深冷法分离空气的基本原理

1、深冷法分离空气的基本原理一、空气的组成与产品（氮气、氧气）的制取 空气是一种复杂的气体混合物，由多种气体组成。干燥空气的组成， 各类组份的性质不同，一般来说，常规情况下空气的组成可视为不变，只 有二氧化碳在空气中的含量，随地区条件的不同有一些变化，另外空气中 还含有少量的机械杂质、水蒸气、乙炔、甲烷、二氧化氮、一氧化碳等对 空气分离有害的成分。深冷法（低温法） 分离空气的基本过程是： 将空气压缩到所需要的压力后， 先彻底去除空中的水蒸气与二氧化碳，而后送入分馏塔。空气在分馏塔中 的主换热器内与返流的产品气、 富氧气体进行热交换， 被冷却并部分液化， 最后进入精馏塔。空气在塔内变成液体聚积在塔底

2、，利用氧、氮沸点之差 使之分离，成为产品气和富氧空气。分离产品经主换热器复热后送出分馏 塔，产品气使用点，富氧气一部分去纯化器再生，多于富氧气出分馏塔 直接放空。水在0 0 C C要结冰，二氧化碳在7979 C C要变成干冰。而在下的空气，其液化温度约为172172。5 5 C,C,因此，如果水和二氧化碳不先除去，则随空气的冷却它们将先后变成冰和干冰，并随气体一起流动积 聚，堵塞主换热器的空气通道、精馏塔筛板小孔、阀芯，影响装置的正 常运转。水、二氧化碳、润滑油一样，对空气分离装置低温部分危害极 大。空气中的碳氢化合物，特别是乙炔，在精馏过程中，如液空和液氧中的 乙炔的浓度浓缩到一定程度就有爆

3、炸的可能。因此乙炔在液氧中的浓度 规定不能超过。空气中的不凝性气体，如氖、氮气，由于其冷凝温度太 低，在空气设备的运行中，总是以气态集聚在冷凝蒸发器内，侵占冷凝 蒸发器的热换面积，增大了热阻，影响热交换效果，因此也需要经常排 放。空气的深冷分离过程是一个物理过程，空气冷却与液化并使冷箱内的各 部分冷却到各自的工作温度并始终维持在各自的工作温度，所需要的“冷量”主要是膨胀机提供的。从上面的简单叙述中可以知道，深冷法 分离空气一般包括以下一些过程：空气中的机械杂质的去除空气压缩到所需要的压力空气中水分、二氧化碳与乙炔的去除冷量的产生空气的冷却、液化与分离产品的复热液态空气的精馏、分离成产品气和富氧

4、空气产品气的压缩与液化产品的贮存、运输和汽化此外还有保温与绝热、计量、检测与控制等内容。下面对各个过程再做 较深一层的叙述与介绍二、空气中的机械杂质的除净空气中的灰尘等固体微粒称为机械杂质。这些固体微粒如不清除，会使 高速旋转的空气透平压缩机和膨胀机的叶轮、导流器磨损加剧，如带到 换热器中会污染换热器表面，导致传热系数下降，阻力增大。这些会影 响空气设备的正常运行。空气中固体杂质的含量一般为克/ /立方米空气。在冶金企业周围，可高 达克 / / 立方米空气，灰尘粒度在毫米以下，一般在空压机吸风口设置空气 过滤器来清除空气中的固体杂质。三、 空气的压缩 如前所述，深冷法分离空气，首先要使空气冷却

5、和液化。空气的液化过 程使一种能量的转换的过程。空气只要有足够的压力，才能通过膨胀机 的节流效应产生足够的冷量，使它降到所需的温度，并从气态变成液 态。压缩空气的压力，根据用户对产品气压力的要求、设备的大小、空气流 程的不同，是设计、制造与操作维护的水平来决定。在空气分离设备的 中，空气压缩机是最主要消耗电能的设备。尽可能提高空气中氮、氧产 品的提取率，减少分离的空气量减少设备的冷损，降低空气压力。四、 空气的净化 空气压缩后由于体积小，单位体积空气内能容纳的水蒸汽量也减少，所 以空气被压缩时，其中所含的部分水分也将在压缩机的冷却器内冷凝析 出，并在水分离器内排除掉。大气中的二氧化碳含量为30

6、0300400ppm400ppm 般气体随压力和温度的不同， 由气态、液态和固态三种， 而在空气中二氧化碳只有气态和固态两种状态。 空气中的二氧化碳在一定的温度下也有一个最大的含量，叫饱和含量。与饱和含量相对应有一个饱和分压。如果二氧化碳的分压超过了他的饱和分 压，那会有二氧化碳析出，析出二氧化碳成雪花状。空气中的水分、乙炔和二氧化碳是在纯化器的吸附筒中被清除的。吸附筒 中装满了一种能吸附水、二氧化碳与乙炔的物质叫吸附剂，吸附剂吸附水 份与二氧化碳的能力，与空气的压力、温度、空气在吸附筒内的流速、吸 附剂床层高度等因素有关，空气的压力是由流程决定的，不能任意改变。 吸附温度降低，吸附剂对二氧化

7、碳的吸附能力增加。从能耗及投资两方面 的综合考虑，一般吸附温度为1010 C,C,为此，在空气压缩机末级冷却器与 纯化器之间，还设置了预冷机组，其目的是将空气从4040。C C降低到1010 C,C, 并除去空气中的大部分水份，以提高吸附剂的吸附能力。 吸附剂吸附水分和二氧化碳有一定的限度， 达到了这个限度吸附就 “饱和” 了，必须将吸附在吸附剂中的水分及二氧化碳清除掉，才能恢复其工作能 力，这叫做吸附剂的“再生”。根据这一特性，何止了两只吸附筒及再生 电加热器，两只吸附筒轮流工作，一只从空气中吸附水分与二氧化碳，另 一只用加热再生气将吸附在分子筛中的水分与二氧化碳清除，随后再将分 子筛吹冷至

8、工作温度，恢复其工作能力。两只吸附筒定期切换，电加热器 则被用作吸附剂再生气的加热。空气设备的运转周期与纯化器的工作情 况密切相关，为保证空分设备的长期连续运转，要求出纯化器、进入冷 箱的空气达到一丁点露点温度和二氧化碳含量。如果进塔空气中水分和 二氧化碳仍会冻结在换热器及精馏塔内，时间一长，积少成多，水分和 二氧化碳积累到一定程度，就会影响设备的正常运转，必须停车加温。五、空气的冷却与液化在空气设备的分馏塔里除了精馏塔外，主要是各种换热器，有主换 热器，冷凝蒸发器。各种换热器的作用，都是实现冷热流体之间的热交 换，主换热器的作用是使热流体（空气）冷却并部分液化。使冷流体（产 品氧、氮及废气）

9、复热到接近常温，然后送出冷箱，以最大限度的回收冷 量。冷凝蒸发器保证了精馏塔的正常工作。现在空分设备用铝制板翅式换热器。这种换热器结构紧凑、体积小，重量轻，在1 1立方米体积内传热面积可达15001500 25002500平方米，且传热效率高，传热系数大。在一个板翅式换热器中，可以组织多股冷热流 体同时进行热交换。出主换热器冷端的空气基本上处于饱和状态，随流 程和最终产品的状态不同，少量或部分空气液化，全部液化是在精馏塔 中实现的。六、空气的精馏 精馏过程是利用氧、氮的沸点不同，在精馏塔的塔板上使气、液经多次 部分冷凝与部分蒸发，而使空气分离为氧、氮的过程。在每一块塔板 上，提供了液体与蒸汽充

10、分接触的条件。而液体与蒸汽的每一次的接 触，即使一个传热的过程，又是一个传质的过程。即上升的蒸汽从下降 的液体中获得冷量，使蒸汽中高沸点的组分氧冷凝成液体；液体则被蒸 发加热，使液体中低沸点组分氮蒸发变成蒸汽。经过每一块塔板，蒸汽 中的氮含量就提高一些，含氧量就变低一点，而液体的含氧量就提高一 点，含氮量就减少一些。也就是说，上升的蒸汽中的含氮量越来越高， 而下降的液体中的含氧量就越来越高，经过一定数量的塔板精馏以后， 在塔的上部就得到了纯氮气，在塔下部就得到富氧液空。前面讲过，进入精馏塔的空气一般是饱和蒸汽或者有部分液化。那么, 从塔板往下流的液体是从哪里来的呢？这就是冷凝蒸发器的作用。冷凝

11、 蒸发器有两个通道，一个通道通的是氮气，另一个通道是富氧液空。设 计时使氮气与富氧液空有一定的温差，而且总是使氮的冷凝温度高于富 氧液空的蒸发。因此，其结果是氮气冷凝变成液体液氮，富氧液空蒸发 变成饱和的蒸汽。一部分液氮回到塔顶部作为回流液。另一部分液氮送 到液氮罐。下部有蒸汽上升，顶部有液体下流，这是精馏塔内每一块塔 板实现精馏过程的必要条件，冷凝蒸发器具有重要作用。七冷量的生产空分设备中的冷箱在低温下工作，与外界有很大的温差，必然会有热量 侵入进去，要实现冷热体之间的热交换，在两流体之间必须有温差。也 就是说，流出冷箱的产品和抚养弃的温度总是要比流入冷箱的空气温度 低。如果生产液体产品，低

12、温流体就要带出更多的冷量。空分设备安装 时和加温后内外各部分均处于同样的环境温度之下，而在正常工作时冷 箱内的精馏塔、花惹起、管道与阀门必须达到并始终保持在各自的低温 状态下，因此需要“冷量”来维持空分设备的正常运行。空分设备的冷量，少部分靠压缩空气的高压变成低压的等温节流效应得 到，大部分冷量则靠膨胀制冷的得到。膨胀机时靠压缩空气推动叶轮高速旋转，在压缩空气消耗能量降低压力 的同时，使出膨胀机的低压气体温度降低，使之低于要冷却和液化的气 体温度，创造出一个从这些低温气体中取出热量的传热温差，即获得了 冷量在高纯氮设备在高纯氮设备中，精馏塔的液空通过节流阀送到冷凝蒸发器时，由于 压力从精馏塔压

13、力左右经节流阀降低到左右，液空的温度也会降低，使 它具备了从冷温度的物体吸收热量的能力，这是一部分非常宝贵的冷 量。 可见，无乱是膨胀机制冷还是高压气体节流制冷，都与膨胀前和节流前 的压力有关，工艺流程中空压机排气压力的选定就要使这两部分冷量能 补偿前面所讲到各种冷量的损失。八、冷箱与保温 空分设备中的换热器、冷凝蒸发器、精馏塔等，以及连接这些部机的管 道、阀门和其内流动的各种流体，都处于不同的温度下，温度最低的地 方接近190190C，所以保温（保冷）也是空分设备一个重要课题。保温做 得好，冷量损失就低，操作压力就可以降低或者可以出更多的产品。 上述所有换热器、塔管及管道、阀门都装在冷箱内，

14、冷箱四壁与所有容 器、管道之间都有约300300500mm500mm勺距离，用来填装保温材料珠光砂（也叫膨胀珍珠岩）。在保管、填装珠光砂过程中，必须注意以下问题 谨防受潮，受潮后很难处理，其保温性能也会明显下降，使冷量损失增大 填充时要注意安全，防止工作人员不慎跌入冷箱，出现事故 空分设备投入运转后，因管道勺微小震动等原因珠光砂会变实而下沉， 有时甚至使顶部裸露在冷箱中，而设备顶部勺温度是最低勺，这就导致 冷量损失，因此，在开车一段时间后，从后视镜观察顶部情况，必要时 打开顶部入孔，补充珠光砂致装满。防止潮湿空气侵入冷箱使珠光砂受潮。大家知道，温度与压力是有对应 关系的，冷箱内的体积是一定的，

15、当冷箱内的温度降低时，压力也随之 降低到大气压以下。外界的湿空气就会因为出现了压差而侵入冷箱，使 珠光砂逐步受潮。为避免这个问题，冷箱采用密封结构，并向冷箱内充 入干燥的富氧气，使冷箱内部在任何时候都保持正压，杜绝外界湿空气 侵入的可能性，操作时要注意冷箱充气阀的开度，如设备停车扒珠光砂 时，必须先关闭充气阀，并稍打开入孔将箱内压力放掉，然后再扒珠光 砂。九、检测与控制 空分设备各部机分别有流量、温度、压力、液位、纯度等要求，操作人 员就是根据这些参数的设计要求与实际指标值的差别，来进行调整和操 作的。空压机、预冷机等运行参数与它们的调节控制比较直观，使看得见，摸 得着的。而冷箱内各种参数的变

16、化与控制，就只能靠仪表指示和操作人 员的判断。这就要求这些仪表的可靠准确，平时要认真维护保养，使用 时要正确操作。KDN-KDN- 2400/80Y2400/80Y型高纯氮设备主要技术参数加工空气量气量：6500Nm6500NmA3/h3/h压力： 温度：1010 C C1515C产品产量、纯度及压力（出高纯氮设备冷箱）氮气产量：2400Nm2400NmA3/h3/h液氮产量： 80L/h80L/h纯度： 6500Nm6500NmA3/h3/h排气压力：排气温度： 4040C空气预冷机组型号： BAYL-6500W/8BAYL-6500W/8 型型式：整体撬装式处理空气量：6500NmA3/h

17、6500NmA3/h工作压力：空气出预冷器温度：5 58 8C主要设备：制冷压缩机：冷发起：1 1只冷凝器：1 1只水分离器：1 1只仪表电气控制箱：1 1只纯化器型号：HXK-6500/8HXK-6500/8 型型式：厂内制作完毕，现场安装处理空气量：6500Nm6500NmA3/h3/h工作压力：Z-XZ空气进口温度：1010C空气出口温度：1515C纯化后空气中CO2CO2含量： 1ppm1ppm露点：v -70-70 CC切换周期：6 6小时加热再生气进纯化器温度 : : 200200C再生用富氧气耗量2100NmA3/h2100NmA3/h每只纯化器填装13X13X分子师量：2247

18、kg2247kg每只纯化器装填活性氧化铝量 : :600kg600kg电加热器功率：168kw168kw主要设备分子筛吸附器：2 2 台电加热器1 1台管道过滤器 1 1 台 管道、阀门： 1 1 套 纯化器控制柜： 1 1 只 分馏塔型号： FN-2400/YFN-2400/Y 型加工空气量：5900Nm5900NmA3/h3/h氮气产量2400Nm2400NmA3/h3/h液氮产量：80L/h80L/h 3ppm3ppm O O -70-70 C纯度： 露点： 出冷箱压力 主要设备： 主换热器： 精馏塔： 冷凝蒸发器： 透平膨胀机： 仪表空气系统 主要设备 仪表空气过滤器：KDN-200/

19、80YKDN-200/80Y型高纯氮设备的操作概述 成套空分设备的运行有以下两个阶段： 各单位的调试，即成套设备的联动运行前的试验、调整、吹除 成套设备的启动和投入正常运行 二、单机调试钱的准备与检查工作 在本装置中，空压机要单独进行试车，预冷机组与纯化器可在空压机调 试完成后，与空压机一起进行试车，透平膨胀则必须与分馏塔一起进行 试车，到分馏塔与膨胀机投入运行时，实际就是装置的联动试车 在进行单机调试前，必须检查和完成以下工作： 认真检查各接管及阀门的安装位置是否正确无误，管道、阀门的支架是 否牢固可靠，气体排放口、冷凝水吹除的位置是否合理； 所有的管路、阀门是否吹除干净； 系统已进行可气密

20、性试验，并完全达到了规定的要求； 所有安全阀的起跳压力已调整好，并做过起跳试验和加上铅封 ; ; 仪、电气控制柜的工作已处于正常状态，所有阀门仪表已能正常工作； 需要保温的容器、阀门与管路已做好保温和防护； 备用气源必须是无油和干燥的气体； 个单机的说明书中规定的试车前应完成的各项工作与要求已全部完成； 经全面检查合格后，可以按以下步骤进行试车。三、空压机单机调试 目前是考核空压机的安装质量和性能参数（气量、排压、排温、电流等） 以及机械运转情况（噪音、震动等）。具体步骤与要求按空压机的说明书 进行。检查和彻底清扫空压机空气吸入管线，不得残存有焊渣、铁屑等杂物。检查吸气过滤是否完好无损。然后打

21、开 V103V103阀，预冷机进口法兰用盲板隔开，以防杂质进入预冷机蒸发器内。空压机的满负荷试车按该机说明 书的要求进行，并在制造场地技术人员指导下进行操作。此时，对空压 机至预冷机组之间的管路进行吹扫，进纯化器的空气阀门应关闭。 预冷机组的调试详见BAYBAY L-6500W/8L-6500W/8型遇冷机组使用维护说明书空压机单机调试已结束，空压机至预冷机组之间的管路吹扫结束 打开预冷机组冷却水的进出口阀，启动空压机按BAYBAY L-6500W/8L-6500W/8型遇冷机组使用维护说明书之要求启动压缩冷凝机组此时，可对预冷机组之纯化器管路及吸附筒进行吹扫分子筛的填装 打开吸附筒手孔，检查

22、吸附筒内奸是否完好，丝网与壁筒间是否有些脱 焊和漏焊（要求无间隙，以防吸附剂漏入空气管道）。拆掉吸附筒顶部空气口管，取出上过滤筒，装入活性氧化铝到指定高度并平整，连接手孔法兰，装入不锈钢丝网，从顶部装入 13X13X分子筛至规定 量，整理平装上过滤筒，装好顶部空气出口管。注意：活性氧化铝和13X13X分子筛很容易吸水，因此，它们暴露在空气中的时间应尽可能短，为此，要在使用吸附器前再填装吸附剂，而不要提前 装入。而且，预先要做好准备，吸附剂要开一桶装一桶，中间不要停 顿。全部装好后腰管严所有阀门，并尽快开车。上述各项工作完成后可进行吸附剂的活化，同时对分馏塔、膨胀机的部 件与管路、阀门进行加温吹

23、除系统管道设备吹扫 空压机遇冷机组单机试车结束，纯化器活性氧化铝和分子筛填装完毕， 分馏塔、膨胀机等各项准备工作全部完成，已处于可运行状态。 为缩短这一步的时间，充分利用空压机排出空气，减少电能的消耗，以 下各项工作可同时进行。但是必须注意，这时必须有专职人员进行统一 指挥，必须随时关注空压机的运行工况，使空压机的排气流量和排气压 力控制在正常的工作范围内。管路吹除的原则使就近放空，不能将吹除的脏物带入后面的设备及管路 中。打开 V611V611 阀，接通膨胀机轴承气、密封气；打开分馏塔冷箱吹除阀门V606V606 V907,V907,打开分馏塔加温阀门 V905,V905, V906,V90

24、6,打开加温气源阀 V612,V612,其余阀门全关膨胀机轴承气、密封气管道及仪表气管路的吹扫 拆开膨胀机轴承气精过滤器的进口接头。卸开膨胀机身上的轴承气、密 封气供气管接头 启动空压机，接空压机，按说明书的要求，通过调整放空阀，使空压机 排气压力逐渐达到启动预冷机组，使其进入正常工作状态。启动纯化器，将纯化器运行程序进行到第 7 7步，使MS301MS301吸附，压力升 至，缓慢打开V607V607阀，观察PI605PI605，使之维持在，接通电加热器电 源，使MS302MS302开始加温。注意：电加热器的工作原则是：先通气，再通电：先停电，再停气。快速开一关一开V611V611阀门数次，吹

25、除精过滤器前的管路，同时开一关一开精过滤器前阀门数次 ，吹除结束后连接好管路。快速开关开精过滤器后阀门，吹除膨胀机轴承气和密封气管路。通过控制V611V611阀门快速开一关一开操作数次，对整个仪表气、膨胀机气、密封气管路进行吹扫。用干净软纸在出口检查，无脏物、水渍后， 可结束吹扫。然后接好轴承气、密封气供气管接头。伺候，轴承气、密 封气应一直保持可通状态。吸附剂的高温再生吸附筒正常再生时的进气温度为180180 C200200C，出气温度为100100C以上对于首次使用的吸附筒，适当提高再生温度，可使残留在吸附剂中的水分尽可能被脱附，以提高其吸附能力。冷箱的吹扫在分馏塔（冷箱）、透平膨胀机组首

26、次投入运行前，都要进行全面的吹扫。目的是去除管路内留存的杂质和湿空气，吹扫所用气体为出分子筛纯化器到常温干燥空气，或接分馏塔电加热器后的加温气，在吹刷的过程中每一只吹除阀均应打开吹除，一直到没有灰尘和水汽为止，如果连续三次打开吹除阀均发现有水汽吹出，则应重新加温吹除。注意：吹扫膨胀机管路时，膨胀机先不安装，以保护膨胀机，等吹扫完 段管路后再连接膨胀机。冷箱吹扫的原则是逐个设备、逐条管线进行吹除，不留死角，并且吹除 气体只能往前，向未吹除的容器、管线推进而不要往回流动，以免已除 吹好的容器、管道又被脏物污染，要视气量多少依次吹除一部分容器和 管线，使吹除气体保持一定的流速，而不要全面铺开同时对所

27、有设备管 线进行吹除，以免气量太少达不到吹除的目的，反而延长吹除的时间。 拆开空气进冷箱管路法兰并加盲板，打开 V606V606 阀，吹扫空气进冷箱的外 部管线，直到管口无脏物、水汽为止。拆除盲板，连接号管路，往冷箱 内送气，吹扫冷箱内设备、阀门、管道。打开膨胀机进口阀V401V401、V402V402、膨胀机吹除阀V903V903 V904V904、膨胀机出口阀门V403V403 V404V404旁通阀V505V505开车旁通阀V508V508塔底液空节流阀V503V503液氮回流阀V504V504不纯氮放空阀V602V602、V603V603污氮气放空阀V609,V609,全开液空排放阀V

28、907,V907,氖氦吹除阀V91V91& &低温液体贮槽的全部阀门吹除，可通过 V905,V905,精馏塔，V506V506到达低温液 体贮槽，汽化器。注意：同时逐步关小V103V103阀，保持空气压力稳定直到 V103V103阀关闭为止。 用干燥空气吹除7 78 8小时左右，在吹除过程中，要逐只检查向冷箱外排 气的阀门，都要有气体排出，气量也不要太大，逐个开关开计气管 出口阀门，注意空气压力高压不要超压，低压不低于0,4MPa0,4MPa。上述各吹管路吹除时，要先开放空阀，再开吹除气进口阀，以免超压 在上述各条管线吹除结束前，要拆开各管线在冷箱上所有计气管接口出 口接头，吹除各计气接管与阀

29、门约 6060 分钟（要快速开关开计气接管 与阀门几次）然后接好接头，关闭该系统所有阀门。 上述吹除流路可适当组合，保证每条流路有足够的气量。也可改变次 序，只要符合“不留死角”的原则即可。吹除结束后，关闭全部阀门裸冷操作打开全部计气管阀门按空压机说明书的规定，启动空压机，通过调节V10V10 4 4开度，使其逐步升压到 MPaMPa按预冷机组说明书的规定，使预冷机组投入正常运行。纯化器投入运行。程序步进第2 2步，使MS302MS302吸附筒处于再生状态。按膨胀机说明书的操作方法和要求，向两台膨胀机提供轴承气，并认真 检查膨胀机的起浮状态，正常后使膨胀机所有仪表均处于可工作状态。缓慢打开V6

30、05V605阀，向冷箱内送气依次启动膨胀机A A、膨胀机B B。检查轴承气压力是否符合要求。打开不纯氮气放空阀V602V602、V603,V603,全膨胀机A A出口阀V403V403和风机出口阀门V615,V615,使膨胀机A A投入运行。调整膨 胀机A A进口阀V401V401，使膨胀机转速逐步提高，达到额定转速。打开膨胀机 密封气阀，按要求供气。注意: : 操作膨胀机时，要先开风机侧阀门和膨胀机出口阀门，再开膨胀机 进口阀门，以防超速。膨胀机A A运行平稳约5 5分钟，按同样的方法启动膨胀机 Bo 冷却分馏塔系统 冷却开始时，压缩空气不能全部进入分馏塔，多余的由放空阀排放大 气，并由此保

31、持压缩机排气压力不变。随着分馏塔各部分温度的逐步下 降，吸入空气量将会逐渐增加，此时可用逐步关小空气放空阀 V03V03 来进行 调节，需注意的湿，在冷却过程中冷箱内各部分问差不能太大，否则会 导致热应力的产生。冷却过程应缓慢进行，以确保各部分温度均匀 按顺序启动冷却管路的阀门。保持空压机排出压力。打开V608,V608,关闭V607,V607,把分子筛纯化器的再生气由空气管路切换到污氮 气管路上必须注意控制个流路通过的流量，使各部分温度均匀下降，不能出现大 的温差。透平膨胀机的控制 在冷却阶段，透平膨胀机的产冷量应保持在最大，膨胀机的出口温度区 越低越好，但不能低于液化温度-172-172

32、C （膨胀机转速2300023000转/ /分）。在这一阶段的操作中，应尽可能提高进透平膨胀机的进口压力，需要注 意的是提高压力后须注意各单机的运转情况是否正常，用此方法可以缩 短冷却阶段时间当冷箱内各容器管道逐步冷透，各管道设备全部结霜，各部分温度下降 已趋缓慢，此时，裸冷结束。检漏裸冷阶段主要是考查冷箱内的管路阀门在低温下的性能，裸冷结束后， 马上安排人进入冷箱内检查管道、阀门等是否有泄漏，所有的螺栓、法 兰连接和阀门等零部件需重新紧固。如果管道、阀门等结合部位没有结 霜，说明该部分可能有泄漏，必须马上仔细检查然后打上标记，准备焊 补。焊补后须重新试压合格。保温材料的填充 裸冷结束后，除去

33、冷箱内的水分，用热风吹干，拆除设备的临时支撑并 打扫干净，可以开始装填珠光砂。装填珠光砂时，冷箱内各容器和管道 均应充气，并保持50KPa50KPa压力，然后微开各计气管阀，各温度计也应通 电，以检查温度计电缆在装填过程中是否受损。为防止正待珠光砂掉进 冷箱内而损坏冷箱内细小管道，同时也为安全起见，应在冷箱顶盖珠光 砂入口处加设粗网格或安装上珠光砂倒入装置。珠光砂应填至冷箱顶， 不能留空间。装填完毕，装入口处应予密封（装上入孔盖）。开车一段时 间后要检查珠光砂振实情况，并及时补装，使珠光砂在冷箱内始终处于 满实状态。冷箱的加温吹除（加温解冻） 在分馏塔（冷箱）、透平膨胀机组首次投入运行及每次停

34、车后（短期停车 除外），都要对冷箱进行全面的加温吹除或加温解冻。注意：这时必须接 通膨胀机的轴承气、密封气，以保护膨胀机。检查膨胀机是否能正常起浮时，才能进行下一步工作，否则应认真检查膨胀机排除存在的问题。加温吹除时，打开V612V612阀，打开V607V607阀供纯化器再生用。正常停车后的加温解冻，预冷机组、纯化器也是按常规启动程序要求操作。冷箱加温吹除的原则是：逐个设备、逐条管道进行加温吹除，不留死 角，并且加温吹除气体只能往前，往未加温吹除的容器、管线推进，而 不要往回流动，以免已加温吹除好的容器、管道又被脏物污染，造成不 必要的浪费。要视加恩气量多少依次加温吹除一部分容器和管线，使加

35、温吹除气体保持一定的流速，而不要全面铺开同时对所有的设备管线进 行加温吹除，以免加温气量太少，达不到加温吹除的目的，反而延长 加 温吹除的时间。分馏塔电加热器在使用前必须要加满水，然后在接通至少一条加温吹除 流路后方可通电，同样符合先通气，再通电；先断电，后断气原则。 全套装置的联动试车 珠光砂填装完毕，清理现场，加温吹除，然后按照裸冷操作步骤重新启动高纯氮设备。具体如下：准备工作 空压机、预冷机组、分子筛纯化器、膨胀机轴承气系统，都已经过单体 设备的试车合格；裸冷加温都已结束； 电控、仪控系统已经调教并具备投运条件； 所有安全阀整定完毕，并投入使用；供电系统正常；供水系统正常；空分设备各阀门

36、应处于手动控制状态；冷却阶段冷却开始时，空压机排出的空气不能全部进入精馏塔，多余气体放空， 空压机则自动维持恒压控制。随着精馏塔各部分的温度逐步下降，吸入 空气量会逐步增加，此时可逐步关小放空阀。在此过程中应特别注意的 是，冷却过程中冷箱各部分的温差不能太大，否则会导致热应力的产 生。冷却过程应按顺序缓慢进行，以确保各部分温度均匀。打开V606,V606,缓慢打开空气进塔阀门 V605V605和不纯氮气放空阀V602V602、V603,V603, 打开液空节流阀V503V503和污氮放空阀V609,V609,然后打开膨胀风机端出口阀 V615V615膨胀机出口阀V403,V403,在缓慢打开膨

37、胀机进口阀门 V401V401,使膨胀机 逐步升速，控制膨胀机前压力 PI-401(PI-402),PI-401(PI-402), 膨胀后压力 PI-403(PI-404)PI-403(PI-404) 。稳定运行后可逐步将V101V101投入自动调节，来控制空压机排压稳定，同时逐步关闭V103V103阀。渐开V608,V608,渐关V607,V607,调节V609V609阀，使分子筛再生气源转用为污氮气。 在冷却过程中，冷箱温度逐步降低，应及时打开冷箱充气阀V914V914向冷箱内充气，避免冷箱出现负压，特别是冷箱顶部。打开开车旁通阀V508,V508,稳定1010分钟后，使空气出主换热器的温

38、度 TI5001TI5001 达到-170-170 度，注意精馏塔压力 PI5001PI5001 在,富氧空气出冷凝蒸发器压力PI5002,PI5002,打开所有排放阀，当阀门管道结霜时，关闭 V907,V907,氖氦排放阀保 留微开状态，用手摸摸有微微一点气即可。为了加快冷却速度应最大限度的发挥膨胀机的制冷能力。随塔内温度的 降低逐渐增加制冷量，调节膨胀机工况。以膨胀机出口不产生液滴为原 则，尽量降低膨胀机出口温度。一台膨胀机启动并稳定后，同样步骤启动另一台膨胀机。控制膨胀机进口温度 TIAS4001(TIAS40020TIAS4001(TIAS40020在-150-150度， 膨胀机出口温

39、度 TIAS4003(TIAS404)TIAS4003(TIAS404)在-172-172度左右。液体的积累将冷箱内所有设备进一步冷却的同时，空气开始液化，精馏塔 将冷箱内所有设备进一步冷却的同时，空气开始液化，精馏塔塔底开始 出现液空液面，以后再冷凝蒸发器出现富氧液空液面，冷凝蒸发器开 始工作以后将继续积累液体。精馏塔的精馏开始建立，同时可开始调节产品纯度，并将产品产量可设定在设计产量的 70%70% 80%80%注意：所有阀门的调节应按步骤缓慢逐一的进行，当前一只阀门的调节 取得了预期的效果以后，方可开始下一个阀门的调节。关小空气放空阀V606,V606,以满足分馏塔吸入空气量的增加，并保

40、持压缩机 的排出压力的稳定。待冷凝蒸发器出现液体后打开精馏塔液氮回流阀 V505V505取样分析出事积累的液体，当发现液体中有杂质和固体二氧化碳等，则应将液 体连续排放，直到纯净为止。由于空气中含有水分在抽取液体样品时，水 分会凝结进入液体是液体变得浑浊，因此应把液体的容器罩起来。通过调节V503V503阀控制下塔的液空液面。同时必须控制冷凝蒸发器的压力在规定值。精馏过程的建立调节V602V602阀，控制产品流量为设计值的 70%-80%70%-80%调节V503V503阀，使冷凝蒸发器的压力达到正常值当冷凝蒸发器液位和精馏塔阻力开始上升，可知精馏塔过程已经建立 当冷凝蒸发器的液面达到最小规定

41、值时，可有步骤地减少一台透平膨胀 机的产冷量。精馏工况的调整按仪表厂说明书，将分析仪表投入。根据各分析点之数据，主要利用 V503V503 V504V504 V505V505 V602V602阀对精馏工况 进行调整。在调整时，产品产出量维持在设计值的 80%80%左右当工况稳定后，开大V503V503阀，关V505V505阀，适当开大液氮回流阀 V504,V504,提 高回流比，加大产品取出量到规定值，将氮气的纯度维持设计指标上。产品的产量 FIQC6001FIQC6001达到2400/Nm2400/NmA3/h3/h、纯度 AIAS600KAIAS600K 3ppm3ppm O2O2后, 打

42、开产品氮气流路阀V601V601、关闭V602,V602,把产品氮气从放空管口切换到产 品呼出管路上。注意冷凝蒸发器中富氧液空液面，应保持稳定不能下降，必要时可增加 透平膨胀机的产冷量。在氮气产量稳定的情况下，打开也单抽出阀V506,V506,抽出一部分液氮送出至低温液运行部机参数名称测点代号参考值若经取样 分析发现 液体含有 杂质和固 体C02C02 等，则应 关闭V506V506V601V601,停 止产品气 和产品液 体的输出，直到 纯净为止 分馏塔系统各重要操作数据见表3-1.3-1.表中数据时理论计算值，在实际操 作中，有一定的差异，操作者需根据实际情况控制在一定范围。在日常 操作中

43、应注意：塔底的液面不能太高，以免产生液泛，也不能太低，以 实际试车数据为准。膨胀机进口压力PI4001PI4001出口压力PI4003PI4003进口温度TIAS4001TIAS4001-150-150 CC出口温度TIAS4003TIAS4003-173-173 C转速SIAS4001SIAS40012300023000 转/ /分精馏塔压力PI5001PI5001阻力Pdl5001Pdl5001131317KPa17KPa液位LIA5001LIA5001350350700mm700mm液氮纯度AE-502AE-5023ppmO23ppmO2液空含氧量AE-501AE-50136%0236%

44、02冷凝蒸发器冷凝蒸发器液位LIA5002LIA50026006001500mm1500mm压力PIC5002PIC5002冷凝蒸发器温度TI5002TI5002177177C表3-13-1分馏塔系统 的重要操 作数据 十一、装 置正常运 行中的操 作管理 正常操作 空分设备 在正常运 行过程中 需要进行 必要的调节时，须注意调节应缓慢地进行，先要查明原因，在前一次调节的效果 有了反应以后，才能作进一步的调节，不能操之过急。产冷量的调节正常情况下，空分设备冷量的多少可以由冷凝蒸发器液位的涨落来进行 判断，如液位下降，说明冷量不足，反之则说明冷量有过剩。空分设备所需要的冷量主要由透平膨胀机产生，所以空分设备冷量的调 节使通过对透平膨胀机气量的调节来达到的