空分制氧制氧流程

1、第一章 制氧流程11.1 概述11.1.1 制氧機分類11.1.2 制氧機的性能指標11.1.3 國產(chǎn)空氣分離設備的型號規(guī)定41.1.4 制氧機的發(fā)展41.2 制氧機的典型流程41.2.1 150m3/h制氧機41.2.2 3200 m3/h制氧氣機51.2.3 10000 m3/h制氧機61.2.4 kdon-6000/13000增壓分子篩凈化全低壓制氧機71.3 制氧流程組織91.3.1 流程組織要求91.3.2 制冷系統(tǒng)組織91.3.3 防爆系統(tǒng)組織121.3.4 換熱器系統(tǒng)組織141.4 流程比較15第二章 制冷192.1 空氣的液化192.1.1 流膨脹效應192.1.2 膨脹制冷1

2、92.1.3 節(jié)流與等熵膨脹的比較192.2 膨脹機192.2.1 作用和分類202.2.2 工作原理及基本方程202.2.3 透平膨脹機的損失、產(chǎn)冷量及效率212.2.4 拆裝說明222.2.5 透平膨脹機的調(diào)節(jié)222.2.6 透平膨脹機組232.2.7 操作262.2.8 常見故障處理282.2.9 維護說明292.2.10 問題解答292.2.11 膨脹機流程簡述31第三章 空氣的凈化333.1 固體雜質(zhì)的清除333.1.1 過濾除塵原理及性能指標333.1.2 空氣過濾器333.2 自清除343.2.1 飽和與未飽和353.2.2 空氣中二氧化碳的飽和353.2.3 不凍結條件353.

3、3 吸附法363.3.1 吸附363.3.2 吸附劑363.3.3 吸附機理373.3.4吸附器403.4分子篩純化器413.4.1 純化系統(tǒng)流程423.4.2 分子篩加熱再生溫度曲線433.4.3 分子篩吸附器的切換操作433.4.4 分子篩凈化系統(tǒng)操作注意事項443.4.5 分子篩純化系統(tǒng)常見故障及處理44第四章 換熱器474.1 概述474.2 換熱器分類474.2.1 換熱器原理可分為三大類：474.2.2 換熱器根據(jù)流體狀態(tài)變化可分為三種：474.3 換熱器的結構形式及工作原理474.3.1 空冷塔的作用及工作原理474.3.2 水冷塔的形式及工作原理474.3.3 間壁式換熱器種類

4、及形式（工作原理）484.4 板翅式換熱器484.4.1 翅片的型式及適用場合484.4.2 板翅式換熱器的基本組成構件484.4.3 板翅式換熱器流體換熱的實現(xiàn)494.4.4 主換熱器（非切換式板翅換熱器）與切換式換熱器的比較494.4.5 主換熱器的熱端溫差及中抽溫度的控制504.5 冷凝蒸發(fā)器504.5.1 冷凝蒸發(fā)器在空分設備中的作用504.5.2 影響冷凝蒸發(fā)器溫差的原因分析504.5.3 冷凝蒸發(fā)器主冷液面高低的原因分析514.5.4 冷凝蒸發(fā)器的傳熱面不足對氧產(chǎn)量的影響514.5.5 在冷凝蒸發(fā)器及液化器中裝設氖、氦吹除管的作用。514.5.6 冷凝蒸發(fā)器全浸的優(yōu)點52第五章 空

5、氣的精餾535.1 空氣的精餾535.1.1氣液相平衡535.1.2氧、氮混合物氣液相平衡圖545.1.3 簡單蒸發(fā)和簡單冷凝565.1.4 部分蒸發(fā)和部分冷凝575.2 精餾塔結構585.2.1 篩板塔結構585.2.2 篩板塔的氣液流動工況595.2.3 填料塔605.2.4 填料塔流動工況。615.3 分餾塔615.3.1 單級精餾塔615.3.2 雙級精餾塔625.3.3 雙級精餾塔各主要點工作參數(shù)的確定635.4 雙級精餾塔的計算655.4.1 精餾的物料衡算和熱量衡算655.4.2 o2 -n2二元系精餾過程的計算67第六章 離心式空氣壓縮機736.1 h型離心壓縮機736.1.1

6、 結構：736.1.2 啟動操作756.1.3 停機756.2 空氣透平壓縮機766.2.1 壓縮機的結構766.2.2 機組的檢修776.3 氧氣透平壓縮機786.3.1 結構786.3.2 軸封裝置806.3.3 氣體冷卻器806.3.4 潤滑系統(tǒng)806.3.5 保護及安全措施806.3.6 啟動及停車操作816.3.7 防喘振裝置846.3.8 維修和檢修規(guī)程846.3.9 解體及重新組裝856.4 液氬泵866.4.1 結構866.4.2 工作原理876.4.3 技術性能876.4.4 常見故障判斷及處理876.4.5 檢修規(guī)程87第七章 活塞式壓縮機897.1 立式壓縮機897.1.

7、1 結構及工作原理897.1.2 工作原理907.1.3 技術性能及正常工藝參數(shù)907.2 臥式壓縮機997.2.1 結構997.2.2 工作原理：1017.2.3 技術性能及正常工藝參數(shù)1017.2.4 常見故障判斷及處理見表7-91027.2.5 檢修規(guī)程103第八章 空分裝置的生產(chǎn)與操作1058.1 空分設備的啟動1058.1.1 空分設備啟動的技術準備工作1058.1.2 空分設備啟動的前提條件1068.1.3 啟動步驟1068.2 加溫、吹刷分餾塔系統(tǒng)管路1078.2.1 吹刷操作要點1078.2.2 分餾塔吹刷流路1078.2.3 吹刷階段注意事項1088.3 冷卻階段1088.3

8、.1 精餾塔冷卻前的必備條件1088.3.2 啟動增壓透平膨脹機1088.3.3 冷卻精餾塔系統(tǒng)1088.4 積液階段1098.4.1 膨脹機后溫度控制1108.4.2 下塔液氮回流閥的調(diào)節(jié)1108.4.3 進上塔液氮節(jié)流閥的調(diào)整1108.4.4 下塔液空調(diào)節(jié)閥的調(diào)整1108.4.5 積液階段注意事項1108.5 調(diào)純階段1108.5.1 建立精餾工況閥門調(diào)整的步驟1108.5.2 主塔各項工藝分析指標111第九章 氬的制取1129.1 氬的性質(zhì)與用途1129.2 氬在空分塔內(nèi)的分布情況1129.3 全精餾無氫制氬工作原理1139.4 全精餾無氫制氬的操作1149.4.1 氬系統(tǒng)設備的冷卻11

9、49.4.2 工藝液壓泵的操作1149.4.3 主塔工況的調(diào)整1159.4.4 粗氬塔工況的調(diào)整1159.4.5 精氬塔工況的調(diào)整1159.5 氬系統(tǒng)常見故障及處理1169.5.1 粗氬塔輕微氮塞1169.5.2 粗氬塔嚴重氮塞1169.5.3 精氬塔氬固化116第十章 儀控系統(tǒng)11710.1 空分設備儀控系統(tǒng)的構成11710.1.1 檢測儀表11710.1.2 顯示儀表12110.1.3 控制儀表12210.1.4 執(zhí)行器12210.2 儀表的性能指標12310.2.1 精確度12410.2.2 靈敏度12410.2.3 遲滯（回差，滯環(huán)）12410.2.4 重復性12410.2.5 量程比

10、12410.3 空分設備上典型儀表的回路構成12410.3.1 溫度顯示回路、壓力顯示回路12410.3.2 壓力顯示回路12510.3.3 流量顯示控制回路12510.4 智能儀表12610.5 集散控制系統(tǒng)（dcs）12610.5.1 集散控制系統(tǒng)的基本概念12610.5.2 集散控制系統(tǒng)的硬件構成12710.5.3 集散控制系統(tǒng)的控制功能129第十一章 制氧分析13011.1 氣體分析13011.1.1 產(chǎn)品氧的分析13011.1.2 產(chǎn)品氮的分析13111.1.3 污氮含氧量的分析13211.1.4 液氧中乙炔的分析13311.1.5 氣體中co2含量的分析13511.1.6 液氧中碳

11、氫化合物的分析13611.1.7 工藝氬中微量氧、氮的分析13711.2 試油的分析13911.2.1 粘度的測定13911.2.2 開口杯法測定閃點14011.2.3 油品酸值的測定14111.2.4 油中水分的測定14211.3 水質(zhì)指標的測定14411.3.1 ph值測定14411.3.2 總硬度測定方法14511.3.3 鈣離子測定方法14611.3.4 鎂離子測定（計算法）14611.3.5 堿度測定法14611.3.6 氯離子測定法14711.3.7 懸浮物測定法14811.3.8 正磷酸鹽、總磷酸鹽、總鐵和濁度測定149第十二章 水泵15312.1 常用泵的分類15312.1.1

12、 葉片泵15312.1.2 容積泵15312.1.3 其它類型泵15312.1.4 泵的型號表示方法：15312.2 離心泵的工作原理15312.2.1 物體產(chǎn)生離心力15312.2.2 泵利用離心力出水和吸水15312.3 離心泵的分類15412.3.1 按葉輪的吸入方式分15412.3.2 按葉輪數(shù)目分15412.3.3 按葉輪結構分15412.3.4 按工作壓力分15412.3.5 按泵軸位置分15412.4 離心泵的構造及主要部件15412.4.1 葉輪15412.4.2 密封環(huán)15412.4.3 泵殼15412.4.4 泵軸15512.4.5 軸封裝置（含填料套、填料、填料環(huán)、填料壓

13、蓋）15512.4.6 軸承體15512.4.7 聯(lián)軸器15512.5 離心泵的主要技術參數(shù)15512.6 離心泵的能量損失15512.7 離心泵的運行15512.8 離心泵的常見故障及處理方法156第十三章 風機15813.1 l47風機技術性能及結構15813.2 操作規(guī)程15813.3維護規(guī)程158第十四章 制氧電氣16014.1制氧系統(tǒng)用電情況16014.1.1 制氧供電意義16014.1.2 制氧配電系統(tǒng)16014.1.3 制氧供電方案16014.1.4 制氧高壓配電系統(tǒng)概況16114.2制氧系統(tǒng)用電負荷的選配16214.2.1 電控系統(tǒng)設計原則：16214.2.2 高壓系統(tǒng)：162

14、14.2.3 低壓系統(tǒng)：16214.2.4 psa配電自動化監(jiān)控系統(tǒng)：16314.2.5 設備選型16314.3 制氧系統(tǒng)用電控制原理及操作步驟16414.3.1 勵磁裝置結構16414.3.2 保護、信號、儀表及操作控制系統(tǒng)16514.3.3 勵磁裝置原理16614.3.4 整機的調(diào)試、檢驗及步驟16914.3.5 可控硅調(diào)功柜原理及操作步驟17414.4 制氧電氣系統(tǒng)常見故障的判斷及處理18014.4.1 勵磁裝置出現(xiàn)的故障機處理方法18014.4.2 ty3z可控硅調(diào)功柜故障處理18118第一章 制氧流程 制氧流程主要由制冷系統(tǒng)和精餾系統(tǒng)組成。詳細可分為十大系統(tǒng)，即空氣壓縮系統(tǒng)、空氣凈化

15、系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)、安全防爆系統(tǒng)、氧氣壓縮輸送系統(tǒng)、加溫解凍系統(tǒng)、儀表自控系統(tǒng)及電控系統(tǒng)。1.1 概述1.1.1 制氧機分類制氧機的分類方法很多，按產(chǎn)品的狀態(tài)分為產(chǎn)氣氧、產(chǎn)液氧、既產(chǎn)氣氧又產(chǎn)液氧的制氧機；按產(chǎn)品種類分為單高產(chǎn)品、雙高產(chǎn)品（氧和氮）帶氬制氧機（氧、氮、氬）及全提?。ㄑ?、氮、氬及其他稀有氣體）；依照產(chǎn)量分為小型制氧機（小時產(chǎn)量小于1000 m3/h）、中型制氧機（小時產(chǎn)量100010000m3/h）、大型制氧機（小時產(chǎn)量大于10000 m3/h）；按操作壓力分：高壓制氧機（操作壓力為20mpa）、中壓制氧機（操作壓力為15mpa）、全低壓制氧機（操作壓力0.50.6

16、mpa）；按換熱器類型分，可分為板式、管式、管板式制氧機。 1.1.2 制氧機的性能指標制氧機除要達到的產(chǎn)品產(chǎn)量及純度外，還有以下的性能指標：1、.單位電耗，即生產(chǎn)1m3氧氣所耗的電能，以kw·h/m3為單位來表示。這代表制氧機的能耗大小，是制氧機重要的能耗指標之一。2、提取率，即在標準狀態(tài)下1m3原料空氣所制得的純氧量。一般計算方法為：% 式中 氧氣產(chǎn)量 加工空氣量 氧氣中的含氧量 空氣中的含氧量這一指標反映了空氣分離的完善程度。3、啟動時間。從空壓機向裝置送氣開始直至產(chǎn)品達到設計產(chǎn)量的全過程所需要的時間。4、運轉(zhuǎn)周期。這是指制氧機無機器、設備故障的前提下，連續(xù)運轉(zhuǎn)的時間，一般以年

17、為單位。5、加溫解凍時間。制氧機在啟動前或停車后需要加溫解凍所用的時間。6、單位產(chǎn)量的金屬消耗量。該指標能夠比較制氧機的設備費用的多少，投資的多少。誠然,對于制氧機產(chǎn)品水平的評價是綜合性的，從技術、經(jīng)濟、社會方面全面考核，即綜合評定=性能+壽命+可靠性+安全性+經(jīng)濟性+成套性+人機關系+服務性。產(chǎn)品的綜合指標需要采取一套指標體系。業(yè)內(nèi)專業(yè)人士提出了8個系列指標，如圖1-1所示圖1-1表1-11.1.3 國產(chǎn)空氣分離設備的型號規(guī)定我國空分設備的型號由漢語拼音字母、化學元素符號以及阿拉伯數(shù)字所組成。型號分首部、中部、尾部三個部分，中間以短橫“”隔開。如圖12所示。圖1-21.1.4 制氧機的發(fā)展自

18、從1902年德國的林德教授發(fā)明了高壓節(jié)流循環(huán)制冷，單級精餾塔分離空氣制氧至今已經(jīng)歷上百年的歷史。從制氧機的流程方面，從高壓流程改進為中壓流程進而出現(xiàn)高、低壓流程，現(xiàn)在中、大型制氧機全部為全低壓流程。小型制氧機也向低壓方面發(fā)展，而且對超低壓流程正進行研究探討。表1-1從制氧機的能耗方面，從單耗大于2kw·h/mo降低到0.38kw·h/ mo。單機容量從20m/h發(fā)展至今世界上最大的制氧機為74000m3/h。制氧機的產(chǎn)品也不再是單一的氣氧，而是既產(chǎn)氧又產(chǎn)氮以至提取全部的稀有氣體。不但有氣態(tài)產(chǎn)品，還有各種液態(tài)產(chǎn)品，也就是產(chǎn)品多樣化。從控制系統(tǒng)方面，由手動控制發(fā)展到計算機數(shù)字集

19、散控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了機電一體化。1.2 制氧機的典型流程我國目前生產(chǎn)的小型制氧機仍以中壓流程為主。中、大型有蓄冷器或板式切換式換熱器流程，還有較先進的分子篩純化器及增壓透平膨脹機流程。我公司現(xiàn)有的一號制氧機就是一種切換式換熱器流程。公司現(xiàn)運行的四臺制氧機均采用了比較先進的增壓分子篩凈化流程。1.2.1 150m3/h制氧機此種制氧機型號（kes-860-ii）,制冷系統(tǒng)為中壓帶活塞式膨脹機流程即是以克勞特循環(huán)為基礎的制氧機,采用分子篩純化器凈化空氣的流程，見流程圖1-3 圖1-3空氣自大氣吸入,經(jīng)空氣過濾器除掉灰塵等機械雜質(zhì)而進入活塞式空壓機,經(jīng)三級壓縮達4.9mpa（啟動時壓力）冷卻后除油及水

20、分,進入分子篩純化器,清除水分、二氧化碳和乙炔及其它碳氫化物,并在過濾器4中過濾分子篩粉末。潔凈的空氣分三路進入熱交換器5氧隔層、氧隔層及餾份隔層的管內(nèi)經(jīng)冷卻后，一部分通過膨脹機6膨脹后， 經(jīng)過空氣過濾器7后進入下塔。另一部在熱交換器ii中的氧、氮隔層的管內(nèi)續(xù)繼被冷卻，而后經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流至0.56mpa進下塔。下塔的富氧液空經(jīng)過乙炔吸附器11進一步除掉乙炔，并經(jīng)過液空過冷器12過冷后節(jié)流入上塔。由上塔下部提取氧氣，經(jīng)熱交換器氧隔層復熱后，送入貯氣囊14，經(jīng)氧壓機壓縮至15mpa充瓶。氣氮由上塔頂引出，以液氮過冷器，液空過冷器以及熱交換器的氮夾層復熱后，送氮壓機。餾份氣從上塔第37塊塔板處抽出，經(jīng)

21、熱交換器餾份隔層復熱后放空。技術指標：加工空氣量：860m3/h產(chǎn)品產(chǎn)量：氧氣150 m3/h 氮氣：600 m3/h氧氣純度：99.2%o2 氮氣純度：99.95%n2空氣壓力：啟動時4.9mpa 正常時1.962.45 mpa運轉(zhuǎn)周期：2個月 1.2.2 3200 m3/h制氧氣機 該類型號為kfs-21000型，采用高效透平膨脹機制冷全低壓制氧機，即以卡皮查循環(huán)為基礎。用嵌有蛇管的石頭填料蓄冷器凍結清除水分及二氧化碳，因中部抽氣保證其不凍結性，用中抽二氧化碳吸附器4清除水分及二氧化碳。富氧液空吸附過濾器吸附二氧化碳、乙炔。設有液氧泵13，將液氧循環(huán)經(jīng)液氧吸附器清除液氧中的乙炔，以保證制氧

22、機安全運行.裝置中采用長管式冷凝蒸發(fā)器,以提高傳熱效率。管內(nèi)是液氧沸騰，管間氣氮冷凝。膨脹機的工質(zhì)是空氣，經(jīng)中抽去除二氧化碳后與下塔來的旁通空氣匯合一起進入膨脹機,膨脹后氣體進入上塔即拉赫曼氣。詳細流程見圖1-4圖1-4技術指標：加工空氣量：21000 m3/h產(chǎn)品產(chǎn)量：氧氣3200 m3/h 純度：99.6% 氮氣4000 m3/h 純度：99.99% 啟動時間：48h連續(xù)運轉(zhuǎn)時間：1年1.2.3 10000 m3/h制氧機 型號為kdon-10000/11000。制冷系統(tǒng)是以卡皮查循環(huán)為基礎的全低壓循環(huán)。采用高效透平膨脹機，膨脹工質(zhì)為空氣，利用電機制動回收部分膨脹功。凈化系統(tǒng)采用板翅式可逆

23、式換熱器對水分、二氧化碳自清除。設置液空吸附器清除富氧液空中的乙炔。用液氧泵使冷凝蒸發(fā)器中的部分液氧循環(huán)，利用液氧吸附器清除液氧中的乙炔及其它碳氫化合物。裝置中的全部換熱器都采用高效的板翅式換熱器，因此也可稱為全板式萬立制氧機。精餾塔為帶輔塔的雙級精餾塔。膨脹后氣體進入上塔，這股拉赫曼氣使制氧機的制冷系統(tǒng)與精餾系統(tǒng)有機地聯(lián)系起來，其工藝流程示見圖1-5圖1-5主要技術指標：加工空氣量：58300 m3/h產(chǎn)品產(chǎn)量：氧氣： 10000 m3/h 純度：99.5% 氮氣：11000 m3/h 純度：99.99% 啟動時間：48h加溫解凍時間：36h連續(xù)運轉(zhuǎn)時間：大于1年 1.2.4 kdon-60

24、00/13000增壓分子篩凈化全低壓制氧機該制氧機型號為kdon-6000/13000，空氣經(jīng)透平空壓機壓縮后，在氮-水預冷系統(tǒng)的空冷塔中冷卻后進入分子篩純化器凈除水分、二氧化碳、乙炔等碳氫化合物。而后空氣進入主換熱器，空氣通道被返流氣體冷卻到對應壓力下的飽和溫度后進入下塔參與精餾。從分子篩純化器出來的加工空氣，抽出一部分進入膨脹機的增壓機增壓、經(jīng)水冷卻器冷卻后進入主換熱器，被返流氣體冷卻后從主換熱器中部抽出進入透平膨脹機。見流程圖1-6圖1-6從流程圖可以看出，此流程既沒有液化器也沒有吸附器，保冷箱內(nèi)的設備及管路大為簡化。主要技術指標：加工空氣量：38000 m3/h 加工空氣壓力：0.66

25、 mpa產(chǎn)品產(chǎn)量及純度：氧氣產(chǎn)量 6000 m3/h，99.8% o2 氮氣產(chǎn)量 12600 m3/h,10×10-6 o2液氮產(chǎn)量 400 m3/h, 10×10-6 o2液氬產(chǎn)量 60 m3/h，96%ar1.3 制氧流程組織1.3.1 流程組織要求首先要根據(jù)設計要求而進行,盡可能地優(yōu)化組合,以滿足下面要求：1、盡可能降低電耗、投資和運轉(zhuǎn)費用，以降低產(chǎn)品成本。2、安全運轉(zhuǎn)和便于運轉(zhuǎn)維修。3、當自然條件和某些使用條件發(fā)生變化時仍然保證產(chǎn)品的質(zhì)量及產(chǎn)量，即變工況適應能力強。1.3.2 制冷系統(tǒng)組織制冷系統(tǒng)包括空壓機、膨脹機、節(jié)流閥及主換熱器。此系統(tǒng)的作用產(chǎn)生冷量補償冷損，使

26、加工空氣降溫、液化維持在精餾所需要的低溫，為空氣的精餾創(chuàng)造條件。如上所述，高壓流程是以林德循環(huán)（一次節(jié)流）為基礎的；中壓流程應用克勞特循環(huán)（中壓膨脹機與節(jié)流相結合）；全低壓流程以卡皮查循環(huán)（低壓透平膨脹機）為依據(jù)。全低壓流程因為能耗低，運轉(zhuǎn)安全可靠等諸多優(yōu)點，被廣泛推廣和應用。而高、低壓流程和中壓流程復雜，能耗高已被淘汰。這里重點討論全低壓制冷系統(tǒng)組織問題。1、全低壓流程（1）空氣膨脹和氮氣膨脹全低壓流程利用了拉赫曼原理，將膨脹后的空氣送入上塔，或者利用氮氣為膨脹工質(zhì)。這兩者都可以利用上塔精餾，從而提高了制氧機產(chǎn)量。空氣膨脹?？諝馀蛎浀牡牧鞒淌疽鈭D。圖1-7 圖1-7 圖1-8從下塔底部抽出部

27、分加工空氣,一部分在切換式換熱器環(huán)流通道復熱后，再匯合進入透平膨脹機膨脹產(chǎn)生冷量，然后直接送入上塔參加精餾。這部分空氣沒有經(jīng)過下塔的預精餾直接送入上塔。由于從下塔底部抽出部分空氣，冷凝蒸發(fā)器的冷凝量減小，送入上塔的液氮量也減少，而膨脹空氣又直接送入上塔中部作為精餾段的上升氣，因而上塔精餾段的回流比減少，精餾潛力得到利用。這些送入膨脹空氣稱為“入上塔膨脹空氣”，也叫拉赫曼氣。這就是所謂空氣膨脹，目前我國全低壓裝置流程大部分采用這種方法，例如國產(chǎn)1000、1500、3200、6000m3/h等制氧機。氮氣膨脹。它是從下塔頂部抽出氮氣，一部分經(jīng)切換式換熱器環(huán)流通過復熱后再匯合進入透平膨脹機，膨脹后的

28、氮氣作為產(chǎn)品氮氣引出，或者與污氮匯合經(jīng)切換式換熱器回收冷量后放空。由于從下塔引氮氣，冷凝蒸發(fā)器的冷凝量減少，因而送入上塔的液體餾份量減少， 精餾潛力得到利用。氮氣膨脹在國外的大型全低壓空分裝置上已被采用。以上兩種方法都是減少上塔液體餾份，使精餾時的氣液間的溫差減少，利用了上塔精餾潛力，使全低空分裝置具有更大的合理性，利用上塔精餾潛力后，塔板上氣液之間的溫差變化如圖1-8所示，由圖可見，由于空氣膨脹不但減少上塔回流液，同時增加了上升蒸氣量，所以氣液間的溫差比氮膨脹更小些。關于膨脹空氣進上塔量的限制無論是空氣膨脹還是氮膨脹都是利用上塔的精餾潛力，提高氧的提取率，減少不可逆分離功的損失。既然是精餾潛

29、力的利用就有一定的限制。超出極限就會使分離產(chǎn)品純度降低，能耗增大，氧提取率下降。從理論上來講，這一極限應取決于上精餾塔的最小回流比（液氣比）?？墒牵谧钚』亓鞅葪l件下，欲得到分離產(chǎn)品需無數(shù)塊塔板，這樣的精餾塔是不存在的。在有限的一定塔板數(shù)的前提下，允許入塔的最大限度膨脹空氣量是由最小工作回流比所決定的。上塔精餾允許入塔的最大膨脹空氣量可以由上塔的物料平衡，能量平衡及物料參數(shù)求出。進入上塔的允許膨脹量主要與上、下塔取出的產(chǎn)品純度及上塔液體的過冷度有關。產(chǎn)品純度低、允許膨脹量增加。氧、氮產(chǎn)品純度通常是用戶的要求。為了減少不可逆分離功損失，降低能耗，在滿足工藝要求的條件下，不應過分追求產(chǎn)品的高純度，

30、否則，提取率降低，能耗增大。入上塔液體的過冷度增加，這使上塔的回流比增加，即上塔具有更富余的回流比，精餾潛力更大，也就表現(xiàn)出允許進塔的膨脹量增加。需要指出，這里計算的允許最大膨脹量，狀態(tài)應是當時壓力下的飽和氣體。由于膨脹機結構所限制，膨脹后的氣體不允許達到飽和或出現(xiàn)液體。膨脹后氣體要保持過熱狀態(tài)。膨脹后氣體溫度與相應壓力下飽和溫度之差為膨脹后氣體過熱度。顯然，過熱度增加，允許進塔的最大膨脹空氣量減少。確切的允許進塔的最大膨脹量的數(shù)值要根據(jù)制氧機的具體流程計算確定。但是一般來說，空氣進上塔的數(shù)量范圍為加工空氣量的20%30%，抽氮膨脹為加工空氣量的15%25%。全低壓切換式換熱器流程的膨脹氣體流

31、路組織由于膨脹空氣既取決于裝置的總冷量平衡又受精餾工況的限制，同時在進入膨脹機之前又作為板翅式可逆式換熱器的環(huán)流氣體或者蓄冷器的環(huán)流氣，而環(huán)流量又是由切換式換熱器熱平衡所決定的，而且與切換式換熱器的自清除密切相關。正因為這些復雜的關系，從而產(chǎn)生了下面三種具有代表性的情況：裝置的容量較小，單位冷損較大，這時整個裝置的冷量平衡所要求的膨脹量比較大， 膨脹量不僅大于切換式換熱器不凍結性所要求的環(huán)流量，而且也超過精餾塔所允許的拉赫曼進氣量。這時，膨脹機的進氣量將由兩部分組成，一部分是環(huán)流空氣，另一部分則是由下塔或液化器來的旁通氣。這時由于膨脹氣量已經(jīng)超過精餾塔所允許的最大拉赫曼進氣量，所以，必須把部分

32、膨脹空氣旁通入污氮管道，從而使進入下塔的加工空氣量減少，制氧機總的氧提取率將相應地降低。屬于這種情況的有600、800、1000m3/h的制氧機。裝置是中等容量，冷損較大，這時由裝置冷量平衡所要求的膨脹量大于由蓄冷器（或板翅式切換式換熱器）不凍結性所決定的環(huán)流量。但是膨脹量是在精餾塔所允許的拉赫曼進氣量范圍以內(nèi)，這時膨脹量仍由環(huán)流和下塔旁通量兩部分組成。由于它是在允許的拉赫曼進氣量范圍以內(nèi)，所以膨脹后的空氣可以全部送入上塔。屬于這種情況的有3200、6000、10000 m3/h的制氧機。裝置容量很大，冷損比較小，由裝置冷量平衡所要求的膨脹量，不僅小于精餾所允許的拉赫曼進氣量，而且等于或者小于

33、環(huán)流量，這時候進膨脹機的膨脹氣體全部通過環(huán)流，甚至要將部分環(huán)流旁通。把上面所說的簡單歸結為：小容量裝置：膨脹量大于允許的進上塔的空氣量 膨脹量大于環(huán)流量 膨脹后空氣部分旁通中等容量裝置：允許進上塔的空氣量大于膨脹量大于環(huán)流量 膨脹后空氣全部進上塔 大容量裝置：允許進上塔的空氣量大于膨脹量 環(huán)流量大于等于膨脹量 膨脹后的空氣全部進上塔，環(huán)流量部分旁通或者生產(chǎn)部分液態(tài)產(chǎn)品，還可以考慮采用氮膨脹 全低壓增壓透平膨脹系統(tǒng)增壓膨脹機是用增壓機制動，將膨脹工質(zhì)增壓后再進入膨脹機工作輪膨脹作功。因其膨脹前壓力的提高，所以單位制冷量增加。膨脹量減少，進入上塔膨脹空氣量減少，有利于提高氧提取率。增壓透平膨脹的實

34、質(zhì)是將氣體所作的膨脹功回收給膨脹工質(zhì)本身，其系統(tǒng)圖1-9圖1-9圖1-102、精餾系統(tǒng)組織精餾系統(tǒng)的組織與制冷系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)的組織有關。 在組織精餾系統(tǒng)時，為了確保產(chǎn)品的純度可以采取以下幾種措施：正確地確定進料口、抽口位置。保證正常分離足夠的塔板數(shù)。抽餾份：在下塔抽出液氮餾份，在上塔抽出污氮，這樣一方面使較多的氬隨污氮放空有利于氧、氮分離，另一方面使下塔上部和輔塔中的回流比加大，有利于精餾工況，從而得到高純度的產(chǎn)品。由于所要求產(chǎn)品的產(chǎn)量和純度不同，精餾系統(tǒng)工程的組織可以分為下列幾種情況：只生產(chǎn)單一高純度產(chǎn)品，例如只生產(chǎn)純氧，或者只要求生產(chǎn)純氮。這種情況可以使用普通的雙級精餾塔，如圖1-10 所

35、示塔板根據(jù)所要求的產(chǎn)品純度決定，塔板數(shù)要比生產(chǎn)兩種高純度產(chǎn)品小，也不需要抽餾份或設輔塔。生產(chǎn)兩種高純度產(chǎn)品。適用于純氮/純氧不小于1的場合。如3200m3/h空分裝置純氧和純氮的產(chǎn)量都是3200m3/h。氧、氮比為1：1。這時在上塔的上部要加輔塔，如圖所示5-11。在輔塔底部抽出大量污氮，以使在輔塔頂部提取純氮。為了保證輔塔噴淋液氮的純度在下塔中部抽餾份液氮。要有足夠的塔板數(shù)，使得在下塔頂部的氮氣達到99.99%的純度。生產(chǎn)兩種純度產(chǎn)品，僅是純氮/純氧等于0.20.5，也就是要求生產(chǎn)的純氮量比較少的場合，可設置純氮塔。如圖1-12 。由下塔頂部引出一部分氣氮進入底部，經(jīng)過進一步精餾，在純氮塔頂

36、部得到純度更高的產(chǎn)品氮。而產(chǎn)品純氧則由主塔和純氮塔的冷凝蒸發(fā)器上部引出。圖1-11 圖1-12這種方式的特點是由于下塔頂部氣氮的純度比較低，所以下塔壓力相對的可以低，由此能耗可以降低,但是流程組織相對輔塔流程要復雜些。對于生產(chǎn)純氧，也叫工業(yè)氧（氧純度在99.5%），以及生產(chǎn)純度不高工藝氧（氧純度在95%98%）或者兩種產(chǎn)品都生產(chǎn)的精餾組織也和上述一樣，可以和用設置輔塔，控制塔板數(shù)的辦法來實現(xiàn)。1.3.3 防爆系統(tǒng)組織空分裝置爆炸的原因一般有：液空和液氧中乙炔與碳氫化合物等雜質(zhì)積聚。操作不當引起爆炸。在切換式換熱器流程系統(tǒng)中，乙炔很容易在液氧中析出，這是引起爆炸的根源。如在主冷凝蒸發(fā)器中，液氧中

37、的乙炔為液面上氣氧中乙炔的24倍（溫度-180），可見液氧中的乙炔含量遠遠高于氣氧中乙炔含量。另方面液氧溶解乙炔的能力較差。溫度越低越不易溶解。當液氧蒸發(fā)時或排放時乙炔很容易析出。附在管壁上及浮在液面上，一旦引爆就容易發(fā)生爆炸，所以空分裝置在主冷凝蒸發(fā)器中發(fā)生爆炸的事故較多。為了防止在液氧中乙炔的積聚一般是首先用吸附法除去液空中大部分乙炔，然后再用吸附法進一步除去液氧的乙炔。液氧循環(huán)法 如圖1-13,使主冷中液氧氣不斷流動，在吸附中清除乙炔。避免乙炔積聚。此種液氧循環(huán)全靠液氧泵強迫流動，液氧泵的循環(huán)量必須等于或大于氧氣產(chǎn)量。若上下塔分開，則液氧泵循環(huán)量約為氧產(chǎn)量的56倍。例如管式1500m3/

38、h就是上、下塔分置流程。采用輔助冷凝器及乙炔分離器冷凝蒸發(fā)器中的部分液氧經(jīng)輔助冷凝蒸發(fā)器的盤管，并在管內(nèi)蒸發(fā)，同時使液氧不能沖刷管壁。液氧在輔冷中并未全部蒸發(fā)，而需留下約1%的液體。這部分液體中濃縮了大部分乙炔，再經(jīng)乙炔分離器將已蒸發(fā)的氣體與含有乙炔的液體定期排放，流程示意圖1-14。圖1-13 圖1-14自循環(huán)自循環(huán)是指液體在不消耗外功。即不靠泵推動的情況下形成自然流動。液氧是靠循環(huán)回路中局部受熱，內(nèi)部產(chǎn)生重度差而引起流動的。也可稱為熱虹吸作用或氣泡泵作用。對于液氧的循環(huán)，從防爆及替代液氧泵的觀點看，對循環(huán)量有兩個方面要求：其一引出的液氧量通過吸附器后能將其中的乙炔和碳氫化合物得到清除，并帶

39、出裝置。其二熱虹吸蒸發(fā)器出口要有一定數(shù)量凈化的液氧量返回主冷，以稀釋主冷的液氧，減低主冷液氧中乙炔及碳氫化合物濃度。如果只能滿足其一也就相當于輔冷防爆方法。返回主冷筒體的液氧量與循環(huán)量的關系為：式中 返回主冷液氣量 循環(huán)液氧的氣化率 液氧循環(huán)量 式中 液氧氣化量設 n稱之為循環(huán)倍率，可見 自循環(huán)的循環(huán)倍率通常取 吸附器的配置直接影響乙炔的凈除率，見表1-2表1-2吸附器的配置及其乙炔凈除率配置情況除去乙炔的百分率吸附器+氣氧排放液氧一個液氧吸附器95.2%4.8%一個液空吸附器98.8%1.2%一個液空吸附器和一個液氧吸附器99.5%0.5%二個液空吸附器和二個液氧吸附器99.95%0.05%

40、 分子篩純化系統(tǒng)在具有分子篩純化器的低壓流程中,因分子篩對水分、二氧化碳、乙炔及其碳氫化合物的共吸附作用,從理論上講,已經(jīng)沒有必要再設置液空吸附器及液氧吸附器。為了提高分子篩對二氧化碳的吸附能力,壓縮空氣進入分子篩純化器需要預冷到815。為確保制氧機的安全和連續(xù)運轉(zhuǎn),個別流程除設置兩只純化器以外,還設有一只或兩只液氧吸附器,而液空吸附器就不設置了。見圖1-15 圖1-151.3.4 換熱器系統(tǒng)組織在保證工藝流程需要的前提下,取消作用不大的換熱器,盡可能減少換熱器的數(shù)量,以簡化流程,減少流體阻力,降低設備投資。制氧流程中常見的換熱器有7種1、主換熱器其主要作用是使加工空氣與返流氧氣、氮氣和污氮換

41、熱，使之冷卻到液化溫度，達到液化，進入精餾塔下塔底作為原料。此種換熱器設置在中壓小型制氧機及帶分子篩純化器的全低壓制氧機中。2、切換式換熱器該類換熱器包括可逆式板翅式換熱器及蓄冷器。它的主要功能是將加工空氣冷卻到接近液化溫度，而后參與精餾。同時回收返流氣體的冷量，使氧氣、氮氣、污氮等氣流復熱后送出裝置。在換熱的同時將空氣中的水分、二氧化碳自清除。即起到換熱和自清除雙重作用，使制氧機的換熱和雜質(zhì)清除凈化有機地結合起來。3、冷凝蒸發(fā)器它是精餾所必需的換熱設備,是聯(lián)系上、下塔的紐帶。其中上塔的液氧和下塔氣氮換熱，液氧蒸發(fā)后一部分作為產(chǎn)品氣體引出，另一部分為上塔提供上升蒸汽，氣氮冷凝后為上下塔提供回流

42、液。就其結構來分，可分為板翅式、管式兩種，而管式又分為長管式、短管式、盤管式。短管式用于中壓小型制氧機，因其傳熱系數(shù)較低，所以需要取較大的主冷溫差，通常為22.5；長管式、板式用于中、大型全低壓制氧機。板式換熱器結構緊湊傳熱系數(shù)高換熱效果比管式的好。在全低壓流程中主冷溫差取的較小，一般取1.61.8。主冷溫差還直接影響精餾塔的壓力，決定了全低壓流程操作壓力。如我公司現(xiàn)運行的所有設備的主冷都是板式冷凝器。4、過冷器常見有液空過冷器、液氮過冷器（純液氮、污液氮）、液氧過冷器。過冷器的作用是使下塔來的液空、純液氮、污液氮和從上塔抽出的氧、氮、污氮氣換熱，使液體過冷。從而減少節(jié)流汽化率，提高上塔回流比

43、，改善上塔的精餾工況。同時回收了從上塔出來的純氮氣、污氮氣的冷量，因此，高、中、全低壓流程中均采用。尤其是全低壓切換式換熱器流程，由于污氮氣的部分冷量被過冷器回收了，提高了污氮入切換式換熱器冷端的溫度，縮小了冷端溫差，有利于自清除。過冷器回收的冷量由液空、液氮帶回上塔，也就是減少了加工空氣帶入下塔的冷量，因此，過冷器客觀上起到了上、下塔冷量分配的作用。就其結構來講，有板翅式及管式兩種。5、液化器它是全低壓切換式換熱器流程所必需的換熱器。就其冷流體的不同，分為污氮液化器、純氮液化器及氧液化器。在切換式換熱器流程中，由于自清除工況的要求以及切換系統(tǒng)的結構限制，加工空氣在切換式換熱器冷端不能出現(xiàn)液體

44、，通常有11.5的過熱度。而精餾塔由于冷損的存在，要求進塔加工空氣中含少量的液空。為解決此矛盾，設置液化器提供精餾塔所需的含濕量，保證精餾塔熱平衡，這就是液化器設置的必要性。此外，液化器在切換式換熱器的全低壓制氧機啟動時，起產(chǎn)生液體和積累液體的作用。在正常操作時，液化器將返流氣體的冷量回收給部分加工空氣，使之液化流入下塔，客觀上起到切換式換熱器與下塔之間的冷量分配作用。值得指出的是液化器不必控制，能自動保持返流低溫氣體出液化器的溫度恒定，這叫做“自平衡”。當經(jīng)過液化器的低溫氣體溫度低時，冷量較多地傳給飽和空氣，使之液化量增加，液化器的壓力降低，與下塔壓差增大，進液化器的飽和空氣量就增加，反之則

45、減少，這樣就維持了出液化器的低溫氣體溫度，保證了切換式換熱器的冷端溫差，滿足了自清除要求。 6、空氣預冷器空氣預冷器的作用是保證加工空氣進切換式換熱器或分子篩純化器的工藝要求的溫度。7、膨脹前、后換熱器在流程中有的設置膨脹前換熱器，有的設置膨脹后的換熱器。膨脹前換熱器可以調(diào)節(jié)膨脹機前的工質(zhì)狀態(tài)，以滿足膨脹后過熱度的要求。膨脹后換熱器的作用能夠降低膨脹后氣體的過熱度又保持膨脹量不變。在膨脹后換熱器中是用污氮氣或純氮氣來冷卻膨脹后氣體，也就是將上塔出來的氣體冷量回收給上塔，可以提高上塔的回流比，改善精餾工況，提高氧的提取率，減少膨脹空氣送入上塔對精餾工況的“干擾”。因此，目前全低壓流程大都采用膨脹后換熱器。1.4 流程比較增壓分子篩凈化流程是上個世紀80年代末90年代初國際上普遍推廣的先進流程，它具有十分突出的優(yōu)點。為此，在本節(jié)內(nèi)對全低壓切換式換熱器凍結流程與增壓分子篩凈化流程進行詳細比較。增壓分子篩凈化具有十大優(yōu)點：1、提高產(chǎn)氣量為了保證切換式換熱器流程的水分及二氧化碳的自清除，不凍結性要求有足夠的返流污氮量，因而限制了純氮產(chǎn)品的量，通常氧氣量與純氮氣產(chǎn)量之比為1：1.1。而在增