我国近些年能源化工行业发展迅猛,但是能源及资源利用率同西方发达国家相比还有不小差距,推动并发展有效能分析法对强化我国竞争力有重大意义。

按照功能区域可将其划分为分子筛纯化子系统、氮水预冷子系统、压缩子系统、换热子系统、精馏子系统、制氩子系统及阀组子系统,其中:
分子筛纯化子系统主要对进入空分设备中的气体进行预处理,脱除原料空气中的杂质气体;
氮水预冷子系统对原料空气预先降温以减小后续过程的热负荷,同时可以去除空气物料中的多余水分,以防对设备运行安全造成影响,主要包括空冷塔、水冷塔、循环水泵、制冷机等;
压缩子系统主要负责提供流程工艺所需的高于环境的压力及推动物流在设备中的流动,主要包括空气压缩机组、氧气压缩机组及器后换热器等;
换热子系统负责系统内冷热物流的高效换热,保证工艺换热过程的正常进行,主要包括主换热器、膨胀机及膨胀增压机、器后换热器等。另外,精馏塔中的主冷凝蒸发器也是换热部件,但根据企业习惯,还是将其划分到精馏子系统中,特此说明;
精馏子系统内进行复杂的热质交换,能够达到氧氮组分分离及提纯的目的,其流程组织较复杂,主要包括上塔、下塔、主冷凝蒸发器、过冷器等;
制氩子系统内主要负责将精馏子系统中的氩馏分分离提纯,其流程组织相对简单,主要包括粗氩塔、精氩塔及塔中嵌入的粗氩塔冷凝器、精氩塔冷凝器及蒸发器等;
下面以15000外压缩空分装置为例有效能计算,如图

* 各子系统的火用分析
压缩子系统火用分析计算
压缩子系统火用分析计算

压缩子系统各物流节点火用值数据
换热子系统火用分析计算
换热子系统中包含主换热器、膨胀机及膨胀增压机、器后换热器等。
换热子系统中包含主换热器、膨胀机及膨胀增压机、器后换热器等。

主换热器节点火用值数据
精馏子系统火用分析计算
精馏子系统中组成复杂,包含上塔、下塔、主冷凝蒸发器及过冷器。
精馏子系统中组成复杂,包含上塔、下塔、主冷凝蒸发器及过冷器。

上塔节点火用值数据
制氩子系统火用分析计算
制氩子系统流程组织相对简单,主要包括粗氩塔、精氩塔及塔中嵌入的粗氩塔冷凝器、精氩塔冷凝器及蒸发器。
制氩子系统流程组织相对简单,主要包括粗氩塔、精氩塔及塔中嵌入的粗氩塔冷凝器、精氩塔冷凝器及蒸发器。

粗氩塔节点火用值数据
阀组子系统火用分析计算
阀组子系统主要起到调整管道内物流流量及压力的作用,包括节流阀及若干截止阀。
阀组子系统主要起到调整管道内物流流量及压力的作用,包括节流阀及若干截止阀。

阀组子系统物流节点火用值数据
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。
在有效能分析基础上可以找到减少能量变质以节省能耗的途径。它的主要特点是节能于变废之前,而不是利用于变废之后。近年来,节能的热力学或热经济学方法发展很快。例如,热的有效能图法是以热的有效能图分析和综合为基础,以过程热集成为特点的节能型过程设计方法,已经应用在换热、蒸馏、反应、深冷等化学工艺系统的设计改进中。又如,苏联科学院院士Β.Β.卡法罗夫等人提出热经济最佳的化学工艺系统构成法等,对实际工作有一定指导意义。美国国家标准局的研究报告认为,有效能分析在过程的研究、开发和设计中最为有用。