空分工艺-易懂全面版.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,态度比方法重要,结果比理由重要,认真比聪明重要,空 分,1.,空分概述,2.,基本理论,3.,单元操作,4.,汽轮机,空分概述,空分的含义,空分，,即空气的分离，是利用一定的手段将空气中的各组分分离开来，从而获得所需要的氧气、氮气及一些稀有气体的过程。,1903,年，德国人卡尔,林德发明制造了世界上第一台深冷（低温）法生产氧气的空分设备，采用高压节流单塔流程，产氧量,10m3/h,。,到目前为止，世界上从事空分行业的大型公司有：,德国林德,法国液空,英国,BOC,美国,APCI,和,Praxair,中国杭氧、川空、开空,1934,年，中国首次从日本、德国引进一套两国拼凑的,15m3/h,空分设备，由日本人安装于青岛“中国瓦斯工厂”。,1949,年，全国只有进口的小空分设备,89,套，总容量只有,3415m,3,/h,。,1953,年底，哈尔滨第一机械厂首次试制成功了两套,30m,3,/h,空分设备。杭氧从,1955,年试制空分设备，,1956,年起形成批量生产。至,2000,年底全国共生产空分设备,130,多种规格，,8339,套，其中,1000m,3,/h,以上的大中空分设备,580,套。全国空分生产氧的能力达,277,万,m,3,/h,。最近几年的空分设备大型化发展更加迅猛。我国的中大型空分设备发展至今，期间经历了六代变革：,第一代：铝带蓄冷器型；,第二代：石头蓄冷器型；,第三代：可逆式切换板翅换热器型；,第四代：常温分子筛吸附型；,第五代：分子筛吸附,+,增压透平膨胀机型；,第六代：规整填料塔,+,无氢制氩型。,第七代：内压缩型。,目前世界上最大的空分设备是法液空供加拿大长湖化工项目配套的,113880m,3,/h,装置，我国现在已具备生产,60000m,3,/h,等级空分设备能力。,空气中的主要成分是氧气、氮气、氩气、二氧化碳以及一些其它气体和杂质。它们在空气中分别以分子的状态存在,数目非常多，并且永不停息地作无规则的运动，均匀地相互搀混在一起，要将它们分开，目前主要有三种方法：低温法、吸附法、膜分离法。,空气中主要组分的性质如下：,名称,符号,沸点,101.325,KPa,熔点,101.325,KPa,密 度,临 界 点,Kg/m,3,气体,Kg/l,液体,/MPa,空气,A,-194.48,-214,1.29/316.6,0.875,-140.7/3.774,氮,N,2,-195.8,-209.86,1.25/313.3,0.81,-147/3.395,氧,O,2,-183,-218.4,1.43/436.14,1.14,-119/5.043,氩,Ar,-185.7,-189.2,1.782/535.6,1.4,-122/4.863,是根据空气中各组分的沸点不同，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，从而获得所需要的氧气、氮气及其它稀有气体的过程。具体原理为空气经过增压膨胀对外作功处于冷凝温度,当穿过比它温度低的氧、氮组成的液体层时,由于气、液之间温度差的存在,要进行热交换,温度低的液体吸收热量开始蒸发,其中氮组分首先蒸发,温度较高的气体冷凝,放出冷凝热,气体冷凝时,首先冷凝氧组分,.,此过程一直进行到气、液处于平衡状态。,1,、低温法：,这时,液相由于蒸发,使氮组分减少,同时由于气相冷凝的氧也进入液相,因此液相的氧浓度增加了,同样气相由于冷凝,使氧组分减少,同时由于液相的氮进入气相,因此气相的氮浓度增加了,.,多次的重复上述过程,气相的氮浓度就不断增加,液相的氧浓度也能不断的增加,.,这样经过多次的蒸发与冷凝就能完成整个精馏过程,从而将空气中的氧和氮分离开来,原理：利用分子筛对不同的分子具有选择性吸附的特点，有的分子筛（如,5A,、,13X,等对氮具有较强的吸附性能，让氧分子通过，可得到较高纯度的氧气；有的分子筛（碳分子筛等）对氧具有较强的吸附性能，让氮分子通过，可得到较高纯度的氮气，从而实现空气的分离。但吸附法目前的氧气纯度只有,93%,左右。,2,、吸附法：,原理：利用一些有机聚合膜的渗透选择性，当空气通过薄膜或中空纤维膜时，氧气穿透过薄膜的速度约为氮的,4-5,倍，从而实现氧、氮的分离。膜分离的富氧浓度只能达到,28,35%O,2,。,3,、膜分离法：,组成空分装置的,七个系统,压气系统,预冷系统,纯化系统,膨胀机系统,换热器,分馏塔,氩制取,预冷系统,分为空冷塔和水冷塔，是空分装置的关键构成。水冷塔内布置填料，污氮气从下面进入，水从上面喷洒下来，利用污氮气的不饱合性，水遇到干燥的氮气迅速蒸发，水因蒸发放出热量，达到降温的目的，甚至会比当时的污氮气温度还要低。,预冷系统,空气预冷系统是空气分离设备的一个重要的组成部分,它串接于空气压缩机系统和分子筛吸附系统之间,用来降低进分子筛吸附器的空气的温度与含水量,合理地使用空气预冷系统,有利于空气分离设备长期安全地运转,特别是高温季节尤为重要。,空冷塔利用空气与水直接接触，上部为水冷塔来的低温水，中上部为工业水，工业水一是起到降温的作用，同时会洗涤下空气中的灰尘和易溶于水的气体杂质，如氨、氯化氢等。一般,1000m3,空气最低需要水的洗涤量为,1.5 m3,能够产生很好的效果。,纯化系统为氧化铝与分子筛的双层床结构，纯化器内下层为氧化铝，上面是分子筛，氧化铝主要功能是清除空冷塔带来的游离水，减少分子筛的负担。分子筛清除空气中的二氧化碳和碳氢化合物,产品气体与入塔空气进行热量交换，换热器为多层的板翅式结构，一层一层叠在一起，能够分成不同的组别，内部就是简单的层结构，同类产品用封头引出，气体在内部进行热交换。一组换热器可以分成多个不同的单元。,为空分装置的重要部机，从纯化器后分出一股空气进入增压机增压，然后进入板式进行换热后进入膨胀机，机前有过滤器，高速气流吹动叶轮，气体膨胀做功带动增压机增压，膨胀后空气进入上塔参加精馏。,膨胀机,叶轮,膨胀机转子,转子,主,塔,主塔分为上塔、下塔及主冷凝蒸发器，主冷起到承上启下的作用，空压机来的空气进入下塔进行初次精馏，上升气在下塔顶被主冷中的液氧冷凝，获得高纯度的液氮，送入上塔顶作为回流液，下塔底得到,36-40%,的富氧液空，送入上塔中部参加精馏，主冷中的液氧被下塔来的氮气蒸发，作为上塔的上升气，一部分作为产品送出。,塔内温度分布,位置,温度,K,温度,上塔顶,78,-195,污氮出口,80.5,-192.5,液空进口,88,-185,主冷液氧,93,-180,下塔顶氮气,95,-178,下塔入口,100,-173,筛板,氩系统分为粗氩塔和精氩塔，粗氩塔将馏份气中的氧除去后进入精氩塔除氮。粗氩塔设置两部分，用液氩泵连接，粗氩冷凝器采用过冷器后的液空做为冷源，液空的液位和温度（受冷凝器内压力和液空纯度的影响）对冷凝器的负荷产生影响。精氩冷凝器采用出过冷器的液氮做为冷源，不凝气体从精氩塔顶排放。,内置规整填料,基本理论,压力是单位面积上的作用力采用国际单位。其单位是每,m,2,面积上作用,1N,的力而产生的压力，记作,Pa,（帕）。,新旧单位的换算关系如下：,1,标准大气压,=0.1MPa=1bar=1,公斤,1KPa=100H,2,O,热力学温标开尔文,K,，把,-273.15,定为绝对零度,273.15K=0,康诺瓦罗夫定律,理想溶液中液相与气相中的成分是不同的。如果不同蒸气压的纯液体在给定温度下混合成二元溶液，则气相里的成分和液相里的成分并不相同，对于较高蒸气压的组分，它在气相里的成分大于它在液相里的成分。对于较低沸点的液体，它在气相里的成分大与它在液相里的成分。,相和相平衡,相就是指在系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分，不同相之间往往有一个相界面，把不同的相分别开。系统中相数的多少与物质的数量无关。如水和冰混合在一起，水为液相，冰为固相。一般情况下，物料在精馏塔内是气、液两相。,在一定的温度和压力下，如果物料系统中存在两个或两个以上的相，物料在各相的相对量以及物料中各组分在各个相中的浓度不随时间变化，我们称系统处于平衡状态。,热力性质,对未饱和液体的加热过程，液体吸收热量，因此熵值增加，同时温度也升高。当液体达到饱和时，如果继续加热，则逐渐汽化，但温度维持不变，而熵仍增加。因此，在汽化阶段的等压线为一水平线，它同时又是等温。当液体全部汽化成干饱和蒸气后，如果继续加热，则在熵增加的同时，温度又升高，等压线为一向右上方倾斜的曲线。,C,点越接近,B,点，则表示气液混合物中所含的饱和蒸气量越多，气化率越大。,C,点分割,AB,线段的长度比，即表示气液混合物中气体与液体的数量之比，即,:,AC/CB=G,汽,/G,液,在不同压力下进行实验，可画出不同压力的等压线。压力越高，汽化温度也越高。因此，在等压线组中，越上面的曲线压力越高。此外，压力越高，饱和液体与干饱和蒸气的差别越小，汽化阶段越短，因此，水平线的长度也越短。压力为临界压力时，已没有汽化阶段，当温度达到临界温度时液体直接汽化为蒸气。因此，临界压力下的等压线已没有水平段，曲线上温度为临界温度的点,!,叫临界点。将不同压力下饱和液体点及干饱和蒸气点连接起来，构成图下方的一条向上凸的曲线，叫“饱和曲线”。在临界点左边为饱和液体线，右边为干饱和蒸气线。饱和曲线将图分成三个区域：在饱和液体线左侧为未饱和液体区，干饱和蒸气线的右侧为过热蒸气区，饱和曲线下侧为液体与蒸气的混合物，称“湿蒸气”区。在湿蒸气区，一定的压力对应一定的饱和温度，但随吸热多少不同，蒸气的含量也不同,精馏,把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程称为精馏。,板式精馏塔,.swf,BUBBLING AREA,GAS,GAS,LIQUID,SEPARATION,LIQUID FROM,GAS,ENTRAINMENT,DEGASING,OF,LIQUID,CLEAR LIQUID,DOWNCOMER,CLEARANCE,OUTLET WEIR,INLET WEIR,TRAY SPACING,DOWNCOMER,SEAL PAN,INLET BAFFLE,WEIR CREST,DOWNCOMERSEAL AREA,浓度,-,温度图,当压力愈低时，气相线与液相线距离愈远，表示在气液平衡时，气相浓度与液相浓度差愈大。对空气分离来说，气液相浓度差越大表示氧氮分离越容易，精馏过程所需的塔板数就少，因此在低压下分离空气比较有利。,当温度较高的饱和蒸气与温度较低的饱和液体互相均匀混合时，由于蒸气的温度高于液体的温度，因此均匀混合后蒸气将放出热量而被部分冷凝，液体将吸收热量而部分蒸发。最后达到相同温度下的气液平衡状态。当蒸气部分冷凝时，沸点较高的氧，相对较多地冷凝进入液相中，使冷凝液温度升高，则沸点较低的氮相对较多地蒸发到气相中，最后达到平衡时，气相中的氮增加和液相中的氧浓缩。上述过程就是同时进行部分气化和部分冷凝过程的简述。这样的过程进行多次就实现了精馏。,深冷法制氧为什么要采用膨胀机？,等熵膨胀制冷量更大,等熵膨胀温度更低,焓,若对单位质量的流动气体而言，流动时的推动功为,PV,，气体所具有的热力学能为,U,，所以气体所具有的总能量应等于两项之和。用符号,h,或,i,来表示,:h=U+PV,，称之为焓。,焓表征了流动系统中流体工质的总能量。它的数值为热力学能与流动时的推动功之和。流动是由压力差而产生的，所以流动时的推动功也可称为压力位能。,流动时的推动功,PV,，压力和质量热容都是状态函数，热力学能,U,也是状态函数，因此焓也是一个状态函数。,熵,自然界许多现象都有方向性，即向某一个方向可以自发地进行，反之则不能。热量只能自发地从高温物体传给低温物体，高压气体会自发地向低压方向膨胀，不同性质的气体会自发地均匀混合，一块赤热的铁会自然冷却，水会自发地从高处流向低处，它们的逆过程则均不能自发进行。这种有方向性的过程，我们称之为“不可逆过程”。,不可逆过程前、后的两个状态是不等价的。熵可以用来度量不可逆过程前后两个状态的不等价性。,，,节流与膨胀后的压力虽然相同，但是这两个状态是不等价的。它们的不等价性通过理论证明可用熵来度量。对节流过程来说，是绝热的不可逆过程，熵是增大的；对膨胀机来说，在理想情况下，为一可逆过程，熵不变。即节流后的熵值比膨胀后的熵要大，其差值说明了不可逆的程度。,空气通过节流阀和膨胀机时，压力从,p1,降到,p2,，在理想情况下，两个过程均可看成是绝热过程。但是，由于节流过程没有对外作机械功，压力完全消耗在节流阀的摩擦、涡流及气流撞击损失上，要使气体自发地从低压处（,p2,）反向流至高压处（,p1,）是不可能的，因此它是一个不可逆过程。对于膨胀机，其叶轮对外作功，使气体的压力降低，内部能量减少，在理想情况下，如果将所作出的功利用压缩机加以回收，则仍然可以将气体由 压缩至且没有消耗外界的能量，因此，膨胀机的理想绝热膨胀过程是一可逆过程。,由此可见，节流与膨胀机膨胀后的压力虽然相同，但是这两个状态是不等价的。它们的不等价性通过理论证明可用熵来度量。对于节流过程来说，是绝热的不可逆过程，熵是增大的；对于膨胀机来说，在理想绝热情况下，为一可逆过程，熵不变。即节流后的熵值比膨胀机膨胀后的熵值要大，其差值说明了不可逆的程度。,装置管道模型,1,仿真流动,.swf,2,仿真漏液,.swf,3,仿真液泛,.swf,压缩机的冷却器内为什么会有水,把气体混合物在压力不变的条件下降温冷却，当冷却到某一温度时，产生的第一个微小的液滴，此温度叫做该混合物在指定压力下的露点温度，简称露点。处于露点温度下的气体称为饱和气体。从精馏塔顶蒸出的气体温度，就是处在露点温度下。,潜热,单位重量的纯物质在相变（在没有化学反应的条件下，物质发生了相态的改变，称相变。如水结成冰或水汽化成水蒸气等成为相变过程）。过程吸收或放出的热叫潜热。,一个大气压下,O2=51.03Kcal/kg,N2=47.59Kcal/kg,Ar2=39.19Kcal/kg,1,公斤水在,760,毫米汞柱压力，,100,摄氏度下汽化，汽化潜热为,539.6,千卡。,冷水化肉和热水化肉哪个更快,蒸汽烫伤和热水烫伤有什么不同,。,回流比,在精馏过程中，混合液加热后所产生的蒸汽由塔顶蒸出，进入塔顶冷凝器。蒸汽在此冷凝（或部分冷凝）成液体，将其一部分冷凝液返回塔顶沿塔板下流，这部分液体叫做回流液；将另一部分冷凝液（或未凝蒸汽）从塔顶采出，作为产品。回流比就是回流液量与气体采出量的重量比，通常以通常以,R,来表示，即,R=L/D,L-,单位时间内塔顶回流液体量。,D-,单位时间内塔顶采出量。,回流比的大小对精馏操作有什么影响？,当塔顶馏份中高沸点组份含量增加时，常采用加大回流的方法将其压下去，以使产品质量合格。当精馏段的轻组份下到提馏段造成塔下部温度降低时，可以用适当减少回流比的方法以使釜底温度提起来。增加回流比，对从塔顶得到产品的精馏塔来说，可以提高产品质量，但是却要降低塔的生产能力，增加水、电、气的消耗。回流比过大，将会造成塔内物料的循环量过大，甚至能导致液泛，破坏塔的正常操作。,氧的提取率,氧提取率以产品氧中的总氧量与进塔加工空气中的总氧量之比来表示。应该努力降低污氮中的含氧量，这样可以多产氧，提高氧的提取率,。,全低压的精馏塔的氧提取率以前只有,80%,85%,，现在已提高到,90%,95%,，最先进的甚至可达,99%,左右。,氧的提取率,=V,O2,*Y,O2,/V,K,*Y,K,单元操作,空气净化,空气中含有大量尘埃，还含有二氧化碳、碳氢化合物和水份，这些物质会对空分塔产生危害，需要在板式前清除。原料气的温度太高会使纯化器的吸附不能正常进行。,1.,提高原料气的纯净度。,2.,防止杂质在设备管路上冻结。,3.,防止腐蚀,.,4.,除去危险爆炸物。,5.,降温,预冷系统,首先导气前将空冷塔及水冷塔内充水，保持液位在一定范围内。导气前水泵处于停止状态，等到气量平稳后再将水泵投入。,注意两塔的水液位和流量要保持稳定，过高的水液位和不稳定的水量非常容易造成空气带水事故，同时保证入塔空气流量稳定，缓慢导入入塔空气。,水汽车间会定期向水中加入阻垢剂，加药过程中会产生大量泡沫，这期间要注意空冷塔阻力及纯化器前排水导淋。,1,）、水位控制系统仪表失灵引起。如水位高时，紧急排放阀打不开，水位自调阀失灵或打不开，翻板液位失灵等原因，这是空冷塔带水的最常见原因。,2,）、操作失误。如空气量突然变化，造成流速过快，也会造成空冷塔带水。,3,）、水中带有大量泡沫，使空冷塔气液分离困难，也会造成空冷塔空气出塔大量带水事故。,4,）、还有的一种情况是水冷塔内水位过高进入到污氮放空管道，从放空管道进入污氮总管而由再生气体进入纯化器内。,空冷塔带水会给装置造成严重的后果，因此在操作中要严格注意空冷塔的阻力及液位变化，严重时水进入板式或塔内会造成塔内设备冻裂。,空冷塔带水：,注意：,空压机停车后，应第一时间检查水泵运行情况，停车后应安排专人监视空冷纯化系统状况，防止水管网倒流入空冷塔。,2008,年,11,月,15,日凌晨，,1#,空分装置因液位计冻堵，导致调节阀自动关闭，空冷塔内水位上涨，空气携带大量水进入纯化器，致使使用中的纯化器进水，水分饱合后进入主换热器，最终进入塔内，造成,1#,装置下塔塔板变形，无法修复。,1#,空分装置不得不更换下塔。,触目惊心,纯化系统,纯化系统内置,13X,分子筛，下层为活性氧化铝，分子筛为人工合成泡沸石，硅铝酸盐晶体，无毒、无味、无腐蚀性不可燃，不溶于水及有机溶剂，能溶于强酸强碱。晶体内孔穴能把小于孔径的分子吸附。,通式：,Na,86,(AlO2),86,(SiO,2,),106,.264H,2,O,吸附剂在不同温度下对水分的静吸附容量,温度,25,50,75,100,125,150,250,分子筛,72,21,18.5,15,9,6,3.5,活性氧化铝,10,6,2.5,3,1,0,注：上表在水蒸汽分压力,0.1KPa,的实验数据,重量,%,杂质穿透分子筛床层顺序,甲烷,立即穿透,乙烷,几乎立即穿透,二氧化碳、丙烷、乙烯,几乎同时穿透,乙炔、丙稀,迟一些穿透,丁烷、丁烯,较迟一些穿透,水,很迟穿透,吸附器再生,1.,降压。,C,阀打开切断工作容器的进气，阻力,10KPa,，降压速度不能太快，一般,8,分钟。,2.,加热。,A,阀打开，吸附器后污氮温度,150,以上,3.,冷吹。,B,阀打开，纯化器前污氮温度,100,以上,4.,升压。,C,阀打开，此时纯化器温度会有所升高，升压速度不能太快，,12-20,分钟,5.,并联。此段时间适当延长可减小温度对装置的影响，,再生温度曲线,AB,卸压阶段,BC,加热阶段,CD,冷吹阶段,DE,充压阶段,不同再生温度下的再生效果比较,再生温度,/,200,170,150,120,冷吹峰值温度,/,160,130,100,80,二氧化碳和水分,解吸情况,效果最佳,均能解吸,基本解吸,部分残留,1%,2%,分子筛吸附器经过,3,年以上运转,分子筛逐渐老化时,可提高再生温度,使分子筛吸附容量不致下降过多。,空气中有害杂质的吸附和影响,分子筛对氨、硫化氢等极性分子具有较强的亲和力。当气体中含有某些对分子筛有较强亲和力的分子,而这些分子需要作为杂质和水同时脱除,分子筛在吸水的同时,也可吸附这些分子。一般吸附较强的杂质有氨、硫化氢、二氧化硫和二氧化碳,等。其吸附的强弱顺序为,:,水,氨,硫化氢,二氧化硫,二氧化碳。,对分子筛有害的杂质有,:,二氧化硫、氧化氮,(NOx=NO+NO2,NO,约占,60%,80%),、氯化氢、氯、硫化氢和氨等。,纯化系统导气,如果有仪表气源，则先将切换阀打开，缓慢升压，平稳导气；如没有仪表气源，则启用气体泵作为仪表气源，或待空压机压力升高后倒换压缩空气到仪表气管道，将纯化器各阀门手动，手动打开充压阀及纯化器后入塔阀门向塔内导气，待压力平稳后再手动打开纯化器进气阀，气量正常送入后纯化器投入自动程序。,切记,：导气过程中在纯化器前后压力差较大的时候打开纯化器的进出口阀门，这样会造成纯化器冲床的事故，一旦形成分子筛床层不平整，将导致纯化器吸附效果不良，将二氧化碳带入塔内。因此在导气开车过程中一定要小心谨慎，,尤其忌讳的是发现了导错纯化器的时候匆忙再导回另一台纯化器，这样将会把冲床的事故再演示一次,。,时间程序控制总则：出口阀门先开，再开进口阀门,1,、突然断电时阀门状态：空气阀门在断电时关闭。污氮调节蝶阀断电时开。,1,）短时停车后启动，阀门老位置再走。,2,）长时间停车后启动，吸附器充气后再接着走原步骤。,3,）每次停车均应记录纯化器状态。,2,、纯化器内部或外部有气时，禁止调试。,点击顺控图。,首先在,Auto,与,Man,之间选择,Man,点击，将自动改为手动。,点击,Twa,与,steps,与,Tmo,与,transitions,去掉,4,项的。,点击,carryout,选择所要进行的步骤。,点击,Twa,与,steps,与,Tmo,与,transitions,加上,4,项的。,在,Auto,与,Man,之间选择,Auto,点击，将手动改为自动。,如遇到需要开启某个阀门，具体操作如下,1,、点击顺控图。,2,、首先在,Auto,与,Man,之间选择,Man,点击，将自动改为手动。,3,、找到需要调节的阀门，,V-1201,、,1207,、,1202,、,1208,，,V-1205,、,1209,、,1206,、,1210,只能全开全关，点击阀门，点击,M,将阀门改为手动，点,1,为全开，点,0,为全关。阀门调节完毕之后，点击,A,将阀门投入自动。,4,、,HV-1203,、,1204,，,HV-1211,、,1212,可之间输入所要开启的度数。,5,、在,Auto,与,Man,之间选择,Auto,点击，将手动改为自动。,临时检修的最佳时机和方法：,选择降压最后期，可适当地人为延长再生侧吸附器降压时间，提前降低工作侧吸附器空气处理量，此时再生侧吸附器污氮进出口阀必须关闭。待降压到比污氮压力稍高时,-30kpa,，应及时关闭降压阀，防止污氮通过降压阀进入吸附器。并对设备内空气含氧量进行分析，应大于,20%,氧，确保人身安全。,2008,年,11,月，,3#,空分装置修复后开车，在纯化系统运行过程中，仪表处理,DCS,问题时切换阀打开，造成运行中的,1#,纯化器冲床，床层北侧分子筛被冲向中间，出现,8,米长,30CM,深沟，随即纯化器出口,CO,2,超标。,膨胀机原理,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。当具有一定的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,200,米秒左右，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作功。从整个过程看，气体压力降低是一个膨胀过程，同时对外输出了功。输出外功是靠消耗了内部的能量，反映出温度降低，焓值减小：亦即是从气体内部取走了一部分能量，就是通常所说的制得冷量。,膨胀机系统,膨胀机开车时，首先将联锁投入，油压比正常时稍高一些，然后紧急切断阀带电，此时喷咀应处于全关位置，应将喷咀先打开,15,度左右，然后渐开切断阀，直至全开，用喷咀控制系统流量，当增压机流量超过喘振流量时（,8000m3/h,以上）随着喷咀的打开，流量增加，可逐渐关小回流阀，直到你所需要的参数。,紧急切断阀在事故状态下必须能够起到切断作用！,不管哪种情况开车，首先都应该将密封气体接通，然后启动油泵，适时调整油压及油温。开车前所有联锁都应该投入。,膨胀机的制冷量与膨胀量及单位制冷量有关。膨胀量越大，制冷量也越大。而单位制冷量与膨胀前的压力、温度及膨胀后的压力有关，膨胀前的压力、温度越高，膨胀后压力越低则单位制冷量越大,(1),进出口压力一定时，机前温度越高，单位制冷量越大。因此，当装置要求的总制冷量一定时，提高机前温度，可以减少膨胀量。,(2),进口温度一定时，与膨胀机进出口压差有关，压差越大，单位制冷量越大。,(3),与膨胀机的效率有关，效率高，制冷量大。,密封气,透平膨胀机要求进入膨胀机的气体全部能通过导流器和工作叶轮膨胀产生冷量，但是，由于工作轮是高速转动的部件。机壳是静止部件，低温气体有可能通过机壳间隙外漏。这将使膨胀机总制冷置下降，同时增加冷损。此外，冷量外漏还可能使轴承润滑油冻结，造成机械故障。因此，必须采用可靠的密封。通常都采用迷宫式密封。当气体流经密封间隙时，压力逐渐降低，泄漏量的大小取决于压差的大小。因此，如果将密封装置外侧加上带压力的密封气，就可以减少压差，从而减少低温气体泄漏量。同时也可防止轴承润滑油渗入密封，进入透平膨胀机,密封气可防止润滑油进入气体通道,制冷量的调节,膨胀空气适量的送入上塔，对于挖掘精馏潜力，提高氧提取率是一项关键操作，但是不能无限制地送入，否则会破坏精馏工况，膨胀空气送入上塔受两个条件限制，一是过热度，二是送入量。当送入上塔的膨胀空气量多时，允许的过热度就小，送入量小时，允许的过热度就大。实际上就是保证送入上塔的总热量在一个合适的范围内。提高机前温度可以提高膨胀空气过热度，送入上塔的量也可以减少，因为机前温度提高了也就提高了膨胀机的相对制冷量。这样对上塔的回流比是有好处的，有利于提高氧气产量。当然最佳的状态是在上塔精馏允许的情况下最大的送入上塔膨胀空气量。,改变入上塔膨胀空气量的时候，要缓慢进行，防止因膨胀空气量急剧变化而引起波动，当送入上塔膨胀空气量过大时，可以引出一部分气体旁通入污氮管道，以增加装置的产液量。,高温高焓降带来的制冷量大于因气量减少而减少的冷量,膨胀量调节,增压透平膨胀机,增压透平膨胀机是利用膨胀机的输出功来直接将入膨胀机前的气体增压，使得入膨胀机的膨胀气体压力升高，从而达到提高膨胀机前后压差，增加单位膨胀工质的产冷量，降低膨胀量的目的，减少膨胀量就意味着减少了循环压缩功，节约了能耗，并且还避免了机械能转变成电能而导致的损失，提高了膨胀功的回收效率，可以说它比过去常采用的电机或风机作为膨胀机的制动设备更完善。,启动前的检查：,（,1,）油箱油面指示正常；滤油器清洁，供油装置正常；,（,2,）加温气体阀门关闭；,（,3,）喷嘴叶片关闭；,（,4,）紧急切断阀门关闭；,（,5,）膨胀机进出口阀门关闭；,（,6,）增压机进出口阀门关闭；,（,7,）油箱油温：如低于,15,应开油加热器加热；,（,8,）轴承温度：无论哪个轴承温度只要低于,15,，就必须通入润滑油加温轴承（注意：必须先通入密封气），如仍不奏效，则必须用加温气体加温膨胀机,（,9,）增压机回流阀全开（为膨胀机启动条件）；,（,10,）仪控电控正常。,启动膨胀机,（,1,）,接通密封气；,（,2,）启动油泵；,（,3,）对油冷却器通冷却水（如油温低，可暂缓通水），同时对增压机后气体冷却器通冷却水；,（,4,）开膨胀机出进口阀门；,（,5,）联锁投入；,（,6,）紧急切断阀带电,（,7,）开喷嘴调节阀为,15-30,；,（,8,）渐开紧急切断阀，透平开始运转，很快达到一较小转速。随即开大喷嘴调节阀使转速提高，正常运转中要尽量避免在低速下运行。,（,9,）逐渐打开喷嘴调节阀，同时关小增压机回流阀，直到达到额定工况；,启动期间随着膨胀机进气温度下降，转速也会下降，所以要通过经常关小增压机回流阀和开大喷咀来调整，此时注意膨胀气量要在喘振线外；,随时检查轴承温度、间隙压力及整机运行行情况是否正常；,启动期间，短暂打开机器和管线的吹除阀，然后关紧。,膨胀机停车：,（,1,）全开增压机回流阀。,（,2,）关紧急切断阀。,（,3,）关喷嘴叶片,（,4,）关增压机进出口阀。,（,5,）关增压机口阀。,（,6,）关膨胀机进出口阀。,临时停车，保持密封气和润滑油供应，保持仪电控系统为工作状态，准备重新启动。,注意,冷开车应迅速,热开车应缓慢,精馏工况调整中主塔与粗氩塔的相互影响,当粗氩塔停止运行时，粗氩塔上升蒸汽量为零。即,:,上升蒸汽量为零，回流比亦为零。原来流入粗氩塔的这一部分上升蒸汽不得不在上塔内向塔的上部上升，从污氮或纯氮出口出去，此时在上塔氩馏分抽口以上的上升蒸汽量大量增加，阻力表超过量程，特别是穿过缩径段时更加困难，引起上塔压力高出正常运行压力,10Kpa,以上（上塔下部甚至超过,70Kpa,）。而去粗氩冷凝器的液空（冷源）必须通过液空管道进入上塔，补充了液空进料口以下的回流液。液空蒸汽量变成零，氩馏分抽不出去就要沿主塔上升穿插过六块筛板塔和缩径段，在这段空塔流速骤然上升，阻力显著提高，上塔压力明显升高，液氧温度提高。为了使下塔的上升蒸汽（氮气）在主冷中顺利液化，必然要提高下塔压力，以便提高液化温度点，如果氮气压力低达不到液化温度点，主冷温差缩小，传热量会大大减少，液化量也会随之减少。此刻，空压机的出口压力高了，下塔进空气量反而少了，这就是不投粗氩塔导致生产氧气量少的原因的解释。,粗氩塔上升蒸汽量过大也会引起上塔缩径段的上升蒸汽量较小，回流比增大。此段的回流比本来在整个上塔中就是最大的塔段，如果非常的大，就会导致筛板漏液，在填料附着的液体会大量下流，浓度（含氧、氩）迅速下降，导致氩馏份中含氮量增加，使粗氩塔出现氮塞现象。因此，粗氩塔的循环上升蒸汽量（氩馏份量）应与整个系统的负荷大小相适应，成比例的增大或缩小。具体的说，当进入下塔的空气量大时，上塔的上升蒸汽量必然较大，氩馏份量应相应增大，反之，应相应减小。注意：此量过大，容易发生氮塞。,影响粗氩塔循环气量的因素,1.,液空液位,2.,液空循环量,3.,蒸汽压力,4.,液空纯度,氩气生产操作的注意事项,粗氩塔（,I,）和粗氩（,）的上升蒸汽量可以看成基本一样，也就是循环上升蒸汽量（氩馏分抽出量），但上升蒸汽中的成份含量变化较大，出塔（,I,）上升蒸汽中，含氧量已经很少了（,3%,左右），而含氮量要上升到粗氩冷凝器内伴随着氩气冷凝成液体的过程，而积聚在粗氩中，粗氩中氮组分不会被液化，因为冷凝器的液空温度高于氮组分的液化温度。所以在这里称氮组分为不凝气。经浓缩后氮组分不应超过,2%,（,N,2,），若粗氩含氮过高不能顺畅地排出去进入精氩塔，就会阻碍正常的塔内上升蒸气与冷凝器的,液氮,之间的冷量传递，塔内的回流液突然减少，,液氮,蒸发量急剧下降，蒸发侧压力下降，,液氮,液位上升，这是氮气多的现象或粗氩冷凝器氮塞的特征。,进入到粗氩塔（,）的上升蒸气和回流液，几乎全是氩组份，当到了顶部已经成为了含氧量小于,1ppmO2,的氩气，抽出一少部分作为精氩塔的原料气，大部分被液化成为回流液，这是保证除掉粗氩中含氧，达到含氧,2PPm O2,的关键。只是应注意：与此同时该提出的粗氩量一定要提出来，送入精氩塔内，不然氩量就会在粗氩塔内逐渐积累，当粗氩塔内容纳不下的时候，就会回流到上塔，增大氩馏份抽口以下塔段的回流液，从而进入主冷的液氧中，导致氧气（液氧）纯度下降，大量的氩馏份将从氧气产品或液氧产品中带出系统。因此，在正常运行中，当氩馏份中含氩量不断上升时，说明回到上塔的回流液中含氩也增加了，应当适当增大粗氩提取量。在这种情况下可能出现氧纯度的提高与氩馏分中含氩同时增加的情况，同时应区分出由于上塔回流比增大，使塔内的浓度梯度下移，而产生的氩馏份中含氩、含氮同时增加的情况。,氩馏份中含氩量与回上塔的回流液中含氩约有,3%,的差距，这个差距就是粗氩的产量，例如循环量为,14000m3/h,，氩馏份含量为,5%,，回流到上塔的液体中含氩量约为,2%,，粗氩量应约为：,14000,（,5%-2%,）,=420m3/h,；,当循环量为,12000m3/h,，氩馏份 含量为,7%,，回流到上塔的液体中含氩约为,3.6%,，那么，粗氩量应约为：,12000,（,7%-3.6,）,=408m3/h,当氩馏份中含氩为,3%,时，回流液中含氩非常的少，几乎等于零，所以全部储存在了粗氩塔填料层上。投入粗氩塔后，如氩馏份长时间高不起来，则氩泵压力也不会增加。,氩系统的调节,在粗氩塔内积聚起相当多数量的高浓度的氩组分在操作中可以从以下两方面考虑：,一是尽可能使氩组分在粗氩塔内多积聚；,二是减少粗氩塔中氩组分的损失。,抓住了这两个关键点，就能够在操作中采取相应的方法。,设备停运时的操作,在提氩设备停运时，停粗液氩泵前必须首先切断主塔液空进粗氩塔,冷凝器阀，使粗氩塔,停止工作，这样一方面可避免粗氩塔,底部液面过高，在开车时引起粗氩塔,与粗氩塔,压力波动，另一方面有利于主塔和粗氩塔纯度的调整，有利于缩短启动时间。粗氩塔热负荷控制要先小后大,操作要点,空压机出现停车或喘振时果断停止氩泵运行，切断粗氩冷凝器液空，关,V751,、,V757,粗氩冷凝器液空要从低要高一点点提高，使粗氩量逐渐增加。,精氩塔不要投入太早，待粗氩合格后投入,精氩冷凝器投入时液氮也要缓慢送入。,珍惜主冷中的氩。,关注冷凝器蒸发侧压力,液氮节流阀与回流阀，液空节流阀，液空入粗氩冷凝器阀，氩泵出口两只调阀是空分装置中需要调节的非常重要的阀门，这几只阀门互相关联，互相制约，因此要注意这几只阀门的控制,空分装置开车时，应该尽快冷却主冷，关闭下塔液氮回流阀，全开液氮节流阀，使下塔气体通过主冷板式进入到上塔。当主冷出现液体达到一定高度后，打开液氮回流阀，关小液氮节流阀，建立下塔精馏工况。这时可将液空入上塔阀投入自动控制，随着液空液位的提高，逐渐提高设定值，最终使液空液位保持在正常位置。液氮节流阀根据液空纯度及液氧液位、下塔阻力进行调整，逐渐开大液氮节流阀到正常。另一种做法是在积液阶段液氮节流阀和回流阀全部关闭，全开液空送上塔阀，直至主冷液体各累到,80%,，然后进行纯度调整。,正常调节过程中，液氮节流阀的开关会影响到下塔的回流比，影响到液空纯度，从而影响到氧气的产量及纯度，还会影响到氩馏份。液空进上塔与进粗氩冷凝器阀属于同一根管道上的两个分枝，开大其中一只，另一只通过量就会减少，有的时候无论液空进粗氩塔阀门如何开大，粗氩冷凝器的负荷都不足，这就是液空进上塔量过多所致。,空分装置关键阀门的操作,影响氧气产量及氧气纯度的因素,加工空气量不足,主冷换热不良或换热面积不够,塔板效率,下塔精馏工况,膨胀空气量,影响氮纯度的因素,液氮的纯度,液氮的量,塔内温度高低受什么因素的影响,?,在一定压力时，含氮浓度越高，它的温度越低,压力越高时，气液的饱和温度也高，当系统压力上升时，各塔板的温度也要上升,受氧氮的纯度和上、下塔压力的影响,K,上塔顶,78,-195,污氮出口,80.5,-192.5,液空进口,88,-185,主冷液氧,93,-180,下塔顶氮气,95,-178,下塔入口,100,-173,加工空气量增加对精馏工况有什么影响,加工空气量增加，精馏塔内上升蒸汽量增加，主冷凝器中冷凝的液体量也相应增加，故它对塔内的回流比基本没有影响，气量只要保证在一定范围内。氧氮纯度基本不变，而产量将随空气量的增加按比例增加，但是随着主冷中冷凝液量增加，主冷热负荷加大，当传热面积不足时。主冷温差必然扩大，下塔压力相应升高。同时，由于塔内气体流速增大，下流液体量增加，塔板上液层加厚，使塔板阻力增加，上、下塔压力也会相应提高，这样将对氧、氮分离带来不利影响，同时使能耗增加。,当气量过大，塔板阻力及下流液体流经溢流斗时的阻力均会增大很多，造成溢流斗内液面升高。直至发生液体无法下流的液泛现象。这样将破坏精馏的正常工况。,此外，由于上升蒸汽流速增大，容易将液滴带至上一块塔板，影响精馏效果，使氮纯度降低，从而降低氧提取率。,加工空气量不足对精馏工况有什么影响,加工空气量减少，氧氮产量亦需同步减少，当气量减少时，蒸汽流速减小，塔板上液体量也减少，液层减薄，因此塔板阻力降低，同时由于主冷热负荷减少，传热面积有富余，传热温差可减小，这些影响使上、下塔压力均可降低。,当气量减少过多时，气体流速过低，托不住筛孔上的液体，会发生液漏，破坏精馏效果，影响氧氮纯度。,空分设备正