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空分装置的工艺流程及常见故障的排除
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一、空分工艺概述1、工作原理 空分设备的工作原理是根据空气中各组分沸点不同， 经加压、 预冷、 纯化并利用大部分由透平膨胀机提供的冷量使之液化再进 行精馏从而获得所需的氧、氮产品。装置的工作包括下列过程： ⑴ 空气的过滤和压缩 ⑵ 空气中水份和二氧化碳的消除 ⑶ 空气被冷却到液化温度 ⑷ 冷量的制取 ⑸ 液化 ⑹ 精馏 ⑺ 危险杂质的排除 1.1 空气的过滤和压缩 大
气中的空气先经过空气过滤器过滤其灰尘等机械杂质， 然 后在空气透平压缩机中被压缩到所需的压力， 由中间冷却器提供 级间冷却，压缩产生的热量被冷却水带走。 1.2 空气中水份和二氧化碳的清除 加工空气中的水份和二氧化碳若进入空分设备的低温区后， 会形成冰和干冰，就会阻塞换热器的通道和塔板上的小孔，因而 配用分子筛吸附器来予先清除空气中的水份和二氧化碳， 进入分 子筛吸附器的空气温度约为 10℃。分子筛吸附器成对切换使用， 一只工作时另一只在再生。1.3 空气被冷却到液化温度 空气的冷却是在主换热器中进行的， 在其中空气被来自精馏 塔的返流气体冷却到接近液化温度。与此同时，低温返流气体被 复热。 1.4 冷量的制取 由于绝热损失、 换热器的复热不足损失和冷箱中向外直接排 放低温流体， 分馏塔所需的冷量是由空气在膨胀机中等熵膨胀和 等温节流效应而获得的。 1.5 液化 在起动阶段， 加工空气在主换热器和过冷器中与返流低温气 体换热而被部分液化，在正常运行中，氮气和液氧的热交换是在 冷凝蒸发器中进行的，由于两种流体压力的不同，氮气被液化而 液氧被蒸发，氮气和液氧分别由下塔和上塔供给，这是保证上、 下塔精馏过程的进行所必需具备的条件（注：起动时，大部分气 体也是在主冷中被冷却至液化温度而被液化的） 。 1.6 精馏 空气中主要组份的物理特性如下表 1.1 和表 1.2表 1.1 名 氮 氧 氩 二氧化碳 氦 氖 氪 氙 称 化学符号 体积百分比 N2 O2 Ar CO2 He Ne Kr Xe 78.09 20.95 0.902 0.03 0.6 0.008 重量百分比 75.5 23.1 1.29 0.05 0.1 0.04表 2.2气化温 名 称 氮 氧 氩 氦 氖 氪 氙 化学 度 符号 ℃ N2 O2 Ar He Ne Kr Xe -195.8 -183 -185.7 -268.9 -246.1 -153.2 -108.0 ℃ -209.86 -218.4 -189.2 -272.55 -248.6 -157.2 -111.8 1.25 1.43 1.782 0.18 0.748 1.735 1.664 0.81 1.14 1.4 0.125 1.204 2.155 3.52 -147 -119 -122 -267.7 -228.7 -63.7 +16.6 (G) 34.5 51.3 49.59 2.335 28.13 56 60.1 度 熔化温 比 Kg/m3 重 Kg/L ℃ 临 界 点 10-1MPa空气中 99.04%是氧气和氮气，0.932%是氩气，它们基本不 变。 氢、 二氧化碳和碳氢化合物视地区和环境在一定范围内变化， 空气中的水蒸汽含量随着饱和温度和地理环境条件影响而变化 较大。水蒸汽和二氧化碳具有和空气大不相同的性质，在大气压 力下，水蒸汽达到 0℃和二氧化碳达到-79℃时，就分别变成冰和 干冰，就会阻塞板式换热器的通道和筛板上的小孔。因此这些组 份必须在空气进冷箱前除去。空气中的危险杂质是碳氢化合物， 特别是乙炔。 在精馏过程中如乙炔在液空和液氧中浓缩到一定程 度就有发生爆炸的可能，因此乙炔在液氧中含量规定不得超过 0.1PPm， 这必须予以充分的注意。 稀有气体中的不凝性气体如氖 氦气，由于其冷凝温度很低，总以气态集聚在冷凝蒸发器中，侵 占了换热面积，而影响换热效果，因此也要经常排放。 分离过程可获得相当产量的高纯度产品。 空气的精馏是在氧 ―氮混合物的气相与液相接触之间的热质交换过程中进行的， 气 体自下而上流动，而液体自上而下流动，该过程由筛板（填料） 来完成。由于氧、氮组份沸点的不同，氮比氧易蒸发，氧比氮易 冷凝，气体逐板（段）通过时，氮浓度不断增加，只要有足够多 的塔板（填料） ，在塔顶即可获得高纯度的氮气；反之液体逐板 （段）通过时，氧浓度不断增加，在下塔底部可获得富氧液空， 在上塔底部可获得高纯度氧气。 在下塔中空气被初次分离成富氧液空和氮气， 液空由下塔底 部抽出后经节流送入和液空组份相近的上塔某段上， 一部分液氮由下塔顶部抽出后经节流送入上塔顶部， 液空和液氮在节流前先 在过冷器中过冷。空气的最终分离是在上塔进行。产品氧气是由 上塔底部抽出，而氮气由上塔顶部抽出，并通过主换热器复热到 常温后送出。 1.7 危险杂质的排放 空气中的危险杂质是碳氢化合物，特别是乙炔。在精馏过程 中如乙炔在液空和液氧中浓缩到一定程度就有发生爆炸的可能， 因此乙炔在液氧中含量规定不得超过 0.1PPm，这必须引起充分 的注意。 在冷凝蒸发器中，由于液氧的不断蒸发，将会使碳氢化合物 有浓缩的危险， 但是只要从冷凝蒸发器中连续排放部分液氧就可 防止浓缩。而当在冷凝蒸发器中提取液氧时，就可不用再另外排 放液氧来防止碳氢化合物浓缩。 2、主要技术参数和经济指标 ⑴ 产品产量和纯度 氧气 氮气 液氮 液氧 加工空气量 空压机排压 6000 m3/h 10000 m3/h 50 m3/h 150 m3/h 33000m3/h 0.55MPa（表压、下同） ≥99.6%O2 ≤10ppmO2 ≤10ppmO2 ≥99.6%O2⑵ 产品送出压力氧 氮气 气2.5Mpa 0.75 Mpa3、工艺流程说明 ⑴ 空分工艺流程简述 原料空气由自洁式空气过滤器吸入并去除灰尘和机械杂质 后，在离心式空压机中被压缩至 0.55MPa、100℃，压缩空气经 空气冷却塔洗涤并冷却至 9～12℃，然后进入自动切换使用的分 子筛吸附器，以清除 H2O、CO2、C2H2 和 CnHm，出分子筛的空 气为 15～20℃，经过滤器除去分子筛粉尘后，分成三路： 一路进主分馏塔中，空气经过主换热器与返流气体换热，被 冷却至液化温度（-173℃） ，并有少量气体液化，这些气液混合 物一起进入下塔。 另一路空气(4800m3/h)作为膨胀气体，经增压机增压并经冷 却器冷却后也进入主换热器与返流气体换热。 这部分空气被冷却 至-128℃左右，从主换热器中部抽出去膨胀机，膨胀后的空气进 入热虹吸蒸发器，在热虹吸蒸发器内，被从主冷引出的液氧冷却 至-176.6℃，进入上塔中部，部分液氧复热汽化后夹带液氧返回 主冷，形成液氧自循环，进一步除去液氧中的碳氢化合物。 第三路少量空气去仪表空气系统，作为仪表气。 在下塔，空气被初步分离成氮和富氧液空，在塔顶获得纯氮 气，进入主冷与液氧换热冷凝成液氮，部分液氮回下塔作为下塔 的回流液。 另一部分液氮， 经过冷器过冷并节流后进入上塔顶部，作为上塔回流液，下塔釜液 36~40%O2 的富氧液空，经过冷器过 冷并节流后进入上塔中部参加精馏。 以不同状态的三股流体进入上塔经再分离后， 在上塔顶部得 到产量约 12500m3/h、纯氮气，经过冷器、主换热器复热后出分 馏塔。上塔底部的液氧在主冷被下塔的氮气加热而蒸发，其中 6000m3/h、纯度 99.6%O2 的氧气，经主换热器复热后出分馏塔， 其余部分作为上升蒸气参加精馏；在上塔上部尚有约 13400m3/h 的污氮抽出，仍经主换热器复热引出分馏塔。 从主冷引出约 60m3/h 液氧到液氧喷射蒸发器排放，以稀释 主冷碳氢化合物浓度，进一步保证主冷安全。另一路 150m3/h 液 氧进入液体计量槽作为产品液氧送往用户，在生产液氧时，切断 去液氧喷射蒸发器流路。 从分馏塔出来的污氮， 8000m3/h 的污氮去纯化系统， 再生分 子筛，其余去水冷却塔升温、增湿后放空。 合格的低压氮气经过冷器、主换热器复热后引出分馏塔，其 中 10000m3/h 送往用户使用.其余部分去预冷系统的水冷却塔， 升 温、增湿后放空。合格的氧气出分馏塔后，由氧压机压缩到 2.5Mpa 送往用户使用送出。 ⑵ 空压机工艺流程简述 ① 汽水系统： 来自锅炉的中压蒸汽经过主蒸汽阀， 自动主汽门后通过调节 阀送入汽轮机内膨胀作功， 经末级排出的蒸汽由后汽缸排入凝汽器内，被凝结成水后由凝结水泵加压，经抽气冷凝器加热后送入 热动分厂。 ② 空气系统： 空气经过自洁式过滤器，除去 1μm 以上的杂质，被压缩机 吸入，经过 1～3 段压缩，经第一段压缩至 0.093Mpa，温度 92℃ 进入一段冷却器冷却至 40℃，再经过第二段压缩至 0.31Mpa，温 度为 125.9℃，进入二段冷却器冷却至 40℃，然后经过第三段压 缩至 0.5Mpa，温度为 100℃左右，送往空分预冷系统。 ③ 油系统： 汽轮机油经油泵(两台一主一备)加压后，由控制油压调节阀 调整压力至 0.85Mpa，经冷却器冷却至(38±2)℃左右，通过过滤 器一部分送往汽轮机控制系统， 另一部分经润滑油压调节阀调节 压力至 0.25 Mpa，送往润滑油总管，经各调节阀调整油压，送入 汽轮压缩机组各个轴承，经回油总管回入油箱，再由油泵加压循 环使用。当油系统故障不能正常供油时,压缩机被迫停机,高位油 箱充满的油可供机组使用一段时间。机组设有油压连锁，油泵互 保连锁，出口压力连锁。当工艺条件超出连锁指标时，设备自动 停机，以防恶性事故发生。 ④ 汽封系统： 汽机前汽封高压段与抽汽口相连作平衡用， 前汽封第二腔室 漏汽与后汽封相连作后汽封封汽用。在开车时，由于前后汽封漏 汽没有或很少，此时特设置供汽封用的新汽阀门，新汽经节流后供前后汽封封汽用。待机组运行正常后关闭或关小新汽阀，由机 组前汽封漏汽供后汽封封汽用。 ⑤ 疏水系统： 汽缸疏水、平衡管疏水、汽封管路疏水引至疏水膨胀箱，最 后进入凝汽器。速关阀阀杆疏水直接排入地沟。 ⑥ 真空抽气系统： 系统设有两级射汽抽气器，以保证机组运行时的真空度。为 了快速启动，另设置起动抽气器。 ⑦ 冷却循环水系统： 循环水一部分进入凝汽器换热后进循环水回水管道， 另一部 分进入油站冷却器冷却油泵出口的汽轮机油，使油温保持在 （38±2）℃左右。 4、主要设备基本结构及工作原理 ⑴ 脉冲反吹自洁式空气过滤器 符 作 号：AF 用：清除空气中的机械杂质及灰尘结构型式：自洁式 介 质：空气结构及工作原理： 脉冲反吹自洁式空气过滤器的主要部件包 括：空气滤筒、脉冲反吹系统、净气室、框架、榨制系统。反吹 系统由气动隔膜阀、电磁阀、专用喷嘴及压缩空气管路组成。控 制系统主要由脉冲控制仪、差压变送器、控制电路等组成。其结构如图所示。自洁式空气过滤器的净气室出口与空压机入口连接， 在负压 的作用下，从大气中吸入加工空气。空气经过过滤筒，灰尘被滤 料阻挡。无数小颗粒粉尘在滤料的娅风表面形成一层尘膜。尘膜 可使过滤效果有所提高，同时也使气流阻力增大。当阻力增至高 限 600Pa 时，由压差变送器将阻力信号传给脉冲控制仪中的电 脑，电脑发出指令，自洁系统开始工作。电磁阀接到指令后，按 程序控制、驱动隔膜阀，隔膜阀瞬间释放出压缩空气，其压力为 600～800kPa，经喷嘴整流后，自滤简内部反吹滤筒，将滤料外 表面的粉尘吹落， 阻力随之下降。 当阻力达到滤料的初始阻力(约 150Pa)时，自洁系统停止工作。 自洁式过滤器的滤筒分成多组，每组包括多个滤筒，每组都设置一个隔膜阀。某一个阀门动作，只反吹它所涉及到的那组滤 筒， 其余各组照常工作， 因此自洁系统不影响过滤器的连续工作。 滤筒的使用寿命为 18～24 个月。滤料为优质防水型滤纸。 当滤筒阻力经反吹，居高不下，并升至报警值(800Pa)时，表示滤 筒需要更换。更换滤简的操作筒单易行，亦无须停机。 ⑵ 空气透平压缩机 符 作 介 号：AC 用：使流体获得能沿工艺线路流动的动力。 质：空气排气压力：0.51MPa℃ 出口温度：≤100℃ 工作原理： ① 汽轮机 汽轮机是将热能转变为动能的机械，具有一定压力 (3.25 ～ 3.65)Mpa、温度(380～420)℃的蒸汽进入汽轮机，流过喷嘴并在 喷嘴内膨胀获得很高的速度。 高速流动的蒸汽经汽轮机转子的动 叶片做功，动叶带动汽轮机转子，按一定的速度均匀转动。从而 实现将蒸汽的热能转化为机械能的目的。 ② 透平离心式压缩机 离心式压缩机是依靠叶轮高速旋转使气体受到离心力的作 用而提高压力的一种叶轮式旋转机械。 气体从吸气室进入叶轮进 行压缩使气体能量升高；离开叶轮的高速气流进入扩压室，动能降低，压力提高；离开扩压室的气体经弯道和回流器再引到下一 级继续压缩。这样气体经分段多级压缩后，气体压力逐渐提高到 实际需要值。 ⑶ 空气冷却塔 符 作 号：AT1101 用：把从空压机过来的高温（＜100℃）气体冷却至适合分子筛吸附温度（8～15℃）的气体，并除去空气中 HCL、 Cl2、NH3、SO2、SO3、NO2 等气体及少量细小灰尘。 结 构：立式圆筒型塔，分为上、下两段，内装散装填料（圆柱形内多面结构，材质分为不锈钢和聚四氟己烯，一般不锈 钢材质的装在空冷塔的下面，因为下面的空气温度较高） ，出口 安装高效除雾器。 使用方式：出空压机的空气从下部进入空冷塔，水通过布水 器均匀地分布到填料上，水从上往下流，空气从下穿过填料层， 在其间空气被水洗涤并冷却后， 最终在塔顶被除雾器分离水分后 出塔，升温后的冷却水从塔底排出。 ⑷ 水冷却塔 符 作 号：WT1101 用：为空分设备提供冷却水，利用从分馏塔里出来的低温干燥氮气和污氮气冷却外界供水，使之有较低的温度，经过 冷冻机组进一步冷却后输送至空冷上段。 结 构：立式圆筒体，内设支撑板，以支撑填料。使用方式：外界供水自上而下流经填料，与从分馏塔出来的 干燥氮气和污氮气进行热交换，使外界供水冷却下来，水在塔底 被水泵抽走，上升气体带走热量后从塔顶排往大气。 ⑸ 分子筛吸附器 符 作 号：MS1201、MS1202 用：吸附空气中的水份、二氧化碳及乙炔等碳氢化合物，使进入冷箱的空气纯净。 结 剂。 使用方式：空气通过分子筛床层时，由于分子筛的吸附特性 将空气中的水份、二氧化碳、乙炔等碳氢化合物吸附，净化后的 空气二氧化碳含量≤1PPm，在再生周期中，先被高温干燥污氮 反向再生后，再被常温干燥污氮冷却到常温，分子筛吸附器成对 交替使用，一只工作时，另一只被再生。 ⑹ 主热交换器 符 作 结 号：E2、E1、E3 用：进行多股流之间的热交换 构：为多层板翅式，各通道中的冷热气流通过翅片和 构：立式圆筒体，内设支承棚架，以承托分子筛吸附隔板进行良好的换热。 使用方式： 对经分子筛吸附器除去水分和二氧化碳的压缩空 气进行冷却，直至达到接近液化温度，各返流气在此被加热到常 温。⑺ 过冷器 符 作 结 号：E4 用：对低温液体进行过冷 构：为多层板翅式。相邻通道间物流通过翅片和隔板进行良好的换热。 使用方式： 液空和液氮在流经过冷器时被氮气和污氮气进一 步冷却，使之低于饱和温度，这样，液空和液氮在节流后可以减 少气化，改善上塔的精馏工况。 ⑻ 冷凝蒸发器 符 作 号：K 用：供氮气冷凝和液氧蒸发用，以维持精馏塔精馏过程的进行。 结 构：为多层板翅式，相邻通道的物流通过翅片和隔板进行良好的换热。 使用方式：冷凝蒸发器置于上、下塔之间，下塔上升的氮气 在其间被冷凝，而上塔回流的液氧在其间被蒸发。这个过程得以 进行， 是因为氮气压力高， 液氧压力低。 例如氮气压力为 0.46MPa 时，液化温度为 95.5K，而液氧在压力为 0.039MPa 时，蒸发温 度 93.6K，两者温差 1.9K。这样，氮气的冷凝和液氧的蒸发就可 进行。各类冷凝蒸发器都是按此原理进行的，只是冷凝和蒸发的 介质不同而已。 ⑼ 下塔与上塔符 作号：下塔 C1、上塔 C2 用：利用混合气体中各组分的沸点不同，将其分离成所要求纯度的组分。 结 构：塔筒为圆筒形，下塔内装多层环流筛板，筛板上设置两只溢流装置，上塔内装规整填料及液体分布器。 使用方式：下塔精馏过程中，液体自上往下逐一流过每块筛 板，由于溢流堰的作用，使塔板上造成一定的液层高度。当气体 由下而上穿过筛板小孔时与液体接触，产生了鼓泡，这样就增加 了汽液接触面积，使热质交换过程高效地进行。低沸点组份逐渐 蒸发，高沸点的组份逐渐液化，至塔顶就获得低沸点的纯氮，在 塔底获得高沸点的富氧液空组份。上塔在精馏过程中，气体穿过 分布器沿填料盘上升， 液体自上往下通过分布器均匀地分布在填 料盘上，在填料表面上气、液充分接触进行高效的热质交换。上 升气体中低沸点份（氮）含量不断提高，高沸点组份（氧）被大 量的洗涤下来，形成回流液最终在塔顶得到低沸点纯氮气，塔底 得到高沸点的纯液氧。 ⑽ 增压透平膨胀机 符 结 介 流 号：ET1、ET2 构：可调喷嘴、径轴流返动式、增压机制动 质：空气 量：～5000 m3/h工作原理：有一定压力的气体进入蜗壳，被均匀分配进入喷嘴，经喷嘴膨胀降低了压力和温度（气体在喷嘴中将内部能量转 换为动能，压力、温度降低，流速增高 200m/s） ，高速气流冲到 叶轮叶片上，推动叶轮旋转，将动能转换为机械能，通过转子带 动增压机对气体做功。 ⑾ 氧气活塞压缩机 型 结 介 号：ZW-56/25 型 构：立式、三级四列、双作用、无润滑活塞式。 质：氧气进气温度：25℃ 进气压力：15KPa 排气压力：2.5MPa 轴 功 率：515 Kw 电机功率：560Kw ⑿ 电加热器 符 作 号：EH1201 EH1202 用：加热从分馏塔系统来的污氮气，作为分子筛吸附器的再生气。 结 管寿命。 ⒀ 冷水机组 符 作 号：RU1101 用：为空气冷却塔上部提供低温冷冻水。 构：立式，U 型电热管。采用上进下出结构延长电热工作原理：蒸发器出来的低温低压蒸汽，被压缩机吸入，经 压缩机压缩成高温、高压气体，排入冷凝器，被流经冷凝器的冷 却水带走热量， 高温、 高压的气体被冷凝成过冷液体， 经过滤器、 球阀进入热力膨胀阀，被节流减压后变为低温低压液体（有少许 制冷剂蒸汽）进入蒸发器，在蒸发器内制冷剂不断蒸发，从而使 流经蒸发器的冷冻水温度降低， 蒸发器内的低温低压液体液体变 为低温低压蒸汽。如此循环，冷冻水温度不断降低到所需温度供 用户使用。二、空分基础知识1、拦液：塔内气体从下往上升，塔内气体从上往下降，因上升气量 过大， 下降液体量过大流通通道减小或堵塞使塔内上升气体不能顺利 上升，下降液体不能顺利下降的现象。 2、制冷:用人为的方法获得比环境更低的温度。 3、节流：当气体或液体在管道内流过一个缩孔或阀门时，流动受到 阻碍，流体在阀门处产生漩涡，碰撞、摩擦，流体要经过阀门必须克 服这些阻力， 这种由于流动遇到局部阻力而造成压力有较大降落的过 程叫做节流。 4、精馏：利用两种物质的沸点不同，多次地进行混合蒸汽的部分冷 凝和混合液体的部分蒸发过程。 5、压力：单位面积上的作用力。 6、温度：反映物体冷热的程度。 7、回流比：塔内下流液体量与上升蒸汽量之比。8、吸附：一种把气态和液态物质固定在固体表面上的物理现象。 9、液化温度：指在一定压力下，气体转变为液体的温度。 10、气化温度：指在一定压力下，液体转变为气体的温度。 11、液泛：当拦液达到一定温度，使塔内上升气体不能上升，下降气 体不能下降，塔内压差增加到一定程度，上升气体将液体带出塔外的 现象。 12、空气出空冷塔带水的原因： a 空冷塔液面过高 b 填料填塞 c 空气流速太快 d 水分离器不好 e 杀 菌药剂引起泡沫过多 f 空分系统压力突然下降 13、空冷塔液位过高过低有什么影响？ 过高：a 空气带水，影响纯化系统、分子筛的吸附效果和寿命。b 容 易发生液冷，增加空压机出口压力。 过低：a 空气出空冷塔温度过高 b 气体窜入流水管道，造成循环水倒 流。 14、水冷塔液位过高过低有什么影响？ 过高：出现冷塔现象，堵住污氮进口，使水温降不下来，污氮出分馏 塔量少，影响氧气纯度。 过低： a 泵不打压， 抽空 b 没有充分利用污氮的饱和性， 使水温降低。 15、为什么空冷塔启动时先通气后开水泵？ a 刚开车时空冷塔压力为大气压力，而空气压力为 0.5Mpa，气体使空 冷塔气体流速过快，不平稳，如先开水泵气使气体大量带水，影响分 子筛寿命。 b 如先开泵，会使液位上涨，进入空冷塔空气进口，导致空压机压力升高。 16、污氮气、氮气是怎样在水冷塔将水温降低？ 污氮气、氮气从水冷塔顶部进入的常温水充分接触，进行热质交换， 一方面由于水温高于污氮、 氮气温度， 就有热量直接从水传给污氮气、 氮气，使水得到冷却，另一方面，由于污氮、氮气比较干燥，在接触 过程中，水分子不断蒸发扩散到污氮中，而睡的蒸发需要吸收大量的 汽化潜热从而使水温降低，有时水冷塔会出现负温差现象（即冷却水 出口温度低于污氮氮气进口温度） 17、影响水冷塔温的因素？ 因素很多如，喷淋水量，喷淋设备的结构、以及填料的传质传热效率 等，但其中关键因素是水气比（即喷淋水量与气体流量的比值） ，因 为氮气（污氮）中的饱和（或相对温度）是有一定限度的，所以水降 低的程度取决于水气比。 18、纯化系统易出现哪些问题？ A 时间程序控制停止 （工作的一只分子筛如延时太长， 先是 CO2 后是 H2O 逸出，导致冷箱内低温部分设备、阀堵，用手进行切换，联系仪 表处理） B 空气进入分子筛温度高（分子筛吸附值下降，吸附有效时间缩短， CO2、H2 O 可能被带入冷箱装置内，CO2 含量超指标，就需停车） C 再生污氮气露点过高（分子筛不能完全再生，吸附值下降，如蒸汽 加热器倒换电加热器） D 出蒸汽加热器温度低（分子筛再生达不到要求，检查蒸汽压力，温度及疏水器工作情况） E 切换系统阀门失控（紧急暂停分子筛切换程序，联系仪表处理，同 时先手动开或关，操作阀门） V1201―V1208 转手动开或关方法：旋出定位螺丝，手柄放到合适位 置，有时会出现顶齿现象，需来回转动手柄，确保蜗轮、蜗杆啮合， 再用手轮开或关。 其余自动切换阀，拉出限位销、逆时针转动手柄至 on，使蜗轮、蜗 杆啮合，用手轮开关。 分子筛在切换过程中，一定要严格监控各切换阀开关状态，才能及时 发现问题，处理问题，避免工艺大幅波动或停车。 19、膨胀机系统易出现的不正常现象？ A 轴承温度高 （供油不足， 油路不清洁， 过滤器堵， 旋转部件不平衡） B 内轴承温度太低，严重时引起润滑油固化 C 固体颗粒进入膨胀机（有时会打坏喷嘴环、叶轮、检查机前过滤器 是否完好） D 振动大（转子动平衡于被破坏，工作转速与转子本身固有频率相近 或相等而产生共振轴承间隙变化后， 使油膜厚度发生周期性变化引起 油膜振荡，膨胀机内出现液体，增压机进入喘振引起振动，油系统故 障， 油温低， 油不干净， 混入水分， 油压低造成润滑不足等造成振动） 20、一般上塔是怎样分为提馏段、精馏段？ 在上塔液空进料口以下部分，是为了将液体中氮组分分离出来，提高 液体中氧含量，称为提馏段。液空进料口以上部分是为了进一步精馏上升气体，回收其中氧组分， 不断提高气体中氮组分，称为精馏段。 21、分子筛纯化系统的作用？ 空气是多组分的混合气体，除氧、氮及稀有气体外，还有水蒸气， CO2，碳氢化合物，另外 还有少量灰尘等固体杂质及一些有害气体， 在自洁式过滤器、空气预冷系统基本清除，水份、CO2 会随空气温度 下降从空气中析出，冻结，堵塞空气通道，乙烯和其他碳氢化合物在 空分设备内积聚，在一定条件下会引起爆炸，为使空气长期安全，可 靠运行，设置分子筛吸附器，当空气自下而上通过它时空气中 CO2、 H2O、C2H2 等杂质被吸附清除，当吸附饱和后，倒换另一只吸附器， 一只用加热的污氮气进行再生，两只交替使用。 再生时，冷吹峰值温度达 160℃左右，是吸附器最佳运转工况；冷吹 峰值温度达 130℃左右，被吸附的 CO2、H2 O 均能解吸；冷吹峰值温 度达 100℃左右，被吸附的 CO2、H2O 基本能解吸；冷吹峰值温度达 80℃左右解吸不完全，1--2水份残留。 22、如何防止预冷系统带水事故，带水后如何处理？如何做好预冷系 统日常维护工作？ ⑴ 带水原因： A 空冷塔本身，例如：填料、水垢、堵塞、喷淋水量过多，水分离 装置分离不好，水分配器小孔堵塞等。 B 误操作，液面计失灵，仪表自调阀处于关的状态 C 循环水添加防腐剂时，用药过量，使水起泡过多D 系统压力波动过大等 ⑵ 危害及处理 预冷系统带水影响分子筛吸附器的正常工作， 严重时还会使水带入分 馏塔冷箱内，冻裂主换热器，带水时，迅速查明原因，打开空气进分 子筛阀前吹除和分子筛底部吹除阀，严格监控空气进分子筛水份含 量，超指标时按操作规程停车。再生分子筛或对系统进行加温。日常 维护中要加强管理，加强巡检和监控，检查主控液面指标指与现场液 面计是否一只，液面计是否牢靠，水压、水温、水量是否在工艺范围 内， 水过滤器有无堵塞、 液位自调是否灵活， 另外水泵运转是否正常， 有无振动、异声，轴承温度不得超过环境温度 40℃。 23、什么原因造成膨胀机内出现液体？ 透平膨胀机后温度低主要是由于机前温度过低引起的， 造成机前温度 过低的原因有： ①旁通量过大 ②环流或中抽温度过低 ③膨胀机前带液空 24、预冷系统的作用 ①实现空气的等温压缩，增大等温效率 ②降低空气进主换热的温度 ③使纯化条件工作在最佳状态 25、设置氮水预冷系统的优点 ①保证冷量充足②减少主换热器的负荷③减低空气的饱和含水水量， 减少纯化系统的工作负荷④温度越低，工况越稳定。 26、影响氧纯度的因素？ ①氧取出量过大，或氮取出量太小（关小送氧阀，减少送氧量，开大送氧阀） ②液空中氧纯度过低（提高液空含氧量） ③进上塔膨胀空气量过大（减少进上塔的膨胀空气量） ④冷凝蒸发器液氧面过高 ⑤塔板效率下降 ⑥精馏工况异常 ⑦主冷泄露 27、精馏过程中氧氮是如何进行分离的 处在冷凝温度时的空气，穿过比它温度低的氧、氮组成的液体时，进 行热质交换， 温度低的液体吸收热量开始蒸发， 其中氮组分首先蒸发， 温度较高液相由于蒸发的气体冷凝时，氧组分先冷凝，这一过程一直 进行到气相和液相温度相等为止，即气液处于平衡状态，这时液相由 于蒸发，氮组分减少，同时气相冷凝达到氧也进入液相，因此液相中 氧含量增加，同样气相由于冷凝，使氧组分减少，同时液相中单项中 氮蒸发进入气相，因此气相中氮含量增多，经过每个塔板多次重复上 述过程，气相中氮含量不断增加，液相中氧含量也不断增加，这样经 过多次蒸发，冷凝就完成整个精馏过程，从而将氧氮分离开。 28、明白了氧氮分离过程，那为什么回流比大时，气相氮纯度高，液 相氧纯度低？ 首先了解回流比：回流比指塔内上流液体与上升蒸汽量之比。 回流比大时，即下流的冷液多或上升蒸汽少时，气液相温度偏于低温 液体一边，于是上升蒸汽温降就大，蒸汽冷凝的就多，因氧是最难挥发组分，故氧组分冷凝的相应按就多，这样离开塔板上升气体中氮浓 度提高的快，另一方面下流液体温升小，液体蒸发的少，因此，液体 中氮蒸发的相应少， 这样下流液体氧浓度提高慢， 每块塔板都是如此， 于是塔顶得到气体含氮纯度高，而在塔底得到液体的氧浓度就低。 29、精馏塔调纯时，各阀门之间如何找一个合适位置？ 下塔精馏是上塔的基础，控制液空、液氮纯度的目的在于提高氧气氮 气的产量。 一般从第一次空分设备启动时， 工况调整正常时所测阻力， 及阀门开度作为运转依据，以后再此基础上根据液空、液氮、氧氮纯 度微调， 液空纯度高， 氧气纯度才能高， 液氮纯度高， 且输出量大时， 氮气纯度才能保证，但二者互相制约，一种提高另一种必然降低，他 们的纯度和各自输出量也互相制约，提高其纯度，流量必然减少，因 此他们的纯度和导出量有一个平衡点，需要稳步地仔细寻求。V11 的 开度要保证下塔的回流液，维持液空，液氮纯度在正常指标内，使下 塔工况建立起来。妥善控制 V2 的开度，在液氧纯度合乎上塔要求的 情况下尽量开大，这样为上塔精馏段提供更多的回流液，使得氮气纯 度得以保证，同时下塔回流液的减少，液空纯度提高，而使氧纯度提 高。 （但不能太大，否则液氧纯度不能保证，有时会打气，反而使精 馏段回流液少，氮气纯度不能保证） 30、什么叫焓，用什么单位? 焓是表示物质内部具有的一种能量的物理量， 也就是一个表示物质状 态的参数。单位是能量的单位：kJ 或 kJ／kg。 我们知道，宏观表示物体所具有的能量是动能和位能。动能的大小取决于他的质量和运动速度；位能是由地球的引力产生，取决于物 体的质量和离地面的距离。在物质内部，它是由大量分于组成的，分 于在不停地做乱运动，具有分子运动的动能。温度越高，分子运动越 激烈，分于运动的动能就越大。分了相互之间也有吸引力，分子间距 离不同，相互吸引的位能也改变。这种肉眼所不能看见的物质内部具 有的能量叫“热力学能”。物质由液态变为气态，是这种能量增大的体 现。 对于流体(液体、气体)，当在缓慢流动时，虽然宏观运动的动能 很小，但是，后面的流体必须为反抗前面的流体的压力做功，才能往 前流动。自行车胎打气就是一个做功使气体流入轮胎的过程。根据能 量转换定律，这个推进功将转变成流体携带的能量，叫做流动能，它 与推进的压力有关，等于压力 p 与体积 V 的乘积 pv。在流动的流体 内部，除了热力学能 u 之外， 还有这部分流动能。为了方便，将这两部分能量之和，称为“焓”．用 符号 H(对单位量流体用 h)表示。即 焓=热力学能+流动能 H=U+pV 或 h=u+pv 在给氧气瓶充气时，可以感到气瓶的温度升高，就是因为带入的 能量中有一部分是流动能，而进入瓶后不再流动，这部分流动能又转 换成瓶内气体的热力学能，反映出温度升高。实际的氧气生产过程要 经历气体压缩、膨胀、加热、冷却等，均为流动过程，它的能量变化 都体现在焓的变化。因此，在作定量分析计算时，经常要用到焓这个物理量，计算焓的数值。能量的单位是焦(J)或千焦(kJ)，焓也具有能 量的单位。 对单位数量的焓 h(比焓)， 常用单位为 J／mol 或 KJ／kmol． 31、什么叫熵 物理学上指热能除以温度所得的商，标志热量转化为功的程度。 32、什么叫露点，为什么能用露点表示空气中的水分含量? 答：在日常生活中我们可以看到，到夜间空气温度降低时，空气 中的水分会有一部分析出，形成露水或霜。这说明在水蒸气含量不变 的情况下，由于温度的降低，能够使空气中原来未达饱和的水蒸气可 变成饱和蒸气，多余的水分就会析出。使水蒸气达到饱和时的温度就 叫作“露点”。 测得露点温度，就可以从水蒸气的饱和含量表(表 8)中查得其水 蒸气含量。由于温度降低过程中水蒸气含量并没有改变．因此，测定 露点实际上就是测定了空气中的绝对湿度。如果露点越低，表示空气 中的水分含量越少。 露点可用专用的露点仪测定。例如，空气经干燥器后的露点为 -50℃，由表 8 可查得：与-50℃对应的饱和水分含量为 0.038g／m3。 ， 说明空气中尚含有这些水分。 如果露点为-60℃， 则饱和水分含量为 0 0.11g／m3。露点越低，说明干燥程度越高。 33、为什么空气经压缩和冷却后会有水分析出? 答：在吹除空压机各级的油水时可以看到，从分离器中总有不断 吹出大量水分。这些水是从哪里来的呢?这是由于在每立方米的空气 中所能容纳水分量主要是取决于温度的高低， 而与空气总压力的大小关系不大。例如．在 30℃和 0.1MPa 压力下，空气中水分的饱和含量 为 30.3g／m3。如果将空气压缩到 0 6MPa，温度仍为 30℃，则在每 立方米的空气中水分的饱和含量仍为 30.3g／m3。但是，当压力提高 时． 在每立方米的空气中所包含的空气质量增多， 水分量也相应增多。 而当温度不变时，其饱和含量不变，则多余的水分就会以液体状态析 出。对上述情况，1m3 压力为 0.6MPa 的空气是由压力为 0.1MPa 体积 为 6m3 的空气压缩而成的。 在 lm3 的空气中水分的含量也增加到 6 倍， 即 6× 30.3(g ／ m3)=181.8g ／ m3 。如果温度不变，空气中仍只能容纳 30.3g／m3。水分，则有六分之五的水分将析出。随着压力的提高， 析出的水分就越多；冷却效果越好，析出的水分也越多。 为什么空气经过冷却塔后水分含量会减少? 对低压空分装置，从空压机排出的压缩空气的绝对压力在 0.6MPa 左 右。空气经压缩后，单位体积内的含水量增加，使其水分含量达到当 时温度对应的饱和含量。 空气在流经空气冷却塔时， 随着温度的降低， 相应的饱和水分含量减少，超过部分就会以液体状态从气中析出。这 部分水蒸气凝结成水，同时放出冷凝潜热．不仅使冷却水量增加，而 且水温也会有所升高。但空气出塔温度是降低的。因此．空气在冷却 塔中，虽然与水直接接触，但水分含量反而会减少。 34、 为什么说主冷液氧面的变化是判断制氧机冷量是否充足的主要标 志? 答：空分设备的工况稳定时，装置的产冷量与冷量消耗保持平 衡．装置内各部位的温度、压力、液面等参数不再随时间而变化。主冷是联系上下塔的纽带，来自下塔的上升氮气在主冷中放热冷凝，来 自上塔的回流液氧在主冷中吸热蒸发。回流液量与蒸发量相等时，液 面保持不变。 加工空气在进入下塔时，有一定的“含湿”，即有小部分是液体。大部 分空气将在主冷中液化。对于低压空分设备，进下塔的空气是由出主 热交换器冷端的空气和经液化器的空气混合而成的，对于中压空分| 设备， 是由膨胀空气和出换热器后经节流阀节流降压的空气混合而成 的。在正常情况下，它们进塔的综合状态都有一定的“含湿量”(液化 率)。进塔的空气状态是由空分设备内的热交换系统和产冷系统所保 证的。 当装置的冷损增大时．制冷量不足．使得进下塔的空气含湿量减 小，要求在主冷中冷凝的氮气量增加，主冷的热负荷增大．相应地液 氧蒸发量也增大，液氧面下降；如果制冷量过多，例如中压装置的工 作压力过高时．空气进下塔的含湿量增大，主冷的热负荷减小，液氧 蒸发量减少．液氧面会上升，因此，装置的冷量是否平衡，首先在主 冷液面的变化上反映出来。 当然， 主冷液氧面是冷量是否平衡的主要标志。 并不是惟一标志。 因为液空节流阀等的开度过大或过小，会改变下塔的液面，进而影响 主冷的液氧面的变化。但是．这不是冷量不平衡造成的，而是上下塔 的液量分配不当而引起的，液面的波动也是暂时的。 35、什么叫再生，再生有哪些方法? 答：再生就是吸附的逆过程。由于吸附剂吸饱被吸组分以后，就失去了吸附能力。必须采取一定的措施，将被吸组分从吸附剂表面赶 走，恢复吸附剂的吸附能力，这就是“再生”。 再生的方法有两种：一是利用吸附剂高温时吸附容量降低的原 理，把加温气体通入吸附剂层，使吸附剂温度升高，被吸组分解吸， 然后被加温气体带出吸附器。再生温度越高，解吸越彻底。这种再生 方法叫加温再生或热交变再生，是最常用的方法。再生气体用干燥氮 气较好，或用空气。 另一种再生方法叫降压再生或压力交变再生。再生时．降低吸附 器内的压力，甚至抽成真空，使被吸附分子的分压力降低，分子浓度 减小， 则吸附在吸附荆表面的分子敬目也相应减少， 达到再生的目的。