引言
科學技術的發展帶動了許多行業的發展，空分分離技術也得到了發展與完善。隨著全世界范圍內資源的日漸匱乏，在氧氣制備工作中消耗的能耗量成為業內人士關注的關鍵點。
本次研究分析某冶煉廠12000型空分設備，以此為例對空分設備在制備氧氣的工作過程中降低能耗的措施以及調整系統的構思進行闡述。
1.設備簡介
該冶煉廠使用空分設備為KDONAr一12000/1000/384型，其工作步驟是通過空氣壓縮機產生熱空氣，交由預換熱器進行換熱，再轉移至空氣冷卻塔底端，進而熱空氣會從下至上貫穿空氣冷卻塔，空氣冷卻塔內部下上端裝有填料，從而實現熱空氣與冷凍水和冷凝水進行逆流接觸，進而實現熱交換，在冷卻空氣的同時實現洗滌空氣。在冷卻空氣的過程中需要最大程度上降低空氣溫度，減少空氣中游離水分的含量，從而達到使吸附器工作負荷下降的目的。自冷箱中存有污氮，污氮從自冷箱發出，進入水冷卻塔底端，水冷卻塔的內部設有填料和冷卻水，污氮進入到水冷卻塔底端以后會自下而上與水冷卻塔內部的冷卻水與填料實現逆流接觸，充分接觸后，水冷卻塔內部的污氮溫度會增加，濕度會增加，隨后排放到大氣中，如此一來冷卻水就會進一步降溫冷卻為冷凍水，進入到空冷塔參與換熱，從而降低空氣溫度。空氣預冷系統中存有空氣，空氣預冷系統中的空氣在排出以后會流入空氣純化系統，空氣純化系統的主要工作原理是利用其內部吸附劑的吸附作用將空氣中的H2O、CO2、以及一些碳氫化合物除去，空氣純化系統中的吸附劑位于吸附器當中，吸附器是兩個獨立的雙床層結構容器，其中一臺容器在運行過程中，另外一臺容器會將來自冷箱的污氮在預熱器和加熱器的作用下實現加熱再生，用于切換備用，從而確保純化器的持續運作。
2.節能措施
2.1預換熱器加設閥門
使用管殼式預換熱器，加設旁通管路同時加裝閥門，確保預換熱器在運行過程中可以實現拆裝與檢修。預換熱器的位置設置在空壓機后方的空氣塔管道上，利用空壓機高溫排氣的特點實現與純化系統中的再生污氮的換熱，最終實現電加熱器功耗的降低，使空冷塔底部的結垢程度得到緩解。在引用了預換熱器以后，電加熱器的平均功率相比從前下降約200KW。
2.2增加進塔空氣量
可以通過將液氮回流下塔閥門V11的開放度適當增加來增加進塔的空氣量，參照實際工作情況結合一定比例增加膨脹量，進而使液體量增加。
2.3使上塔操作壓力下降
本次研究在裝置中加設了預換熱器，隨之在保障純化系統再生的條件下適當提升了塔壓力，進而空壓機排氣壓力也會隨著增加。盡管在使用預換熱器的條件下會降低電加熱器的功耗，但是空壓機的功耗卻存在一定程度上的提升，這種現象是不符合系統節能宗旨的。為了消除這種負面現象，需要在能夠保障純化分子篩可以再生的前提下逐漸降低上塔壓力，直至最低壓力，進而有助于改善上塔精餾工況，與此同時液氧的蒸發溫度也會降低。如果主制冷的溫差可以維持在一個恒定的數值，此時可以考慮使下塔液氮的冷凝溫度降低，溫度降低隨即下塔的壓力也會降低，空壓機的排氣壓力也自然會隨之降低，因此空壓機所需要的實際能耗就會降低。使上塔壓力下降的好處之一就是是可以實現液態氧的蒸發，進而使氧氣的產量增加。同理，使上塔壓力下降同樣存在好處，就是實現富氬區域的向上移動，在其他條件不變的情況下，對于氬系統的穩定、精餾都具有一定好處，進而使制氬產量提高。
2.4將廢氬氣放空
為了進一步提高氬氣的提取率，可以充分發揮精氬塔的優勢將廢氬氣放空，如此一來被放出的氬氣就可以流回到空壓機的入口處，加入到精餾環節，進而制造出全新的氬氣。
2.5仔細調整工藝參數
為了實現使盡可能多的膨脹空氣參與到蒸餾環節中來，可以對工藝參數進行仔細的調整，進而使膨脹空氣進入上塔的量得到控制，使位于膨脹空氣旁邊的污氮管道中的空氣量最大程度上得到減少。為了最大程度上實現高精度控制，在調整參數時可以引用aspen plus進行模擬計算。
2.6減少冷量損失
如果可以使膨脹空氣量得到減小，那么對上塔精餾的擾動現象就會減小。為了達到個目的，可以根據能量守恒定律通過降低冷量損失來實現。如此一來可以在很大程度上提高空分裝置在運行過程中的經濟性。減少冷量損失可以通過縮小主換熱器的熱端溫度差的途徑實現。
3.測試運行結果，依照規定時間內的記錄，取平均值
3.1記錄產量平均值
氧氣產量13109.13Nm3/h，計算出氧氣純度的算術平均值為99.75%，液氧產量280.58Nm3/h，液氮產量401.64Nm3/h。氬中氧為
1.59ppm，氬中氮為1.5ppm。
3.2記錄電能消耗平均值
參照電度表，取空壓機的計算功率為5615.29KW，由此計算出電加熱器的功率為225KW，同理得出冷卻水泵、冷凍水泵的功率分別為27.48KW、29.62KW，粗氬泵功率7.44KW，膨脹機油泵功率2.52KW。用于儀控的耗電量為10KW，最終得出總電耗為59117.57KW。
4.能耗的計算結果
為了進一步合理控制能耗并在最大程度上實現空分設備在實際生產當中的有效運作，需要參照國家相關標準《JB / T 8693- 2015大中型空氣分離設備》、《KDONAr一12000/1000/384型空分裝置技術附件》，從而得出氧氣制氧的單耗=（冷卻水泵+空壓機+冷凍水泵+粗氬泵+膨脹機油泵十電耗為10KW的儀控+電加熱器平均值）/（氧氣產量測量值+3液態氧產量+3液態氬產量）。
代入實際數據，最終計算出本制氧裝置的制氧單耗為0.390KWh/m3，在設計階段本制氧裝置的制氧單耗為0.394KWh/m3，很明顯本制氧裝置的實際單耗已經達到了設計標準。
結論
我國的能源供需情況發生變化始于上世紀末，為了最大程度上緩解由于能源供應緊張而造成的負面現象，我國將節約資源、保護環境作為一項基本國策。傳統的空分設備在使用過程中通常需要較大的電能消耗，為了響應我國節能環保號召，同時降低空分設備能耗以節約生產成本，對相當一部分空分設備使用提出了降低空分設備能耗的要求，實現空分設備生產作業效益的最大化。空分設備主要是負責將空氣中混合的氣體進行分離，生產出單質氣體，包括氧氣制備、氮氣制備、稀有氣體制備等等。本次研究中主要針對氧氣制備工作進行研究，在制備氧氣的過程中需要制氧電能消耗、壓氧電能消耗，意在為空分設備用戶提供參考。
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