1、空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材1第一章 空分设备工艺流程第一节 空气分离设备术语在学习空分设备基本知识之前，我们先来了解空分设备上使用的一些术语。一、空气分离设备术语基本术语1、空气 存在于地球表面的气体混合物。接近于地面的空气在标准状态下的密度为1.29kg/m3。主要成分是氧、氮和氩；以体积含量计，氧约占 20.95%，氮约占 78.09%，氩约占 0.932%，此外还含有微量的氢及氖、氦、氪、氙等稀有气体。根据地区条件不同，还含有不定量的二氧化碳、水蒸气及乙炔等碳氢化合物。 2、加工空气 指用来分离气体和制取液体的原料气。3、氧气 分子式 O2，分子量 31.9988（按
2、 1979 年国际原子量） ，无色、无臭的气体。在标准状态下的密度为 1.429kg/m3，熔点为 54.75K,在 101.325kPa 压力下的沸点为90.17K。化学性质极活泼，是强氧经剂。不能燃烧，能助燃。4、工业用工艺氧 用空气分离设备制取的工业用工艺氧，其含氧量（体积比）一般小于 98%。5、工业用气态氧 用空气分离设备制取的工业用气态氧，其氧含量（体积比）大于或等于99.2%。6、高纯氧 用空气分离设备制取的氧气，其氧含量（体积比）大于或等于 99.995%。7、氮气 分子式 N2，分子量 28.0134（按 1979 年国际原子量） ，无色、无臭、的惰性气体。在标准状态下的密度
3、为 1.251kg/m3,熔点为 63.29K,在 101.325kPa 威力下的沸点为 77.35K。化学性质不活泼，不能燃烧，是一种窒息性气体。8、工业用气态氮 空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材2用空气分离设备制取的工业用气态氮，其氮含量（体积比）大于或等于98.5%。9、纯氮 用空气分离设备制取的氮气，其氮 含蓄量（体积比）大于或等于 99.995%。10、高纯氮 用空气分离设备制取的氮气，其氮 含蓄量（体积比）大于或等于 99.9995%。11、液氧（液态氧） 液体状态的氧，为天蓝色、透明、易流动的液体。在 101.325kPa 压力下的沸点为 90.17K，密度为 11
4、40kg/m3。可采用低温法用空气分离设备制取液态或用气态氧加以液化。12、液氮（液态氮） 液体状态的氮，为透明、易流动的液体。在 101.325kPa 压力下的沸点为77.35K，密度为 810kg/m3。可采用低温法用空气分离设备制取液态氮或用气态氮加以液化。13、液空（液态空气） 液体状态的空气，为浅蓝色、易流动的液体。在 101.325kPa 压力下的沸点为78.8K，密度为 873kg/m3。液空是空气分离过程中的中间产物。14、富氧液空 指氧含量（体积比）超过的 20.95%的液态空气。15、 馏分液氮（污液氮） 在下塔合适位置抽出的、氮含量（体积比）一般为 95%96%的液体。1
5、6、污氮 由上塔上部抽出的、氮含量（体积比）一般为 95%96%的液态体。17、标准状态 指温度为 0C、压力为 101.325kPa 时的气体状态。18、空气分离 从空气中分离其组分以制取氧、氮和提取氩、氖、氦、氪、氙等气体的过程。19、节流 空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材3流体通过锐孔膨胀而不作功来降低压力。20、节流效应（焦耳汤姆逊效应） 气体膨胀不作功产生的温度变化。21、膨胀：流体压力降低，同时体积增加。22、等熵膨胀效应：气体在等熵膨胀时，由于压力变化产生的温度变化。23、空气膨胀：空气在膨胀机内绝热膨胀，同时对外作功的过程。24、氮气膨胀：氮气在膨胀机内绝热膨胀，
6、同时对外作功的过程。25、一次节流的液化知循环（林德循环） 以高压节流膨胀为基础的气体液化循环，其特点是循环气体既被液化又起冷冻作用。26、带膨胀机的高压液化循环（海兰德循环） 对外作功的绝执膨胀 与节流膨胀配合使用的气体液化循环，其特点是膨胀机进口的气体状态为高压常温。27、带膨胀机的中压液化循环（克劳特循环） 对外作功的绝执膨胀与节流膨胀配合使用的气体液化循环，其特点是膨胀机进口的气体状态为中压低温。28、 带膨胀机的低压液化循环（卡皮查循环） 对外作功的绝热膨胀与节流膨胀配合使用的气体液化循环，其特点是膨胀机进口的气体状态为低压低温。29、斯特林循环：由两个等温过程和两个等容过程组成的理
7、论热力循环。整个循环通过等温压缩、等容冷却、等温膨胀、等容加热等四个过程来完成。30、升华：从固相直接转变为汽相的相变过程。31、温差：指冷热流体两表面或两环境之间有热量传递时的温度差别。32、热端温差：指冷热流体间在换热器热端的温度差。33、中部温差：指冷热流体间在换热器中部的温度差。34、冷端温差：指冷热流体间在换热器冷端的温度差。35、 液氧循环量 由冷凝蒸发器底部抽出部分液氧流经吸附器，在清除这部分液氧中的碳氢化合空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材4物后再回入冷凝蒸发器的液氧量。36、入上塔膨胀空气（拉赫曼空气） 由下塔底部抽出部分空气、经切换式换热器冷段复热，进入透平膨胀
8、机构热膨胀后直接送入上塔参加精馏的空气。37 液汽比（回流比）：在精馏塔中下流液体量与上升蒸汽量之比。38 液泛：在精馏塔中上升蒸汽速度过高，阻止了液体正常往下溢流的工况。39、漏液：在筛孔板精馏塔中因上升蒸汽速度过低，使液体从筛孔泄漏的工况。40、变压吸附 利用压力效应的吸附工艺在吸附再生操作周期中，较高压力下吸附，较低压力下（或负压）下再生的过程。41、跑冷损失 在低于环境温度下工作的设备与周围介质存在的温差所产生的冷量损失。42、复热不足损失在换热器热端冷热流体间存在的温差而导致冷量回收不完全的损失。43、冷量损失指空气分离设备的冷箱由于跑冷损失和复热不足损失的冷量损失。44、提取率：产
9、品气体组分的总含量与加工空气中该组分的总含量之比。45、单位能耗：指空气分离设备生产单位产品气体所消耗的电能。46、低压流程：正常操作压力大于至小于或等于 1.0MPa 的工艺流程。47、中压流程：正常操作压力大于 1.0MPa 至小于或等于 5.0MPa 的工艺流程。48、高压流程：正常操作压力大于的 5.0MPa 工艺流程49、高低压流程：高压流程与低压流程相结合的流程。50、带分子筛吸附器低压流程 采用分子筛吸附器来清除空气中水分和二氧化碳及碳氢化合物的低压流程。51、空气分离设备 以空气为原料，用低温技术把空气分离成氧氮氩及其他稀有气体的成套设备。52、大型空气分离设备 空 分 设 备
10、 工 艺 流 程 培 训 教 材5指生产氧气产量大于或等于 10000m3/h（标准状态）的成套空气分离设备。53、中型空气分离设备 指生产氧气产量大于或等于 1000m3/h 至小于 10000m3/h（标准状态）的成套空气分离设备。54、小型空气分离设备 指生产氧气产量小于 1000m3/h（标准状态）的成套空气分离设备二、稀有气体提取设备1、稀有气体提取设备 用以提取纯氩、纯氖、纯氦、纯氪、纯氙等气体产品的设备。一般需与空气分离设备配用。2、稀有气体 指氩、氖、氦、氪、氙五种气体。无色，无臭的气体。空气中的体积含量为0.932%。在标准状态下的密度为 1.874kg/m3,熔点为 84K
11、,在 101.325kPa 压力下的沸点为 87.291K。不活泼，不能燃烧，也不助燃。主要用于金属焊接、冶炼等。2.3 氩气 分子式 Ar，原子量 39.948（按 1983 年国际原子量） ，是一种无色、无臭的气体。空气中的体积含量为 0.932%。在标准状态下的密度为 1.784kg/m3,熔点为 84K。在 101.325 压力下的沸点为 87.291K。不活泼，不能燃烧，也不能助燃。主要用于焊接、冶炼等。4、纯氩：用空气分离设备提取的纯氩，其氩含量（体积比）大于或等于99.99%。5、液氩：液体状态的氩，是一种无色、无臭、呈透明的液体。6、氖气 分子式 Ne，原子量 20.179（按
12、 1983 年国际原子量） ，是一种无色、无臭的气体。空气中的体积含量为 1.810-3%。在标准状态下的密度为 0.8713kg/m3，熔点为 24.57K。在 101.325kPa 压力下的沸点为 27.09K。不活泼，不能燃烧，也不助燃。主要应用于照明技术等。7 、纯氖：用空气分离设备提取的纯氖，其氖含量（体积比）大于或等于空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材699.99%。8、液氖：液体状态的氖阳一种无色、无臭呈透明的液体。液氖常用作低温源。9、氦气 分子式 He，原子量 4.0026（按 1983 年国际原子量） ，是一种无色、无臭的气体。空气中的体积含为 5.2410-4
13、%。在标准状态下的密度为 0.1769kg/m3。在101.325kPa 压力下的沸点为 4.215K。不活泼，不能燃烧，也不助燃。主要用于检漏、焊接、低温研究、特种重金属冶炼、色谱分析载气、潜水呼吸气等。10 、纯氦：用空气分离设备提取的纯氦，其氦含量（体积比）大于或等于99.99%。11、液氦液体状态的氦，为无色透明的液体，沸点最低，是一种最主要的低温源。12 、氪气 分子式 Kr。原子量 83.80（按 1983 年国际原子量）是一种无色、无臭的气体。空气中的体积含量为 1.010-4%。在标准状态下的密度为 3.6431kg/m3。熔点116.2K。在 101.325kPa 压力下的沸
14、点为 119.79K。不活泼，不能燃烧，也不助燃。主要用于电真空及电光源等工业。13 、纯氪：用空气分离设备提取的纯氪，其氪含量（体积比）大于或等于99.95%。14、氙气 分子式 Xe。原子量 131.80（按 1983 年国际原子量）是一种无色、无臭的气体。空气中的体积含量为 8.010-6%。在标准状态下的密度为 5.89kg/m3。熔点161.65K。在压力下的沸点为 165.02K。不活泼，不能燃烧，也不助燃。主要用于电光源工业，也用于医疗、电真空、激光等领域。15、纯氙：用空气分离设备提取的纯氙，其氙含量（体积比）大于或等于99.95%。16、氩馏分 从上塔合适部位提取一股氧、氩、
15、氮混合气作为氩提取设备的原料气体。其组空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材7分（体积含量）氩为 7%10%，氮一般小于 0.06%，其余为氧。17、氩回流液 在粗氩塔中精馏洗涤下来的氧、氩、氮混合液，其组分与氩馏分气体成相平衡。18 、粗氩 由粗氩塔塔顶获得的氩含量（体积比）大于或等于 96%，其余为氧和氮的混合气体。19、富氧液空蒸汽：由粗氩塔冷凝器蒸发侧的富氧液空蒸发形成的蒸汽。20、富氧液空回流液 为避免粗氩冷凝器蒸发侧富氧液空中碳氢化合物的浓缩，排放一部分富氧液空返回上塔。21、氖氦馏分：从冷凝蒸发器顶部抽取的氖、氦、氮混合气体，作为氖氦提取设备的原料气。22、粗氖馏分 氖氦
16、馏分经粗氖氦塔分离而获得氖氦浓缩物。其氖和氦的总含量（体积比）为30%50%，其余为氮及少量氢的混合气体。23、氖氦混合气 经除氢和氮后所获得的氖氦混合气体，其组分含量（体积比）氖约为 75%，氦约为 25%。24、贫氪 指贫氪塔塔底蒸发器中获得的浓缩物。其氪和氙的总含量（体积比）为0.10.3%，其余为氧（甲烷含量 0.10.3%， ）的混合气体。25、粗氪 指粗氪塔塔底蒸发器中获得的浓缩物。其氪、氙的总含量（体积比）约为50%，其余为氧的混合气体（含有少量甲烷） 。26、工艺氙 指粗氪气体通过纯氪塔进一步分离后获得的氙气，其氙含量（体积比）为 99%左右。空 分 设 备 工 艺 流 程 培
17、 训 教 材8三、基本概念1、液化：气体变成液体的过程。2、汽化：液体变成蒸气的过程。3、蒸发：在某种温度下，液体的外露界面上进行的汽化过程。4 沸腾：液体内部发生汽化过程，即液体内部不断产生汽泡而上升，变成蒸汽而跑到上部空间去。5、饱和蒸汽压空间中蒸气分子的数目不再增加，蒸汽压力维持一定，达到平衡。6 饱和温度：饱和蒸汽压所对应的液化温度。7、易挥发组份在同一压力下所对应的饱和温度越低，表示该物质越容易被汽化。8、临界温度 只有低于这个温度才可能采用提高压力的方法使它液化，这个液化的最高温度。9、临界压力：在临界温度下，所需要的液化压力。10、汽化潜热：在饱和温度下，使液体分子变成蒸汽分子所
18、需的热量。11、过热蒸汽：超过饱和温度的蒸气，亦叫未饱和蒸气。12、过冷液体：温度低于该压力所对应饱和温度的液体，也叫未饱和液体。*任何物质都能以气液固的形式出现，并在一定条件下发生相互转化。13、温度（T）：是物体冷热程度的标志，对物体的热运动状态有关。T（k）=t（）+273K 为国际温标（也叫绝对温标） ，t 为摄氏温标14、压力（P）：单位面积上所受到的垂直作用力。工程上通常使用的压力为表压（即压力表直接读取） ，物性计算时常用 绝对压力，通常 P（绝）=P（表） +1个大气压。压力 单位的换算见表 1-2空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材9数值 物理大气压 工程大气压 巴
19、 毫米汞柱1 物理大气压 1 1.0332 1.013 7601 工程大气压 0.968 1 0.98 735.61 巴 0.987 1.02 1 7501000 毫米汞柱 1.315 1.36 1.33 10001 工程大气压=1（公斤/厘米 2）=735.6（mmHg）=10 米水柱15、比容与重度：单位重量工质所具有的容积。 （）单位体质的工质所具有的重量。 （）体积 V，重量 G（Kg）则有 =V/G（m 3/ Kg） ，= G / V（Kg / m 3）16、气体：指远离液体的气态物质。*任何气体都可以液化，只是液化的难易不同而已。17、蒸汽：指刚由液态转变过来偏离液态不远的气体物质
20、。18、理想气体假定气体分子是完全弹性的不占体积的质点。分子间没有相互作用力，即是一群被此完全自由运动着的质点的集合体。理想气体实际上是气体在压力 P 0，比容 时，这一极限状态下的气体。*理想是不存在的，一般说来，只要工质相对地处于低压高温状态，且计算在允许误差范围内者可作为理想气体处理。19、自然界中的一些气体在一般的压力温度范围内，气体的三个状态参数P、V、T 之间存在特殊的关系，其中一个状态参数不变，另外两个状态参数之间存在一个简单的关系。*T 不变时，对一定量的气体，压力越高，则气体所占体积越小，压力降低，体积增大。P1V1= P2V2=PV=常数*P 不变时，对一定数量的气体，温度
21、升高时气体体积增大，反之缩小；V1/T1=V2/T2= = V/T=常数*V 不变时，一定量的气体，温度升高压力则增高，反这则下降。空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材10P1/T1=P2/T2=P/T=常数20、理想气体的状态方程P1 V1/T1=P2 V2/T2=PV/T=常数 R气体 O1 N1 Ar Ne He Kr Xe H2 AirR(Kg.m/Kg.K) 26.5 30.26 21.26 42.02 211.8 10.22 9.46 420.6 29.821、理想气体的比热使单位质量的物质温度升高一度所吸收的热量称为比热，工质在等压或等容过程中的比热叫做和等容比热。等压
22、比热=等容比热+2(Kcal/mol.K)单原子气体（He、Ne、Ar、Kr、Xe）是等压比热=5, 等容比热=3双原子气体（O 2、N 2、 He）的比热均与温度有关多原子气体的比热与温度和压力有关。22、热力学第一定律当某一定量机械能产生时（即完成了功） ，必有相当的热量消失掉，反这，当消耗了一定量的功时， （即消耗了机械功） ，必发生相当的热量。*= 2 1=QAWA绝热过程：Q=0，则= AWB等容过程 W=0，则=QC当工质完成热力循环后，系统回到原状态 2= 1，则 Q=AW23、热力学第二定律热量不可能独自地，不付代价地（没有补偿的）从较冷的物体传向较热的物体。空 分 设 备 工
23、 艺 流 程 培 训 教 材11第二节 空分设备流程组织概述下面我们以 KDONAr-30000/16160/930 型空分设备为例，来讲解空分设备的流程组织。一、主要技术数据1、加工空气进装置原料空气流量 163500 Nm3/h进 分 馏 塔 流 量 156500 Nm3/h进分馏塔空气压力及温度：低压：0.50 MPa(G)，22中压：3.80 MPa(G)，40高压：7.0MPa(G)，402、产品指标产 品 名 称 纯 度 （ %） 产 量 （ Nm3/h） 出 冷 箱 压 力MPa(G) 备 注氧 气 （ GO2） 99.6 30000 6.5 内 压 缩液 氧 （ LO2） 99
24、.6 200 0.2氮 气 （ GN2） 10PPm O2 16160 0.5液 氮 （ LN2） 10PPm O2 200 0.45液 氩 （ LAr） O2 2PPmN2 3PPm930 0.3仪 表 空 气 露 点 -65 2000 0.5装 置 空 气 露 点 -65 2000 0.5注: m 3/h 指 0，101.325Kpa 状态下的体积流量(以下同);3、空分设备运转周期（两次大加温间隔时间）: 2 年4、装置加温解冻时间: 24 小时5、装置起动时间(从膨胀机启动到氧气纯度达到指标)：36 小时空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材126、装置操作弹性：70110（不
25、包括压缩机组及膨胀机）二、基本原理干燥空气的主要成份如下:名 称 化学代号 体积百分比 重量百分比氧 O2 20.95 23.1氮 N2 78.08 75.5氩 Ar 0.932 1.29空气中其它组成成份，如氢、二氧化碳、碳氢化合物的含量在一定范围内变化，而水蒸汽含量则随着温度和湿度而变化。空气中的主要成份的物理特性如下:名称化学符号标准大气压下的液化温度()标准大气压下的固化温度()临界温度()临界压力MPa(A)氧 O 2 -183 -218.4 -119 5.079氮 N 2 -195.8 -209.86 -147 3.394氩 Ar -185.7 -189.2 -122 4.862空
26、气的精馏就是利用空气的各种组份具有不同的挥发性,即在同一温度下各组份的蒸汽压不同，将液态空气进行多次的部份蒸发与部份冷凝，从而达到分离各组份的目的。当处于冷凝温度的氧、氮混合气穿过比它温度低的氧、氮混合液体时，气相与液相之间就发生热、质交换，气体中的部份冷凝成液体并放出冷凝潜热，液体则因吸收热量而部份蒸发。因沸点的差异，氧、氩的蒸发顺序为：氮氩氧，冷凝顺序为：氧氩氮。在本系统中，该过程是在塔板上进行的，当气体自下而上地在逐块塔板上通过时，低沸点组份的浓度不断增加，只要塔板足够多，在塔的顶部即可获得高纯度的低沸点组份。同理，当液体自上而下地在逐块塔板上通过时，高沸点组份的浓度不断增加，通过了一定
27、数量的塔板后，在塔的底部就可获得高纯度空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材13的高沸点组份。由于氧、氩、氮沸点的差别，在上塔的中部一定存在着氩的富集区，制取粗氩所需的氩馏份就是从氩富集区抽取的。三、工艺流程简介本套装置的成套工艺流程详见附图(CF270.00000LC 共 10 页)。1、空气过滤器及空气压缩系统该系统由一台自洁式空气过滤器及一台透平空气压缩机组成。含尘空气入空气过滤器，过滤掉其中机械颗粒、粉尘等。经过滤的空气再入空气压缩系统，被空气压缩系统压缩到 0.52MPa.G 后进入空气预冷系统。2、空气预冷系统本系统主要由空冷塔、水冷塔及四台水泵组成。空气冷却塔为装有两层塔
28、料的填料塔，空气由空气压缩机送入空气冷却塔底部，由下往上穿过填料层，被从上往下的水冷却，并同时洗涤部分 NOx，SO 2，C1 +等有害杂质，最后穿越顶部的丝网分离器，进入分子筛纯化系统，出空冷塔空气的温度约为 15。进入空冷塔的水分为两段。下段为由用户凉水塔来的冷却水，经循环水泵加压入空冷塔中部自上而下出空冷塔回凉水塔。上段冷冻水来自经水冷却塔与由分馏塔来的多余的污氮气热质交换冷却得到，由冷冻水泵加压后，送入空气冷却塔顶部，与中部的冷却水一起回凉水塔。3、空气纯化系统该系统主要由两台吸附器、一台蒸汽加热器及一台电加热器组成。分子筛吸附器为卧式双层床结构，下层为活性氧化铝，上层为分子筛，两只吸
29、附器切换工作。由空气冷却塔来的空气，经吸附器除去其中的水份、CO 2及其它一些 CnHm 后，除一部分进入增压压缩机增压及用作仪表空气、装置空气之外，其余均全部进入分馏塔。空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材14当一台吸附器工作时，另一台吸附器则进行再生、冷吹备用。由分馏塔来的污氮气，经蒸汽加热器加热至 170后，入吸附器加热再生，脱附掉其中的水份及CO2，再生结束由分馏塔来的污氮气吹冷，然后排入大气。高温再生时，再生气经蒸汽加热器及电加热器加热至 260后，入吸附器加热再生。经吸附器纯化后的空气水含量在70露点以下，CO 21PPm。4、增压压缩机系统由分子筛吸附器来的洁净空气进入
30、增压压缩机增压使空气的压力得以提高，增压空气分为两股，一股（流量 31500Nm3/h，压力 2.6MPa.G）从增压压缩机中部抽出，经冷却后进入由膨胀机驱动的增压机；另一股（流量 47000Nm3/h，压力 7.0MPa.G）从增压压缩机末级引出，经冷却后进入主换热器。5、增压膨胀机系统该系统主要由两台增压透平膨胀机，两台增压机后冷却器，两台供油装置组成。从增压压缩机中抽并经冷却后的加压空气，进入由膨胀机驱动的增压机，消耗掉由膨胀机输出的能量，使空气的压力得以进一步提高，增压后的空气进入增压机后冷却器，冷却到所需温度后进入主换热器，被返流的液氧、氮气及污氮冷却到一定温度后进入透平膨胀机膨胀，
31、膨胀空气进入下塔参与精馏。6、氧、氮精馏该系统主要由下塔、主冷凝蒸发器、上塔、过冷器及液氧泵组成。由纯化系统来的进入低压主换热器冷却到接近露点的空气分为两路，一路进入氮增压器被液化后送如下塔、另一路汇同膨胀空气以及来自增压压缩机末级冷却器的高压空气经高压主换热器液化后的液空进入下塔，经下塔的精馏，在顶部获得氮气，除一部分作为热源到纯氩塔外，其余经冷凝蒸发器冷凝，冷凝的液体一部分做为下塔的回流液，一部分送进氮增压器被空气汽化后再经高压主换热复热作为产品，其余部分经过冷器过冷后，一部分作为液氮产品引出冷箱，一小部分作为纯氩冷凝器冷源，另一部分节流后作为上塔回流液送至上塔顶部，在下塔下部得到污液氮，
32、空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材15经过冷器过冷后，节流至上塔上部参与精馏，在下塔底部得到富氧液空，经过冷器过冷后，一部分作为粗氩塔冷源，另一部分节流至上塔中部参与精馏。经上塔精馏，在顶部得到污氮气，污氮气经过冷器复热后分为两路、一路经高压主热交换器水冷塔制冷，另一路经低压主换热器复热后除一部分用作纯化系统再生用气外，其余均入水冷塔制冷。液氧从主冷凝蒸发器底部抽出，一部分作为液氧产品引出冷箱，其余经液氧泵加压进入高压主换热器复热后再送用户使用。为方便调氩，还设置了气氧的旁通阀（至污氮气） 。7、氩的精馏该系统主要由粗氩塔 I、粗氩塔 II、粗氩冷凝器，纯氩塔及其冷凝、蒸发器，工艺
33、液氩泵等组成。由上塔中部抽出的氩馏份气，进入粗氩塔 I 进行精馏，使氧的含量降低。粗氩塔 I 的回流液是由粗氩塔 II 底部引出经工艺液氩泵输送来的液态粗氩，粗氩塔 I底部的液体再返回上塔参与精馏。由粗氩塔 I 顶部引出的气体进入粗氩塔 II 底部并在其中进行更进一步的氩、氧分离。结果在其顶部得到 O22 PPm 的粗氩气。粗氩气经粗氩冷凝器冷凝成液体后作为回流液返回粗氩塔 II。粗氩冷凝器的冷源是过冷器后引出的液空，液空与粗氩气换热（蒸发）后返回上塔适当部位参与上塔精馏。从粗氩冷凝器板式单元引出适量的含 O22 PPm 的粗氩气进入纯氩塔中部，经纯氩塔的精馏，在其底部得到合格的液氩，除一部分
34、作为产品经调节阀送出冷箱进入液氩贮存系统外，其余与来自下塔的中压氮气换热，使其蒸发作为上升气参与纯氩塔的精馏。而液化后的液氮返回上塔顶部参与上塔的精馏。纯氩塔顶部设有冷凝器，使上升气氩冷凝成液体作为纯氩塔的回流液，该冷凝器的冷源为来自过冷器后的液氮，液氮蒸发后返回污氮出上塔管线。空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材16第三节 空分设备的起动及操作说明下面我们仍以 KDONAr-30000/16160/930 型空分设备为例，来讲解空分设备的起动。为了确保本系统及全套空分设备的安全、可靠及高质量地连续运行，要求操作人员熟知整套空分设备中各个系统、各个机器与设备的性能与操作方法，熟悉整套
35、空分设备的工艺流程，掌握本装置的运转规律与操作特点，在保证产品纯度的前提下，尽可能地提高产品产量，以降低能耗及成本。欲实现上述目的，必须将整套空分设备中的各个系统联系起来，全盘考虑。整套空分设备的运行操作由两部份组成：(1)空分设备的试车，即成套设备联动运行前的试验、调整、吹除等，以确保各部机、各系统及其相互间的联系正确无误；(2)空分设备的起动和投入正常操作。空分设备的试车就是空分设备安装或大修完毕后，在正式投入生产以前，对各单机部机、设备及成套空分设备进行全面的试压、检漏、调整、吹刷和低温裸冷检验等，其目的就是为了检验空分设备的安装或大修质量，检验空分设备在低温状态下的冷变形后的密封性能和
36、补偿性能，检验设备和管道流路可能存在的弊病和安装缺陷，以便能及时进行检修。本套装置的起动及操作说明，还包括自洁式空气过滤器、空气压缩机组、增压压缩机组、水泵、增压透平膨胀机组、中压液氧泵、工艺液氩泵、液体贮存系统及仪、电控系统，这些机组及系统的起动操作详见相关资料。一、预冷系统的使用及维护1、预冷系统主要技术参数型 式 双层填料塔处理气量 163500Nm3/h工作压力 0.62MPa.A空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材17空气进口温度 100空气出口温度 15冷却水流量 384 m3/h冷冻水流量 77 m3/h2、工作原理及流程说明本系统的目的是将由空压机来的高温空气降至15
37、，脱去其中的游离水后送入分子筛纯化系统。冷却原理是使空气与水在填料中充分混合换热后使空气温度下降，而其中的冷却水由凉水塔来经 WP9101-1 或 WP9101-2 加压后送入空冷塔中部，冷冻水是利用由分馏塔来的干燥污氮气吸收水份的潜热，将由凉水塔来的循环冷却水冷却，经WP9102-1 或 WP9102-2 加压后进入空冷塔上部。3、空冷塔及水冷塔填料及内件的装填空冷塔及水冷塔填料及内件的装填，必须是在系统吹扫及试压合格后进行，具体装填方法详见设备图纸及 HGJ211-1985化工塔类设备施工及验收规范 。4、系统的操作该系统起动应先起动冷却水泵，再起动冷冻水泵。用空压机送气阀 HV9101
38、对空冷塔缓慢充压，待 PIAS9102 达到 0.4MPa（G）后尽快启动冷却水泵，冷却水量（FICA9101）应控制在384 t/h 内。待冷却水泵调试正常后，依次打开 V9113 和 V9114 阀，通过 V9114 阀调节进水冷塔的空气量，然后起动冷冻水泵，起动冷冻水泵之前应先开启 LCV9103 阀，待LICA9103 水位达到设定值后，LCV9103 投自动，冷冻水流量（FICA9102）应控制在77 t/h 内。当分馏塔能提供适量的污氮气给水冷塔后，关闭 V9114 阀。5、工况调整a) 出空冷塔空气温度的调节空冷塔出口温度应控制在 15以下，主要应控制 TIA9104 低于 14
39、以及FICA9102 保持在 77T/h 左右。当温度过高，有可能是 FICA9102 偏大导致 TIA9104偏高，也可能是 FICA9102 偏小导致 TIA9104 偏引起的，这时可适当调节流量来满空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材18足工况。b) 进空冷塔水流量的调节进空冷塔的水流量应随加工空气量的变化而作相应的变化，对循环水主要通过FCV9101 阀进行调节，而对冷冻水，主要应通过 FCV9102 阀调节。6、故障处理a) 空冷塔或水冷塔换热效果降低应检查分布器是否有堵塞或填料结垢，严重者应停车拆除后清洗、疏通。b) 冷却水、冷冻水流量异常降低应参照水泵制造厂家使用说明书
40、，检查水泵是否有故障,检查水泵前过滤器是否堵塞。二、纯化系统的使用及维护1、纯化系统主要技术参数型 式 卧式切换周期 4 h处理气量 163500m3/h工作压力 0.61MPa.A空气进口温度 16空气出口温度 22空气出口质量 CO21PPm、H 2O65露点再生气量 33000Nm3/h再生温度 1652、工作原理及工艺流程本系统是采用变温吸附法连续分离空气中水份和二氧化碳，在常温下吸附剂对水份、二氧化碳的吸附容量大，高温下吸附容量减小，通过周期性改变床层温度，达到连续分离空气中水份的二氧化碳的目的。本系统是由纯化器、蒸汽加热器、电加热器、切换阀及仪电控等部机组成。 原料空气经预冷系统冷
41、却到 16后，从纯化器下部导入，原料气流经吸附器床空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材19层时，其中所含水份和二氧化碳被吸附，纯化空气从纯化器流出进入分馏塔。吸附过程持续四小时后，两只纯化器切换。压缩空气进入另一只纯化器进行吸附。吸附过程结束的纯化器逆向放压，使纯化器压力降至大气压，然后用分馏塔排出的污氮气，经蒸汽加热器加热对纯化器进行再生。之后，用分馏塔出来的冷污氮气将再生结束的纯化器吹冷，以备下次切换用。时间(min) MS7201 MS7202012 吸附 逆向放压1288 吸附 加热再生88216 吸附 吹冷216240 吸附 充压3、吸附剂装填吸附剂的装填是在吸附器试压及吹
42、扫合格后进行。吸附剂装填应选择在晴朗天气进行，装填前应尽量做好准备工作，装填时间越短越好，集中力量装完一只纯化器后再装另一只，装完后的纯化器应迅速密封，避免与大气长时间接触。吸附剂装填时，按顺序先装活性氧化铝，之后铺上丝网，用压板压牢，再装分子筛，吸附剂按设计量装填，使其装填紧实、均匀。4、调试（1）切换系统调试在仪控系统调试后并确认无误的情况下，将仪控系统与切换系统联合调试。切换系统调试最好在吸附器装填分子筛之前进行。调试前，检查电磁阀、气动切换阀、仪控系统的接线是否正确无误，逐个检查气动切换阀是否动作灵活及限位开关是否到位。在上述工作完成后，向切换系统供仪表气，要求仪表空气压力 0.40.
43、6MPa，露点-40，切换系统空载运行 48 小时，检查运转与阀门切换动作是否准确，可靠灵活，随时发现问题及时解决。停车后，逐个检查阀门是否到位，抽查一只气动切换阀作气密性试验。（2）试车空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材20A、高温再生(1)试车之前，吸附剂装填后，应对纯化器进行一次高温再生。(2)起动。(a) 起动前全面检查设备是否正常，阀门是否全部处于关闭状态。(b) 打开 HV9203 或 HV9204 对纯化器缓慢充压。(c) 打开电加热器进、出口阀门 V9214、V9215；打开V9216、V9218、V9219 阀；然后再依次打开 V9226 及 V9225 阀，控制
44、 PI-9205 压力不超过 15kPa。(d) 起动控制系统，压缩空气减量进入纯化器，进入纯化器的空气量够纯化器再生用气即可。床层压力控制在 0.48MPa 以上，再生气压力和流量通过 V9225调节。(e) 待再生气流量（FIC9201）达到 9000Nm3/h 以上后，启动电加热器。(f) 通过调功器调节电加热器出口温度，温度要求在260，再生流量要求为18000Nm 3/h。(g) 吸附器升压及泄压应平稳进行，通过调节 HV9203、HV9204 及HV9211、HV9212 开度时间来实现，经调节好以后，保持该开度时间不变。(h) 高温再生出纯化器温度180，而冷吹要求达常温。（3）
45、高温再生时，纯化器加热时间20 小时，吹冷时间4 小时，每只纯化器各再生一次。高温再生的时间控制通过程序延时来实现。B、试车(i) 起动前全面检查设备是否正常，阀门是否全部处于关闭状态。(j) 打开 HV9203 或 HV9204 对纯化器缓慢充压。(k) 打开 V9213、V9216、 V9218、V9219 阀；然后再依次打开 V9226 及V9225 阀，控制 PI-9205 压力不超过 15kPa。(l) 起动控制系统，压缩空气减量进入纯化器，起动初期进入空气量不大于加工空气量的三分之二，不小于加工空气量的三分之一，床层压力在 0.48MPa 以上，再生气压力和流量通过 V9225 调
46、节。(m) 通过 TCV9205 调节蒸汽加热器出口温度，蒸汽加热器出口温度要求空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材21在170，再生流量要求为 33000Nm3/h。(n) 再生时出纯化器冷吹峰值温度要求 100以上。(o) 连续分析分馏塔污氮总管含水量，污氮露点达到-70后，将污氮气送入纯化器作再生气，同时关闭 V9225 阀。C、工况调整(1)本设备工况调整的原则是确保进纯化器再生气温度和流量，再生是否彻底，以吸附床吹冷期排气温度来判断，保证吸附床能“完全”再生的排气温度为100，当吸附床吹冷期间排气温度小于上述值时，应调高再生气出蒸汽加热器温度，以提高进纯化器再生气温度。也可
47、以在保证再生气温度的前提下改变FIC9201 设定值，满足再生要求。(2)纯化空气含水量和二氧化碳达不到设计指标时，首先应检查再生气温度是否达到设计值，如有偏差应及时纠正。其次应检查压缩空气中是否带有游离水，压缩空气进纯化器是否温度过高。如果上述检查一切正常，可先采取适当提高再生温度的办法，如情况继续恶化，应对纯化器进行一次高温再生。5、操作和使用（1）正常操作设备进入正常运行工况后，操作人员要经常观察系统的操作压力和温度，发现异常及时解决。操作人员要经常通过仪控系统观察各气动切换阀的动作情况，如果出现异常，再观察吸附床及系统操作压力，如果系统工况正常稳定，说明气动切换阀限位开关故障，此时，应
48、维持正常操作。如果系统操作压力偏离正常工况，应停机检查。操作人员应定期打开 V9227 阀对压缩空气总管进行吹除，如果发现吹除水份过多，应及时检查空气冷却塔出口的压缩空气是否带有大量游离水，含水量过大时，应停车检查。V9228 宜常保持一定开度。（2）停车A. 正常停车正常停车宜在吸附器冷吹结束时停车，停车后另一只吸附泄压结束关闭控制系统后，关闭所有手动阀。空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材22B. 故障停车无论系统故障或系统外故障引起的紧急停车，其操作顺序如下：关闭控制系统电加热器。C. 故障停车后的起动(1)故障停车时间比较短，起动后污氮气量和露点满足要求，按控制系统停车后保持
49、的工况进行。(2)故障停机时间比较长，也应按控制系统停车后所保持的工况进行，起动顺序按 2.2.4.2 中试车进行。6、维修、保养及故障排除（1）经常检查油雾器，防止无油而损坏气动切换阀。（2）经常检查绝热层情况,防止受潮和脱落。（3）气动切换阀故障.气动切换阀经长期运行后，密封性能可能下降，甚至会严重泄漏，一般情况下应停车对密封圈进行调整或更换，并对修理后的阀门做气密性试验。气动切换阀可能由于阀瓣定位螺栓松动，使得阀瓣不到位，这种情况泄漏严重，需停机修理。7、电磁阀故障电磁阀是容易引起故障的设备，由于电压波动，引起磁头过热过载而损坏，仪表空气不干净造成阀芯卡死；经过长期运行后，易损件磨损严重或失效，都是引起故障的原因，电磁阀故障应停车更换。8、故障排除两个纯化器操作工况不一致，说明气动切换阀漏气，停车修理。纯化空气中水份和二氧化碳含量波动大，而且波动的规律性不强，说明气动切换阀漏气。纯化器操作压力突然变化，可判断为电磁阀或气
