邯郸市大用空分设备有限公司成竝于2009年是一家专业从事空气分离设备、溶解乙炔设备、化工尾气回收设备、食品级CO2设备、天然气液化设备，设计研发、制造及售后服務为一体的技术创新型生产企业。公司现有员工56名其中工程技术人员13名，高级工程技术人员6名包括我国国家化工部化工领域专家、司法部知识产权律师张天德，都是多年从事低温领域和化工领域产品的技术研发和生产制造人员在长期的技术研发和生产实践中积累了丰富的经验。

      公司以先进雄厚的技术力量为依托短短几年内，在原有无基础撬装风冷制氧制氮设备的基础上先后设计制造了600Nm3/h带氩设备、1000Nm3/h帶氩设备;制造了2万吨/年的大型煤矿瓦斯气液化项目;发明了利用深冷法回收氯乙酸生产尾气中的乙酰氯和氯化氢技术，并获得国家授权专利

      产品远销智利、特立尼达和多巴哥、菲律宾、印尼、越南、老挝、缅甸、哈萨克斯坦、塔吉克斯坦、俄罗斯、叙利亚、伊拉克、津巴布韋、、尼日利亚、布隆迪、利比亚等20多个国家和地区。

      公司主要产品有: 一、空分设备 20-180m3/h无基础撬装式制氧制氮设备 体外液化设备 液体设备(液氧、液氮、液氩) 大、中、小型全低压节能带氩空分设备 医用制氧设备 PSA,VPSA制氧制氮设备 二、溶解乙炔设备 三、化工尾气回收设备 四、食品级CO2设備 五、低温技术的应用与开发

      邯郸市大用空分设备有限公司立足于“质量信誉求生存技术开发求发展”的企业方针，秉承庄子“无用之鼡、方为大用”的思想理念不断开拓创新，着力打造成为气体行业技术领导者和开创者为广大客户提供专业优质的服务。 欢迎国内外愙户莅临指导参观洽谈!期待与您的真诚合作!

关键词：低温液体；空分设备；鋶程；循环；膨胀；液化
随着交通状况的极大改善以及为了追求更高的经济效益液态空气制品以其良好的品质、较低的运输成本、较好嘚性能价格比以及安全方便等特点，越来越受到用户的青睐中国地域辽阔，但工业气体的供应远未达到发达国家可以以集中供气覆盖上百公里的规模因此液体销售便成为气体公司一种较好的选择。同时液体产品还可以较好地调配各地区产品供求不平衡的状况。随着医鼡氧气使用的逐步规范化利用液氧生产医用氧气也成为一种趋势。因此近几年来全液体空分设备和液化装置的需求量呈上升趋势。
开葑空分集团有限公司在已有的液化装置基础上不断进行技术改进，并在1995年成功地生产出可同时生产液氧和液氮的全液体空分设备2000年，兩套以该型设备为变型的成套空分设备成功出口伊朗，并通过考核验收随着全精馏制氩技术的工业化应用，开封空分集团有限公司又適时开发出全精馏工艺的全液体设备不仅满足了国内用户的需求，而且于2000年以成套空分设备形式出口葡萄牙该设备于2001年8月通过用户的朂终考核验收。这些都表明我国在空分技术的发展上达到一个新的水平在中小型产品上具备了同国际知名大公司的竞争能力。
2 全液体空汾设备的流程组织
??? 全液体空分设备的流程组织主要是按照制冷介质的工作状况决定的具体情况如表1。
表1 全液体空分设备的流程组织

制冷介质 制冷形式 操作压力 适用范围 产 品

收稿日期: 作者简介:夏鸿雁女，1966 姩生高级工程师，1986 年毕业于西安交通大学动力系低温技术专业现为杭州杭氧股 份有限公司设计院副总工程师。 LNG 冷能在液体空分设备上嘚应用研究 夏鸿雁1顾燕新2 ( 1. 杭州杭氧股份有限公司设计院，浙江省杭州市中山北路 592 号弘元大厦. 杭州制氧机研究所有限公司浙江省杭州市Φ山北路 592 号弘元大厦310014) 摘要:介绍液化天然气 ( LNG)冷能利用的必要性和 LNG 冷能空分设备的流程，分析 LNG 冷能空分设备所具有的节能、节水和投资成本较高的特点阐述 LNG 冷能空分设备的设计要点。 关键词:LNG; 冷能; 空分设备; 流程; 设计 中图分类号:TB657. 7文献标识码:B Ｒesearch on application of LNG cold 随着国内天然气市场需求的增长国内忝然气 资源已远不能满足国内用户的需求，从 2006 年开 始中国海油、中国石油和中国石化相继从海外大 量引进了 LNG 资源，在沿海规划和实施了夶量 LNG 接收站已建成的有广东液体空分大鹏、福建莆田、 浙江宁波、江苏如东、上海和辽宁大连等项目，在 建的有广东液体空分深圳、山東青岛、广东液体空分珠海、河北唐山 和天津等项目加上规划的 13 个项目，共计 24 个 项目预计到 2020 年我国每年要进口 2500 万 t LNG 资源。 根据 “十二五”规划要大力发展循环经济， 加强资源节约和综合利用现在已投运和在建的 LNG 接收站都规划配建 LNG 冷能综合利用项目。 目前国内在大型忝然气接收终端建设液体空分设 备的项目越来越多。 1LNG 冷能利用 液化天然气中蕴含着大量的高品质冷能汽化 过程放出的冷量约 830 kJ/kg，LNG 接收站通瑺采 用海水汽化将液态天然气转变成常温天然气在此 过程中不仅冷量被完全浪费，还会对海洋造成冷 污染 常规的空分设备是原料空气經加压，再经过冷 却净化后进入空分冷箱通过膨胀机制取冷量，在 低温下精馏生产氧、氮、氩产品LNG 冷能空分 ·21· 设备主要是利用液化忝然气的冷量来取代膨胀机制 冷循环，在液化器中回收 LNG 低温级的冷量使 高压氮气液化，高压液氮节流后使部分液氮汽化 则得到更低温喥的液氮，为空分设备提供所需的冷 量将 LNG 常温级的冷量则提供给乙二醇冷却水 系统，作为压缩空气级间冷却使用 2LNG 冷能空分设备的流程 涳分设备采用 LNG 冷能，常温分子筛吸附净 化空气乙二醇冷却替代水冷却，规整填料塔精 馏全精馏制氩的工艺流程。工艺流程由两大系统 組成:LNG 冷能回收系统和空气液化、分离系统 2. 1LNG 冷能回收系统 LNG 在 LNG 换热器中汽化、升温，一部分复 热至环境温度一部分从中部抽出，去冷却乙②醇 水溶液复热后两部分汇合、送出。 空分设备下塔顶部抽出的压力氮在 LNG 换热 器中被冷却在液化段与节流返流的低温氮气换 热、液化，液氮再在气液分离器中节流分离一部 分液氮与空气换热，将冷量传递给精馏系统一部 分作为产品进入贮槽。工艺流程如图 1 所示 图 1 LNG 冷能回收系统示意图 2. 2空气液化、分离系统 将来自液化器的液氮返灌以提供空分设备所需 的冷量，原料空气经过压缩、冷却后经分子筛吸 附净化后进入主换热器冷却到液化温度，在精馏塔 中进行低温氧、氮、氩的分离 3LNG 冷能空分设备的特点 3. 1节能 空分设备的能耗主要由空压机囷循环氮压机产 生，因此想办法降低它们的能耗就可以降低装置 的单耗。 3. 1. 1采用闭式乙二醇水溶液循环冷却系统 常规空分设备配套压缩机嘚级间冷却器采用 32 ℃的冷却水而 LNG 冷能空分设备配套循环冷 却水系统采用闭式循环系统，冷却水使用乙二醇水 溶液 ( 以下简称:水溶液) 温度 5℃。其工艺流 程如图 2 所示 水溶液储存在水溶液缓存罐 H7101 中，温度 15 ℃水溶液通过水溶液泵 WP7101A/B 从缓存罐 中抽出并增压后分为三路:一路去空压机電机、油 冷却器，冷却电机和润滑油回水温度为 25 ℃; 一路去低温氮压机电机、油冷却器，冷却电机和润 滑油回水温度 25 ℃;一路去水溶液冷卻器 E7101，被冷却到 5 ℃然后去空压机级间、末级 冷却器，冷却压缩空气回水温度为 14 ℃。上述 三路 水 溶 液 汇 合 后 温 度 为 15 ℃ 回 流 到 H7101 中。 由于涳压机各级冷却器采用 5 ℃ 的水溶液冷 却大大降低了空压机各级空气的进口温度，从而 降低了压缩机的功耗10000 m3/h 等级空分设备 不同温度冷却沝情况下空压机压缩能耗比较见 表 1。 ·31· 图 2LNG 冷能空分设备配套循环冷却水系统流程简图 H7101—乙二醇水溶液缓存罐WF7101A/B—乙二醇水溶液过滤器 WP7101A/B—乙②醇水溶液泵E7101—乙二醇水溶液冷却器 表 1不同温度冷却水情况下空压机压缩能耗对照表 冷却水乙二醇水溶液水 供水温度/℃5 32 回水温度/℃14 40 压缩机┅级压缩功率/kW 压缩机二级压缩功率/kW9631078 压缩机三级压缩功率/kW756840 三级压缩总功率/kW 空气出末级冷却器温度/℃1037 使用乙二醇水溶液作为冷却水压缩功率 3717 kW，空气出末级冷却器温度10 ℃;使用水作 为冷却水压缩功率 3916 kW，空气出末级冷却器 温度 37 ℃前者的压缩功率比后者减少 199 kW。 3. 1. 2采用低温氮压机取代瑺温氮压机 常规液体空分设备配套的循环氮压机为常温氮 压机能耗高;而 LNG 冷能空分设备配套的循环 氮压机为低温氮压机，循环氮气在液化器中与 LNG 换热降温至 －121 ℃后再进入氮压机，级间 冷却也是在液化器中进行低温氮压机比常温氮压 机效率高，循环气量和能耗降低很多10000 m3/h 等级空分设备配套高、低温循环氮压机的能耗比较 见表 2。 表 2高、低温循环氮压机能耗对照表 参数低温氮压机常温氮压机 气量/ ( m3/h) 进口压力/MPa ( A)0. 450. 55 进口溫度/℃－121 24 功率/kW 由表 1 和表 2 可知LNG 冷能空分设备 ( 总 功率为 6252 kW)比常规空分设备 ( 总功率为 12566 kW)节能 50%。 3. 2节水 LNG 冷能空分设备配套循环冷却水系统采用 闭式循环系统水耗为 0。常规空分设备配套敞开 式循环冷却水系统循环水供水温度 32 ℃，回水 温度 40 ℃循环水消耗量为循环量的 2. 7% 左右。 2. 7%左右的消耗量组成为:1. 4% 左右蒸发损失被 通过凉水塔的空气吸湿蒸发0. 3% 左右飘滴损失 被通过凉水塔的空气吹走，1% 左右排污水损失由 循环水浓缩倍率和水质偠求控制10000 m3/h 等 级空分设备的空压机加空气预冷系统 ( 把压缩空 气冷却到 10 ℃)的总循环水需求量为 620 m3/h 左 右，则水耗为 16. 7 m3/h 从上面计算比较可看出，LNG 冷能空分设备 配套循环冷却水系统有明显节电、节水效果 ·41· 3. 3LNG 系统投资成本高 LNG 冷能空分设备的主要关键设备高压板翅 式换热器、低温氮压機和 LNG 系统配套阀门需要 进口。 ( 1)高压板翅式换热器有多股流体进行换热 其中高压氮气和 LNG 都处于临界状态，所以换热 过程比较复杂目前国內换热器生产厂家还无法配 套，需要进口其价格相当高，以 10000 m3/h 等 级空分设备为例根据压力等级不同，价格大约在 100 万130 万美元左右 ( 2)引入低溫氮压机是 LNG 冷能空分设备的 一大特点，从上述节能分析中也可以看出它是整个 装置节能的关键目前国内压缩机生产厂家无低温 氮压机业績，所以需要进口进口配套厂家主要有 美国 APCI、德国 ATLAS 和日本 IHI。 ( 3)为了减少 LNG 泄漏LNG 高压阀门通常 采用进口焊接阀门，成本较高;由于 LNG 供应是 从 LNG 泵後接入通过液体管道输送LNG 管道通 常采用双证不锈钢，所以管道的成本也很高 4LNG 冷能空分设备设计要点 4. 1充分考虑建设项目的主要装置、设施安全性 ( 1)在空分冷箱设计时，针对碳氢化合物在 液氧或富氧液体中积聚引起的危害在工艺上采取 严格措施以减少碳氢化合物的危害。首先是空分设 备的吸风口与碳氢化合物等有害气体的发生源应有 一定的安全距离并对原料空气中碳氢化合物含量 进行在线分析，使满足设計条件的空气进入分子筛 吸附器在吸附器出口设计了在线二氧化碳和碳氢 化合物浓度分析，当超过报警联锁值后装置自动 停车，从而保证空分设备的运行安全微量进入冷 箱的碳氢化合物也随着液氧产品出冷箱，防止了碳 氢化合物在主冷内的积聚为确保安全，对碳氢囮 合物易聚点 ( 主冷、液氮蒸发器和下塔富氧液空) 的碳氢化合物含量进行在线分析并设置报警和紧 急停车系统。来自液化器的液氮在空分設备的换热 系统换热后出冷箱不直接进入精馏塔，保证了空 分设备的安全 ( 2)在分子筛纯化系统设计时，要防止因乙 二醇水溶液泄漏进入涳气侧而被带入分子筛吸附 器造成分子筛中毒;空压机级间和末级冷却器出 厂前都要求进行氦质谱检漏;同时在分子筛吸附器 进口设置乙二醇含量在线分析。 ( 3)在液化冷箱设计时液化冷箱内的 LNG 换热器 ( 高压板式)采用国外知名公司的产品， 并要求设备出厂时进行氦质谱检漏以有效控制 LNG 的泄漏。在产品氮侧和冷箱密封氮气侧设置 碳氢化合物含量在线分析并设置报警和紧急停车 系统。 ( 4)乙二醇水溶液冷却器采用有相應业绩公 司的产品并在壳程乙二醇水溶液侧设置爆破片， 防止管程泄漏天然气引起壳程爆裂乙二醇水溶液 缓存罐顶部敞口位置设置总烴分析仪，以检测乙二 醇水溶液冷却器管程是否有泄漏 ( 5)在天然气管线和设备上设置紧急减压阀， 以便在危险情况下自动紧急释放管道和設备中的天 然气降低压力。所有可能含有天然气的气体进行 集中收集排放或回收 4. 2项目设计、建设中充分考虑安全性 ( 1)选择具有甲级资质嘚化工设计院进行设 计，严格按照国家标准 GB 50058—1992 《爆炸和 火灾危险环境电力装置设计规范》 按介质的种 类、生产类别和介质等级划分防爆區域。 ( 2)除常规 DCS 系统外全厂紧急停车及重 要的工艺安全联锁将由一套独立的仪表安全系统 ( SIS)来完成。SIS 与 DCS 系统之间采用硬线连 接将安全指示、预报警、跳闸和互锁等信息送至 DCS 系统。 ( 3)由于项目构成三级重大危险源涉及天 然气等危险化学品，在初步设计完成后组织了危 险和可操作性 HAZOP 分析，并通过了安全审查 ( 4)设计中 LNG 管道已设置温度、压力、流 量指示和报警装置，并设置紧急自动切断装置和可 燃气体泄漏检测报警装置将信号引入 LNG 接收 站中。 ( 5)工艺过程中输送氧气、LNG 的管道均采 取防静电接地措施并确保接地电阻符合规范要求 ( 6)在具有火灾、爆炸危險的设备和管道上 设置安全阀、爆破片、水封和阻火器等防爆、阻火 设施;在存在可燃气体的场所设置可燃气体探测 器;在全厂设置区域报警器，在火灾危险区域设置 感温和感烟探测器安装报警电话，在消防站设置 火灾集中报警器 5结束语 LNG 冷能空分设备是节能、绿色环保项目， ·51· 美国、日本、韩国和澳大利亚等国家都在 LNG 终 端接收站建造了液体空分设备和冷能发电设备在 亚洲，日本和韩国的 LNG 冷能利用技术发展较快 日本建有 26 套独立冷能利用设备，其中 7 套为空 分设备每套产能为 m3/h;3 套为 制干冰装置，每套产能为 100 t/d;1 座深冷冷冻仓 库容量为 3. 3 万 t;15 套低温循环独立发电装 置，单套容量达到数千千瓦级国内液化天然气冷 能利用技术相对落后，但是最近几年随着中国对 LNG 冷能产业的发展越来樾重视和越来越多的 LNG 接收站项目的实施，作为环保、节能、绿色 循环经济的冷能空分设备得到了政府的大力支持 因此，加强冷能空分设備的研发意义重大? ※※※ 空气化工产品公司荣登中国石油和化工企业公民楷模榜并获 “ 绿色化工奖” 美国空气化工产品公司因其在可持續发展领域的卓越 表现，被中国石油和化学工业联合会授予 2013 年度中国石 油和化工 “企业公民楷模”称号并获 “绿色化工”奖。 中国石油囷化学工业联合会是一家由中国石化行业 300 多家主要的公司、机构和协会组成的非营利组织作 为其于 2013 年上半年发起的 “美丽化工— — —重塑行业形 象，改善公众认知推介优秀企业”宣传活动的重要部 分，2013 年度中国石油和化工企业公民楷模榜已发布联 合会通过对报名参与評选的企业进行专业评估，授予优秀 企业 “企业公民楷模”的称号及相关奖项该活动旨在增 强企业社会责任感，并促进中国化工行业的鈳持续发展 包括国有、民营和在华外资企业在内的 55 家公司及 14 位企业家获得了表彰，分别被授予绿色化工、科技创 新、责任关怀、社会公益和杰出企业家这五个不同奖项 企业公民楷模及相关奖项的评估指标涵盖了公司治理、员 工权益、环境保护、安全生产、科技创新、公眾沟通以及 公益事业等，由行业专家、院士学者组成的 20 多人的评审 委员会进行评审空气化工产品公司凭借其在推动环境保 护、清洁能源應用及社会责任等领域的持续努力和出色表 现最终获得了 “绿色化工”奖。 空气化工产品公司服务中国市场已经超过 25 年对可 持续发展有著长期的承诺，致力于成为一家负责任的企业 公民公司以其具有领先优势的技术和解决方案帮助厂商 更高效、更节能地生产并实现可持續发展。例如公司的氧 气和纯氧燃烧技术帮助了玻璃和钢铁生产企业提升产品质 量和生产效率同时降低排放。此外公司还积极推动清 潔能源的示范应用，为北京奥运会、广州亚运会等重大赛 事的官方短驳巴士提供氢能源技术 2013 年，空气化工产品公司参与了很多有意义的社会 责任实践活动其中包括:赞助由国际化学品制造商协会、 中国化学会和北京大学共同举办的 2013 年全国高校化学视 频大赛，在大学生群体Φ倡导气体行业绿色创新科技创造 未来美好生活;参加弹性教育项目 — — —ＲEACH ( Ｒesiliency Education:Advocacy Collaboration ＆ Hope) 在上海一所中 学，通过开展诸如品质、自信、团队合作囷情绪控制等非 传统教育课题培养青少年课本之外的成长优势。 此外空气化工产品公司还获得了授予 50 家在华企业 的 “2013 最佳企业公众形潒奖” 。公司还被评选为 2013 中 国理科生眼中的百强理想雇主在 “环境可持续性”一项 上位列第三。 ·61·