空分裝置培訓(xùn)

1、目目 錄錄 一、概述1、空分的含義2、空氣分離的方法二、空分裝置的流程和特點(diǎn)1、裝置的流程2、按流程的順序分別介紹各個(gè)系統(tǒng)三、空分設(shè)備的安全規(guī)定及一些事故案例 一、概述 空分的含義：空分，空分的含義：空分，顧名思義即空氣的分顧名思義即空氣的分離，是利用不同的方法將空氣中的各組分離，是利用不同的方法將空氣中的各組分分離開來，從而獲得所需要的氧氣、氮?dú)夥蛛x開來，從而獲得所需要的氧氣、氮?dú)饧耙恍┫∮袣怏w的過程。及一些稀有氣體的過程。 空氣中的主要成分是氧氣、氮?dú)?、氬氣、二氧化碳以及一些其它氣體和雜質(zhì)。它們在空氣中分別以分子的狀態(tài)存在, 數(shù)目非常多，并且永不停息地作無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，均勻地相互攙混在一起，

2、要將它們分開，目前主要有三種方法：低溫法、吸附法、膜分離法?？諝庵兄饕M分的性質(zhì)如下：空氣中主要組分的性質(zhì)如下： 1、低溫法：原理：是根據(jù)空氣中各組分的沸點(diǎn)不同，經(jīng)加壓、預(yù)冷、純化、并利用大部分由透平膨脹機(jī)提供的冷量使之液化，再進(jìn)行精餾，從而獲得所需要的氧氣、氮?dú)饧捌渌∮袣怏w的過程。具體原理為空氣經(jīng)過增壓膨脹對外作功處于冷凝溫度,當(dāng)穿過比它溫度低的氧、氮組成的液體層時(shí),由于氣、液之間溫度差的存在,要進(jìn)行熱交換,溫度低的液體吸收熱量開始蒸發(fā),其中氮組分首先蒸發(fā),溫度較高的氣體冷凝,放出冷凝熱,氣體冷凝時(shí),首先冷凝氧組分.此過程一直進(jìn)行到氣、液處于平衡狀態(tài)。這時(shí),液相由于蒸發(fā),使氮組分減少,同時(shí)

3、由于氣相冷凝的氧也進(jìn)入液相,因此液相的氧濃度增加了,同樣氣相由于冷凝,使氧組分減少,同時(shí)由于液相的氮進(jìn)入氣相,因此氣相的氮濃度增加了.多次的重復(fù)上述過程,氣相的氮濃度就不斷增加,液相的氧濃度也能不斷的增加.這樣經(jīng)過多次的蒸發(fā)與冷凝就能完成整個(gè)精餾過程,從而將空氣中的氧和氮分離開來。 2、吸附法： 原理：利用分子篩對不同的分子具有選擇性吸附的特點(diǎn)，有的分子篩（如5A、13X等）對氮具有較強(qiáng)的吸附性能，讓氧分子通過，可得到較高純度的氧氣；有的分子篩（碳分子篩等）對氧具有較強(qiáng)的吸附性能，讓氮分子通過，可得到較高純度的氮?dú)?，從而?shí)現(xiàn)空氣的分離。但吸附法目前的氧氣純度只有93%左右。 3、膜分離法： 原

4、理：它是利用一些有機(jī)聚合膜的滲透選擇性，當(dāng)空氣通過薄膜或中空纖維膜時(shí)，氧氣穿透過薄膜的速度約為氮的4-5倍，從而實(shí)現(xiàn)氧、氮的分離 。膜分離的富氧濃度只能達(dá)到2835%O2 。 目前應(yīng)用較多的是低溫法（又叫深度冷凍法）。它的優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)量大，產(chǎn)品純度高，電耗低且可得到液態(tài)產(chǎn)品，故應(yīng)用廣泛。二、克旗煤制氣公司配套的空分裝置的流程和特點(diǎn) 本界區(qū)空分裝置共三期六套，其中主精餾塔由杭州杭氧股份公司制造，單套空分裝置制氧能力48,000Nm3/h，制氮能力80,000Nm3/h，同時(shí)副產(chǎn)工廠空氣、儀表空氣、液氮和液氧。 本裝置生產(chǎn)的純度為99.8%的氧氣主要供下游氣化裝置使用，作為氣化爐的原料氣參加反應(yīng)；

5、純度為99.99%的氮?dú)夤┫掠喂に嚿a(chǎn)使用，作為保護(hù)氣和吹掃用氣； 副產(chǎn)的工廠空氣、儀表空氣供所有化工區(qū)各分廠和正常生產(chǎn)動(dòng)力車間生產(chǎn)裝置使用，作為儀表氣源和吹掃用氣?？辗值脑O(shè)備采用的是單泵內(nèi)壓縮、空氣增壓循環(huán)、膨脹空氣進(jìn)下塔的內(nèi)壓縮流程?？辗盅b置流程主要分外壓縮、內(nèi)壓縮外壓縮外壓縮就是利用氧氣壓縮機(jī)將空分裝置出來的低壓產(chǎn)品氧氣壓縮至 用戶所需要的壓力等級。內(nèi)壓縮內(nèi)壓縮是采用液氧泵對產(chǎn)品液氧進(jìn)行壓縮，然后換熱汽化的一種流程形式。內(nèi)壓縮流程分類 內(nèi)壓縮流程的形式比較多，根據(jù)流程形式大致分為三種： 1、單泵、雙（多）泵內(nèi)壓縮流程。 2、空氣增壓循環(huán)和氮?dú)庠鰤貉h(huán)。 3、膨脹空氣進(jìn)上塔和膨脹空氣進(jìn)下塔

6、。內(nèi)壓縮流程的優(yōu)點(diǎn) 1、取消了氧壓機(jī)，無高溫氣氧，火險(xiǎn)隱患小，安全性好。 2、從主冷大量抽取液氧，使碳?xì)浠衔锏姆e聚的可能性降低。整個(gè)空分裝置必須解決以下幾個(gè)問題：一、 如何清除空氣中的雜質(zhì)；二、 如何為裝置提供帶壓的空氣；三、 如何將空氣冷卻到液化溫度；四、 如何將空氣分離成氧、氮；五、 如何將產(chǎn)品送到用戶；六、 如何控制制氧過程中的正常進(jìn)行。為此，空分裝置中相對應(yīng)的建立了以下幾個(gè)系統(tǒng)：一、 雜質(zhì)的清除系統(tǒng)（空氣過濾器和純化系統(tǒng)）；二、 空氣加壓系統(tǒng)（空壓機(jī)及增壓機(jī)系統(tǒng)）；三、 空氣的冷卻和液化系統(tǒng)（預(yù)冷系統(tǒng)和膨脹機(jī)、換熱器系統(tǒng)）；四、 空氣的精餾系統(tǒng)（分餾塔系統(tǒng)）；五、 產(chǎn)品的輸送、貯存系

7、統(tǒng)（壓氮系統(tǒng)和液體貯存系統(tǒng)）；六、 儀電控制系統(tǒng)?？諝饪諝庹羝羝绽渌绽渌蛎洐C(jī)膨脹機(jī)汽輪機(jī)汽輪機(jī)下塔下塔上塔上塔增效塔增效塔 主冷主冷壓力氮?dú)馊嚎s機(jī)壓力氮?dú)馊嚎s機(jī)分子篩分子篩高壓氧氣高壓氧氣4.7MPa污氮?dú)馊ニ渌鄣獨(dú)馊ニ渌謿鍤獯謿鍤獾蛪旱獨(dú)馊ニ渌蛪旱獨(dú)馊ニ渌鄣獨(dú)馊シ肿雍Y污氮?dú)馊シ肿雍Y 本 裝置為分子篩凈化空氣、空氣增壓、膨脹空氣進(jìn)下塔、氧氣內(nèi)壓縮流程，帶中壓空氣增壓透平膨脹機(jī)，采用規(guī)整填料上塔、增效氬塔工藝。 原料空氣自吸入口吸入，經(jīng)自潔式空氣過濾器除去灰塵及其它機(jī)械雜質(zhì)。過濾后的空氣進(jìn)入離心式空壓機(jī)，經(jīng)原料空氣壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入空氣冷卻塔冷卻。冷卻水為經(jīng)水冷塔冷卻后

8、的水?？諝庾韵露洗┻^空氣冷卻塔，在冷卻的同時(shí)，又得到清洗。 經(jīng)空冷塔冷卻后的空氣進(jìn)入切換使用的分子篩純化器，空氣中的二氧化碳、碳?xì)浠衔锖退直晃?。分子篩純化器為兩只切換使用，其中一只工作時(shí)，另一只再生。純化器的切換周期約為480分鐘，定時(shí)自動(dòng)切換。 凈化后的空氣分為兩股：一股進(jìn)入低壓板式換熱器，與返流的氣體換熱后出換熱器底部后進(jìn)入下塔；另一股去空氣增壓機(jī)。 進(jìn)入空氣增壓機(jī)的空氣經(jīng)增壓機(jī)第一段增壓后分為兩股：一股直接出增壓機(jī)，經(jīng)后過冷器冷卻后進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓風(fēng)機(jī)中增壓，然后被冷卻器冷卻至常溫后進(jìn)入高壓板式換熱器，再從高壓板式換熱器中部抽出進(jìn)入膨脹機(jī)去膨脹。膨脹后的空氣送入下塔。 另一股空氣

9、在增壓機(jī)的第二段繼續(xù)增壓并經(jīng)后冷卻器冷卻至常溫后進(jìn)入高壓板式換熱器，與高壓液氧及返流污氮?dú)怏w換熱。這部分高壓空氣從換熱器底部抽出經(jīng)節(jié)流進(jìn)入下塔。 空氣經(jīng)下塔初步精餾后，獲得液空和污液氮，并經(jīng)過冷器過冷后節(jié)流進(jìn)入上塔。經(jīng)上塔進(jìn)一步精餾后，在上塔底部獲得液氧，并經(jīng)液氧泵壓縮后進(jìn)入高壓板式換熱器，復(fù)熱后出冷箱，進(jìn)入氧氣管網(wǎng)。另抽取液氧送入液氧貯存系統(tǒng)。 在下塔頂部獲得純液氮，送入液氮貯存系統(tǒng)。 在下塔頂部抽取壓力氮?dú)?，?jīng)低壓板式換熱器復(fù)熱后出冷箱，進(jìn)入氮?dú)夤芫W(wǎng)。 從上塔中部抽取一定量的氬餾份送入增效粗氬塔，氬餾份經(jīng)增效粗氬塔精餾后得到粗氬氣。粗氬氣經(jīng)過低壓板式換熱器復(fù)熱后出冷箱，可以與污氮?dú)鈪R合去水

10、冷塔也可以單獨(dú)作為粗氬氣產(chǎn)品。從上塔頂部抽取低壓純氮?dú)饨?jīng)過冷器、低壓板式換熱器復(fù)熱后送入水冷塔或送入用戶管網(wǎng)。 從上塔上部引出污氮?dú)饨?jīng)過冷器、低壓板式換熱器和高壓板式換熱器復(fù)熱出冷箱后分成兩部分：一部分進(jìn)入分子篩系統(tǒng)的蒸汽加熱器，作為分子篩再生氣體，其余污氮?dú)馊ニ渌?。下面分別介紹流程中的各個(gè)系統(tǒng)。 在工業(yè)區(qū)的空氣含塵量一般為1-5 mg/m3。灰塵粒度為0.5-20m，以 10 000m3/h制氧機(jī)的加工空氣量估算，每天隨加工空氣帶到空分裝置的灰塵就有10kg之多?？諌簷C(jī)如果直接吸入這樣臟的空氣，很快就會(huì)損壞，因此，在進(jìn)入空壓機(jī)之前均設(shè)置空氣過濾器，清除空氣中的固體雜質(zhì)。 固體雜質(zhì)顆粒直徑大

11、于100m的在重力作用下會(huì)自動(dòng)降落，小0.1m的極小粒子不致引起危害,所以需要凈除的對象為100-0.1m的塵粒,空氣過濾器主要捕集的是10-0.1m的塵粒.凈除后空氣中含固體雜質(zhì)的量小于0.5mg/m3。一、除塵的方式： 1、過濾除塵：使含塵氣體通過濾料，將塵粒分離捕集。 2、慣性除塵：是使氣流進(jìn)行急劇的方向改變，借塵粒本身的慣性力作用將其分離。 3、離心力除塵：使含塵氣體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 4、洗滌除塵：液滴、液膜、氣泡、粘附。 5、靜電除塵。二、過濾器的分類： 空氣過濾器可分為干式或濕式兩種。干式過濾器屬于表面式過濾器，靠織物網(wǎng)眼阻擋塵粒；濕式過濾器靠油膜粘住灰塵。 原料空氣壓縮機(jī)和原料空氣壓

12、縮機(jī)和 增壓空氣壓縮機(jī)增壓空氣壓縮機(jī) 作用：提供帶壓原料空氣結(jié)構(gòu)：成套進(jìn)口德國曼透平公司的產(chǎn)品，由汽輪機(jī)拖動(dòng)兩臺(tái)離心式壓縮機(jī)空壓機(jī)排氣量：251 000Nm3/h, 0.595MPa(A) 增壓機(jī) 流量 壓力一級: 6 000Nm3/h,0.80MPa(A)一段：25 000Nm3/h,2.82MPa(A)二段：83 000Nm3/h,7.30MPa(A) 原料空氣壓縮機(jī)和增壓空氣壓縮機(jī)均采用離心式壓縮機(jī)，由透平蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。原料空氣壓縮機(jī)的作用是為裝置提供帶壓為裝置提供帶壓原料氣原料氣，增壓空氣壓縮機(jī)的作用是為裝置為裝置提供膨脹及液氧氣化提供膨脹及液氧氣化的氣源的氣源?？諌簷C(jī)為水平剖分外掛懸

13、臂蝸室結(jié)構(gòu)，第一級葉輪外掛懸臂，入口處帶有可調(diào)進(jìn)口導(dǎo)葉，第二、三、四級葉輪與一級葉輪同向布置，一、二、三級后均設(shè)內(nèi)置式中間冷卻器。 型式： 整體齒輪式進(jìn)入空氣增壓機(jī)的空氣經(jīng)增壓機(jī)第一段增壓后分為兩股：一股直接出增壓機(jī)，經(jīng)后冷卻器冷卻后進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓風(fēng)機(jī)中增壓，然后被冷卻器冷卻至常溫后進(jìn)入高壓板式換熱器，再從高壓板式換熱器中部抽出進(jìn)入膨脹機(jī)去膨脹。膨脹后的空氣直接送入下塔。另一股空氣在增壓機(jī)的第二段繼續(xù)增壓并經(jīng)后冷卻器冷卻至常溫后進(jìn)入高壓板式換熱器，與高壓液氧及返流污氮?dú)膺M(jìn)行換熱。這部分高壓空氣從換熱器底部抽出經(jīng)節(jié)流進(jìn)入下塔。 空氣冷卻塔 作用：把空壓機(jī)出來的高溫氣體（116）冷卻到17 結(jié)構(gòu)

14、：填料塔 使用方式：空氣從空冷塔下部進(jìn)入，在填料表面與自上而下流過的冷卻水和常溫水進(jìn)行熱質(zhì)交換，使空氣冷卻并洗除空氣中的一些有害雜質(zhì)，冷卻水來自水冷塔。 分子篩純化系統(tǒng)分子篩純化系統(tǒng)作用：吸附空氣中水分、乙炔、CO2及一些碳?xì)浠衔?。結(jié)構(gòu)：臥式圓筒體，內(nèi)設(shè)支承柵架。使用方式：由于分子篩的吸附特性將空氣中的水份、乙炔、 CO2等吸附，后被高溫氣體反向再生。分子篩吸附器成對交替使用，一只工作時(shí)，另一只被再生。 空氣是多組分組成，除氧氣、氮?dú)獾葰怏w組分外，還有水蒸汽、二氧化碳、乙炔及少量的灰塵等固體雜質(zhì)。 這些雜質(zhì)隨空氣進(jìn)入空壓機(jī)與空氣分離裝置中會(huì)到來較大危害，固體雜質(zhì)會(huì)磨損空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部件，堵塞冷卻

15、器，降低冷卻效果；水蒸氣和二氧化碳在空氣冷卻過程中會(huì)凍結(jié)析出，將堵塞設(shè)備及氣體管道，致使空分裝置無法生產(chǎn)；乙炔進(jìn)入空分裝置后會(huì)導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生，所以為了保證制氧機(jī)的安全運(yùn)行，清除這些雜質(zhì)是非常有必要的。 CH4C2H6C3H8N2OC2H4CO2C2H2C3H6nC4H10iC4H10C6H6C3H6OO3NOH2O甲烷CH4乙烷C2H6丙烷 C3H8一氧化二氮N2O乙烯 C2H4二氧化碳CO2乙炔C2H2丙烯 C3H6正丁烷 nC4H10異丁烷 iC4H10苯C6H6丙酮 C3H6O臭氧O3一氧化氮NO 水H2O設(shè)計(jì)吸附率CO2含量為0.1ppm時(shí)的吸附率0 %0 %65 %65 %85

16、%100 %100 %100 %100 %100 %100 %100 %100 %100 %100 %0 %0 %50 %50 %70 %100 %100 %100 %100 %100 %100 %100 %100 %100 %100 % 膨脹機(jī)膨脹機(jī) 作用：膨脹機(jī)是空分設(shè)備的心臟部機(jī)之一，由氣體在膨脹機(jī)中等熵膨脹而制取冷量，補(bǔ)充系統(tǒng)冷損。 膨脹機(jī)是為空分裝置提供冷量的設(shè)備，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換和守恒定律，氣體在透平膨脹機(jī)內(nèi)進(jìn)行絕熱膨脹對外作功時(shí)，氣體的能量一定要減少，從而使氣體本身強(qiáng)烈地冷卻，而達(dá)到制冷的目的。 1、膨脹量： 膨脹量越大，氧提取率越底，膨脹量需同時(shí)滿足冷量平衡及精餾工況的需求。 2、

17、 機(jī)前溫度： 提高機(jī)前溫度，單位制冷量提高； 3、 機(jī)前壓力： 提高機(jī)前壓力，增大膨脹比，單位制冷量提高； 4、 絕熱效率。主熱交換器作用：進(jìn)行多股流之間的熱交換結(jié)構(gòu)：為多層板翅式，各通道中的冷熱氣流通過翅片和隔板進(jìn)行良好的熱交換使用方式：對壓縮空氣進(jìn)行冷卻，直到達(dá)到接近液化溫度，各返流流體在此被加熱到常溫。 兩臺(tái)板翅式鋁制換熱器 杭氧制造 空氣的精餾過程： 利用氧、氮的沸點(diǎn)不同，混合液體吸收蒸汽的熱量而部分蒸發(fā)，沸點(diǎn)低的氮較多的蒸發(fā)，而蒸汽在放出熱量后部分冷凝，沸點(diǎn)高的氧較多的冷凝。這樣蒸氣中的氮濃度越來超高，液體中的氧濃度也越來越高。 這樣通過多次的部分蒸發(fā)與部分冷凝來完成整個(gè)精餾過程，從

18、而將空氣中的氧和氮分離開來。 液 體 液 體 填填 料料 塔塔 BUBBLING AREAGASGASLIQUIDSEPARATIONLIQUID FROMGASENTRAINMENTDEGASINGOFLIQUIDCLEAR LIQUIDDOWNCOMERCLEARANCEOUTLET WEIRINLET WEIRTRAY SPACINGDOWNCOMERSEAL PANINLET BAFFLEWEIR CRESTDOWNCOMERSEAL AREA采用全浸式操作方式，不會(huì)產(chǎn)生干蒸發(fā)，且對于液氧通道采用截距較大的翅片與獨(dú)特的補(bǔ)液措施，使大液池中低碳?xì)浠衔餄舛鹊囊貉醪粩嘌a(bǔ)充進(jìn)主冷板式單元的液

19、氧通道中，使單元內(nèi)液氧中碳?xì)浠衔锊粷饪s。當(dāng)液氧操作液位低于主冷凝蒸發(fā)器板式單元高度的80%時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)立即報(bào)警。 其次對于液氧通道采用截距較大的翅片，使液氧流動(dòng)更通暢不易堵塞通道，并降低微小顆粒所產(chǎn)生的靜電，從結(jié)構(gòu)上根本解決了主冷內(nèi)部的安全防爆問題。并且在液氧側(cè)還有接地保護(hù)裝置。再次，在整個(gè)液氧大池中，保持液氧側(cè)較高的循環(huán)倍率，并通過加大液氧排放量使液氧底部不會(huì)出現(xiàn)易燃化合物的凝結(jié)。 三、空分設(shè)備的安全三、空分設(shè)備的安全規(guī)定及一些事故案例規(guī)定及一些事故案例 在正常生產(chǎn)時(shí)，冷凝蒸發(fā)器液氧中的乙炔、碳?xì)浠衔锸强辗盅b置的主要引爆源，必須對其嚴(yán)格控制。液氧的安全排放是冷凝蒸發(fā)器防爆的一個(gè)有力措施，

20、不能忽視。 主冷液氧液位不能長期處于低液位，盡可能避免低液位，低液位易造成乙炔等CH化合物增濃，造成危險(xiǎn)。 乙炔、碳?xì)浠衔镌谝貉踔械暮繕O限值規(guī)定如下: 空分裝置主冷乙炔、碳?xì)浠衔锍瑯?biāo)后，引發(fā)的主冷凝主冷凝蒸發(fā)器蒸發(fā)器爆炸。 預(yù)防措施： （1） 嚴(yán)格按照規(guī)定珠光砂排放規(guī)程； （2） 必須首先打開主冷箱頂部和板式冷箱頂部的所有人孔，適量通入冷箱密封氣進(jìn)行徹底加溫； （3） 與此同時(shí)必須將冷箱內(nèi)所有設(shè)備加溫至常溫； （4） 然后檢查冷箱內(nèi)氣體的氧含量，若其氧含量超過20.95%，則應(yīng)調(diào)整空分設(shè)備靜置等待，直到符合標(biāo)準(zhǔn)。以上工作檢查均合格，方可排砂； （5） 珠光砂的排放必須從冷箱頂部逐漸向下排放，下部人孔（包括珠光砂排放孔）嚴(yán)禁直接打開，珠光砂的排放應(yīng)緩慢，若有冰塊，必須從冷箱頂部取出 氧氣管道設(shè)計(jì)和操作不當(dāng)會(huì)引起爆炸，摩擦發(fā)熱，產(chǎn)生火花，會(huì)引起燃燒爆炸。2008/3/27沙鋼制氧廠氧氣管道爆炸,死亡2人.其中一人為沙鋼正處干部,袁加宇廠長。教訓(xùn)：開關(guān)氧氣閥門要慢！不一定只是有雜質(zhì)才會(huì)爆炸，氧氣管道瞬間加壓產(chǎn)生的高溫可能是主因！送氧之前一定要記得先吹掃，之后送氧時(shí)氧氣閥門一