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一 氧气 的用途1钢铁企业利用高纯氧将其中的杂质碳，磷。硫等除去。同时缩短了冶炼时间。可以提高钢材质量。2.化学工业。合成氨除了需要大量的氮气以外。还需要一定量的氧气。3.能源工业。煤气化。必需有足够的氧气以保证炉内氧化层的温度。同时氧要求纯度高。4.机械行业。金属切割。焊接氧气做为乙炔的助燃剂。使火焰产生高温达到金属融化。5国防工业。液氧作为火箭燃料的助燃剂。6.医疗部门。病人急救。康复治疗。等等都需要氧气。二 我公司空分作业区产品的作用1氧气供给热解的转化工段。进行部分氧化。氮气供给热解。加氢做氮锁。装置置换气。仪表气供全公司做仪表动力气源，工厂空气供全公司装置吹扫气源。2产品要求 氧气每小时连续供给。纯度要求大于99.6%。12000m 压力2.5MPa 氮气每小时连续供给。纯度要求小或等于10ppm .11300m 压力0.7 MPa-0.4 MPa两种。 生产气体的 同时储备一定量的液氧，液氮以备急需。可以气化紧急供给。 仪表空气每小时连续供给。无油无尘露点小于-60c流量3000m压力0.75mpa 工厂空气每小时连续供给。无油无尘露点小于-60c流量10000m压力0.5Mpa三 氧气的生产方法1.目前工业空气分离方法主要有:传统的低温深冷技术分离工艺、新兴的非低温分离工艺膜分离法和变压吸附法 2.非低温分离工艺操作简单,成本低,但产品产量和质量无法同时保证,不能获得大量的高纯气体产品;3.低温深冷分离法工艺操作复杂、成本高,但是过程成熟可靠,可连续生产双高产品(高纯氧、高纯氮),产品质量和产量稳定,是工业应用的主流四 我公司采用的方法就是低温深冷分离法低温法分离空气设备均由以下几大部分组成：空气压缩、膨胀制冷；空气中水分、杂质等净除；空气通过换热冷却、液化；空气精馏、分离；低温产品的冷量回收及压缩。各部分实现的方式和采用的设备不同，组成不同的流程。 深冷 分离法又称低温精馏法，林德教授1902年发明。实质就是气体液体化技术。通常采用机械方法，如用节流膨胀或绝热膨胀等方法，把气体压缩、冷却后，利用不同气体沸点上的差异进行精馏，使不同气体得到分离。特点使产品气体纯度高，但压缩、冷却的能耗很大。该法适用于大规模气体分离过程，如空气制氧。目前，在我国制氧量的80%是用该法完成的，经过多年的努力，其能耗已得到很大的改善按工作压力分为高压流程、中压流程和低压流程。高压流程的工作压力高达10.020.0MPa，制冷量全靠节流效应，不需膨胀机，操作简单，只适用于小型制氧机或液氮机。中压流程的工作压力在1.05.0MPa，对于小型空分装置由于单位冷损大，需要有较大的单位制冷量来平衡，所以要求工作压力较高，此时，制冷量主要靠膨胀机，但是节流效应制冷量也占较大的比例。低压流程的工作压力接近下塔压力，它是目前应用最广的流程，该装置具有低的单位能耗按膨胀机的型式分为活塞式、透平式和增压透平式。活塞式膨胀量小，效率低，只用于一部分旧式小型装置。透平式由于效率高，得到最广泛的应用。对低压空分装置，由于膨胀后的空气进入上塔参与精馏，希望在满足制冷量要求的情况下膨胀量尽可能地小，以提高精馏分离效果。增压透平是利用膨胀机的输出功，带动增压(2)按净化方式分类1)冻结法净除水分和CO2。空气在冷却过程中，水分和CO2在换热器通道内析出、冻结；经一定时间后将通道切换，由返流污氮气体将冻结的杂质带走。根据换热器的型式不同，又分为蓄冷器和板翅式切换式换热器。这种方式切换动作频繁，启动操作较为复杂，技术要求高，运转周期为1年左右；2)分子筛吸附净化流程。空气在进入主换热器前，已由吸附器将杂质净除干净。吸附器的切换周期长，使操作大大简化，纯氮产品量不再受返流气量要求的限制，运转周期可达两年或两年以上，目前受到越来越广泛的应用。2 z) _ V) J4 j6 8 h% pj(3)按分离方式分类g# q5 k$ & Y3 e低温法分离空气是靠精馏塔内的精馏过程。0 _ ?7 c; w! |/ M* Q x$ 1)根据产品的品种分为生产单高产品、双高产品、同时提取氩产品或全提取稀有气体等流程；0 hp0 z* P) _7 h ?$ t2)根据精馏设备分为筛板塔和规整填料塔等。(4)按产品的压缩方式分类可分为分离装置外压缩和装置内压缩两类。装置外压缩是单独设置产品气体压缩机，对装置的工作没直接影响。装置内压缩是用泵压缩液态产品，再经复热、气化后送至装置外。相对来说内压缩较为安全，但是，液体泵是否正常将直接影响到装置的运转。,空分设备在流程选择上有外压缩流程和内压缩流程两种形式,内压缩相对比外压缩耗功少,占地面积小,更重要的是液氧泵在主冷底部取出液氧,实现主冷液氧的100%排放,能消除碳氢化合物易在主冷液氧中积聚,空分安全性较高。 0原理先将空气压缩，再膨胀降温，冷却后液化，然后利用氧、氮的沸点不同，在精馏塔内通过温度较高的蒸气和温度较低的液体相互接触，蒸气中有较多的氧被冷凝，液体中有较多的氮被蒸发，通过多次下流液体中低沸点组份蒸发、上升气体中高沸点组分被冷凝，实现分离出氧、氮的目的。空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分蒸发与部分冷凝，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、氮的蒸发顺序为：氮氧，冷凝顺序为：氧氮。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，通过了一定数量的塔板后，在塔的底部就可获得高纯度的高沸点组份。五 装置介绍本空分设备采用全低压分子筛吸附预净化，增压透平膨胀机制冷，膨胀空气进上塔，产品氧气内压缩，部分产品氮气内压缩工艺。经多年运行生产证明。工艺运行可靠，技术成熟，操作方便，控制容易，机组配置合理，安全，低耗，整套装置包括：空气过滤压缩系统，空气预冷系统，空气纯化系统，增压透平膨胀机系统，分馏塔冷箱系统，液体储存气化系统，仪控系统，电控系统等。压缩机组的空压机和增压机由长沙赛尔透平机械有限公司生产 蒸汽透平汽机由杭州中能汽轮机动力有限公司生产装置由四川空气分离有限公司生产 工程总包为川空公司4 k4 r& t2 s5 u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O220.9523.1氮N278.0875.5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:名称液化温度()固化温度()临界温度()临界压力(MPa)比重Kgm比重Kgl氧 O2-183-218.4-1194.9791.431.14氮 N2-195.8-209.86-1473.2941.250.81氦He-268.9-272.5-26702250.180.125CO-78.3-78.3317.531.5171.517注：本规程中提供的压力参数均为表压。本机组是由4DI90“全可控涡”三元叶轮单轴等温离心压缩机（以下简称空压机）、汽轮机、减速机、4BGH30“全可控涡”三元叶轮多轴离心压缩机（以下简称增压机）等组成。机组轴系从左到右依次为：增压机+减速机+汽轮机+空压机。空气透平压缩机适用于流量大、压力不高的大型空分设备，分为轴流式和离心式两种。主要由进气管、叶轮、扩压器、蜗室等组成。 基本工作原理是由装于轴上带有叶片的工作轮(叶轮)在驱动机的驱动下做高速旋转。叶片对气体做功使气体获得动能，经扩压流动后转变为压力能，从而提高气体 压力。同时气体温度也相应提高。经过多级组合，也可以有中间冷却的多段组合，甚至多缸组合压缩获得气体所需要的最终压力。1.5.1.2 水冷塔工艺原理：充分利用污氮的不饱合性，水份在污氮中蒸发吸收热量，从而降低了循环水温度。1.5.1.3 分子筛吸附器工艺原理：分子筛具有多孔性，能吸附比其孔径小的分子，并且在压力高、温度低下吸附能力强，而在低压、高温下吸附能力小。1.5.1.4 膨胀机工艺原理：透平膨胀机是一种旋转式制冷机械，它是由蜗壳、导流器、工作轮等部分组成。当具有一定压力的气体进入蜗壳后，被分配到导流器中，导流器上装有可调的喷嘴叶片。气体在喷嘴中将内部的能量转换成流动的动能，压力、焓降低，流速可增高至200m/s左右，当高速气流冲到叶轮的叶片上时，推动叶轮旋转，将动能转化为机械能，通过转子的轴驱动增压器对外做功。从整个过程看，气体在膨胀机内流动是绝热等熵的过程，气体压力降低是一个膨胀过程，同时对外输出的功是靠消耗气体内部的能量来实现，表现为温度降低，焓值减小，亦即从气体内部取走一部分能量，就是通常所说的制得冷量。1.5.2 工艺流程概述1.5.2.1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、一台凝汽式汽轮机、一台透平空气压缩机及一台空气增压机系统组成。含尘空气经空气过滤器，过滤掉其中机械颗粒、粉尘等。经过滤的空气再进入空气压缩系统，被空气压缩系统压缩到0.6MPaA后进入空气预冷系统。1.5.2.2 空气预冷系统空气冷却塔内装有两层填料，空气由空气压缩机送入空气冷却塔底部，自下而上穿过填料层，被从上往下的水冷却，并同时洗涤部分NOx，SO2，C1-等有害杂质，最后穿越顶部的丝网捕雾器，进入分子筛纯化系统，出空冷塔空气的温度约为8.5。进入空冷塔的水分为两段。下段为来自循环水的冷却水，经常温水泵加压进入空冷塔中部自上而下冷却压缩空气；上段为来自水冷系统冷冻机的冷冻水，由冷冻水泵加压后，送入空气冷却塔顶部，自上而下冷却压缩空气，水自底部排入回水系统。1.5.2.3 空气纯化系统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。两只吸附器是成对切换使用的，切换周期为8小时，当一台吸附器工作时，另一台吸附器则进行再生。由空气冷却塔来的空气，经吸附器除去其中的水份、CO2及其它一些CnHm后，一部分进入增压机增压，另一部分进入分馏塔参与精馏。另抽取一部分0.5MPa工厂空气外供。解吸再生期间，由分馏塔来的15000 Nm3/h左右的污氮气，经蒸汽加热器加热至170后，进入吸附器加热再生，脱附掉其中的水份及CO2，再生结束通过污氮气冷吹，然后排入大气。经吸附器纯化后的空气中露点在65以下，CO21PPm。1.5.2.4 增压压缩机系统由分子筛吸附器来的洁净空气进入增压压缩机增压使空气的压力得以提高，增压空气分为三股，一股（流量3000Nm3/h，压力0.85MPa）从一段引出作为仪表空气供全厂使用；另一股（流量25000Nm3/h，压力5.6MPa）从末级引出，经冷却后进入高压换热器。1.5.2.5 增压透平膨胀机系统该系统主要由两台增压透平膨胀机，每台设有一台增压机后冷却器，一套供油系统组成。正常工况下一开一备。经分子筛后的加压空气，进入透平膨胀增压机，回收透平膨胀机输出的机械功。 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高压板式换热器，被返流的液氧及低压氮气冷却到一定温度后进入透平膨胀机膨胀，膨胀后的空气进入上塔参与精馏。1.5.2.6 氧、氮精馏系统该系统主要由下塔、主冷凝蒸发器、上塔、增效塔、过冷器及液氧泵液氮泵组成。出空气纯化系统的洁净工艺空气一部分直接进入冷箱内的低压板式换热器，被返流出来的气体冷却，接近露点的空气进入下塔的底部，进行第一次分馏。一部分进入增压透平膨胀机增压端增压，经增压冷却后进入高压换热器，被返流气体冷却到一定温度后，进入膨胀机膨胀制冷后进入上塔，参与精馏。其余部分空气进入增压压缩机，增压到一定压力后进入冷箱内的高压换热器,被液氧冷却、液化后的空气经节流后，进入下塔中部参与精馏。在精馏塔中，上升气体与下流液体充分接触，传热传质后，在顶部得到纯氮气。纯氮进入下塔顶部的主冷凝蒸发器被冷凝，在气氮冷凝的同时，主冷凝蒸发器中的液氧得到气化。一部分液氮作为下塔的回流液下流，其余液氮由液氮泵加压至0.7MPa与高压换热器正流空气换热后进入管网。一部分去液氮储罐。同时抽取压力氮经主换热器复热后作为产品供出。在下塔中产生的液空及污液氮经过冷器过冷，节流后进入上塔参与精馏，在上塔内，经过再次精馏，得到产品液氧和污氮。液氧从主冷抽出，小部分作为产品送入贮槽，大部分进入液氧泵加压后进入高压换热器汽化复热后送用户。污氮气由上塔塔顶引出，经换热后一部分作为分子筛再生气源。一部分进入水冷塔冷却洗涤水。2.1空分装置所需公用工程条件2.1.1 循环水供水压力：0.4MPa（G）供水温度：32回水温度：422.1.2 高压蒸汽压力：3.43 MPaG温度：4352.1.3 中压蒸汽压力1.3MPa温度193度2.1.4 低压蒸汽压力0.50MPaG温度158度2.1.5 脱盐水操作压力：0.4 MPaG操作温度：40电导率：0.2s/cmSi（SiO2）：100g/L PH值：8.59.22.1.6 仪表空气操作温度：常温操作压力：0.7MPa（G）露点：-40质量要求：无油无尘2.1.7 电源3.6.1 生产工艺原理高压蒸汽在汽轮机内主要进行两次能量的转化，使汽轮机对外做功。第一次能量转换是热能转化为动能：高压蒸汽经过喷嘴（静叶栅）后压力降低、产生高速汽流而实现的。第二次能量转换是动能转化为机械能：高速蒸汽的冲击力施加给动叶片使转子高速旋转，并传递力矩，输出机械功而实现。在蒸汽透平的驱动下，离心式压缩机的叶轮随轴高速旋转，叶片间的介质气体也随叶轮旋转而获得离心力，高速气体被甩到叶轮外的扩压器中去，使气体的流动速度能转化为压力能，经过扩压器后的介质气体经弯道、回流器进入下一级继续压缩。压力提高的同时，介质气体温度也要升高，设置段间冷却器来降低压缩气体的温度，尽量减少压缩功。3.6.2 工艺流程3.6.2.1 工艺空气系统a) 空压机系统含尘空气进入空气过滤器，过滤掉其中机械颗粒、粉尘等后，经入口导向叶片进入空气压缩机，经四级压缩后输出0.6MPa(A)、81500Nm3/h的空气进入空冷塔。空压机入口设有导叶，末级出口管线设有防喘振阀，通过导叶和防喘振阀控制压缩机的出口压力和通流气量，以防止压缩机发生喘振现象。增压机 工厂代号: 4374A01 型 号： 4BGH30 型 式： 双轴四级齿式离心式压缩机设计条件： 工作介质： 空气 进口流量： 27000 Nm3/h (0、101.325KPa干) 进气相对湿度： 0 进气温度： 40 中抽流量： 3000 Nm3/h (0、101.325KPa干)中抽压力： 1.0 MPa (绝压)中抽温度： 40 进气压力： 0.56 MPa (绝压) 排气温度： 40 排气压力： 5.4 MPa (绝压) 轴 功 率： 2645 KW 大气压力： 0.094MPa(绝压) 冷却水温度： 30 转 速： 21780/31615 r/min 临界转速： 低速轴 一阶临界转速： 14452 r/min 二阶临界转速： 17219 r/min三阶临界转速： 27000 r/min 高速轴 一阶临界转速: 16374 r/min 二阶临界转速: 17429 r/min三阶临界转速： 38000 r/min进口管道直径:DN300 中抽出口管： DN80末端出口管： DN150 3.6.2.2 蒸汽及冷凝液系统全凝式汽轮机 汽轮机形式： 冷凝式，双出轴 汽轮机型号： NHS40/01正常蒸汽压力/温度： 3.43MPa(A)/435最大蒸汽压力/温度： 3.63MPa(A)/445最小蒸汽压力/温度： 3.03MPa(A)/420 汽轮机单位耗汽量： 4.6Kg/Kw.h 汽轮机正常工况耗汽量： 43.9T/h凝汽器水耗量： 3500T/h冷凝压力： 0.016MPa(A)汽轮机转速： 7080rpm汽轮机正常工况功率： 9550KW汽轮机额定功率： 11350KW装置采用DCS系统进行生产管理 DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。因此，DCS的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。压缩机组采用ITCC系统进行生产管理ITCC就是对空气压缩机空气增压机，透平蒸汽机进行集中控制，包括各辅助设备如油路系统，密封系统，冷凝系统等的全面监控以实现机组的长周期稳定运行。不同氧气浓度对人体的危害气体名称氧浓度(%)影响及内容氧气O265-85激烈的运动后恢复疲劳效果好(短时间)有氧中毒可能性(长时间)50-60运动能力最大化的浓度(短时间)35-50对较轻运动后的恢复疲劳效果好(短时间)21-30氧浓度的增加增强运动能力20.9大气氧浓度20.5按基建法通风量的基准值19.5最低“安全水平”；职业安全与卫生署、美国职业安全健康研究所18.0劳动安全卫生标准最低值17开始检测对判断力的损害16初期缺氧症状开始出现