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12000空分装置设备及运行总结
12000空分装置设备及运行总结
KDONAr-/400空分装设备及运行总结
张明荣刘发友朱卫东韩学华刘连刚
（山东寿光巨能特钢有限公司，山东寿光262711）
摘要：简要介绍了KDONAr-/400空分装的一些设备特点，对运行中出现的问题进行分析并采取改进和修正措施，提高了空分装的安全稳定性。
关键词：空分装；设备；运行；总结
山东寿光巨能特钢有限公司于2007年9月投运的KDONAr-/400型空分装，采用DCS控制、全低压常温分子筛吸附纯化、增压透平膨胀机制冷、规整填料塔全精馏无氢制氩和氧、氮外压缩流程。现将该空分装的一些设备特点以及运行中出现的问题处理进行总结如下，供同行参考。1、空压机进气过滤系统
空压机进气过滤系统采用自洁式空气过滤器，处理气量按照空分运行所需气量（61500m3/h）的2倍考虑，主要是因为在二期技改项目中还配套一台进口阿特拉斯10000Nm3/h/0.9MPa（A）的压缩空气用离心式空压机，因此将这台离心式空压机与空分用空压机的空气过滤系统合二为一，在不增加总的设备投资的前提下，充分利用了空分用主空压机的空气过滤系统的优越性，提高了压缩空气最终可用压缩空气的气量和质量，也降低了其进气过滤器的更换费用（进口空压机进气过滤器的价格非常高）。2、空压机系统
空压机系统配套沈鼓集团的DH80-26型离心式压缩机，从压缩机的整体运行情况来看，振动、轴承温度等都比较正常，但有以下几个方面的问
题值得注意：
2.1由于压缩机随机配备的四级排气管道波纹管膨胀节安装不当致使四级蜗壳被膨胀节产生的盲板力拉裂，后经生产厂家、设计单位以及我公司技术人员共同分析，根据现场实际情况去掉了波纹管膨胀节重新进行配管设计、安装后运行正常。通过这件事说明在工程设计施工中一定要彻底了解所用设备的性能和特点，不能有一丝差错，否则可能会适得其反。
2.2空压机进口导叶内装有22只普通62H型轴承，在空压机运行初期我们的运行方式是开大空压机进口导叶，使空压机出口放空防喘振阀维持较大放空量，当纯化系统切换时利用防喘振阀压力跟踪调节功能调整出口压力在设定数值，但是这种运行方式不但出口压力波动较大，放空量也较大，即空压机能耗较高，另外还会使轴承由于长时间不动作而积灰较多转动不灵活。针对以上情况我们调整了空压机运行方式，即在正常运行时使空压机出口放空防喘振阀基本在关闭位，当纯化系统切换时手动调节进口导叶与防喘振阀出口压力调节配合维持出口压力在设定数值，不但减小了出口压力波动幅度，也减小了放空气量，降低了空压机能耗，并且由于调节进口导叶时轴承也随之动作，避免了轴承积灰较多转动不灵活故障的发生。
2.3由于空压机随机配备的排油烟风机油烟分离器分离效果不好，使排油烟出口处到处是油污，不但影响了环境美观，并且在风大时飘入空压机进气过滤系统，造成了较大的安全隐患。我们经过与同行人员进行交流并经过仔细分析后，利用油、烟比重不同的原理自制油烟分离器，运行效果很好，彻底解决了油烟分离分离不彻底的问题。
3、空气预冷系统
空气预冷系统主要有两个特点，一是按照产品氮气使用最小量考虑进行设计，使污氮气和产品氮气没有放空全部被利用，并且将出空冷塔空气最高温度设计为18℃，把冷水机组只作为紧急备用，从而提高了系统运行的可靠性。二是在空气冷却塔顶部设有惯性分离器及丝网分离器，确保冷却后的工艺空气中无游离水份进入分子筛纯化系统。有以下几个方面的问题值得注意：
3.1由于冷冻水回流与冷冻水泵入口管直接相连，所以在冷冻水回流阀开启的情况下空冷塔内空气会通过冷冻水回流管路进入冷冻水泵入口，从而造成冷冻水泵无法起动。后来我们将冷冻水回流管路改接至水冷塔本体，使冷冻水泵可以顺利启动。
3.22007年4月由于空压机励磁系统故障发生空压机跳车事故，由于没有及时关闭空冷塔水位自调节阀，致使循环水倒流回空冷塔，幸亏发现及时未造成空压机进水和分子筛进水事故，发生此次事件后规定空分设备停车后必须将空冷塔水位调节阀打手动并关闭，确保空压机和纯化系统安全。
4、分子筛纯化系统
分子筛纯化系统按照最高进气温度18℃设计，而在空气预冷系统正常运行不投水冷机组的情况下进气温度一直≤16℃，因此分子筛纯化系统吸附杂质的富裕量较大，从而提高了分子筛纯化系统运行的安全保证性。曾经出现过的问题只有一个，就是在空分装投运初期，由于两组分子筛纯化系统切换时空气压力波动大影响了空分精馏系统运行工况的稳定性，后
来对两组分子筛切换时各个阶段阀门开度进行了适当调整，并在切换时调整空压机进口导叶开度进行配合，使空气压力几乎无波动，保证了空分精馏系统运行工况的稳定性。5、膨胀机系统
膨胀机系统包括两台完全独立运行的高效增压透平膨胀机，从实际运行情况来看运行效率、振动以及轴承温度都达到了设计要求，只是由于流量计安装在了增压空气回流管路上不能反映真实的膨胀空气量，对精馏工况的调整增加了难度。在膨胀机试车阶段发生过一次事故，具体情况如下：在正常起动1#膨胀机后起动2#膨胀机时，发现随着2#膨胀机的转速逐步增加但其膨胀空气流量几乎不变，并且停1#膨胀机时2#膨胀机也同时停止运行，另外在1#膨胀机停运是2#膨胀机无法单独启动，经仔细检查发现2#增压机进气阀门损坏无法打开，将这个阀门更换后一切恢复正常。6、分馏塔系统
分馏塔系统包括氧、氮精馏系统和氩精馏系统，氧、氮产品的产量和质量现均已达到设计要求，氩产品由于由于设备存在一些不完善之处而问题较多。分馏塔系统从开始运行到现在主要有以下几个问题：
6.1在氧气压缩机尚未运行时下塔液空含氧量比较稳定，但在氧透投入运行后，液空含氧量经常发生大的波动，开始以为是氧压机压缩量调整时空分氧气产量调节阀调节滞后原因引起的，但是经过一段时间观察后才发现是由于氧压机放空位正好对着空压机入口过滤器，每当氧压机放空时氧气进入空压机使空气含氧量变化而造成空含氧量的波动，将氧压机放空位调整后此现象得到彻底解决
6.22008年4日月由于空压机故障跳车使空分系统停运，4小时后重新启动空压机投运空分系统。操作人员在往空分下塔送气时发现进下塔的空气量很大并且波动也较大，空压机压力在0.3～0.4MPa之间波动，主冷液氧液位立即下降，上塔阻力上升，然后下塔液空液位上涨，去上塔液空调节阀自动开大，上塔液氧液位、阻力及氧气纯度呈周期波动。这是一起典型的上塔液悬事故。我们立即通过分析后立即进行了相应处理：关闭下塔回流液氮阀，稍开液空进粗氩冷凝器调节阀转移部分冷量，等工况稳定后逐步开大下塔回流液氮阀将空分系统逐步投入正常运行，并且在整个过程中密切关注空压机压力、流量。通过这次事故，使我们认识到在空分操作中不能不加分析的盲目操作和千篇一律的操作，必须根据实际工况认真分析并及时做相应的操作调整才能保证空分系统的安全、稳定、运行。
6.3本套空分装氩系统为规整填料塔无氢制氩系统，通过粗氩Ⅰ塔和粗氩Ⅱ塔除去氩中的氧，得到的（＜2PPmO2）的气态工艺氩进入精氩塔除氮（＜3PPmO2）后得到合格的液氩。但由于粗氩Ⅱ塔设备的问题，进入精氩塔的工艺氩是气、液混合物，并且气、液比也不稳定，使精氩塔的压力、阻力波动比较大，反过来又影响了工艺氩流量的波动，使粗氩Ⅰ塔和Ⅱ塔的精馏工况也一直波动从而影响了粗氩塔的除氧能力，另外由于氩系统粗氩冷凝器氩侧未安装不凝气排放阀，使不能被工艺氩气、液混合物带走的少量不凝气逐渐累积，致使粗氩冷凝周期性发生氮塞事故。以上问题的存在使氩系统的运行很不稳定，虽然我们经过长时间的摸索，通过采取调整粗氩冷凝器液空通过量和其回上塔温度等措施相互配合使液氩产量从厂家调试时的120Nm3/h提高到现在的390Nm3/h，但已接近极限很难再有提高，
并且液氩产品的含氧量虽然平均值＜2PPmO2，但是一直在1～3PPmO2之间波动，另外运行人员必须频繁调整运行工况使其在可控范围之内。通过对一年多时间的运行工况的认真分析，我们向生产厂家提出了两方面的改造建议：一是在工艺氩进精氩塔管路上增加气、液分离器保证进入精氩塔的工艺氩全部为气态；二是在粗氩冷凝器氩侧加装不凝气排放阀，这样可以使工艺氩气、液混合物无法带走的少量不凝气能及时排出，避免粗氩冷凝周期性氮塞事情的发生。其中第一个建议已得到生产厂家的积极响应和充分肯定，他们在其新制造的所有带氩空分装上全部配了气、液分离器，从运行情况看效果比较好，达到了预期目的，我公司也已决定在空分装停机时进行加装。7、结束语
通过全过程参与该套空分装的建设和运行工作，使笔者对空分装的认识有了很大提高，对一些问题的处理也积累了一定的经验，但由于笔者从事空分时间较短，对于问题的分析和处理还有许多不当之处，所述问题难免存在偏颇。另外对于文中借鉴同行业类似问题处理部分，在此一并致谢。作者简介:
刘连刚(1975－),男，工程师，1997年毕业于山东工业大学电厂热能动力工程专业，现任山东寿光巨能特钢有限公司动力厂副厂长兼制氧车间主任，负责制氧车间空分机组的运行和维修等工作，曾在《深冷技术》发表文章两篇。
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江阴华西气体有限公司12000m3/h空分设备一次开车成功开封黄河空分集团徐浩王好民宋迎宾
国内空分行业已经普遍采用全低压分子筛吸附预净化、带增压透平膨胀机、规整填料上塔、全精馏制氩、DCS计算机控制及优化等空分新技术。但各制造厂家在设备的稳定运行、性能指标保证，尤其是氩产品提取的情况各异。
由于氩在空气中仅有0.932%的含量，氩沸点介于氧、氮之间，分离难度偏大；带氩空分设备相对氧、氮空分设备配置多，工艺流程复杂，粗氩塔工况的建立对主塔的工况要求高；氮塞温度区间小，冷箱一般高于55M，对分馏塔系统应力补偿要求严格等一系列的客观因素，使得全精馏制氩技术的掌握有一定的难度。
不少已运行的空分设备，往往是氧、氮产品能够达标，但制氩系统总是难以正常投运。由于投氩后造成主塔工况的不稳定，用户不得已而停止了制氩系统的工作，给设备的验收考核留下遗憾。
因此，空分制氩业绩往往成为用户用来直接评价制造厂技术实力和产品质量的重要标准。
开封黄河空分集团为了提高设备的总体性能，特别是在氩产品的制取方面，以确保全精馏制氩系统的可靠运行为课题，开展了技术攻关。我公司在总结空分设备运行经验的同时，收集了大量空分现场实际运行数据，结合设备设计制造过程中的质量控制状态综合分析制定措施，找出了解决氩产品投运难的过程控制方法。主要有：利用ASPEN软件模拟计算成套空分工艺流程，优化设计参数；精馏系统的合理组织及计算，重点确定上塔的氩馏分抽气位置，并改进内部结构，以确保氩馏分的质量及稳定；配套单体设备热力计算，结构设计的优化；采用公司特有的塔器设计制造技术，严格控制上塔、下塔、粗氩塔、精氩塔的制造质量；空分设备的计算机控制及优化技术应用到位。慎重选取各系统所涉及到的各类阀门、孔板、分析仪以保证计量分析调节的准确性；PDMS工程配管软件、CERSAR-Ⅱ应力分析软件的应用和开发，确保分馏塔系统管路应力补偿的安全性。
黄河空分从设计源头到制造过程中的每道工序都严格质量控制，不断实践、改进、提高，终于收到了良好的效果。目前，我公司自行开发设计制造的带氩空分装置已形成产品系列，KDON-型、KDON-型、KDON-型、KDON-型、KDON-型、KDON-型空分设备均已正常投运，氩产品的产量和纯度均达到或超过设计要求，成套装置的成功投运率100%，稳居国内领先水平。江阴华西气体有限公司12000空分设备一次开车成功，为黄河空分集团全精馏制氩空分设备系列再添奇葩。
KDON-/420型空分设备系黄河空分集团供江阴市华西村第五套空分设备。于日开始安装，日一次试车成功，日顺利通过考核，各项性能指标均达优于设计指标。具体运行参数见下表：项目氧气产量（Nm3/h）氧气纯度(%)液氧产量（Nm3/h）液氧纯度(%)氮气产量（Nm3/h）氮气纯度液氩产量（Nm3/h）液氩纯度1.工艺流程方案：
设计值099.-6O2420实际运行值099.x10-6OO23x10-6N20.9x10-6O22.7x10-6N2本装置采用分子筛常温吸附预净化，带增压透平膨胀机的全低压流程空分设备。采用规整填料上塔，全精馏制氩，氧、氮产品外压缩工艺流程。整套空分采用DCS计算机控制。
2.主要配套机组及设备特点：
2.1原料空气过滤器及空气压缩机组：配套自洁式空气过滤器，容量按空压机组吸入状态1.8倍的气量配置。国产离心式空气压缩机组，额定排气量63000Nm3/h；额定排气压力0.52MPa，四级压缩三级冷却，电机拖动，双层布置，轴功率5565KW，配套电机功率6200KW，负荷调节范围75-105%。DCS主控室控制。2.2空气预冷系统：本系统设置空气冷却塔冷却并洗涤空气；水冷却塔利用蒸发制冷效应将循环水预冷，由于本空分设备氮气提取量大，预冷系统需要外加冷源，设置螺杆式冷水机组。冷冻水泵、常温水泵选用国产名牌产品。本系统同时提供膨胀机组增压机后冷却器所需冷冻水。空气冷却塔、水冷却塔均采用特殊设计的高效散堆填料塔，实际运行结果充分显示换热效果好，阻力损失小的优点。空冷塔上段冷冻水34t/h,下段常温水113t/h；冻水温度6.7℃，空气出空冷塔温度7.7℃，空气与冷冻水温差仅1℃，冷冻水消耗量只有万立方米空气5.3吨。本系统空气阻力损失4KPa。空冷塔水力学计算时把空塔气速限制在安全范围内，采用大通量液体分布器，设置重度沉降+丝网除沫汽水分离装置，汽水分离效果良好，保证了纯化系统的安全运行。
2.3纯化系统：采用立式单层床分子筛吸附器，电加热器加温再生，加热和冷吹采用同一流路，污氮气进系统用流量控制调节蝶阀使纯化器再生过程流量恒定，确保分馏塔系统上塔工况稳定。用恒流控制方式完成充压过程，保证进分馏塔系统空气压力稳定。该系统流程如下图所示。立时吸附床的几何形状使气流分配效果好，吸附效率高，空气出系统CO2含量设计值1x10-6,运行值0.37x10-6,纯化器全系统运行阻力≤10KPa，这是因为立式床采用13X-APG，4X8目规格的分子筛，吸附容量和阻力控制相得益彰。立式吸附床比卧式床层高，传质区占的比例小，吸附剂充装量少，再生气流分配，床层截面的温度梯度分布相对均匀，再生能耗低。本系统电加热器投运功率600KW，再生平均消耗功率250KW。
2.4分馏塔系统：本系统是空分设备的核心，实际运行结果，精馏塔氧的提取率99.2%，氩的提取率大于81%。空气进冷箱压力0.48MPa,空气压缩机组排气压力0.494MPa。各项指标在国产全低压空分设备系列中处于领先水平。本系统主换热器采用氧气、氮气、污氮气分置式，五台组合。其运行热端温差2.6℃以内。过冷器两台，出上塔氮气、污氮气过冷液空和液氮，优先保证液氮的过冷度。增压透平膨胀机组运行稳定，膨胀机绝热效率85%，增压机后冷却器采用高效内翅片管，冷冻水和排出增压空气温差只有1.1℃。双溢流对流筛板下塔；规整填料上塔；单沸腾冷凝蒸发器；粗氩塔两塔设置，用进口液压泵连接；精氩塔气相进料，逆流冷凝器；部分氩气内压缩至3.0MPa，向用户连续提供氩气。系统操作简单，工况稳定。下塔阻力14KPa，上塔阻力3.9KPa，氩馏分含氩量10%，粗氩塔两塔阻力10.3KPa，工艺氩流量480Nm3/h调出历史曲线可现平直。系统整体布置用PDMS工程配管软件设计，CEASAR-Ⅱ做管系应力分析。整个冷箱没有结霜跑冷现象。
2.5产品氧、氮压缩系统：采用经过开封空分业界40年锤炼的立式无油活塞氧气、氮气压缩机组。经过黄河空分集团近几年在机组每一个环节上的雕凿提升，机组运行平稳，排气压力3.0MPa时，容积比能达到0.165KWH/Nm3O2。按照JB/T6893《往复活塞中压氧气压缩机技术条件》规定的容积比能0.2KWH/Nm3O2。机组能耗降低17.5%。比国产氧气透平压缩机组更有明显的节能优势。机组噪音、振动等指标均低于标准规定。主要易损件的更换周期大于4000h，主机运行周期大于1年。
2.6绿色空分：对制造“绿色空分”不仅仅会大幅增加自己的生产成本，降低利润率，而且很有可能在较长的时间内难以获得社会和公众的认可。但是，出于一种不可推卸的责任感，我们默默坚持。首先节能就成为了对“绿色空分”最重要的一点考核标准，高水平的氧、氮、氩提取率必将设备能耗大大降低。本套设备经考核单位制氧能耗0.38Kw.h/m3.O2，远低于JB/T《大中型空气分离设备》规定的单位制氧能耗0.45Kw.h/m3.O2。通过严格控制管道流速，增加保温隔音层厚度，将厂区内噪音控制在Ⅲ类标准以内，使运行管理人员有一个良好的工作环境。
3.用户和供货商的和谐合作：空分设备依赖于设计水平；制造质量；配套部机、阀门及附件；安装调试四个环节的有机统一。用户和供货商的和谐合作是空分设备稳定运行的保证。江阴华西气体有限公司有一批技艺精湛的工艺、设备、电气、仪表工程师和技师。公司领导更是空分设备运行专家。空分设备合同谈判、设计审查、安装监理他们全方位参加，装置的开车调试也是他们出色地完成。设计审查他们提出了不少宝贵意见。工程设计更是几易其稿，致使工程布置简洁、合理、方便操作、节约材料。对设备安装全过程监控，既细致入微又突出重点，设备安装质量和工程进度和谐兼收。整套空分设备从开始安装到调试成功仅用不到七个月时间。友情提示：本文中关于《12000空分装置设备及运行总结》给出的范例仅供您参考拓展思维使用，12000空分装置设备及运行总结：该篇文章建议您自主创作。
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空分装置生产工艺、设备的进展和现状
行业发屡篇空分装置生产工艺、设备的进展和现状中国空分设备公司３１０００４缪越空气分离技术中目前最广泛使用的方法是采用低温精馏的方法来制取氧、氩、氮以及其它的稀有气体。其原理即：先将气体混合物（空气）冷却冷凝至液体，然后根据氧、氮、氩各组分蒸发温度的不同，将其精馏分离。该方法技术成熟，经济性好，产品多而纯度高、易实现工业化和规模化生产。因此低温精馏方法是实现空气分离制取氧、氮、氩等产品最主要的方法。尤其近年来，技术创新的突飞猛进，使发展了百年的低温空气分离技术又焕发了青春。一、概述空分设备（装置）就是用人工制冷办法使空气液化，分离获得高纯度氧、氮、氩的低温设备。它根据不同行业用户的不同需求，生产出不同纯度、不同压力的产品气体。现在空分设备主要用户为钢铁冶金和石化、化工等，其中钢铁行业为最主要用户，占总制氧容量的２／３以上。空气装置经过上百年的不断发展，工艺的基本型式和基本流程已趋成熟。近年来，随着新技术运用的不断涌现，各部机、系统的不断革新以及用户对生产产品不同的要求，国内外已推出了不少变型的工艺流程。充分运用新技术，组织最合理、最经济的工艺流程，使其具备各项先进指标的空分装置，是目前空分技术发展的趋势和特点。自１９０２年卡尔?林德利用其提出的高压节流制冷循环，发明了第一台具有真正工业意义的空气分离制氧装置，并于次年试制成功从空气中分离出氧气以来，距今已有百年的发展历程。新的制冷循环的推出，工艺流程的改进和完善，机器效率的不断提高，新型结构单元设备的出现，使现代空分装置具备相当的先进性、安全性和很低的能耗。国内外大型空分装置的氧提取率现已到９９％以上，氩提取率达到９０％以上，单位制氧电耗在０．３６ｋＷ?ｈ／Ｎｍ３０２。我国自５０年代初研制出第一套空分设备后，经过５０年的发展，尤其在七十年代末八十年代初，大型空分设备引进国外林德技术，加上这些年我国空分行业的能人志士不断地开发和研究新技术，现在空分整体技术水平在设计和生产制造以及综合能力等各方面都有了很大的提高。近十年来，我国空分设备发展的态势和技术已逐渐接近国际先进水平。九十年代初到现在的十余年时间，空分技术发展尤为迅猛，各类最新技术已普遍运用到空分装置中。如规整填料精馏塔、小温差高效冷凝蒸发器、高效率增压透平膨胀机、全精馏提氩、先进的ＤＣＳ控制系统、负荷跟踪和调节控制系统、新一代化工型和冶金型内压缩空分、变负荷调峰型空分及大型全液体空分装置等。目前国内空分流程的基本形式是增压膨胀分子筛净化流程，并采用规整填料塔，全精馏提氲。同时，随着用户用氧量的增加。国内大型和特大型空分设备也相继研制成功并有部分装置成功开车，如上海宝钢３００００空分、华鲁恒升４００００空分、北台钢厂的５００００空分，这些都标志着国内空分制造厂商已能在特大型空分领域上与国外著名空分厂商一较高下。行业发层篇二、最近十年来的空分工艺流程的演变１．增压膨胀分子筛净化流程增压膨胀分子筛净化流程（简称分子筛增压流程，见图Ｉ），是当代空分流程的基础，最新的ＡＣ一空气冷却塔ＡＦ一空气过滤器ＡＴＥ一空气压缩机Ｂ一增压机Ｃｌ一下塔Ｃ２一上塔ｃ３一粗氩塔ＥＨ一电加热器Ｋ４一精氩蒸发器Ｃ４一精氩塔ＥＩ一主换热器Ｅ２一液空液氯过冷器ＷＣ一水冷塔Ｅ３一氩换热器ＷＰｌ、２一水泵盯一透平膨胀机Ｋｌ一冷凝蒸发器Ｉ（２一粗氩冷凝蒸发器Ｋ３一精氩冷凝器ＲＵ一冷水机组ＭＳ一分子筛吸附器图ｌ增压膨胀分子筛净化流程图空分装置所采用的各种新型式、新技术的流程皆是由此衍生、变型、发展而来。林德公司在１９６８年就已开发了常温分子筛吸附净化空气的流程。在七十年代，由于常温分子筛吸附流程能耗比可逆式切换流程高，虽然它的氧、氮、氩的纯产品较多，却仍应用不广。进入八十年代，由于增压透平膨胀机被成功地结合到空分工艺流程中，当时的国外空分装置几乎同时都开始用增压膨胀分子筛净化流程。我国是在１９８９年通过引进消化国外先进技术，成功开发了增压膨胀分子筛净化流程的空分设备。第一套用此流程的６０００ＮＭ／ｈ空分装置于１９８９年在吉化化肥厂顺利投产。而这以前绝大部分是可逆式切换流程的空分，其中有部分甚至是更老的石头蓄冷器流程的空分。９０年以后新上的空分装置，皆采用了增压膨胀分子筛净化流程。流程的原理和特点：?空气被压缩后，通过分子筛纯化器吸附掉空气中的１－１２Ｏ和Ｃ０２，以防止被带入主换热器后出现冻结现象。分子筛对极性分子的吸附能力很强，空气中的Ｈ２０、ｃｑ以及ＧＨ：被吸附得很彻底，这样空分设备的安全性得以提高，运转周期也延长。现在空分装置大加温周期一般都在２年以上。?无自清除的要求，氮产品的产量可大大提高，氧氮比可达１：３甚至更高。?增压透平膨胀机膨胀制冷所发出功被直接利用增加一部分空气（膨胀空气）的压力。压差的增加，使膨胀空气的焓差增加，在提供相同制冷量的情况下，只需较少的膨胀空气量，氧提取率随之提高；同时进上塔膨胀量的减少，更有利于氩的提取。增压膨胀分子筛净化流程的氧提取率为９３―９８％，氩提取率５５～６５％，单位氧耗为０．４８―０．５２ｋＷ?ｒａＮｍ３０２。?分子筛切换周期长，切换损失少。分子筛单筒吸附工作时间可达２―４小时或更长，这样８７行业发屡篇分馏塔的工作状态更稳定，切换阀门的使用寿命也大大提高。?分子筛增压流程的空分装置的配套设备相对较简单，冷箱内阀门也较少。这将减轻用户的操作负荷，更有利实现计算机控制，提高空分设备的自动化水平。２．增压膨胀分子筛净化＋填料塔＋全精馏制氩流程进人九十年代，国内外空分厂商在原来的分子筛增压流程的基础上，将上塔由筛板塔改为规整填料塔，制氩工艺由原来的加氢除氧改为全精馏制氩，即“一步法制氩”，精氩的制取全部在冷箱内完成。首先在八十年代末由国外公司投入工业化生产，并取得成功。九十年代中期，国内三明钢厂３２００空分上塔改为填料塔，并于９５年开车成功。９６年同时采用填料塔上塔和全精馏制氩两项核心技术在６０００和１２０００空分设备上取得了成功。流程图见图２。ＡＣ一空－ｍｅ却塔ＡＦ一空气过滤器ＡＴＣ一空气压缩机ＡＰ一循环液氩泵Ｂ一增压机Ｃｌ一下塔Ｃ２一上塔Ｃ３一粗氩塔ＩＣ４一粗氩塔ＩＩＣ５一精氩塔Ｅｌ＿主换热器Ｅ２一液空液氮过冷器ＥＨ一电加热器Ｅｒ一增压透平膨胀机Ｋｌ一冷凝蒸发器ＭＳ一分子筛吸附器Ｎ＇ＩＥ一氯气压缩机ＯＴＣ一氧气压缩机ＷＣ一水冷塔ＷＰ一水泵图２增压膨胀分子筛净化＋填料塔＋全精馏制氩流程图流程原理和特点：?流程的基本型式还是分子筛增压流程，但冷箱内上塔、粗氩塔、精氩塔，都采用了填料塔（部分制造厂商下塔也用填料塔）。规整填料塔的阻力是传统筛板塔阻力的１／４―１／６，这直接降低了空压机的排压，由原来一般０．６５ＭＰａ降至０．６０ＭＰａ，空压机功耗下降５～８％。此类流程空分装置的制氧电耗为０．３６～０．４２ｋＷ?ｈ／Ｎｒｎ３０２。?塔操作压力降低，操作弹性大，分离效率更高；规整填料阻力小，理论板数可以更多，氧提取率得以进～步提高，氧提取率达到９９％以上。氧提取率的提高，促使空压机排量进一步降低，功耗也随之下降。?氩塔采用规整填料塔，使需要理论板１８０块以上才能氧、氩彻底分离在实际中得到实现，Ｒ８行业发最篙摆脱了原来需要粗氩送至加氢除氧装置中脱氧的危险、繁琐的工艺，直接在冷箱内通过精馏方法制取高纯度氩，即全精馏制氩。通过全精馏制氩，氩提取率可达８５～８９％，氧、氮在氩中的含量在ｌ一２ｐｐｍ。?氧、氩提取率比原先要大为提高，因此上塔和氩塔的关联性也大大增强。同时由于填料塔的滞液量小，反应变化速度较快。?粗氩塔因为理论分离板数很多，采用规整填料塔后，粗氩塔很高，将其截成两段，以降低冷箱高度。但依然很高，一般可达５５．６０ｍ，远超过不采用全精馏制氩的空分冷箱高度。?高效率增压透平膨胀机研制成功。现在大型空分的膨胀机的等熵效率可达８８％。?空冷塔和水冷塔采用散装填料。为了充分利用干燥污氮气的吸潮性，设置水冷塔以提供低温水，取消冷水机组。如钢铁企业用氮产品较少，就可以取消冷水机组，这样整套空分运行更稳定。能耗更低。?全新一代的ＤＣＳ控制系统技术已运用于空分装置，自动化程度更高，可靠性更好，智能化程度也更强。国外空分设备完全已实现了全自动调节负荷和变工况操作；国内设备可以实现其中部分功能。?采用分子筛增压膨胀流程，运用填料塔＋全精馏制氩技术的空分装置现已成为当代空分工艺的主流，并且都已成功运用，广大空分用户也深受其益。３．新一代冶金型、化工型内压缩空分流程２０００年以前，由于国内空分厂商设计、制造、配套水平和国家政策等方面的限制，在大型空分设备采用内压缩流程的很少。当时空分设备的规模不大，基本在１５０００Ｎｍ３／ｈ左右。随着我国工业的发展，制氧机用户产品气体量需求增加，超过２００００Ｎｍ３／ｈ等级的大型空分设备已成为发展趋势。而外压缩流程所需的大型氧气透平压缩机如进口则价格非常昂贵；同时氧气在加压过程中危险性很高，这种情况空分装置的安全性就须放在首要位置。因此，内压缩流程成为大型空分设备的很重要的选择。２０００年以后，采用内压缩流程的大型空分设备的比例越来越高。内压缩空分装置根据用户对用气压力和产品量的不同需求，分为冶金型和化工型（即一般用于钢铁行业和化工行业），冶金型的氧气排压在２．５―３．５ＭＰａ，一般设定在３．０ＭＰａ较多，氮气量需要不大，与氧比例在１：ｌ左右，故单泵内压缩流程居多；化工型氧、氮需求较大，压力也较高，氧气排压在５～９ＭＰａ，以双泵内压缩居多。内压缩流程根据循环介质又分为空气膨胀和氮气膨胀。由于空气循环更有利于精馏，能耗更低等优势，大多数内压缩空分采用空气膨胀。一些化工企业对氮气的压力和产量都有诸多要求，同时产品规格也较多，此时可以采用氮气循环。流程原理和特点：?内压缩流程即氧、氮产品以液体状态从精馏塔中抽出，再在低温液体泵加压至产品所需压力，通过换热器汽化复热至带温，以压力氧气、氮气形式输送给用户。而外压缩流程是常温常压的氧气、氮气出冷箱后再经氧气（氮气）压缩机加压至所需压力，输送至用户使用。现在用户会根据自己实际情况来选择内压缩流程或外压缩流程。?内压缩流程最主要的变化（相对于外压缩流程）是精馏系统和换热系统。从精馏塔抽取大量液氧、液氮，改变了上、下塔的液气比。为复热中压液氧（液氮）需引人中、高压压缩空气（或氮气）作为热源，在换热器中进行热交换。为保证换热器换热所需的最小温差，这股中、高压空气的流量和压力都高于液氧（或液氮）的流量和压力。对冶金型内压缩流程，氧气压力２．５―３．５ＭＰａ时，空气增压机的排压力一般在５．４―６．５ＭＰａ左右。?安全性好。由于用液氧泵代替氧压机压缩氧气，无高温气氧，避免了氧气在透平氧压机高８９行业发最篇速旋转运行时潜在的危险性；另外从主冷抽取了大量的液氧，带走液氧中有害的碳氢化合物、氧化亚氮，能防止它们在主冷的积聚。ＡＣ一空气冷却塔ＡＦ一空气过滤器ＡＴＣ一空气压缩机ＡＰ一循环液氩泵ＢＡＣ一空气增压机Ｃｌ一下塔Ｑ一上塔Ｃ３一粗氩塔ＩＯＰ一中压液氧泵Ｇ４一粗氩塔ＩＩｃ５一精氩塔Ｅｌ一主换热器Ｅ２一过冷器ＷＣ一水冷塔ＷＰ一水泵ＥＨ一电加热ＥＴ一增压透平膨胀机Ｋｌ一冷凝蒸发器ＭＳ一分子筛吸附器ＮＴＣ一氮气压缩机ＯＴＣ一氧气压缩机ＳＬ一消声器图３增压膨胀分子筛净化空气膨胀单泵内压缩流程图?内压缩流程在换热组织及精馏组织与外压缩流程不同外，其它如填料塔、全精馏制氩、增压透平膨胀机、分子筛吸附等技术的采用是一样的。?氧的提取率与外压缩流程相当，可达９９％以上，氩提取率比外压缩流程高。多数内压缩流程采用膨胀空气进下塔，此时氩提取率可达９２％以上。内压缩流程的不可逆损失较外压缩流程大，因此在同等规模情况下，能耗要高２。６％（有些文献资料记载为１０％）。内压缩空分设备中的空气增压机和外压缩空分设备的氧压机效率不同，进口和国产机器效率的差异会使能耗指标比较出现不一样的结果。?内压缩空气膨胀进下塔流程，不存在旁通问题，所有的膨胀空气都进下塔参与精馏，膨胀量没有大的限制，故可以得到较高的液体产量。因此内压缩流程（空气膨胀进下塔）正常产液量可占气氧量的１０一１５％，变工况时可达氧气量的３０一４０％。?采用一用一备的液氧泵（液氮泵）工作机制，备用低温液体泵为在线备用（低速怠转）。当工作泵出现故障，则备用泵在１０ｓ内可达到１００％工作负荷。?空气增压机维护工作量小于氧气透平压缩机。因此从可靠性来说内压缩流程会更高。?国产内压缩流程空分设备：原料空压机、空气增压机、中压透平膨胀机、低温液体泵以及高压液体节流阀，一般采用进口产品。?对于冶金行业，用氧压力较低，一般在３．０ＭＰａ或以下，选择外压缩流程和内压缩流程都可以。但内压缩流程比较适合于较大液体量需求和氧压输送较稳定、压力波动不大的企业；而对９０行业发最篇化工企业，由于普遍用氧压力较高，都在４．ＯＭＰａ以上，通常在６．０―９．ＯＭＰａ。而外压缩流程的氧压机是一个高危险源，氧压越高，温度越高，危险性就越大，同时国产大型透平氧压机也做不到那么高排压，因此，化工行业较普遍采用内压缩流程。?内压缩空分设备产液量较大，膨胀机制冷量较富裕，设备的启动时间比外压缩空分设备要短，一般在．２４小时。４．主要配套部机和设备空分设备是许多个单元设备和部机组成的成套机组。主要有空气压缩机、空气预冷系统、分子筛纯化器、空气增压压缩机、主换热器、精馏塔、低温液体泵、阀门、氧气压缩机和氮气压缩机等组成。（１）原料空气压缩机大型空分设备所配的空气压缩机型式主要为离心式，特大型空分设备在空气量超过２５００００Ｎｔ０３／１１，则配套轴流式＋离心式。中小型空分设备装置主要用活塞式、螺杆式空气压缩机。现在大部分空分设备的原料空气压缩机为离心式，其采用多级压缩，中间冷却形式。按轴系分布可分类为单轴和多轴。国内压缩机制造厂家目前只能生产１０００００Ｎｍ３／ｈ气量以下的离心式空压机，与国际先进水平差距较大。因此在１５０００等级以上的空分设备所配置的空压机大部分选用进口机组，主要为国外知名品牌，如：Ｍａｎ―ｔｕｒｂｏ（￥ｕｌｚｅｒ、ＧＨＨ）、Ｓｉｅｍｅｎｓ（Ｄｅｎ】Ｉａｇ）、Ａｔｌａｓ―Ｃｏｐｃｏ和Ｃｏｏｐｅｒ等。空压机的主要指标是功率消耗，因为这直接关系到空分装置的能耗水平。大中型空分装置６０。８０％的能量消耗是用于原料空气压缩机。国外的离心式压缩机的等温效率最高可达７５％。目前国内也采用了先进的三元流理论设计，用ＮＲＥＣ叶轮设计制造软件进行叶轮流道设计及流场分析，并用五轴联动数控加工中－Ｌ，ｉｊＤ－ｒｈｉ－轮，再辅助其他相对先进的技术和制造能力的保证，国产空压机的等温效率和可靠性也有很大提高。空压机的长周期安全稳定的运行是空分装置可靠的首要保证。为了消除经过空气过滤器后仍存在的少量极微小尘埃颗粒在流道中沉积，引起空压机效率下降和出现不平衡而造成轴振动过高等现象，空压机配置了叶轮水冲洗装置。一般在第一级和第二级叶轮进行冲洗，而叶轮的冲洗时间则通过计算机自动控制或人为设置间隔时间。这种空压机不停机而对叶轮进行清洗的技术可大大延长空压机不停车检修而连续运转的时间。空压机每一级叶轮可设置调节导叶，按最佳的运行进行气量调节，可扩大流量调节范围。大型空压机的驱动机一般采用同步电机，但少数化工化肥企业也用工业汽轮机来直接驱动，通过变转速调节负荷。工业汽轮机的价格较高，同时又要求用户有富裕的动力蒸汽，因此配套较少。大型空压机的同步电机选用进口产品较多，如Ｓｉｅｍｅｎｓ、ＧＥ、ＡＢＢ等。（２）循环空气（氮气）增压机内压缩流程和液体空分设备都需要采用空气（氮气）增压机。其进口压力在０．５―０．６ＭＰａ范围。因技术和可靠性要求较高。对机组全等温效率要求也较高，故常采用进口机组。内压缩流程采用循环空气增压机一般为两段，即中抽形式（也有国外空分厂商采用直接增压，一压到底形式）。中抽空气量即为空分装置膨胀量，中抽压力一般在１．８～３．ＯＭＰａ之间，中抽气进人增压透平膨胀机的增压端增压后再进行膨胀制冷。中抽压力的确定主要取决于整个空分装置所需冷量水平而定。空气增压机末端出口压力和流量则据氧气内压缩的流量和压力而定。目前冶金行业的氧气排压在２．５～３．ＯＭＰａ，空气增压机排压在５．５―６．ＯＭＰａ左右。液体空分设备是生产液氧、液氮和液氩的设备，因此冷量的需求是最主要的，循环空气（氮气）增压机基本上是一压到底，然后进膨胀机增压后再膨胀制冷。９Ｉ行业发层篇循环空气增压机与空分工艺直接结合，它的运行工况将直接导致空分装置的运行的稳定；相对的，换热器和精馏塔等参数变化也会促使空气增压机偏离设计工况。因此对它的控制参数比较多，要求也较高。增压机和空压机设计、生产和制造水平是相同的。部分用户为了节省投资，将空压机和空气增压机组合由一台电机或汽轮机驱动。（３）空气预冷系统分子筛流程的分子筛吸附剂具有比较特殊的性能，随着吸附温度的降低（即吸附器工作温度），分子筛对空气中的Ｈ２０和ｃ０２转效载荷值（动吸附值）随之提高。空气预冷系统的作用都是通过气水热质交换，将压缩后较热的空气冷却。近几年最常用的空冷系统流程就是取消冷水机组，以水冷塔提供低温水来代替。这是充分利用空分多余污氮的吸湿性。空冷塔和水冷塔则采用高效先进的填料塔形式，具有处理效率高，流通能力强，阻力小等特点。空冷塔由原先为喷头喷淋形式，后改进为穿流塔板或降液管筛板，至目前大多用的散装填料或规整填料。散装填料目前常用聚丙烯鲍尔环、阿尔法环。出空冷塔空气与冷却水的温差很小，在ｌ℃以内。考虑到进空冷塔空气温度较高，可达１００。Ｃ以上，空冷塔下部也有用不锈钢填料。空冷塔顶部设置旋风分离器、捕雾器和溢流管来防止空气带水进入分子筛吸附器。水冷塔与空冷塔相似，大多采用聚丙烯散装填料或２５０Ｙ规整填料。取消冷水机主要看富余的污氮量是否达到空气量４０％以上。取消冷水机组后，空气出空冷塔温度在．１８。Ｃ，而带冷水机组的出空冷塔空气温度在一１０℃。国内有部分用户不是全部取消冷水机而采用备用小容量冷水机组。国外空分厂商在有些空冷系统中采用闭式回路流程，空气和水间接换热，即在空压机带后冷却器，用常温水和低温水两段冷却，防止循环水再次被有害物质污染和接触尘埃后污染空气；降低空气带水进分子筛系统的可能；同时占地面积也较少。（４）分子筛吸附器大中型空分装置所用的分子筛是１３Ｘ―ＡＰＣ空分专用分子筛，在吸附性能方面，１５―２４℃吸附温度下仍具有较高的吸附容量。而一般分子筛的最佳工作温度在４～８。Ｃ，最近很多空分设备由于取消了冷水机组，吸附工作温度则上升至一１８。Ｃ，相对来说分子筛容器的容量要增加。分子筛吸附器设计水平的提高，国内交通运输更加便利，现在大容量的吸附器使用已相当普遍。四万空分的卧式分子筛吸附器的尺寸为舛．２×１８ｍ。分子筛是人工合成的无机吸附剂，为铝、硅酸盐化合物［（Ａｌ：０３?Ｓｉ０２）×ｎＨ：０］。基本形状有球形和条形两种。分子筛对极性分子有较强的亲和力，这一特性有利于分子筛从混合物（空气）中吸附极性物质。分子筛能完全吸附水份、二氧化碳和乙炔等碳氢化合物，部分吸附氧化亚氮、乙烯、丙烷等，基本上不吸附甲烷、乙烷等。近年来对氧化亚氮堵塞主冷导致液氧干蒸发的危害已引起充分重视，因此分子筛吸附器内专门增加（吸附氧化亚氮）吸附剂或加一层５Ａ分子筛。国外Ｌｉｎｄｅ公司则采用专用的ＬＭＫ分子筛可以去除９０％以上的Ｎ：Ｏ。分子筛吸附器分为单层床和双层床两种，单层床充填全部是分子筛吸附剂；双层床则第一层为活化氧化铝（铝胶），主要吸附水份，第二层为分子筛。用铝胶吸附水份，能有效降低再生温度，减少能耗，减少分子筛的使用量（分子筛价格较贵）。分子筛吸附系统的分子筛吸附器单筒工作时间目前大部分为４小时或更长，长周期切换时间使空分设备运行更稳定，波动更少，有利于全精馏提氩的生产。分子筛吸附器结构：小型空分常用立式，大中型空分常用卧式和立式径向流。在吸附器顶９２行业发屡篇部设置丝网过滤器过滤分子筛粉末。国内大型卧式吸附器空气和污氮管采用双进双出并在容器内设置气流分布板，使其气流更加均匀。（５）增压透平膨胀机大中型空分装置大部分冷量是靠膨胀机制取。膨胀机本身的热力性能和机械性能决定了空分设备的优劣。增压透平膨胀机的运用是空分技术发展中颇具革命性的一次创新。过去空分设备中，透平膨胀机常用发电机和风机（直接吸人大气，增压后排入大气）制动。现在用增压轮将压力空气增压作为制动，巧妙地将工艺和冷量制取结合在一起。目前国内膨胀机主要向两个方面发展，其一是大型低压增压透平膨胀机（Ｉ．０ＭＰａ）；另外是内压缩空分流程和液体空分设备所用的中压增压透平膨胀机（３―６ＭＰａ）。目前国内内压缩流程空分装置所配置膨胀机的大多为进口产品。大型低压透平膨胀机的绝热效率国内产品可达８８％，而国外产品则高达９２％；中压透平膨胀机国外产品的绝热效率在一８８％。国产膨胀机设计主要采用美国的ＮＲＥＣ软件或模型级设计，叶轮加工使用五轴联动数控加工中心。国内膨胀机整体设计水平还有待进一步提高，如轴承的机械可靠性，轴承功耗，两相流问题等方面。扬子石化的３８５００Ｎｍ３／ｈ空分中设置全液体膨胀机代替高压液空节流阀，能量由发电机回收。全液体膨胀机的绝热效率约７５―８０％。使用全液体膨胀机后，整套空分装置的制氧功耗可以下降２。３％，而且运行也相当安全可靠。在以后大型内压缩流程空分装置和液体空分设备中，使用全液体膨胀机代替高压液体节流阀应该是一个发展方向。（６）板翅式换热器板翅式换热器作为一种结构紧凑、重量轻、换热效率高的换热设备，空分装置已使用的十分普遍。空分冷箱内的主换热器、冷凝蒸发器和过冷器、液化器，采用的都是板翅式换热器。现在，板翅式换热器的主要向大截面长板式和高压板式换热器两方面发展，以适用不同空分流程的需要。与此同时国内各厂家纷纷购置大型真空钎焊炉，淘汰了盐浴钎焊工艺。现在国内生产板翅式换热器单元最大尺寸１．３×１．５×７．５ｍ，最高设计压力可达８．０ＭＰａ．。国内厂商已将双沸腾型冷凝蒸发器专利技术在大型空分使用，其传热温差由原来的１．３Ｋ下降到０．６。０．９Ｋ。现在这种紧凑式新主冷已在上海宝钢３００００制氧机改造中得到使用，其优势得到充分发挥。前几年国外公司使用降膜式主冷较多，它的主冷温差为０．４Ｋ，能耗减少３～４％。但降膜式主冷对安全性要求很高。最近大家对其的使用安全性存在争议，现用降膜式主冷的空分装置也变得很少。在设计方法和理论方面国内与国外大型板翅式换热器制造厂商相比还是存在一定差距。因此相同工艺参数的国产换热器要比Ｃｈａｒｔ、Ｎｏｒｄａｎ等国外公司提供的换热器体积要大、重量要重。（７）精馏塔空分装置冷箱内精馏塔分为筛板塔和规整填料塔（图４），下塔一般为筛板塔，上塔和氩塔为填料塔。下塔常用单溢流和双溢流筛板塔板。但随着塔径的增加，原先就存在的液体滞液区的液体返流和液面落差现象会更加严重。国内针对此现象成功开发了四溢流筛板塔，有效改善气液接触，提高塔板效率和液体处理能力，减少了压力降，可以用在三万等级以上空分装置的下塔中。下塔也有使用填料塔的，国外空分厂商如法液空很早就已实施。国内各大空分厂商也在设计开发中，其技术难度不大，主要看价格性能比。９３行业发展篇ｌ一填科；２一支撑格■ｌ，―藏体收集嚣；●―进料ｆ；，―液体分布嚣；６一定位格■；７―进气ｆｌ擘―塔底；９―接藏口；１０、ｌ卜童图４规整填料塔金属板波纹规整填料是由０．１―０．２ｍｍ左右薄金属板片冲压成一定倾角的波纹片。波纹‘片碾压出细纹，并打有ｔＪ，孑Ｌ，开孑Ｌ率在１０％左右。波纹沟槽与水平线间成６０。角称ｘ型，４５。称Ｙ型。波纹片相邻成９０。夹角叠在一起，组成填料盘。每盘填料高度大约为２０５ｍｍ。每层填料与上下相邻填料紧密压合，成９０。转向安装。填料高度在３―６米间就须装有液体分布器进行液体重新分布。液体再分布器的性能对填料效率有着极大影响。同时每隔一段设置分布器会使填料塔增高。规整填料塔有着筛板塔无可比拟的优势，传质效率高，压力降小，持液量小，弹性范围大，负荷调节快，制造安装简单。上塔采用填料塔后，能耗节省５―８％，如下塔再用填料塔后还能节省１．５―２％的能耗。我国空分行业在九十年代早期开始大中型空分装置应用规整填料的研究，并于１９９５年在三明钢厂３２００Ｎｍ３／ｈ空分的上塔成功投运。以后逐渐推广，并在２０００年后全面应用。国内空分装置的规整填料大部分用进口或合资产品，如Ｓｕｚｌｅｒ和法液空填料，小部分用国产填料（天津大学），应用情况都比较好。全精馏提氩的实现全部得益于规整填料的运用。氧与氩的沸点比较接近，相对挥发度小，要完全去掉氩中氧组分，从９０％０２到ｌ一２ｐｐｍ０２需要１５０块理论塔板以上，压力降过高，筛板塔很难做到。筛板塔只能将氩中含氧量降至２―２．５％。以前常规的方法还需将含２．５％０２的粗氩引出冷箱加氢反应去掉氧，再将氩引入冷箱内，在精氩塔进行氩、氮分离。规整填料塔压力降很小，１８０块理论板大约在１５ｋＰａ，在这充分多的理论板数下，粗氩塔顶９４行业发晟篇部可以得Ｉ一２ｐｐｍＯ：工艺氩。同时填料塔的使用，使上塔压力的降低，上塔板数可以增加，分离更有效，氩提取率因此得以很大的提高。外压缩流程空分的氩提取率可在一８９％，而内压缩流程空分的氩提取率最高可达９２％。（８）控制系统今天是信息爆炸的年代，计算机的运用已经深人各行各业的各个方面。大中型空分装置是用集散型计算机控制系统即ＩＸ葛（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＤＣｓ系统主要具备以下功能：?设备生产运行的工艺过程数据的采集和处理?重要设备和重要工艺参数的越限报警联锁?自动起动控制?日常运行控制?临时停车和再起动控制?生产管理?远程通信和监控现代空分装置为了节能和操作运行处于最佳状态，国外空分厂商在ＤＣｓ的基础上采用多变量控制技术，又增加更高级的控制系统软件。Ｐｒａｘａｉｒ公司将其称为ＭＰｃ（ＭｏｄｅｌＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｎ．ＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ）作为控制手段，与过程控制技术紧密地结合，有效地监控成套空分设备生产过程，确保运行可靠，操作维护方便。ｔｍ】）模型预测系统；Ｌｉｎｄｅ公司将其称为ＡＰｃＳ（ＡｄｖａｎｅｅｄＰｌ＇ｏｃｅｓ．ｑＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ）高级工艺控制系统。它们的基本原理就是预先建立数学动态模型，确定各个重要工艺参数的关系，以物料平衡和能量平衡的理论计算公式，加上实际操作中总结出的经验修正系数，形成符合实情的经验公式。它可以动态地表示工艺过程，计算出最佳的运行操作策略，自动迅速调整整套机组进行负荷变化和变工况，使装置在最佳状态下运行。这些高级控制系统的投入，使空分运行更稳定，氧气放散率可以控制在３％以下，降低约２―３％左右的能耗以及进行快速变工况调整。四、液体设备１．全液体空分设备全液体空分设备流程形式类似内压缩流程，也分为空气循环膨胀制冷（如图５）和氮气循环膨胀制冷两种形式。全液体空分设备实际是由两个系统组成：中压液化制冷循环系统＋空气分离精馏系统。生产产品全部是液体，故大量的膨胀后的空气（氮气）循环气还需要复热再进入循环空压机（或循环氮压机）加压后循环使用。全液体空分设备的流程组织根据用户的需求而定，现今全液体空分设备的规模也较大，已投产有：２００ｔ／ｄ，１５０ｔ／ｄ，１００ｔ／ｄ等规模。多数全液体空分设备的流程组织在循环回路中选用低温冷冻机提供高温冷量，增压膨胀机提供低温冷量，液体产品能耗大约为一０．９８ｋＷｈ／Ｎｍ３（ＬＯ：＋ｍ＋ｔａｒ）；而有些流程组织用一台高温膨胀机来提供高温冷量，用另一台低温膨胀机提供低温冷量。这种流程更合理，能耗更低，液体产品能耗～０．９ｋＷｈ／Ｎｍ３（Ｉ－，０２＋巩＋ｔａｒ）以下。原料空气压缩机和循环空压机一般选用进口机组，有时将其合二为一，成为组合机，简化机组，方便操作、维护。分馏塔系统采用规整填料上塔、氩塔，膨胀空气进下塔，主换热器选中压板翅式换热器，这些基本类同于内压缩流程的空分设备。９５行业发屡篙ＡＣ一空气冷却塔ＡＦ一空气过滤器月叱一空气压缩机ＡＰ一循环液氩泵ＢＡＣ一循环空气增压机Ｂｌ一增压机Ｃ卜下塔Ｑ一上塔ｃ３一粗氩塔ＩＣ４一粗氩塔ⅡＣ５一精氩塔Ｅ卜主换热器Ｅ２一过冷器ＥＨ一电加热ＥＴ一增压透平膨胀机Ｋｌ一主冷凝蒸发器ｌ（２一粗氩冷凝器ｌ（３一粗氩液化器ＭＳＩ、２一分子筛吸附器ＳＬ一消声器ＷＣ一水冷塔ＷＥ一水冷却器ＷＰ一水泵图５空气循环膨胀制冷液体空分流程图低温冷冻机和增压透平膨胀机担负提供冷量的重任。低温冷冻机的蒸发温度一般选择一３０一一３５℃。高性能低温冷冻机和增压透平膨胀机是确保整套装置长期高效运行的重要条件。用户根据自身实力和资金情况选择进口或国产机组。全液体空分设备还需配置大型低温液体贮槽，以分别贮存液氧、液氮、液氩。透平膨胀机绝热效率高和主换热器换热充分、效果好是保证全液体空分设备运行时较低能耗的两个关键因素。液体空分设备冷量富裕，装置启动时间非常短，一般在１２小时左右。２．双膨胀中压液化装置双膨胀中压液化装置，即采用高温膨胀机和低温膨胀机两台膨胀机代替原先低温制冷机＋增压膨胀机流程的液化装置。循环氮气在两台膨胀机增压端的增压下，压力更高，可以提供更多冷量。双膨胀中压液化循环能耗低、液化系数大。见图６。它可以同时液化氮气和氧气，液化氧气需要氧氮转换器，用液氮蒸发复热来换取液氧。１９９５年在上海宝钢宝普公司，由Ｐｒａｘａｉｒ制造的３００ｔ／ｄ双膨胀中压液化装置开车成功，这是在我国第一套采用双膨胀机制冷的中压液化装置。单位能耗０．６５ｋＷ?ｈ／Ｎｍ３（峨＋ＬＮ：）。目前这种双膨胀中压液化循环形式被套用到全液体空分设备中作为制冷液化循环，能明显降低液体产品的单位能耗。有部分用户从操作稳定性考虑，又将其循环气体的的串联增压改为并联增压，这样能耗会有所增加。行业发展篇氮气进氧气进Ｅｌ一主换热器Ｅ２一过冷器Ｅ３一氧氮转换器ＥＴＩ一高温增压透平膨胀机陇一低温增压透平膨胀机ＮＴＣＩ一原料氮气压缩机ＮＴＣ２一氮气循环压缩机ＯＰ一液氧泵ＷＥ一水冷却器图６双膨胀中压液化循环流程图３．大型低温液体贮槽大型低温液体贮槽（＞４００ｍ３）在近十年来得到迅猛发展，尤其是大型常压平底粉末绝热低温液体贮槽在许多钢厂的氧气厂投运。目前国内最大为２０００ｍ３液氧贮槽，国外为５０００１＂１１３。大型低温液体贮槽为立式圆柱形平底自支撑拱顶双壁罐。平底拱盖，圆柱形双层壁结构。绝热采用在圆柱夹层和顶部夹层充填珠光砂粉末，底部为泡沫玻璃砖，夹层内充干燥氮气。贮槽一般放置在水泥柱支撑的水泥平台上，分为内槽、外槽。内槽材质用奥氏体不锈钢，外槽用碳钢。内槽的设计压力为１５―４５ｋＰａ，外罐的设计压力为０．５ｋＰａ。液体的日蒸发率。液氧为≤Ｏ．１８％／ｄ，液氮为≤Ｏ．２２％／ｄ。此类贮槽设计和制造的关键部分主要有：贮槽结构应力分析，负荷分配板和底部绝热基础，以及安装施工质量。大型低温液体贮槽须配置液体输送系统和液体汽化系统。贮槽抽出的低温液氧、液氮、液氩等送人输送液体泵或充槽车液体泵。进人输送液体泵的液体增压到中压（２．５―３．０ＭＰａ）后在水浴式汽化器汽化成压力气氧、气氮和气氩供用户使用；进入充槽车液体泵的液体增压后直接快速充入液体槽车，供外销用。
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