空分基本概念與流程組織

目錄

目錄.....................................................................................0

第一章空分的基本概念與流程組織.........................................................I

第一節(jié)空氣分離設(shè)備的基本術(shù)語.......................................................I

第二節(jié)空分生產(chǎn)基礎(chǔ)知識與流程組織...................................................3

第三節(jié)我公司空分裝置主要工藝參數(shù)及流程............................................II

第二章空氣的凈化.......................................................................17

第一節(jié)概述.........................................................................17

第二節(jié)固體雜質(zhì)的清除...............................................................18

第三節(jié)空氣的純化...................................................................19

第三章空氣預(yù)冷卻系統(tǒng)...................................................................24

第一節(jié)預(yù)冷流程及原理...............................................................24

第二節(jié)空氣冷卻塔及水冷卻塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其功能.....................................25

第四章精儲與換熱.......................................................................31

第一節(jié)精儲塔.......................................................................31

第二節(jié)鋁板翅式換熱器...............................................................37

第五章空分機(jī)器與操作...................................................................44

第一節(jié)離心式壓縮機(jī).................................................................44

第二節(jié)汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)原理與操作........................................................50

第三節(jié)汽輪機(jī)、壓縮機(jī)組常見故障分析..............................................57

第四節(jié)透平膨脹機(jī)...................................................................64

第六章空分設(shè)備操作及維護(hù)...............................................................68

第七章低溫液體貯槽.....................................................................73

第一節(jié)低溫液體貯槽的結(jié)構(gòu)及功能...................................................73

第二節(jié)低溫液體貯槽的操作........................................................75

第八章閥門的基礎(chǔ)知識................................................................77

第節(jié)概論.......................................................................77

第二節(jié)常用閥門簡介.................................................................78

第三節(jié)閥門的使用及維護(hù)...........................................................79

第九章空分技術(shù)問答.....................................................................82

第十章空分裝置安全規(guī)程.................................................................89

第一節(jié)安全注意事項(xiàng).................................................................89

第二節(jié)安全措施.....................................................................91

第三節(jié)空分事故案例.................................................................92

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第一章空分的基本概念與流程組織

第一節(jié)空氣分離設(shè)備的基本術(shù)語

在學(xué)習(xí)空分設(shè)備基本知識之前，我們先來了解空分設(shè)釜上使用的一些術(shù)語。

一、空氣分離設(shè)備基本術(shù)語

1.空氣

存在于地球表面的氣體混合物。接近于地面的空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為1.29kg/nr\,主要成分

是氧、氮和氧；以體枳含量計，氧約占20.95%,氮約占78.09%,負(fù)約占0.932%,此外還含有微量

的氫及敏、氮、氨、頷等稀有氣體。根據(jù)地區(qū)條件不同，還含有不定量的二氧化碳、水蒸氣及乙煥

等碳?xì)浠衔?，以及灰塵等。

表1.空氣組成及特性

1個大三相點(diǎn)臨界點(diǎn)單位體積重量

1個大

氣壓下空氣中分子

氣壓下

的汽化的組分溫度壓力溫度壓力氣液量

的沸點(diǎn)

T占o(jì)i

Kg/Nm3

MpaKg/1

單位Kcal/kgvol℃mm/Hg℃0℃1

A0.1MPa

0.1Mpa

氧。2-183.050.920.948%-218.812.0-118.84.971.4291.14032

氮N2195.847.678.086%210.094.6147.13.351.2500.80828

MAr-185.738.90.932%-189.4512.2-122.50.481.7341.40240

甄Ke-153.225.8l.lppm-158.2550.0-63.85.423.7432.15583.7

?Xe-108.123.00.09ppm-111.8612.016.65.825.8963.063131.3

氮He-268.95.75ppm//-2680.230.1780.1254

鼠Ne-246.120.8\8ppm-248.6325.0-228.82.690.9001.20420.2

CO2//400ppin-56.60.5131.37.291.9771.17844

空氣-191.549.1///-140.73.721.2930.99528.9

2氧氣

分子式02,分子量31.9988（按1979年國際原子量），無色、無臭的氣體。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密

度為1.429kg/nR熔點(diǎn)為54.75K,在10L325kPa壓力下的沸點(diǎn)為90.17K?；瘜W(xué)性質(zhì)極活潑，是強(qiáng)氧

化劑。不能燃燒，能助燃。

3.氮?dú)?/p>

分子式N2,分子量28.0134（按1979年國際原子量），無色、無臭、的悟性氣體。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)

下的密度為1.25lkg/m3,熔點(diǎn)為63.29K,在10l.325kPa壓力下的沸點(diǎn)為77.35K。化學(xué)性質(zhì)不活潑，不

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能燃燒，是一種窒息性氣體，

4.純氮

用空氣分離設(shè)備制取的氮?dú)?，其氮含量大于或等?9.995%（體積比）。

5.液氧（液態(tài)氧）

液體狀態(tài)的氧，為天藍(lán)色、透明、易流動的液體。在IO1.325kPa壓力下的沸點(diǎn)為90.17K,密度

為IMOkg/nRnJ采用低溫法空氣分離設(shè)備制取液態(tài)或用氣態(tài)氧液化制取。

6.液氮（液態(tài)氮）

液體狀態(tài)的氮，為透明、易流動的液體。在10L325kPa壓力下的沸點(diǎn)為77.35K,密度為BlOkg/nr、

可采用低溫法空氣分離設(shè)備制取液態(tài)氮或用氣態(tài)氮液化制取。

7.液空（液態(tài)空氣）

液體狀態(tài)的空氣，為淺藍(lán)色、易流動的液體。在101.325kPa壓力下的沸點(diǎn)為78.8K,密度為

873kg/m\液空是空氣分離過程中的中間產(chǎn)物。

8.富氧液空

指氧含量超過的20.95%（體積比）的液態(tài)空氣。

9.鐳分液氮（污液氮）

在下塔合適位置抽出的、氮含量一般為95%96%（體積比）的液體。

10.污氮

在上塔上部抽出的、氮含量一般為95%?96%（體積比）的氣體。

II.標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)

指溫度為0℃、壓力為IO1.325kPa時的氣體狀態(tài)。

12.空氣分離

從空氣中分離其組分以制取氧、氮和提取氯、敏、氮、氮、值等氣體的過程。

13.節(jié)流效應(yīng)（焦耳一湯姆遜效應(yīng)）

氣體膨脹不作功產(chǎn)生的溫度變化。

14.等燧膨張效應(yīng)

氣體在等端膨脹時，由于壓力變化產(chǎn)生的溫度變化。

15.液汽比（回流比）

在精微塔中下流液體量與上升蒸汽量之比。

16.液泛

在精偏塔中上升蒸汽速度過高，阻止了液體正常往下溢流的工況。

17.漏液

在篩孔板精微塔中因上升蒸汽速度過低，使液體從篩孔泄漏的工況。

18.提取率

產(chǎn)品氣體組分的總含量與加工空氣中該組分的總含量之比。

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19.單位能耗

指空氣分離設(shè)備生產(chǎn)單位產(chǎn)品氣體所消耗的電能。

第二節(jié)空分生產(chǎn)基礎(chǔ)知識與流程組織

I.空分的基本知識

1.1.什么是空分

空分就是空氣分離的簡稱。

L2空分的原料：空氣

空氣的成分：主要成分是02、N?和Ar；

體積比：O2:N2：Ar=20.95%：78.09%：0.932%；

此外還含有微量的氫及副、氮、氮、能等稀有氣體；

根據(jù)地區(qū)條件不同，還含有不定量的二氧化碳、水蒸氣及乙煥等碳?xì)浠衔铩?/p>

1.3空氣分離的方法

吸附法、膜分離法、低溫精微法。

1.3.1吸附法

讓空氣通過分子篩吸附塔，利用吸附塔中特殊的分子篩對空氣中的氧、氮組分選擇性吸附而使

空氣分離獲得氧氣。

吸附法的特點(diǎn)：

流程簡單，常溫運(yùn)行，設(shè)備便易，投資少；

全自動控制，制氧快速，能耗低，生產(chǎn)In?氧氣的能疑只有0.4KWII；

產(chǎn)品單一，不能同時生產(chǎn)氧和氮；

純度低，氧純度只有9。％?93%；

分子篩體積大，不適合大型化生產(chǎn)，一般用在小于4()00n]3/h氧氣的場合；

分子篩切換時間太短(兩分鐘)，系統(tǒng)容易出故障，不適合連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

132膜分離法

利用有機(jī)聚合膜的選擇滲透性，從氣體混合物中將氧、氮分離，獲得富氧氣體。

膜分離法的特點(diǎn)：

產(chǎn)品純度低，氧純度只有40?50%；

可以生產(chǎn)高純度的氮?dú)猓?/p>

裝置簡單，操作方便；

運(yùn)動元件及易損件少，運(yùn)行較平衡：

分離膜易堵塞；

分離膜制造困難，價格高；

不適合大型化生產(chǎn)。

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133低溫精微法

我們公司采用的是低溫精做法，因?yàn)榍岸卟荒芡瑫r產(chǎn)出大量的高質(zhì)量的氣體。只有低溫精儲

法能夠滿足大批量高純度的生產(chǎn)需要。

低溫精微法是利用多組分構(gòu)成的液體介質(zhì)，各組分沸點(diǎn)的不同，進(jìn)行多次部分冷凝和多次部分

蒸發(fā)，從而逐步達(dá)到分離的目的。

低溫精微法的特點(diǎn)：

產(chǎn)量大：目前國內(nèi)最大的制氧機(jī)的制氧能力為90000m3/h,國外最大的制氧機(jī)在巴西，制氧能力

為120000m3/h。

氧氣和氮?dú)饧兌雀撸貉鯕獾募兌瓤蛇_(dá)99.6%以上，氮與純度可達(dá)99.999%；電耗低；適宜大規(guī)模

生產(chǎn)；可以同時生產(chǎn)氨氣等稀有氣體。

2.低溫空氣分離的原理

2.1.02、N2>Ar的沸點(diǎn)

沸點(diǎn)：在一定壓力下，液體溫度達(dá)到沸騰時的溫度。

壓力越高,沸點(diǎn)越高;壓力越低，沸點(diǎn)越低。

1）02沸點(diǎn)：-183℃(90K)

2）用沸點(diǎn):-196℃(77K)

3）Ar沸點(diǎn)：-186℃(87K)

4）液空的沸點(diǎn)：-19PC(82K)

5）液空的冷凝點(diǎn)：-194℃(79K)

結(jié)論：氧氣沸點(diǎn)比氮?dú)飧撸援?dāng)加熱液態(tài)空氣時，液態(tài)空氣中的液氮先蒸發(fā)!

結(jié)論：加熱液體空氣時，液態(tài)空氣中的含氧量增加！

隨著溫度的升而，液空中的氮?dú)庹舭l(fā)的多，液相中的軌含量逐漸上升，氣相中的氮含量逐漸下

降。到-191℃,此時的液相氧濃度為53%,氣相氮濃度為:78%；但到此溫度時,液空即將蒸發(fā)完!

這也是為什么不能用簡單的蒸發(fā)而取得純氧的原因！空分的純氧是采用多級精儲取得的。

2.2.空氣分離原理

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空氣分離原理

十'C=?昆/?物:02(21%)+N2(78%)

FRACTIONALDISTILLATION

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空氣赭饋原理

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2.3空分的流程

從以上的空氣分離原理得知:

空氣分離的一個必要條件是要有液空!

大家知道：氣體在高壓、低溫下易液化!

精儲需要：高壓！低溫！

提高壓力的設(shè)備一壓縮機(jī)及增壓機(jī)

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產(chǎn)生低溫（冷量）的設(shè)備…膨脹機(jī)

空分的基本流程（方框圖）

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汽

空增

輪

壓.壓

機(jī)

機(jī)機(jī)

X______________X

過渡大氣中的初步提高原為空壓機(jī)增壓進(jìn)一步提高原

固體雜質(zhì)料空氣壓力機(jī)提供驅(qū)動力料空氣壓力

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分子

篩純

化器

溫度降低后的原料空氣

進(jìn)分子篩，以除去其

中的H2O、CO2乙快、

其他碳?xì)浠衔?/p>

?主要設(shè)備

膨脹機(jī)

Q-W+Q

?空分中冷量的主要來源

輸出功W

TT

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第三節(jié)我公司空分裝置主要工藝參數(shù)及流程

一、我公司空分裝置主要產(chǎn)品規(guī)格

GOX90(X)0Nm3/h空分裝置(單套、考核工況)

使用壓力溫度

產(chǎn)品名稱產(chǎn)量(Nm'/h)純度(vol)備注

方式MPa(G)CC)

氧氣連續(xù)常溫液氧泵內(nèi)壓縮

I88,000>99.6%028.5

環(huán)境

氧氣從減壓

II600>99.6%020.58.5Mpa

液氧入貯槽

800>99.6%O2

環(huán)境

氮?dú)釯15,000<1()ppmO2連續(xù)0.4壓力塔抽壓力氮?dú)?/p>

常溫

環(huán)境

氮?dú)釯I2,700<1OppmO?連續(xù)6.0后備系統(tǒng)直接抽取

溫

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液氮10()0<10ppmO2連續(xù)入貯槽常溫

無塵無油，露常溫

儀表空氣8.000間斷0.7增壓機(jī)一級直接抽取

點(diǎn)<4（rc常溫

常溫

工廠空氣5000同上連續(xù)0.45從分子篩后抽出

常溫

注：1.所有產(chǎn)量單位Nm，/h,是在0℃和0.10l3MPa（A）條件下測得體積流量;

2.以上測量為在冷箱出開口處測量：

3.成套裝置的變負(fù)荷能力范圍75%-105%。

二.裝置工況消耗

設(shè)計工況下的消耗口

公汨工程冷卻水脫鹽水高汽蒸汽中區(qū)蒸汽I中否然汽III儀表氣吹除氣密起氣備注

條件

壓力MPa(G)>0.41.38.732.51.30.4-0.50.4-0.460.4-0.462)

肛交（C）32常混520365飽和-20-20-20

介質(zhì)水脫軟水蒸汽蒸汽蒸汽空氣家氣氯氣

露點(diǎn)（匕）-40-37-37

冷位.m3/hm3/hkg/hkg/hkg/hNm3/hNm3/hNm3/h

用戶

1104.46.BS1

11012200

1102.10.BX1208000703)

1110.10.BE110004)

1103.10.BD1200

12011700

2401.66A/B.BP1870

2401.17.BE1235

2602.17.BE180005)

3402.20.BE1200

3401.71.BX150706)

3021.68A,B.BP10.516

302366A/B.BP10.512

8801.56.BJ11

冷箱180

儀表氣（大概）400

7101.10.BD12

7101.60.BE11

7301.10.BD15

7303.60.BE11

7303.16BE1

7104.67.BP11

7301.66.BP14

7304.67.BP11

公計545502080009070047019332

備注:

設(shè)計工況為合同定義的保證工況，為統(tǒng)計氮?dú)釯的產(chǎn)量增加引起的能耗增加:

儀表氣吹除氣和密封氣均由裝置自供，其中吹處氣和密封氣為同一股氣：

高壓蒸汽耗量包含汽輪機(jī)高.不密封氣耗量，中壓蒸氣做汽輪機(jī)密封氣使用：

峰值,間斷運(yùn)行,周期平均2461kg小：

儀表空氣用丁?膨脹機(jī)的機(jī)殼防結(jié)冰。

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■大工況下的消耗0

公用工程冷卻水及鹽水I高壓蒸汽中天蒸汽l|中汽蒸汽川僅表氣吹跺氣密封氣務(wù)注

條件

壓力MPa(G)N0.4138.732.51.30.4-0.50.4-0.460.4*0.462)

源度CC）32常溫520365地和-20~20~20

介質(zhì)水吃八水蒸汽蒸汽蒸汽空氣家氣室氣

露點(diǎn)CC）-40-37-37

?！鑫?m3/hm3/hkg/hkg/hkg/hNm3/hNm3/hNm3/h

用戶

1104.46BS1

11012580

1102.10.BX12300001003)

1110.10.BE110004)

1103.10.BD1240

12012040

2401.66A/B.BP1955

2401.17.BE1245

2602.17.BE185005)

3402.20.BE1240

3401.71BX160706)

3021.68A/B.BP10.516

3023.66A/BBP10.512

880156BJ11

冷箱180

儀表氣（大碌）400

7101.10.BD12

7101.60.BE11

7301.10.BD15

7303.60.BE11

7303.16.BE1

7104.67BP11

7301.66.BP14

7304.67BP11

合計6360023000096001-500-20032

啟動或停車工況下的消耗口

公用工程冷卻水脫鹽水I高玉蒸汽I中氏蒸汽1后蒸汽ill儀表氣—吹除氣密封氣備注

條件

壓力MPa(G)20.41.38.732.51.30.70.80.82)

溫發(fā)（C）32■?浪520365飽和~20~20-20

介員水腹鹽水蒸汽蒸汽蒸汽空氣然氣笈氣

舞點(diǎn)（匕）-40-37-37

第位m3/hm3/hkg/hkg/hkg/hNn?所Nm%Nm3/h

用戶

110446BS1

1101591

110210.BX1211

1110.10.BE1353700300003)4)5)

1103.10.BD1

120140075

2401.66A./B.BP1

2401.17.BE1

2602.17.BE1

3402.20.BE1

3401.71.BX1180

3021.68A/B.BP1Q516

3023.66A/B.BP1Q512

8801.56.BJ1650016)

冷箱220

儀表氣（大概）100

7101.10.BD15

7101.60.BE11

7301.10.BD110

7303.60.BE11

7303.16.BE110007)

7104.67.BP11

7301.66.BP14

7304.67.BP11

合計350391137500-1100241287

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三.GOX9QOOONm3/h空分裝置主要技術(shù)數(shù)據(jù)

1.空壓機(jī)排氣量約456900NrnVh

負(fù)荷范圍75-105%

相對濕度70%

進(jìn)口壓力約0.088MPa(A)

出口壓力約0.624MPa(A)

冷卻水進(jìn)口溫度<32℃

冷卻水回水溫度42℃

2.增壓空氣壓縮機(jī)

增壓機(jī)一段吸入量約(248562Nm3/h)

吸入壓力約0.605MPa(A)

排氣壓力3.0MPa(A)

注：其中所需0.7MPaG的儀表空氣8000Nm3/h是從增壓機(jī)一段1級后抽取。

二段吸入量約102760Nm3/h

吸入壓力約3.0MPa(A)

排氣壓力7.3MPa(A)

3.蒸汽透平驅(qū)動系統(tǒng)

一臺蒸汽透平機(jī)——進(jìn)口，單缸，多級式，水平剖分式機(jī)箱，整體式鍛制轉(zhuǎn)子，雙出軸，用于

驅(qū)動原料空氣壓縮機(jī)和增壓空氣壓縮機(jī)。輔機(jī)為手動盤車，空冷器凝汽系統(tǒng)等。

進(jìn)汽壓力8.9-9.2MPa(G)

進(jìn)汽溫度51O-53O℃

蒸汽消耗2080()0kg/h

4.膨脹機(jī)技術(shù)參數(shù)

(1).增壓端

工質(zhì)：空氣

氣量：Nm3/h(℃,0.101325MPa)137402

進(jìn)口壓力:MPa(A)2.998

出口壓力：MPa(A)4.298

(2).膨脹端

工質(zhì)：空氣

氣量：Nm3/h(℃,0.101325MPa)137002

進(jìn)口壓力：MPa(A)4.283

出口壓力:MPa(A)0.58

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時間：2021年x月x日書山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟頁碼：第15頁共loo頁

絕熱效率：>86%

四.GOX90000Nm3/h空分裝置的工藝說明

1.空分流程簡述

本公司GOX9(X)(X)Nm3/h空分裝置采用分子篩凈化空氣，空氣增壓循環(huán)，空氣增壓制動膨脹及

膨脹空氣進(jìn)壓力塔的液氧泵內(nèi)壓縮流程。低壓塔米用規(guī)整填料塔。

2.1.空氣過濾用自潔式空氣過濾器(1I04.46.BS1)去除粉塵及機(jī)械雜質(zhì)。

2.2空氣壓縮

空氣由一臺多級透平壓縮機(jī)(1101)壓縮至工藝所需玉力。空壓機(jī)負(fù)荷主要通過調(diào)節(jié)空壓機(jī)入

口導(dǎo)葉的角度實(shí)現(xiàn)，以滿足空分變負(fù)荷操作時平穩(wěn)的要求,

2.3空氣預(yù)冷

壓縮空氣經(jīng)過空氣冷卻塔(2401.I6.BE1)與冷卻水直接接觸，得到冷卻與洗滌。

空氣冷卻塔分為兩段，空氣在F段經(jīng)循環(huán)水預(yù)冷后進(jìn)空冷塔上段被冷凍水進(jìn)一步冷卻后出空冷

塔。冷卻水可同時洗滌空氣中可溶于水的化學(xué)雜質(zhì)。

上段冷凍水為蒸發(fā)冷卻器(240I.17.BEI)用來自于冷箱低壓塔的污氮?dú)饫鋮s冷卻后的循環(huán)水。

本流程不需配置冷凍機(jī)。

通過循環(huán)水泵(240I.66A/B.BP1)將循環(huán)水打入空氣冷卻塔(2401.16.BE1)中部。通過冷凍水

泵(240I.67A/B.BP!)將冷凍水打入空氣冷卻他(2401J6,BE1)上部。

2.4空氣純化

經(jīng)空氣冷卻塔冷卻并洗滌后的空氣進(jìn)入空氣純化系統(tǒng)，空氣中的水蒸氣，CO2以及潛在危險的

碳?xì)浠衔铩Ｑ醯衔锏缺粌膳_交替使用的分子篩吸附器(2601.26A/B.BAD吸附掉.吸附器由

經(jīng)蒸汽加熱器(2602.I7.BE1)及加熱好的污氮?dú)庠偕?，污氮?dú)鈦碜苑骤D塔。從分子篩吸附器出來后

抽取dOONmVh儀表空氣作為空分自用，同時抽取5OOONm3/h,0.45MPa(G)空氣量作為工廠空氣

送出界區(qū)。

空分裝置加溫解凍氣源為空分裝置出分子篩吸附器的干燥凈化空氣。

2.5內(nèi)壓縮循環(huán)和產(chǎn)冷

一部分純化空氣直接進(jìn)入冷箱，在低壓主換熱器(3002.17.BEI)中被冷卻至接近露點(diǎn)溫度，然

后再送入壓力塔(3001.11.BT1)底部。另一部分純化空氣進(jìn)入空氣增壓機(jī)(1201)進(jìn)一步壓縮，以

便為內(nèi)壓縮產(chǎn)品提供加熱氣流。空氣增壓機(jī)(1201)第1級出口抽取80