大，使塔负荷增加（精馏能力己满负荷）或过热过大，会进一步改变塔内回流比，使塔内精馏段负荷过大，造成提取率下降；合适的膨胀空气量与过热度将使塔内精馏潜力进一步得到挖掘，使效率最佳、能耗最低。

空分设备节能运行的优化

ＬａｎＺｈｅｎｑｉａｎｇ
（Ｏｘｙｇｅｎ — ｍａｋｉｎｇＰｌａｎｔ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏ，ｒｅｄｕｃｅｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｌｏｓｓａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｃｏｓｔ，ａｎｄｅｎｓｕｒｅｔｈｅｅｎｅｒｇｙｓａｖ —
ｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｉｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｈａｓａｌｗａｙｓｂｅｅｎａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｓｕｂｊｅｃｔｆｏｒｏｘｙｇｅｎ — ｍａｋｉｎｇｐｌａｎｔｉｎ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡｉｒＳｅｐａｒａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ；Ｂａｃｋ—ＦｉｌｌｉｎｇＭａｉｎＣｏｎｄｅｎｓｅｒ；ＷａｔｅｒＣｙｃｌｅ；ＮｉｔｒｏｇｅｎＩｎｃｒｅｍｅｎｔ；ＯｘｙｇｅｎＩｎ・
液化装置对主冷返充液氧．来提高空分设备的开车效率。介绍了水循环能耗控制所采取的诸多优化措施，并达到了节水降耗的效果。根据制氧厂现有设备配置特点，对氮气和氧气产品的增产实施创新改造。
关键词：空分设备返充主冷水循环增氮增氧
Hale Waihona Puke ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＥｎｅｒｇｙＳａｖｉｎｇｏｆＡｉｒＳｅｐａｒａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ

空分装置节能降耗的实践与思考

企业成本压力
随着能源价格的上涨，企业的能源成本逐渐增加。节能降耗有助于降低企业的运营成本，提高经济效益。
经济效益
节能降耗措施的实施可以为企业带来可观的节能效益，如减少能源消耗、降低运营成本等，有助于提高企业的市场竞争力。
节能降耗政策与法规
政策支持
政府为了推动节能降耗，制定了一系列的政策和法规，鼓励企业采取节能措施，提高能源利用效率。
空分装置的发展趋势
高效节能
随着能源价格的上涨和环保要求的提高，空分装置的节能降耗成为发展趋势，通过改进工艺流程和采用新型材料，提高设备的能
效和降低能耗。
智能化控制
采用先进的控制系统和传感器技术，实现空分装置的智能化控制，提高设备的稳定性和可靠性，
降低人工干预和操作难度。
大型化、集成化
随着工业规模的扩大和用气需求的增加，空分装置的大型化、集成化成为发展趋势，能够提高设备的产气量和效率，降低占地面
法规约束
节能降耗法规的制定和实施，对企业提出了明确的节能要求和标准，促使企业采取有效措施实现节能目标。
03
空分装置的节能降耗实践
优化设计
设备布局优化
合理规划设备布局，减少物料输送距离和能耗，提高设备运行效率。
换热网络优化
采用先进的换热器技术和优化换热网络，降低热量损失，提高冷热能利用效率。
积和投资成本。
02
节能降耗的必要性
能源危机与环境保护
能源危机
随着全球能源需求的不断增长，化石能源的储量逐渐减少，能源危机日益严重。节能降耗是缓解能源危机的重要措施之一。
环境保护
化石能源的使用会产生大量的二氧化碳等温室气体，加剧全球气候变化。节能降耗有助于减少温室气体排放，保护环境。

浅谈空分设备节能运行的优化

浅谈空分设备节能运行的优化空分设备可产出气体与液体产品，这对于化工领域的生产来说是必不可少的，但其缺陷在于生产过程能耗量极高，尤其是电能损耗量，因此在充分发挥空分设备功能的同时还要设计出相应的节能方案，进而帮助企业缩减投资成本，并解决能源浪费过度的问题。

本文就以空分机等设备为例，对如何进行节能降耗进行了详细分析。

标签：空分设备；空压机；节能措施空分设备对能源的消耗量极高，占产品总成本的70%左右，这不仅使得能源浪费问题越发突出，同时也影响了企业的经济效益，因此当前需要针对空分设备的运行特点采取相应的节能措施，对设备的整个运行过程进行优化处理，进而延长设备的使用期限。

本文就对此问题进行了具体分析。

1 空压机空压机在运行过程中会放出大量热能，进而使得空氣温度升高，以往在处理时是通过增设级间冷却器，进而降低空气温度，减小压缩能耗的同时促使工艺生产顺利进行，但热交换法的缺陷在于热能损失量较大，并且需要耗费较多的电能，因此需要采取相应的节能措施。

具体来说，可采用两种方法。

第一，在空压机管道上配置回收器，进而将设备所产出的热能用于热水的生产，并顺利应用至采暖或洗浴中，这样就可直接省去加热设备，并且无需消耗过多的电能。

第二，可为管道配置回热器，促使污氮气能够与空气换热，并采用加热器进行处理，只要调节好时间就能够有效节约电能，同时也可在一定的切换周期内促使节能效果达到最好。

在化工领域，通常有自备电厂，因此压缩机可采用自备电厂的蒸汽来驱动汽轮机来带动空压机工作，在充分利用了自备电厂的富裕蒸汽的同时节约了电耗。

2 分子筛化系统分子筛化系统在应用过程中会损失大量的热能，并且电加热元件的温度处于极不稳定的状态，进而容易导致电加热器的性能受损，缩短该设备的使用期限。

针对该设备所采取的节能流程如图1所示，该处理方式的优势体现在吹冷时可直接由吸附器处理，这样就不会因为电加热器而损失热量。

此外，该节能措施主要有以下几项基本特点。

浅析空分设备的节能措施

浅析空分设备的节能措施【摘要】分析了空分设备生产各环节能耗的构成与可采取、应用的节能措施。

【关键词】能耗；压缩机；热损失1、前言随着制氧技术的不断发展，尤其是大型空分设备在上世纪九十年代后都采用了全低压分子筛净化流程，上塔（氩塔）采用了规整填料，空压机、膨胀机等旋转设备采用的大都是等温或等熵效率高的进口设备，与之前采用的的切换板式、筛板塔流程及采用的国产压缩机、膨胀机的相比，现代大型空分设备的制氧单耗已经大幅降低。

因而如何降低大型空分设备的单耗就在日常生产中显得举足轻重。

2、空分设备能耗的组成（1）电机拖动的压缩机组（高压供电、大功率）空压机增压机氮压机（内压缩）空压机氧压机氮压机（外压缩）（2）辅助设备用电（低压供电小功率）水泵低温液体泵等工艺泵电加热器各压缩机的油泵、油箱加热器及控制系统3、在实践生产中可行的节能措施及操作下面笔者按照工艺流程对空分设备的节能进行分析。

（1）自洁式空气过滤器自洁式空气过滤器的阻力反映出滤筒过滤效果差，同时阻力高会造成空压机进口压力低，空压机的能耗增加，所以要根据自洁式空气过滤器的阻力与空压机进口压力及时更换滤筒，一般滤筒适用寿命为2—3年，阻力不超过800Pa—1000Pa为宜，但通过实践看，滤筒的寿命一般在18个月—24个月。

（2）原料空气压缩机空压机的等温效率的高低直接影响到压缩机的能耗，同时空压机排气温度高也影响空气出空冷塔温度，该温度的升高一是加大分子筛的工作负荷，二是带入空分装置的热量增多，能耗增加，所以空压机运行要严密关注压缩机各级冷却器温度，如偏离设计值较大，要及时进行机械冲洗或药物清洗；此外级间冷却效果的不好还有可能导致级间轻微喘振。

（3）预冷纯化系统预冷纯化系统的电耗主要来自冷却（冷冻）泵、电加热器、冷冻机，水泵的选型合理，一是满足工艺要求的情况下余量要适中，避免大马拉小车的配置，二是水量的调整要严格控制按照设计要求，避免水量越大越好的的操作误区；三是要保证空冷塔与水冷塔的换热冷却效果，水冷塔要充分利用有限的氮气（污氮气）资源对水进行冷却，从而减小冷冻机的负荷，节约电能；冷冻机的适用要合理，一般的冷冻机组的配置主要是考虑氧氮产品比，通常一些单位考虑到夏季实际供水温度比设计值偏高较大或氮气产量的可调性，也配备冷冻机；所以使用冷冻机要合理，水的冷却主要还是靠水冷塔的氮气（污氮气），做到冷冻机尽量不用或低负荷运行，无论对于水冷塔冷却水温度的控制还是冷冻机出水温度的使用都要避免越低越好的操作理念，要考虑到冷却水药物结晶析出在管道或填料低温结垢的问题。

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有效能损失分析及空分设备的节能万建余徐福根杨志鹏(新余钢铁有限责任公司气体厂，江西新余 338001)摘要：通过空分设备有效能损失分析方法，有效损失主要存在压缩机、主换热器、精馏塔、气体管线。

经节能改造和优化操作，最终达到了提高有效能利用率，从而达到节能的目的。

关键词：有效能损失空分设备节能优化The Available Energy Loss Analysis and Saving EnergyWan Jiang-Yu ，Xu Fu-gen Yang Zhi-Peng(Gas Production Factory of Xinyu Iron and Steel Co., Ltd., Xinyu 338001, Jiangxi, P.R.China)Abstract: By using the available energy loss analysis method, the available energy loss lies in the compressor , main heat exchanger, distillation, and gas tube line. Based on the available energy loss analysis, the schemes of saving energy reform and optimizing operation are suggested to reach the aim of saving the energy and to raise effective profit of the energy source.Keyword: available energy loss ； air separation plant ；saving energy ； optimization随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，年人均能源消耗量将逐年增加，据预测，到2050年将达到2.38吨标准煤，相当于目前世界平均值（2.4吨标准煤），但远低于目前发达国家的水平。

人均能源的不足将是我国经济、社会可持续发展的一个限制因素，要解决能源问题，出路不外乎两条：一是开源；二是节流。

我国实行的开发和节约并重的能源政策。

近期把节能放在优选考虑的地位，通过正确的用能，合理用能，节约用能，减少能源浪费，提高能源的有效利用率，达到节能的目的。

空分设备的原料是空气，其主要消耗的是能源，能源消耗占生产成本的80%，降低生产成本的主要措施是降低能耗，而空分设备所消耗的能源是由不可逆过程引起的，尽管每一个可逆过程中所消耗的能量方式不尽相同，但都会产生有效能的损失。

因而，可以从空分各个工艺过程有效能分析来寻找最佳节能途径。

1 有效能系统在一定状态下的有效能，就是系统从该状态变化到基态过程所做的理想功，用B 表示，对于稳定流动过程，从状态1变化到状态2过程的理想功可以写为002121()()id W T S H T S S H H =∆-∆=--- （1）式中0T 为基态的温度；S 为熵；H 为焓。

当系统由任意状态(,)T P 变到基态00(,)T P 时，稳流系统的有效能B 定义为000()()B H H T S S =--- （2）有效能可分为物理有效能和化学有效能，物理有效能是指系统的温度、压力等状态不同于环境而具有的能量。

空分运行中与热量传递有关的加热、冷却、冷凝过程，以及与压力变化有关的压缩、膨胀等过程，只考虑物理有效能。

可表示为(,)()()B T P B T B P =+ （3）式中()B T 为温度与环境不平衡具有的有效能；()B P 为压力与环境不平衡具有的有效能。

由热力学定律可得()(1)TP T T B T n C dT T=-⎰ （4） 00()()()P P P V B P n V T T dP T ∂⎡⎤=--⎢⎥∂⎣⎦⎰ （5）式中p C 为定压比热；n 为摩尔数；V 摩尔体积；P 为压力。

化学有效能是指处于环境温度和压力下的系统，由于与环境进行物质交换或化学反应，达到与环境平衡，所做的最大功。

从系统的状态到环境状态需要经过化学反应与物理扩散两个过程：将系统的物质转化成环境物质（基准物）过程及物质浓度变化到与环境浓度相同的过程。

在空分设备中的化学有效能是以物理扩散有效能形式存在。

2 有效能损失在能源转化、转移、传递和使用的过程中，有效能可以有效地利用发挥其功效，也可无效地损失，也就是通常说的有效能损失，有效能损失是不可逆的。

空分设备的有效能输入，主要有空压机电耗、原料空气所带入的有效能、水泵消耗的电能、氩泵消耗的电能、电加器消耗的电能。

有效能损失占总输入有效能的比例非常高，也即有效能效率很低，老式全低压空分不大于12%[1] ，现代大型空分也只有在20%[2]左右。

其中空压机有效能损失和空分塔的有效能损失所占的比重较大。

空分设备有效能损失主要存在传热过程、压缩或膨胀过程、节流过程、精馏过程中。

2．1传热过程有效能损失传热过程的有效能损失与传热量、温差和温位有关，可表示为00011()A B Q B A B A B A T T dD T dS dS T Q T Q T T T T δδ⎛⎫⎛⎫-=-=-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ （图1 式中Q 为传热量；Q D 为传热过程的有效能损失。

从上式可知，两物流在热传递过程中，热量和温差相同，温位越低，传递过程的有效能损失越大；传热量越大，有效能损失也越大。

利用上式对空分主换热器进行分析得，传递相同热量，每1K 温差造成的有效能损失热端是冷端的3.1倍，因此，空分操作过程中，特别要控制好主换器冷端温差。

2．2压缩过程有效能损失静压能的提高与气体在级中的压缩过程有关，所需的功称为压缩功，在空压机中由于气流速度很快，压缩过程中与外界没有热量交换，即为绝热定熵过程。

从状态111(,)T p 压缩到状态222(,)T p 定熵功为21121111k k p s p p kW Vdp RT k p -⎡⎤⎛⎫⎢⎥=-=- ⎪⎢⎥-⎝⎭⎢⎥⎣⎦⎰ （7）式中R 为气体常数；p p C k C R=-；1P 为空压机进口压力；2P 为空压机的出口压力。

定熵功与进口温度、压力和出口压力有关，与出口温度无关，空分用空压机一般为多级压缩，若冷却效率低，每级压缩进口温度高，则所需的功要大。

假设空压机为三段压缩，每段压缩比都为ε，冷却后温度提高1℃,则空压机消耗功率增加0.4%。

在实际运行中，可以降低水温，控制冷却器的结垢，提高冷却器的效率，降低冷却后温度，减少空压机功耗。

另一方面，空压各级进气温度条件及空分装置进气温度条件要求，必须进行冷却，由冷却前温度in T 降低到温度out T ，带来有效能损失为()00000()()(1)(1)ln in out T T T in out P T T in P in out out T T D B T B T nC dT dT T T T nC T T T T ∆⎡⎤=-=---⎢⎥⎣⎦⎡⎤=--⎢⎥⎣⎦⎰⎰ （8）在图2中，1-3为绝热压缩过程，设绝热效率为：η，那么，因摩擦损失引起热量为(1)f s W W η=-，假定绝热可逆压缩后状态为3，绝热不可逆压缩后状态为4，它们等温不等压，由于摩擦损失以热形式加给气体，引起所需的压缩功增加为三角形134 面积。

图2 T S -图上的与无热交换压缩过程三角形面积。

摩擦损失引起热量为()121421(1)(1)1k k f s p p pW W C T C T T p ηη-⎡⎤⎛⎫⎢⎥=-=--=- ⎪⎢⎥⎝⎭⎢⎥⎣⎦由绝热方程：12211k kp T T p -⎛⎫= ⎪⎝⎭则()1112224111111(1)112k k k k k k p p pT T T T p p p ηηη---⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎢⎥⎢⎥=--+=-+- ⎪ ⎪ ⎪⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦由于绝热可逆压缩过程为等熵过程，不可逆压缩过程为熵产生过程，熵产生为12114421221111212ln lnln 12k k p p k kk k p p T p T S S S C C T p T p p C p ηηηη---⎡⎤⎛⎫⎢⎥-+- ⎪⎢⎥⎝⎭⎛⎫⎢⎥⎣⎦∆=-== ⎪⎝⎭⎛⎫⎪⎝⎭⎡⎤⎛⎫⎢⎥=-+- ⎪⎢⎥⎝⎭⎢⎥⎣⎦（）（）则空压机的有效能损失为111002ln 12ln 12k k k k c p p p D T C T C p ηηηηε--⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥⎢⎥=-+-=-+- ⎪ ⎪⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦⎣⎦1（）（）（9）式中η 空压机效率；ε空压机压缩比。

从上式分析，空压机效率越低，有效能损失越大。

2．3阻损带来有效能损失在定态流动过程中，如果物系和环境不发生功和热的交换，0,dH = 因dH TdS Vdp =+则Vds dp T=-阻损带来的有效能损失为00p V D nT ds nT dp T∆==-⎰⎰对于理想气体来说，2110002111ln ln 1p p p p D nRT d p nRT nRT p p p p ∆=-=-=-∆-⎰（10）式中P ∆为阻力损失；n 通过管道气体的摩尔数。

上述公式而知，相同压力下，阻力损失越大，有效能损失也大，相同阻力损失下，压力越大，有效能损失越小。

要尽量减少管路的阻力来降低有效能损失。

2．4精馏系统有效能损失以塔板精馏为例，从下面上升进入某块板的温度要比上面流下的液相温度高些，而易挥发组分的含量则低于与下降液体相平衡的浓度，两股物流在温度和组成上都不平衡，在塔板上发生热量和质量传递过程是不可逆的，必然造成有效能的损失，这就是精馏过程中有效损失的主要部分。

当物质dn 摩尔由化学位i μI 的相Ⅰ传到相Ⅱ时，产生的有效能损耗，由热力学分析得（在等温等压下），精馏过程中有效损失为()0imt i iidnD T TδμμI =--∑ （11）精馏过程中，化学位是传质的推动力，正是由于两相化学位的差异而导致传质过程，从产生有效能的损失。

要减少每块塔板上传热和传质推动力，就要使操作线与平衡线接近，过程趋于可逆，是降低有效能损失的主要途径。

2．4．1下塔及粗氩塔分析图3 操作线示意图空分下塔和粗氩塔一般操作线方程为11D x Ry x R R =+++ （12）R =回流量产品量，即回流比；D x 为某组成在塔顶的浓度。

从图3和操作线方程可知，操作线的斜率为1Rtg R α=+，当tg α越大时，操作线越靠近平衡曲线，这时回流R 越小。

可见，要减少有效能损失，必须使回流比尽可能的小，但当操作回流比为最小回流比时，需要无穷多理论塔板数，所以一般控制回流比min (1.1 1.3)R R =。