大型空分設備的流路組織與研究

有自潔（jié）式空氣過濾器，汽輪機、空壓機、增壓機（jī），儀表壓（yā）縮機（jī）等。

（1）自潔（jié）式（shì）過濾器一般隨著氣量（liàng）的增大（dà），濾筒數增（zēng）多，層數也越高，一般（bān）2.5萬（wàn）等級以（yǐ）上（shàng）雙層（céng），6萬（wàn）等級以上三層布（bù）置（zhì）；一般每隻濾筒（tǒng）處理氣量為20m³/min（為實際體積），每5隻濾筒配置一個電磁閥，一（yī）隻濾筒配（pèi）置一個文氏（shì）管，濾紙（zhǐ）進口植物纖維，采用（yòng）PLC控製，壓差超值持續反吹控製進（jìn）DCS。一般10∽100Nm³/h的反吹氣量，耗電一般也為20kW(5000等級)∽200 kW(5萬（wàn）等（děng）級)。大氣壓低時（shí）體積（jī）流量會增大，一般單台壓縮機需要單獨布置過濾器，同時（shí）布置在上風口。

（2）汽輪機是高（gāo）壓蒸汽進行膨脹做功，帶動同軸葉（yè）輪轉動，從而實現進行對（duì）工質做功的型式。汽輪機（jī）一般常用的有三種形式：全凝、全背壓和抽凝（níng），較為常用的是抽凝。高壓蒸汽鍋（guō）爐有40barG（功率較小）等（děng）級和90barG（功率較大，比40barG的多25%）等級兩種，然後中抽可以有三種或者四種蒸（zhēng）汽壓力等級。

A.40barG等級蒸汽

其（qí）中3.5 MPa 等級（jí）蒸汽（qì）主要用於壓縮機組（3萬等級以（yǐ）下空分一拖二，或者（zhě）產品氮壓機）拖動，1.0MPa 等級蒸（zhēng）汽（qì）主要用於蒸（zhēng）汽（qì）加熱器的蒸汽供應；0.4MPa 等級蒸汽用於噴射蒸發器和水浴式汽化器的蒸汽供應。

B.90barG等（děng）級蒸汽

其中9.5 MPa 等級蒸汽主要用於壓縮機組（3萬（wàn）等（děng）級以上空分一拖二）拖動，4.5 MPa 等級蒸汽主要用於壓縮機組（產品氮壓（yā）機）拖動，1.3MPa 等級蒸汽主（zhǔ）要用於蒸汽加熱器的蒸汽（qì）供應；0.5MPa 等級蒸汽用（yòng）於噴（pēn）射蒸發器和水浴式汽化器的蒸汽供應。

高（gāo）壓（90bar等級）蒸汽一般90∽130元/噸，而（ér）少煤區較貴，一（yī）般130∽160元/噸，依照工業電價0.5元/度計算)，則（zé）可（kě）以得出。

可見在（zài）電價0.5元/度時，高壓（95barG）蒸汽價格130元/噸20年總投資恰好相當，當（dāng）然（rán）未算鍋爐投資成本，但（dàn）是一般化工廠均有自（zì）用鍋爐蒸汽，同時一些（xiē）品質較低的低壓等級的蒸汽來滿足蒸汽加熱器以（yǐ）及噴射（shè）蒸發器等的蒸汽利用，一般（bān）來說投（tóu）資蒸汽驅動的汽輪機較為劃算（suàn）。

所以依據當地電價0.5元/度，一般高壓（95barG）蒸汽價格低於130元/噸時較為劃算，另外（wài）本（běn）來有蒸（zhēng）汽或者（zhě）蒸汽有剩（shèng）餘也優先采用蒸（zhēng）汽驅動；當蒸汽（qì）價格高於130元/噸，且當地（dì）工業用電不高於0.5元/度，則采用電驅（qū）動較為劃（huá）算。

40barG等級（jí）的高壓蒸汽100元/噸對應90barG蒸汽130元/噸，40barG等級的高壓蒸汽實際上110元/噸以下（xià）均是劃算的（對應電價0.5元/度）。

汽輪機（jī）表冷器（qì）有水冷和風冷兩種，一般缺（quē）水地區采用風冷（風冷器價（jià）格千萬元以上），不缺水地區一般采用雙回路水冷卻器。空冷器廠家一般（bān）有巴（bā）蒂尼奧、雙良、哈空調。

汽輪機轉速控製及熱井液位等控製（zhì）：實（shí）時監控機組的轉速和汽機的熱井液位等，以保證機組轉（zhuǎn）速和汽輪機（jī）的熱井液位（wèi）正常。實現（xiàn）轉速控製和超速保護。熱井液位控製通過控製汽機熱井的兩台給排水閥和冷（lěng）凝液泵的開停來實現。汽輪機密封為自立式調節（jiē）。

一（yī）般2萬等級（jí）以（yǐ）上空分設備采用蒸汽驅動都（dōu）是較為劃算的（de）。

（3）電機驅動

電機驅動適合（hé）無蒸汽的廠家，或者一般（bān）2萬等（děng）級以下的空分（fèn）設備，總投資較不劃算。電機驅動特點是快速，需要另（lìng）外設置（zhì）盤車電機進行分程跑合；蒸汽驅動一般需要鍋爐燒煤2天後才可供應高壓蒸汽，汽輪（lún）機一拖二拖動自身（shēn）能進行分程（chéng）跑合。

汽輪機一拖（tuō）二布置一般廠房（fáng）雙層布置，機組設置在二層，冷卻器（qì）及熱井設置在一層，機組位置較高；電機驅動（dòng）采（cǎi）用單層布置（zhì），機組（zǔ）入口位置（zhì）較低。

電機進口一般為SIEMENS、ABB；國產一般為上海電（diàn）機廠；汽輪機進口為（wéi）SIEMENS、曼透平；國產為杭汽，杭汽中能（néng），青島捷能。

（4）空壓（yā）機

空壓（yā）機一般大型空分裝置（zhì）投資均為單軸（zhóu）等溫型（xíng）離心（xīn）壓縮機（jī），進口較國產能耗（hào）低2%左右（yòu），投資高80%；空壓機采用出口放空，不設置回流（liú）管（guǎn）路，一般有最小吸入流量防喘振要求，采（cǎi）用入口導葉進行流（liú）量調節（jiē），進口國產機組均是四級壓縮三級冷（lěng）卻（末（mò）級（jí）不冷卻）。壓縮機排壓與當地（dì）大氣壓有關，一般排壓與當地大氣壓的壓差取6∽6.2bar，同（tóng）時（shí）與主塔的工作（zuò）壓力有關（guān），工作壓力低，精餾效率高，可減少氣量約（yuē）為1.5%，但體積增大，綜（zōng）合下來壓縮（suō）機能耗有（yǒu）所減少，入口（kǒu）溫度取最熱月平均溫度。

水洗係統：主空壓（yā）機配備一套（tào）水洗係（xì）統（tǒng），用以衝洗各級葉輪和蝸殼表麵沉積物。該係統隨主機（jī）成套。

（5）增壓機

增壓（yā）機一般大型空分裝置投資采（cǎi）用單軸等溫（wēn）型離心壓縮機（jī）和齒（chǐ）輪式離心壓縮機兩種，其中齒輪式在能耗上占較大優勢，尤其壓比較大的工況，增壓（yā）機采用中抽（chōu）和末級放空（kōng），設置回流管路，增壓機防（fáng）喘振分低壓缸（gāng）和（hé）高壓（yā）缸兩部分，低壓缸以進氣流量、進氣壓力、進氣溫度和排氣壓力作為防喘振控製單元的控製要素，控製單元的（de）控製輸出作用於（yú）低壓缸防喘振閥，防喘振閥的輸出打回流於低壓缸（gāng）進口。高壓缸以進（jìn）氣壓力、進（jìn）氣溫度和排氣壓（yā）力、排氣流量作為防喘振控製（zhì）單元的控製要素，控製單元的控製輸（shū）出作用於高壓缸防（fáng）喘（chuǎn）振（zhèn）閥，防喘振閥的輸出打回流於高壓缸進口。

（6）儀表壓縮機

儀表氣壓縮機一般有三種形式：無油螺杆機，活塞式和（hé）離心式。由於活塞式和離心式天然無油（yóu），所以不需要除油裝置，隻需要配套幹燥裝置（除水）和精密過濾器（除（chú）固體顆粒）即可；而螺杆機一般（bān）有有油和無（wú）油然後除油兩種，噴油螺杆機需要設置除油裝置，同時（shí）需要設置（zhì）精度非常高的除油過濾器，以滿足工藝要求，這種機型的優勢是價格較便宜；無（wú）油螺杆采用幹轉（zhuǎn）子或者水潤滑，這（zhè）種機型優點是絕對（duì）不含油，缺點是價格較貴。氣量（liàng）500Nm³/h以下適合選活塞式；氣量在2000Nm³/h以下適合選螺杆機或活塞（sāi）機；氣量在2000Nm³/h以（yǐ）上即三種機型都可（kě）以選，氣量（liàng）大時離心式壓縮機較有優（yōu）勢，其易損件較少，同時好維護，性價比較高。

儀表壓縮機在開車時使（shǐ）用，正常運行後由分子篩純化器（qì）後抽取（qǔ）。

預冷係統空冷塔（tǎ）有兩種形式：閉式循環（空冷塔分為上下兩段，冷（lěng）凍水在空冷塔上段和水冷塔之間循環）和開式循環（進循（xún）環（huán）水係統），閉（bì）式循環主要應用於水質不好的化工廠，需要補充新鮮水及藥劑；開式循環應用較廣，但是（shì）循環水係統同樣也需要定期補充新鮮水，預冷係（xì）統還需要考慮夏天工況。

空冷塔一般設計為（wéi）底部（bù）為1米φ76不鏽鋼鮑爾環（huán）（耐高溫），3米φ76增強型（xíng）聚（jù）丙烯鮑爾環（大通量），4米φ50增強（qiáng）型聚丙烯鮑爾環（huán）。

水冷塔也有兩種：兩段式（無外加冷源時，幹燥汙氮氣的冷量回收充分，使之預冷係統有保障，但是阻力大一倍，（7米+7米φ50聚丙烯（xī）鮑爾環）和（hé）一段式（有外加冷源時，8米φ50聚丙（bǐng）烯鮑爾環）。

預（yù）冷（lěng）係統的外加冷源采用氨蒸發器（化工廠一般剛開始無液氨）、備用小型冷（lěng）水機組及不設置冷水機組（氟利昂或者溴化鋰冷水（shuǐ）機組），均要設置空（kōng）氣節流進水冷塔流路，以（yǐ）滿足開車工況。

設置冷水（shuǐ）機組的（de）采用小流量打（dǎ）回流方式降低冷凍水溫度，保證冷凍水出水溫度不高於15℃（正常設計12℃以（yǐ）下）。

氮氣用量大時，汙氮氣較少，水冷（lěng）塔製冷效果較差，導致出水溫（wēn）度高，與設計溫度的溫差較大。此時需要采用大溫差冷水機組或者標準5℃冷水（shuǐ）機組打回（huí）流方式保證5℃溫差（逐漸（jiàn）縮小溫（wēn）差）。采用大溫（wēn）差冷水機組水泵流量（liàng）小，電耗小，但是冷水機組溫差大，冷量利用效率較低，能耗高；而采用5℃溫差標準（zhǔn）機型（xíng）則通過（guò）回流來逐漸（jiàn）縮小溫差至5℃，需要大流量水泵實現，電（diàn）耗較大，但（dàn）是冷水機組溫差小，能耗較低。

預冷係統一般所有進水均要設置（zhì）過濾器（一（yī）般6台：4台水泵，水冷塔進水，冷水機組蒸（zhēng）發側進水），防止雜質帶入係統。預冷係統的效果檢測為：下段（duàn）4米填料段出口氣比進水（shuǐ）低1℃；上（shàng）段8米填料段出口氣比水高1℃，一般在空冷塔中部設置測溫計（伸入（rù）內部）。

水泵管路設計要（yào）考慮最小汽蝕（shí）餘量的要求，進水管分開設置，水泵位置盡可能低，使得吸入壓力（lì）滿足水泵要求，尤其泵前過（guò）濾器不能堵塞。

對於外壓縮膨脹機增壓端後冷卻器冷卻水（shuǐ）也由（yóu）冷水機（jī）組提（tí）供，無冷水機（jī）組（zǔ）來自水冷塔或（huò）者采用（yòng）裝置側（cè）抽低溫汙氮氣冷卻；而內壓縮直接來自循環水係統。

汽輪機一拖二布置一般（bān）廠房雙層布置，位置較高；空冷（lěng）塔進氣管路不需要上翻幾（jǐ）字設置。電機驅動單（dān）層（céng）布置，位置較低，空氣（qì）進空冷塔管路需要上翻幾字設置。當換熱器汙氮氣管路位置低時，需要（yào）防止水冷塔內水（shuǐ）位過高倒灌冷箱。

吸附器有立式軸向流，臥式雙層床和立式徑向流三（sān）種。

其中立式軸向流主要用於1萬等級（直徑已經到4.6m）以下空分設備的配套，床（chuáng）層（céng）厚度（dù）1550∽2300mm，雙層單層均可布置，立式軸向流吸附（fù）器的氣流分布最好。

臥式（shì）雙層床主要（yào）用於大中型空分設備的配（pèi）套，床層（céng）厚度1150mm（分子篩）+350mm（鋁膠）。

立式徑向流吸附器（qì）可（kě）以有效利用容器內部空間，使（shǐ）得同直徑吸附層麵積擴大1.5倍左右，這樣可以有（yǒu）效降低塔器高度，同時立置方式占地麵積較小。由於氣流分布均（jun1）勻，不像臥式吸附器氣流（liú）不均，使得分子（zǐ）篩用量減少20%，再生能（néng）耗也節省20%，但是立式徑向流缺點是氣流中心集中（扇形區），使得其比臥式穿透（tòu）時間要快（要（yào）求CO₂＜0.5ppm）。床層厚度1000mm+200mm,立式（shì）徑向流可（kě）以（yǐ）滿足2萬等級以上的空分設備的配置（zhì）。

再生加熱有電加熱器和（hé）蒸汽加熱（rè）器兩（liǎng）種（zhǒng）方式。蒸汽加熱器有臥式（4萬等級以下），立式（shì）（4萬等級以上）,立式高效蒸汽加熱器（蒸汽利用率高，節能20%）布置方式有：一台蒸汽加熱（rè）器（有H₂O泄漏測點）；電加熱器（兩用一備或者一（yī）用一備（bèi））並聯（高（gāo）溫低流量聯鎖停設置，防（fáng）止燒壞（huài），加（jiā）熱管材質為1Cr18Ni9Ti）；電加熱器（滿足活化（huà）再生，250∽300℃）與蒸汽加熱器並聯；電加（jiā）熱器與蒸汽加熱器串聯（蒸汽溫（wēn）度低時，不過造成再生阻力較大）。

蒸汽加（jiā）熱器的冷凝液可以通過疏水閥排入地溝，也可以配置（zhì）氣液（yè）分離器回收冷凝液，一般3萬等級以上采用立式蒸（zhēng）汽加熱器+氣液（yè）分離器；3萬以下采用（yòng）臥式蒸汽加熱器，依據工程設計冷凝液既可以回（huí）收也（yě）可以通過疏水閥排（pái）入地溝。蒸汽溫度過高需要設置加濕器，溫（wēn）度過高會使管路及閥門設備材料許用應力降低而造成損（sǔn）壞。

蒸汽加熱器計算公（gōng）式：0.311×ΔT×A/486（kg/h蒸汽量），A為再生氣量，為20%處理（lǐ）氣量，ΔT為再生氣溫差，一般155K。對於電加熱器：1.1× 0.311×ΔT×A/860(kW)。

對純化係統還需要設置（zhì）節（jiē）流再生（shēng）管路以滿足開車需（xū）要。另外再生氣側設（shè）置（zhì）安全閥，蒸汽加熱器側（cè）設置安全閥，防止設備或者閥門壓力高側泄漏或（huò）者超壓，以及節流超壓。

再生流路配置手動蝶閥來調配阻力，以使得主（zhǔ）塔運行穩定（dìng）（或（huò）者不設置，采（cǎi）用總管設置調節閥時序調節），三個流路其中加溫流路阻力最大，一般16kPa（蒸汽加熱（rè）器5kPa，電加熱器3kPa，吸附器7kPa，管（guǎn）路及閥（fá）門3kPa，1kPa放空壓差）左右，不設置手（shǒu）動阻力蝶閥，並聯吸附放空阻力5kPa，需要（yào）設（shè）置手動阻力（lì）蝶閥；冷吹流路阻力13kPa，需要設置手動阻力蝶閥，放空除了泄壓放空（kōng）進（jìn）消（xiāo）音器外，並聯放空、冷吹、加溫放空（kōng）均（jun1）在高點（diǎn）放空。

換熱係（xì）統嚴格來（lái）說多股流混合（hé）介質設計在同一換熱（rè）器裏，讓各介質傳熱自動平衡（héng），能耗最低，但是這樣對於內壓縮流程會造成全部換熱器均為高（gāo）壓（yā）換（huàn）熱器，會造成投資的積聚（jù）增加，所以2萬等級以上（shàng）內壓縮換熱器（qì）組織還是采用高低壓分開的辦法，更為經濟些（xiē），2萬等級以下采用全部高壓換熱器配置。

熱端（duān）溫差推薦值：