空分裝置和係統在流程工業中發揮哪些作用？
來源： 更新：2021-05-12 20:23:19 作者： 瀏覽：2489次
大家（jiā）對（duì）各類壓縮機、汽輪機並不陌生，但是他們在空分環節的（de）作用，你是否真正了解？工廠裏（lǐ）的空分車間，你知道是什麽樣（yàng）的嗎？空分，簡（jiǎn）單地說，就是用來把（bǎ）空氣中的（de）各組份氣（qì）體分離（lí），生產氧氣、氮氣和（hé）氬氣的一套工業設備。還有稀有氣體氦、氖、氬、氪、氙、氡等。
空分設備是以空氣（qì）為（wéi）原料，通過壓縮循環深度冷凍的方法把空氣變成（chéng）液態，再經過精餾而從液態空氣中逐步分離生產出氧氣、氮氣及氬氣（qì）等惰性氣體的設備，廣（guǎng）泛應用於（yú）傳統的冶金、新（xīn）型煤化工（gōng）、大型氮肥、專業氣體供（gòng）應等領域。我們（men）按照（zhào）空分係統流程對（duì）設備進行一一介紹：有（yǒu）自潔式空氣過濾器、汽輪機、空壓機、增壓機，儀（yí）表壓縮機等。（1）自潔式過濾（lǜ）器一般隨著（zhe）氣量的增大，濾筒數增（zēng）多，層數也（yě）越高，一般2.5萬等級以上雙層，6萬等級以上三（sān）層布置；一般單台壓縮機需要單獨布置過濾器，同時布置（zhì）在上風口。（2）汽輪機是高壓蒸汽（qì）進行膨脹做功，帶（dài）動同軸葉輪轉動，從而實現進行對工質做功的型式。汽（qì）輪機一般常用的有三種形式（shì）：全凝、全背壓和抽凝，較為常用的是抽凝。（4）空壓機一般大型空分（fèn）裝置投資均為單軸等溫型離心壓縮機，進口較國產能耗低2%左右，投資高80%；空壓機采用出口放空，不設置回流管（guǎn）路（lù），一般有（yǒu）最小吸入流量防喘振要求（qiú），采用入（rù）口（kǒu）導葉進行流量（liàng）調節，進口國產機組均是（shì）四級壓縮三級冷卻（末級不冷卻）。主空壓機配備一套水洗係統，用（yòng）以衝洗各級葉輪和（hé）蝸殼表麵沉積物。該係統隨主機（jī）成套。（5）增壓機一般大（dà）型空分裝置投資采用單軸等溫型離心壓縮（suō）機和齒輪式離心壓縮機（jī）兩種，其中齒輪式在能耗上占（zhàn）較大優（yōu）勢，尤其壓（yā）比較大的（de）工況。（6）儀表氣壓縮機一般有三種形式：無油螺（luó）杆機，活塞式和離心式。由於活塞式和離心式天然無油，所以不需（xū）要除油裝（zhuāng）置，隻需要配套幹燥裝置（除水）和精密過濾器（除固體顆粒）即可；而螺杆機一般有有油和無油然後除油兩種，噴油螺杆機（jī）需要設置除油裝置，同時需要設置精度非常高（gāo）的除油過濾（lǜ）器，以滿（mǎn）足工藝要求，這（zhè）種機型的優勢是價格較便宜；無油螺杆采用幹轉子或（huò）者（zhě）水潤（rùn）滑（huá），這種機型優點是絕對不含油，缺（quē）點是價格較（jiào）貴。氣量500Nm³/h以下適合（hé）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以上即三種機型都可以（yǐ）選，氣量大時離心式壓縮機較有優勢，其易（yì）損件較少，同時好維（wéi）護，性價比較高。儀表壓（yā）縮機在開車（chē）時使用，正常（cháng）運行後由分子篩純化器後抽取。預冷係統空冷塔有兩種形（xíng）式：閉式循環（空冷塔分為上下（xià）兩段（duàn），冷（lěng）凍水在空冷塔（tǎ）上段和水冷（lěng）塔（tǎ）之間循環）和開式循環（進循環水係統），閉式循環主要應用於水質不好的化工廠，需要補充新鮮水（shuǐ）及（jí）藥劑（jì）；開式循環應用較廣，但（dàn）是循環水係統同（tóng）樣也需要定期補充新鮮水，預冷係統還（hái）需要考慮夏（xià）天工況。空冷塔（tǎ）一般（bān）設計為底部為1米（mǐ）φ76不（bú）鏽鋼鮑爾環（耐高溫（wēn）），3米φ76增強型聚丙烯鮑（bào）爾環（大通量），4米φ50增強型聚丙烯鮑爾環。水冷塔也有兩種：兩段式（無外加冷源時，幹燥（zào）汙氮氣的冷量回收充（chōng）分，使之預冷係統有保障，但是阻力大一倍，（7米+7米φ50聚（jù）丙烯鮑爾環）和一段式（有外加冷源時，8米φ50聚丙烯鮑爾環）。此外，預冷係統一般所有進（jìn）水均要設置過濾器（一般6台：4台水泵，水（shuǐ）冷塔（tǎ）進水，冷水機組蒸發側進水），防止雜質帶（dài）入係統。預冷係統的效果檢測為：下段4米填料段出口氣比進水低1℃；上段（duàn）8米填料段出（chū）口氣比水高1℃，一般在空冷塔中部設置測溫計（伸入內部）。純化係統采用的的吸附器有立式軸向流（liú），臥式雙層床（chuáng）和立式（shì）徑向流三種。立式軸向流（liú）主要用（yòng）於1萬等級（直徑已經到4.6m）以下空分設備的（de）配套，床層厚度1550∽2300mm，雙層單層均可布置，立式軸向流吸附器的氣（qì）流分布最（zuì）好。臥式雙層（céng）床主要用於大中型空分設備的（de）配套，床層厚度1150mm（分子篩）+350mm（鋁膠）。立式（shì）徑向流吸附器可以有效利用容器內部空間，使得同直徑吸附層麵（miàn）積擴大1.5倍左右，這樣可以有效降（jiàng）低塔器高度，同時立置方式占地麵（miàn）積較小。由於（yú）氣流分布均勻，不像臥式吸附器氣流（liú）不均，使得分子篩用（yòng）量減少20%，再生能耗也節省20%。但是立式徑向流缺點是氣流中心（xīn）集中（扇形區），使得其比臥式穿（chuān）透時間要快（要求CO2＜0.5ppm）。床層厚度1000mm+200mm，立式徑向流可以滿足2萬等級以上的空分設備的配置。蒸汽加（jiā）熱器有（yǒu）臥式（4萬等級以下），立式（4萬等（děng）級以上），立式高效蒸汽加熱器（蒸汽利（lì）用率高，節能20%）布置方式有：一台蒸汽加熱器（有H2O泄漏（lòu）測點）；電加熱器（兩用一備或者一用一備）並聯（高溫低流量聯鎖停（tíng）設置，防止燒壞（huài），加熱管材質為1Cr18Ni9Ti）；電加（jiā）熱器（滿足活化再生，250∽300℃）與蒸汽（qì）加熱器並（bìng）聯；電（diàn）加熱（rè）器與（yǔ）蒸汽加（jiā）熱器串聯（蒸汽溫度低時，不過造成再生阻力較大）。對純化係統還需要設置節流再生管路以滿足開車需要。另外再生（shēng）氣側設置安全閥（fá），蒸汽加熱器側設置安全閥，防止（zhǐ）設備或者閥門壓力（lì）高側泄漏或者超壓，以及節流超壓。再生流路配置手動（dòng）蝶閥來調配阻力，以使得主（zhǔ）塔運行穩定（或者不設置，采用總管設置調節閥時序調節）。換熱係統嚴格來說多股流混合介質設計在同（tóng）一換熱器裏，讓各介質傳熱自動（dòng）平衡，能耗最（zuì）低，但是這樣對於內壓（yā）縮流程會造成全部換熱器均為高壓換熱器，會造成投資的積聚（jù）增加，所以（yǐ）2萬等級以上內壓縮換熱器組織還（hái）是采用高低壓分開的辦法，更為（wéi）經（jīng）濟些，2萬等級以下采用全部高壓換熱器配置。低壓氧氮產品，設置產品調節閥與放空流路，放（fàng）空進消音器（氮氣內件為碳鋼，氧氣內件為不鏽（xiù）鋼）。汙氮氣設置去水冷（lěng）塔放空（起汙氮氣放空作用、調配再生氣（qì）以及調整上塔壓力（lì）的作用，要求水冷塔（tǎ）塔（tǎ）徑能夠（gòu）滿足泄放要求，尤其有氮氣也通入的場合，不（bú）能使上塔壓力（lì）憋高，水冷（lěng）塔阻力（lì）6kPa(8米高填料)，管路及閥門4kPa，對大氣放空壓差2kPa，總共12kPa）。高壓氧氣產品，放空采用兩級節流，先（xiān）是高壓（yā）產品氣節流至10barG，經過偏心異徑管，中間設置蒙乃爾（ěr）降噪板，再通過偏心異徑管擴大（dà）管路直徑，氧氣介質流（liú）速控製在10m/s以下，再通入消聲塔節流（liú）放空，消聲元（yuán）件不鏽鋼；高壓氮產品（pǐn），氮（dàn）氣產品（pǐn）先節流至10bar，通過不鏽鋼降噪板，再通入消聲塔節流放空（kōng），消聲元件碳鋼；氧氣閥門要求不得人去操作（調（diào）節閥禁（jìn）帶手輪，手動（dòng）閥放置防爆（bào）牆內）。消聲塔還可以與壓縮（suō）機係統放空合二為一，空壓機增壓機降噪（按照空壓機量計算），通入消聲塔，以及純化（huà）係統泄壓空氣，增壓機打回流，泄放部分。膨脹機一般有三種，即低壓膨脹機（jī），中（zhōng）壓膨脹機和液（yè）體膨脹機。對（duì）於一定類型的（de）氣體膨脹機來說，工質體積流量越大，效率越高。一般流量8000Nm³以上的低壓膨脹機效率為85∽88%，流量小於3000∽8000Nm³效率會低（dī）至70∽80%。中壓膨脹機一般（bān）采用一台進口一台國產（備用）。氣量8000Nm³/h以上進口膨脹機效（xiào）率82∽91%（增壓端少4個點）；國產膨脹機效率78∽87%（增壓端少5個點）。膨脹機啟動前需要先吹掃（除去管係（xì）雜質，膨脹機蝸殼內雜質），再（zài）通密封氣（正常時由增（zēng）壓端提供），然後進行油係統外循環，內循環，做完聯鎖測試然後方能啟動，冷試合格後冷（lěng）緊（jǐn）；冷啟動需要啟動（dòng）油箱加熱器，正常運行後不需要，此時軸承的冷熱已經平衡。液體膨脹機本質是利用高（gāo）壓（yā）液體的壓力頭來進行水（shuǐ）力做功（同時液體焓值降低，但是與氣體相比（bǐ），相差甚遠），一般4萬等級以上內壓縮空分設備均可用液（yè）體膨脹機代替高壓液空節流閥。它的優勢為利用液體膨脹機製（zhì）冷和膨脹功發電達到節能（néng）目的，一般（bān）可實現節能2%左右，但是其投（tóu）資（zī）達千萬元。下塔1.5∽5萬等級采用篩板塔（tǎ）較多，環流塔板在1.5萬等級以下直徑（jìng）塔較有優勢（液體流程較對流長，但是製造複雜），對流3萬等級以下應用較多，1.5萬等（děng）級以上較占優勢，四溢流在3萬等級以上大塔較占優（yōu）勢，填料塔（tǎ）能耗較（jiào）低，不過下塔高度要增加5米左右。5萬等級以上空分較占優勢，尤（yóu）其上下塔平行（háng）布置的情況。上塔、粗氬塔及（jí）精氬塔采用填料塔，廠家一般為蘇爾壽（shòu）或天（tiān）大北洋，對粗（cū）氬塔冷源配置一般是富氧（yǎng）液空，同時可將廢氣放散入汙氮氣管路，氬係統停運時能耗低；精氬塔熱源為富（fù）氧液空，或（huò）下塔氮氣，冷源可以是貧液空或者液氮，進料有（yǒu）液相和氣相兩種。需（xū）要注意（yì）的是粗氬塔冷凝器（qì）板式的密封性要求較高，否則會（huì）導致氬產品不合格。主冷（lěng）有單層，立式雙（shuāng）層、臥式橫列雙層，立式三層和降膜主冷（液氧與（yǔ）氣氧向下，與氮氣同流向）。精餾塔係統（tǒng）的布置有（yǒu）6種（zhǒng）方（fāng）式：（1）上下塔垂直布置（zhì），為常規布置方（fāng）式，高度較低，無下（xià）塔液體難（nán）以進入上（shàng）塔或者粗氬塔冷凝器的狀況（管路全液相（xiàng）上行背壓能夠滿足，此時管徑不能小）；（2）上下塔（tǎ）垂（chuí）直布置，為常規布置方式（shì），高度適中，下塔液體難以進入上塔或（huò）者粗氬塔冷凝器采用設（shè）置汽提管路帶液體去上（shàng）塔（要求管路出口滿足ρυ²＞3000，ρ為密度，υ為流速，進氣位（wèi）置在管路（lù）汽（qì）化率為1%高度處，此時需要適當（dāng）縮小管徑，同（tóng）時液體過冷度不能大）；（3）上塔自氬（yà）餾分段落地布置，采（cǎi）用兩台循（xún）環（huán）氧泵連接（jiē），降低上塔高度可以解決下塔液（yè）體無法進入上塔或者粗（cū）氬塔（tǎ）冷凝器的狀況；（4）上塔自氬餾分段落地（dì）布置，采用循環泵（bèng）連接，粗氬塔最上段座在上塔（tǎ）上部，這樣可以使冷箱空間縮小；（5）上塔自（zì）主冷落地布（bù）置，采用循環泵連接，主冷在下塔頂部，優點是主冷可以做（zuò）的很大；（6）上（shàng）塔自主冷落地（dì）布置，采用循環泵連接，粗氬塔最上段（duàn）座在上塔上部，優點是主冷可以做的很大，同樣（yàng）可以使冷箱空（kōng）間縮（suō）小。臥式泵水平（píng）布置（進液管低於排液管（guǎn）），需要設置加溫氣（設置在泵後，或（huò）者泵前過濾器前，防止雜質進入），密封（fēng）氣，排液排氣閥（fá）（低處（chù）排液，高處排氣）和回流（liú）管路（回液進氣相），臥式泵（bèng）轉速不能太高，一（yī）般排壓30barG以下，臥式泵由於水（shuǐ）平布置，冷態（tài）收縮軸承受力較好，但是轉速高轉子動平衡（héng）不好滿足。立（lì）式泵采用軸承懸掛式布置（進液管高於排液管），承受向下拉力較大，轉子重心與軸重合，轉速可以很高（gāo）；一般30bar以上，需要設置：泵前（qián）回氣（注意臥式泵無），加溫氣（設（shè）置在（zài）泵過濾器前，高處進氣）， 密封氣，排液（yè）排氣（qì）閥（低處排液，高（gāo）處排氣，預冷時看是（shì）否冷透）和回流管路（回（huí）液進氣相）。立式泵一般均是多級，回氣管路要求不得向下（平出，或者傾斜向上），否則會造（zào）成氣體不能排出，易（yì）導致泵汽（qì）蝕。另外低溫泵電機需要設置吹風管路，防止夏天過熱，冬天結霜。液氧泵液氮泵在線冷態備用（yòng），其中液氮泵密封氣密封氣壓力7barG以上；氧泵密封氣壓力4barG(下塔壓力氮氣即可（kě）滿足)；循環液氬泵，一用一備，密封（fēng）氣一（yī）般（bān）采用液氬汽化密封，要求流量有20%的餘量。一般液氬泵自身回流閥壓力（lì）-旁通控製，出口閥流量（liàng）-液位（wèi）控製，采用（yòng）雙（shuāng）回路控製。氮透一般壓縮（suō）空氣的均可滿（mǎn）足，氮（dàn）氣透平（píng）壓縮機壓力（lì）較高采用齒輪式較為節（jiē）能。氧透根據（jù）排壓有單（dān）缸（壓力低）和（hé）雙缸（高壓缸和低壓缸）（8級壓縮至30bar），一般30barG以下，需要設置5barG的密封氣（壓力氮（dàn）氣（qì）可滿足），同時由於氧氣（qì）介（jiè）質有高壓高溫火患（huàn）原因，所有過流部分均采用銅合金，需要設置保安氮氣，一般由工（gōng）程設計院考慮；進口（kǒu）氧透價格較高，為國產2倍左右，一般不采用，目前一般均杭氧氧透，排壓（yā）3∽30barG，流量（liàng）8000Nm³/h以上均可滿足（zú）。但是流量小，氧透效率較低，一般（bān）8000Nm³/h（55%）∽80000Nm³/h（68%）。氧透一般應用於外壓縮流程，從3∽30barG均有（yǒu）,不過一般要和帶增壓機的內壓縮流程（效率一般70%以上，也有流量限製，效率要較氧透高10個（gè）點以上，這樣甚（shèn）至可以抵消外壓縮較內壓縮少複（fù）熱附（fù）加能耗損失的優勢，但是內壓縮用（yòng）於鋼廠排壓需要提高，以免換熱係（xì）統波動）進行能耗比較，最後確定（dìng）方案。
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