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空分车间培训资料


空分车间培训资料

空分车间编写

顾问:陈西联 李志清 审批:段勤国 审核:任军哲 高国平 张晓恩 常 成

陕西煤化能源有限公司培训教材

目 录
目 录 ................................................................

.............................................................................................. 1 第一章 空分的基本概念与流程组织 ........................................................................................................... 2 第一节 空气分离设备的基本术语 ....................................................................................................... 2 第二节 空分生产基础知识与流程组织 ............................................................................................... 4 第三节 我公司空分装置主要工艺参数及流程 ................................................................................. 10 第二章 空气的净化..................................................................................................................................... 16 第一节 概述......................................................................................................................................... 16 第二节 固体杂质的清除 ..................................................................................................................... 17 第三节 空气的纯化............................................................................................................................. 18 第三章 空气预冷却系统............................................................................................................................. 23 第一节 预冷流程及原理 ..................................................................................................................... 23 第二节 空气冷却塔及水冷却塔的结构特点及其功能 ..................................................................... 24 第四章 精馏与换热..................................................................................................................................... 29 第一节 精馏塔..................................................................................................................................... 29 第二节 铝板翅式换热器 ..................................................................................................................... 34 第五章 空分机器与操作............................................................................................................................. 42 第一节 离心式压缩机 ......................................................................................................................... 42 第二节 汽轮机结构原理与操作 ......................................................................................................... 47 第三节 汽轮机、压缩机组常见故障分析 ....................................................................................... 53 第四节 透平膨胀机............................................................................................................................. 60 第六章 空分设备操作及维护 ..................................................................................................................... 64 第七章 低温液体贮槽................................................................................................................................. 69 第一节 低温液体贮槽的结构及功能 ............................................................................................... 69 第二节 第八章 低温液体贮槽的操作 ......................................................................................................... 70

阀门的基础知识....................................................................................................................... 73

第一节 概 论..................................................................................................................................... 73 第二节 常用阀门简介 ......................................................................................................................... 74 第三节 阀门的使用及维护 ............................................................................................................... 75 第九章 空分技术问答................................................................................................................................. 77 第十章 空分装置安全规程 ......................................................................................................................... 85 第一节 安全注意事项 ......................................................................................................................... 85 第二节 安全措施................................................................................................................................. 86 第三节 空分事故案例 ......................................................................................................................... 87
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第一章 空分的基本概念与流程组织
第一节 空气分离设备的基本术语
在学习空分设备基本知识之前,我们先来了解空分设备上使用的一些术语。 一、空气分离设备基本术语 1.空气 存在于地球表面的气体混合物。 接近于地面的空气在标准状态下的密度为 1.29kg/ m3。 主要成分 是氧、氮和氩;以体积含量计,氧约占 20.95%,氮约占 78.09%,氩约占 0.932%,此外还含有微量 的氢及氖、氦、氪、氙等稀有气体。根据地区条件不同,还含有不定量的二氧化碳、水蒸气及乙炔 等碳氢化合物,以及灰尘等。
表 1.空气组成及特性

1 个大 气压下 的沸点

1 个大 气压下 的汽化 点 空气中 的组分

三相点

临界点

单位体积重量 分子

温度

压力

温度

压力







单位



Kcal/kg

vol



mm/Hg



Mpa A

Kg/Nm3 0℃ 0.1Mpa

Kg/l 1 0.1MPa 1.140 0.808 1.402 2.155 3.063 0.125 1.204 1.178 0.995 32 28 40 83.7 131.3 4 20.2 44 28.9

氧 O2 氮 N2 氩 Ar 氪 Ke 氙 Xe 氦 He 氖 Ne CO2 空气 2 氧气

-183.0 -195.8 -185.7 -153.2 -108.1 -268.9 -246.1 / -191.5

50.9 47.6 38.9 25.8 23.0 5.7 20.8 / 49.1

20.948% 78.086% 0.932% 1.1ppm 0.09ppm 5ppm 18ppm 400ppm /

-218.8 -210.0 -189.4 -158.2 -111.8 / -248.6 -56.6 /

12.0 94.6 512.2 550.0 612.0 / 325.0 0.51 /

-118.8 -147.1 -122.5 -63.8 16.6 -268 -228.8 31.3 -140.7

4.97 3.35 0.48 5.42 5.82 0.23 2.69 7.29 3.72

1.429 1.250 1.734 3.743 5.896 0.178 0.900 1.977 1.293

分子式 O2,分子量 31.9988(按 1979 年国际原子量) ,无色、无臭的气体。在标准状态下的密 度为 1.429kg/m3,熔点为 54.75K,在 101.325kPa 压力下的沸点为 90.17K。化学性质极活泼,是强氧 化剂。不能燃烧,能助燃。 3.氮气 分子式 N2,分子量 28.0134(按 1979 年国际原子量) ,无色、无臭、的惰性气体。在标准状态 下的密度为 1.251kg/m3,熔点为 63.29K,在 101.325kPa 压力下的沸点为 77.35K。化学性质不活泼,不 能燃烧,是一种窒息性气体。
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4.纯氮 用空气分离设备制取的氮气,其氮含量大于或等于 99.995%(体积比) 。 5.液氧(液态氧) 液体状态的氧,为天蓝色、透明、易流动的液体。在 101.325kPa 压力下的沸点为 90.17K,密度 为 1140kg/m3。可采用低温法空气分离设备制取液态或用气态氧液化制取。 6.液氮(液态氮) 液体状态的氮, 为透明、 易流动的液体。 101.325kPa 压力下的沸点为 77.35K, 在 密度为 810kg/m3。 可采用低温法空气分离设备制取液态氮或用气态氮液化制取。 7.液空(液态空气) 液体状态的空气,为浅蓝色、易流动的液体。在 101.325kPa 压力下的沸点为 78.8K,密度为 873kg/m3。液空是空气分离过程中的中间产物。 8.富氧液空 指氧含量超过的 20.95%(体积比)的液态空气。 9.馏分液氮(污液氮) 在下塔合适位置抽出的、氮含量一般为 95%~96%(体积比)的液体。 10.污氮 在上塔上部抽出的、氮含量一般为 95%~96%(体积比)的气体。 11.标准状态 指温度为 0℃、压力为 101.325kPa 时的气体状态。 12.空气分离 从空气中分离其组分以制取氧、氮和提取氩、氖、氦、氪、氙等气体的过程。 13.节流效应(焦耳—汤姆逊效应) 气体膨胀不作功产生的温度变化。 14.等熵膨胀效应 气体在等熵膨胀时,由于压力变化产生的温度变化。 15.液汽比(回流比) 在精馏塔中下流液体量与上升蒸汽量之比。 16.液泛 在精馏塔中上升蒸汽速度过高,阻止了液体正常往下溢流的工况。 17.漏液 在筛孔板精馏塔中因上升蒸汽速度过低,使液体从筛孔泄漏的工况。 18.提取率 产品气体组分的总含量与加工空气中该组分的总含量之比。 19.单位能耗 指空气分离设备生产单位产品气体所消耗的电能。
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陕西煤化能源有限公司培训教材 第二节 空分生产基础知识与流程组织
1.空分的基本知识 1.1.什么是空分 空分就是空气分离的简称。 1.2 空分的原料:空气 空气的成分:主要成分是 O2、N2 和 Ar; 体积比:O2:N2:Ar=20.95% :78.09% :0.932%; 此外还含有微量的氢及氖、氦、氪、氙等稀有气体; 根据地区条件不同,还含有不定量的二氧化碳、水蒸气及乙炔等碳氢化合物。 1.3 空气分离的方法 吸附法、膜分离法、低温精馏法。 1.3.1 吸附法 让空气通过分子筛吸附塔,利用吸附塔中特殊的分子筛对空气中的氧、氮组分选择性吸附而使 空气分离获得氧气。 吸附法的特点: 流程简单,常温运行,设备便易,投资少; 全自动控制,制氧快速,能耗低,生产 1m3 氧气的能耗只有 0.4KWH; 产品单一,不能同时生产氧和氮; 纯度低,氧纯度只有 90%~93%; 分子筛体积大,不适合大型化生产,一般用在小于 4000m3/h 氧气的场合; 分子筛切换时间太短(两分钟) ,系统容易出故障,不适合连续运转。 1.3.2 膜分离法 利用有机聚合膜的选择渗透性,从气体混合物中将氧、氮分离,获得富氧气体。 膜分离法的特点: 产品纯度低,氧纯度只有 40~50%; 可以生产高纯度的氮气; 装置简单,操作方便; 运动元件及易损件少,运行较平衡; 分离膜易堵塞; 分离膜制造困难,价格高; 不适合大型化生产。 1.3.3 低温精馏法 我们公司采用的是低温精馏法,因为前二者不能同时产出大量的高质量的气体。只有低温精馏 法能够满足大批量高纯度的生产需要。
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低温精馏法是利用多组分构成的液体介质,各组分沸点的不同,进行多次部分冷凝和多次部分 蒸发,从而逐步达到分离的目的。 低温精馏法的特点: 产量大:目前国内最大的制氧机的制氧能力为 90000m3/h,国外最大的制氧机在巴西,制氧能力 为 120000m3/h。 氧气和氮气纯度高:氧气的纯度可达 99.6%以上,氮气纯度可达 99.999%;电耗低;适宜大规模 生产;可以同时生产氩气等稀有气体。 2.低温空气分离的原理 2.1.O2、N2、Ar 的沸点 沸点:在一定压力下,液体温度达到沸腾时的温度。 压力越高,沸点越高;压力越低,沸点越低。 1)O2 沸点: 2)N2 沸点: 3)Ar 沸点: 4)液空的沸点: 5)液空的冷凝点: -183℃(90K) -196℃ (77K) -186℃(87K) -191℃(82K) -194℃(79K)

结论:氧气沸点比氮气高,所以当加热液态空气时,液态空气中的液氮先蒸发!

结论:加热液体空气时,液态空气中的含氧量增加! 随着温度的升高,液空中的氮气蒸发的多,液相中的氧含量逐渐上升,气相中的氮含量逐渐下 降。到 -191℃,此时的液相氧浓度为 53%,气相氮浓度为:78%;但到此温度时,液空即将蒸发完! 这也是为什么不能用简单的蒸发而取得纯氧的原因!空分的纯氧是采用多级精馏取得的。 2.2.空气分离原理

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2.3 空分的流程 从以上的空气分离原理得知:

空气分离的一个必要条件是要有液空!

大家知道:气体在高压、低温下易液化!

精馏需要:高压!低温! 提高压力的设备 —压缩机及增压机 产生低温(冷量)的设备---膨胀机
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空分的基本流程(方框图)
提高气体压力 降低空气温度,除去水分、 二氧化碳等碳氢化合物

O氧 气2

N2

Ar

压缩

预冷 净化

膨胀 制冷

精 馏

制冷,为产生液空做准备

压缩 机 单元
过 滤 器

+

空 压 机

+
+

汽 轮 机

+
+

增 压 机

过滤大气中的 固体杂质

初步提高原 料空气压力

为空压机增压 机提供驱动力

进一步提高原 料空气压力

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预冷 净化 单元
水 冷 塔

+

空 冷 塔

+

分子 筛纯 化器

温度降低后的原料空气 用空分产出的污 氮气制取冷冻水 用冷冻水冷 却空压机出口 气体温度 进分子筛,以除去其 中的H2O、CO2乙炔、 其他碳氢化合物

膨胀 制冷 单元

? 主要设备 ? ------膨胀机

=W
Q1=W+Q2
Q2<Q1 T2<T1

? 空分中冷量的主要来源 ? 膨胀机的制冷原理: 输出功W

能量(温度

能量(温度) 一定的空气Q1
) 一定的空气Q1

?

膨 胀 机 的 制 冷空气能量(温 原 空气能量(温
膨胀机

度)降低为Q2
度)降低为Q2

理:
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T2<T1

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精馏 单元

上 塔

+

下 塔

+

换 热 器

+

泵 及 阀 门

精馏产生液氧、氧气

精馏产生富氧液空、 液氮、氮气

第三节 我公司空分装置主要工艺参数及流程
一、我公司空分装置主要产品规格 GOX90000Nm3/ h 空分装置(单套、考核工况) 产品名称 氧气 I 氧气 II 液氧 氮气Ⅰ 产量(Nm3/h) 88,000 600 800 15,000 纯度(vol) ≥99.6%O2 ≥99.6%O2 ≥99.6%O2 ≤10ppmO2 连续 使用 方式 连续 压力 MPa (G) 8.5 0.5 入贮槽 环境 0.4 常温 环境 6.0 入贮槽 温 常温 压力塔抽压力氮气 温度 (℃) 常温 环境 备注 液氧泵内压缩 从 8.5Mpa 减压

氮气 II 液氮

2,700 1000

≤10ppmO2 ≤10ppmO2

连续 连续

后备系统直接抽取

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仪表空气 无尘无油,露 8,000 点<40℃ 同上 间断 常温 0.7 常温 常温 0.45 常温 增压机一级直接抽取

工厂空气

5000

连续

从分子筛后抽出

注:1.所有产量单位 Nm3/h,是在 0℃和 0.1013MPa(A) 条件下测得体积流量; 2.以上测量为在冷箱出开口处测量; 3.成套装置的变负荷能力范围 75%—105% 。

二.装置工况消耗

备注: 设计工况为合同定义的保证工况,为统计氮气 I 的产量增加引起的能耗增加; 仪表气吹除气和密封气均由装置自供,其中吹处气和密封气为同一股气; 高压蒸汽耗量包含汽轮机高压密封气耗量,中压蒸气做汽轮机密封气使用; 峰值,间断运行,周期平均 2461kg/h; 仪表空气用于膨胀机的机壳防结冰。

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三.GOX90000Nm3/h 空分装置主要技术数据 1.空压机排气量 负荷范围 相对湿度 进口压力 出口压力 冷却水进口温度 冷却水回水温度 2.增压空气压缩机 增压机一段吸入量 吸入压力 排气压力 约(248562 Nm3/h) 约 0.605 MPa(A) 3.0MPa(A) 约 456900 Nm3/h 75-105% 70 % 约 0.088 MPa(A) 约 0.624 MPa(A) ≤32 ℃ 42 ℃

注:其中所需 0.7MPaG 的仪表空气 8000 Nm3/h 是从增压机一段 1 级后抽取。 二段吸入量 吸入压力 排气压力 3.蒸汽透平驱动系统 一台蒸汽透平机——进口,单缸,多级式,水平剖分式机箱,整体式锻制转子,双出轴,用于 驱动原料空气压缩机和增压空气压缩机。辅机为手动盘车,空冷器凝汽系统等。 进汽压力 进汽温度 蒸汽消耗 4. 膨胀机技术参数 (1).增压端 工 气 质: 量:Nm3/h(℃,0.101325MPa) 空气 137402 2.998 4.298 8.9-9.2MPa(G) 510-530℃ 208000kg/h 约 102760 Nm3/h 约 3.0 MPa(A) 7.3 MPa(A)

进口压力:MPa(A) 出口压力:MPa(A) (2).膨胀端 工 气 质: 量:Nm3/h(℃,0.101325MPa)

空气 137002 4.283 0.58 ≥86%

进口压力:MPa(A) 出口压力:MPa(A) 绝热效率:

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四 . GOX90000Nm3/h 空分装置的工艺说明 1.空分流程简述 本公司 GOX90000Nm3/h 空分装置采用分子筛净化空气,空气增压循环,空气增压制动膨胀及 膨胀空气进压力塔的液氧泵内压缩流程。低压塔采用规整填料塔。 2.1.空气过滤用自洁式空气过滤器(1104.46.BS1)去除粉尘及机械杂质。 2.2 空气压缩 空气由一台多级透平压缩机(1101)压缩至工艺所需压力。空压机负荷主要通过调节空压机入 口导叶的角度实现,以满足空分变负荷操作时平稳的要求。 2.3 空气预冷 压缩空气经过空气冷却塔(2401.16.BE1)与冷却水直接接触,得到冷却与洗涤。 空气冷却塔分为两段,空气在下段经循环水预冷后进空冷塔上段被冷冻水进一步冷却后出空冷 塔。冷却水可同时洗涤空气中可溶于水的化学杂质。 上段冷冻水为蒸发冷却器(2401.17.BE1)用来自于冷箱低压塔的污氮气冷却冷却后的循环水。 本流程不需配置冷冻机。 通过循环水泵(2401.66A/B.BP1)将循环水打入空气冷却塔(2401.16.BE1)中部。通过冷冻水 泵(2401.67A/B.BP1)将冷冻水打入空气冷却他(2401.16.BE1)上部。 2.4 空气纯化 经空气冷却塔冷却并洗涤后的空气进入空气纯化系统,空气中的水蒸气,CO2 以及潜在危险的 碳氢化合物。氧氮化合物等被两台交替使用的分子筛吸附器(2601.26A/B.BA1)吸附掉. 吸附器由 经蒸汽加热器(2602.17.BE1)及加热好的污氮气再生,污氮气来自分馏塔。从分子筛吸附器出来后 抽取 400Nm3/h 仪表空气作为空分自用,同时抽取 5000Nm3/h,0.45MPa(G)空气量作为工厂空气 送出界区。 空分装置加温解冻气源为空分装置出分子筛吸附器的干燥净化空气。 2.5 内压缩循环和产冷 一部分纯化空气直接进入冷箱,在低压主换热器(3002.17.BE1)中被冷却至接近露点温度,然 后再送入压力塔(3001.11.BT1)底部。另一部分纯化空气进入空气增压机(1201)进一步压缩,以 便为内压缩产品提供加热气流。空气增压机(1201)第 1 级出口抽取 8000Nm3/h.0.7Mpa(G)增压 空气作为仪表气送出界区。空气增压机(1201)第 1 段出来分成两股: 一股增压空气经膨胀机增压 端(3402.22.BC1)再次增压后经增压端冷却器(3402.20.BE1)冷却后进入冷箱内高压主换热器 (3002.16.BE1) ,冷却后从中部抽出送往透平膨胀机(3401.17.BX1) 。装置主要产冷由增压制动透平 膨胀机(3401.71.BX1)完成膨胀后空气进入压力塔(3001.11.BT1) 。 另一股增压空气经空气增压机 (1201) 2 段继续压缩后进入冷箱内高压换热器 第 (3002.16.BE1) , 冷却后通过高压节流进压力塔(3001.11.BT1) 。 2.6 空气分离和氧氮制取 在压力塔(3001.11.BT1)空气经过预分离,在顶部得到纯氮气,底部得到富氧液空。
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压力塔(3001.11.BT1)底部富氧液空经过冷器过冷后从过冷器(3001.16.BE1)中部抽出送往低 压塔中下部,接近压力塔(3001.11.BT1)底部抽出的液空,经过冷器(3001.16.BE1)过冷后从过冷 器中部抽出送往低压塔(3001.12.BT1)中部,作为低压塔中部的回流液 压力塔(3001.11.BT1)中部抽出的污液氮通过离心式液氮泵(3023.66A/B.BP1)加压,经过过 冷器(3001.16.BE1)过冷后送往低压塔顶部作为回流液。 压力塔顶部气氮进入多层浴式冷凝蒸发器(3001.26.BD1)中被冷凝。冷凝器出来的液氮一部分 作为压力塔提供所需的回流液。另外抽取 1000Nm3/h 液氮经过冷器过冷后作为液氮产品(LIN)送 往贮槽。 从压力塔 (3001.11.BT1) 顶部抽取 15000Nm3/h 的纯氮气经过高压主换热器复热后作为 0.40MPa (G) 的氮气 I 产品送出界区。 另外抽取 400 Nm3/h 的压力氮作为空分密封气。 低压塔 (3001.12.BT1) 顶 部 的 污 氮 气 经 过 冷 器 ( 3001.16.BE1 ) 后 在 低 压 主 换 热 器 ( 3002.17.BE1 ) 和 高 压 主 换 热 器 (3002.16.BE1)中被复热,出冷箱后分别被用作分子筛再生加热器(2602.17.BE1)的再生气和氮水 蒸发冷却塔(2401.17.BE1)冷媒。 在低压塔经最终分离精馏后在多层浴式冷凝蒸发器(3001.26.BD1)底部得到纯液氧。 冷凝蒸发器(3001.26.BD1)抽取液氧通过离心式液氧泵(3021.68A/B.BP1)加压,分两股经高 压主换热器气化后复热,其中一股 88000Nm3/h,8.5MPa(G)作为氧气产品 I 送往界区另一股 600 Nm3/h,0.5 作为氧气 II 产品(PGOX)送往界区。另外 800Nm3/h 液氧经过冷器过冷后作为液氧产品 送往液氧贮槽。 本工艺流程中设有从液氮贮槽引一股液氮回流至冷箱压力塔顶部,用于开车时加快装置启动时 间。 2.7 贮槽系统 2.7.1 液氧贮存系统 液氧贮存系统配置 1 台 300m3 液氧贮槽和一台液氧充车泵。 液氧贮槽接收来自冷箱主冷凝蒸发器底部的液氧并贮存,液氧充车泵用于槽车灌充外运。 2.7.2 液氮贮存系统 液氮贮存系统配置 1 台 600m3 液氮贮槽和 1 台液氮充车泵。 液氮贮槽接收来自过冷器后液氮并贮存,液氮充车泵用于槽车灌充外运。 液氮贮存系统另外配置一台 3000Nm3/h,6.0MPa(G)的液氮泵和一台相应流量压力的水浴式汽 化器,其中 2700Nm3/h,6.0MPa(G)的氮气作为氮气 II 产品送往界区,另外 300Nm3/h,6.0MPa 的氮 气经减压后空分装置自用。 3 本装置空分流程特点 以下为本装置的主要特点及林德所采用的设计: 分子筛吸附器采用有多套安全运行实绩的新技术单层立式径向流类型, 以吸附空气中的水蒸气, 二氧化碳,乙炔,丙烯,丁烷,丁烯和 N2O 等物质。使空分装置在安全可靠地运行的前提下提高吸 附效率并节省了占地面积。
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用空气增压机增压空气为内压缩产品提供热源。 采用中压膨胀机制冷。 规整填料塔,低压塔采用规整铝填料。 采用多层浴式冷凝蒸发器节省了能耗(约 1.5%) ,兼有水浴式主冷和降膜式主冷的优点,但其 制造要求高,体积大。 高压氧气产品采用液氧泵内压缩。同时用于氧气产品以液态方式抽取,从而使碳氢化合物与氧 氮化合物在主冷凝蒸发器中富集的可能性降低到最低点。 中压氮气产品从压力塔顶部抽取,节省能耗。 配置液氮回灌管线,以缩短空分装置启动时间。

第二章 空气的净化
第一节 概述
1、空分净化的发展 铝带蓄冷器冻结高低压流程 (第一代空分) ; 石头蓄冷器冻结全低压流程(第二代空分); 切换式换热器冻结全低压流程(第三代空分); 常温分子筛净化全低压流程(第四代空分); 常温分子筛净化增压膨胀流程(第五代 空分); 常温分子筛净化填料型上塔全精馏制氩流程(第六代空分) 。 2、 原料空气净化原理 概述:净化与分离都是将气体混合物组分彼此分开。但在习惯上,净化与分离是有区别的:从 气体中脱除含量比较少的气相杂质,这个操作过程称为净化;如果将混合气体中含量比较多的组分 彼此分开,这个操作过程称为分离。低温装置中,原料气内一般都含有杂质,这些杂质必须尽可能 地除去。 1) 、净除杂质的目的 低温装置中,原料气内一般都含有杂质,这些杂质必须尽可能地除去。净除杂质的目的是: (a) 防止杂质在局部地区冻结,致使设备、管路堵塞,装置不能正常运行; (b)除去危险的爆炸物; (c) 提高原料气的纯度; (d)防止杂质腐蚀设备。因此,气体的净化设备是低温装置内不可缺少的一个 组成部分。 2) 、气体的净化主要采用下列几种方法: a、吸收法:吸收法是以溶液吸收为基础,使气体与吸收溶液互相接触,气体中的杂质被吸收剂 所吸收。被吸收的物质是可以溶于液体中,或者与液体起化学反应。 b、 吸附法: 利用气体在多孔性固体表面上积聚的特性, 使杂质吸附在固体吸附剂表面进行脱除。 c、冷凝法:冷凝法是用来将气体转变成液体的一种方法,由于多组分混合气体中各组分的冷凝 温度不同,在冷凝过程中高沸点组分先凝结出来,混合气体的组分也就发生了变化,得到高纯度的
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组分。用冷凝法可以脱除沸点高的杂质,冷却温度越低,这些杂质被清除的程度就越高,但消耗的 费用也越大。 d、催化法:通过某种适当的化学反应,使杂质转化成无害的化合物,因而可留在气相内;或者 转化成比原来的杂质更易除去的化合物,以便达到脱除的目的。杂质的化学催化都是使用固体催化 剂,由非均相催化反应实现的。 e、薄膜渗透法:利用某些薄膜的各种气体组分具有选择扩散的特点以除去杂质。 上述方法都可以用来清除气体杂质.如果气体内含有固体尘粒,它能引起设备的磨损,堵塞和 密封不良。此时需设置固体尘粒的净除装置---除尘装置。 3、除尘 1)、从气体与微粒混合物中分离粒子的操作称除尘。从空气中分离、捕集微粒的设备称除尘装 置。 一般直径为 100μm 以上的粒子由于重力作用很快地降落殆尽,不存在分离问题。另一面 0.lμm 以下的粒子还不构成严重问题。目前作为除尘对象的粒子粒径在 100μm 至 0.lμm 之间,其中 100μm 以下,10μm 以上的粒子易于分离,困难的是 10μm 至 0.1μm,特别是 5μm 以下粒子。 2)、除尘装置性能包括流量、压力损失以及除尘效率,此外,也包括除尘装置的耐用年限以及 保养难易等,对于一定的除尘装置。除尘效率随着需捕集的尘粒种类、粒度、浓度和操作条件的不 同而变化。 空气中含有灰尘及少量的水蒸气、二氧化碳、乙炔和碳氢化合物等气体。他们在低温条件下从 空气中析出,积聚在空分装置的一定区域内,堵塞设备、甚至引起爆炸,影响操作和安全。为了提 高运行的安全乡、可靠性和经济性,设置专门的净化设备、清除空气中的机械杂质极少量的水蒸气、 二氧化碳、乙炔等有害物质。

第二节 固体杂质的清除
空气中含有灰尘等机械杂质,其含量在 0.005—0.01g/m3 之间变动。如果空气压缩机直接吸入空 气,机械杂质就会损坏空气压缩机叶片、气缸,也能造成设备、阀门、管线的阻塞,因此在空压机 的入口管道上设置空气过滤器、清除机械杂质。

图 1.脉冲反吹自洁式过滤器 17

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自洁式空气过滤器的结构及原理: 1) 构成:自洁式过滤器由高效过滤筒、文氏管、自洁专用喷头、反吹系统、控制系统、净气室 和出风口、框架等组成。 2)过滤过程:在压缩机吸气负压作用下,吸入周围的环境空气。当空气穿过高效过滤筒时,粉 尘由于重力、静电和接触等阻留在滤筒外表面,净化空气进入净气室,然后经出风管出。 3)自洁过程:当电脑发出指令,电磁阀启动并驱动隔膜阀,瞬间释放一股压力为 0.4~0.6Mpa 的脉冲气流经专用喷头整流喷出,文氏管卷吸、密封、膨胀从滤筒内部均匀地外冲击,将积聚在滤 筒外表面的粉尘吹落,自洁过程完成。 清灰控制有 3 种方式: a、定时定位,可任意设定间隔时间和自洁时间; b、差压自洁,当压差超指标时,进入自动连续自洁; c、手动自洁,当电控箱不工作或粉尘较多时,可采用手动自洁。 过滤筒,采用进口 RK-300 高效防水过滤纸,经特殊工艺生产而成。自带前置过滤网,防止柳 絮、树叶及废纸吸入,延长滤筒使用寿命。采用电脑控制机电一体化,安装简单便捷,只需配管通 电、通气即可工作。 其工作过程是空气自上而下从过滤器里向外流滤布向外流动进入空压机入口,机械杂质附着在 过滤器里表面,当机械杂质附着在过滤布上的量较多时,其过滤器阻力增加,当阻力达到 850Pa 时, 从纯化器后抽出一股 0.52MPa(G)的空气进行反吹,清除附着在滤布口的机械杂质,阻力达到 350Pa 时自动关闭;定期将机械杂质从集灰斗内清出。

第三节 空气的纯化
一、空气纯化原理 1、原理 空气纯化是利用沸石分子筛的选择吸附特性,按照变温变压(TSA、PSA)吸附原理,吸附空 气中水蒸气,二氧化碳,乙炔等有害成分。分子筛纯化系统由两只内装吸附剂(13X 和 Al2O3)的两 只吸附器以及切换阀门管道系统构成。来自预冷系统的含湿饱和空气首先自下而上流经其中一只吸 附器,在加压条件下空气中的水分、二氧化碳、乙炔等被分子筛吸附,由于分子筛的用量一定,因 此在一定时间内,分子筛的吸附容量将达到饱和,即吸附床层穿透,分子筛无继续吸附能力。此时, 通过自动切换阀门的开关顺序,空气转而进入另一只吸附器继续吸附,原先吸附饱和的吸附器,首 先向大气泄压至常压再引入被加热的污氮气以与吸附工况相反的气体流向对吸附器床层加热。原先 被吸附分子筛吸附剂颗粒内部的吸附质由于温度升高而解吸出来,在热流气体的推动下被解吸出来 的水蒸气、二氧化碳、乙炔等被赶出吸附床外。由于此时吸附剂床层的温度很高,不适合下个循环 周期吸附,因此在完成加热时间后,须引入未经加热的空气或污氮气体对吸附床层进行吹冷,使吸 附剂床层的温度降低到接近吸附时的温度。至此,吸附器的再生工况完成,准备下次吸附。两只吸 附器就是如此交替轮流吸附和再生工况,从而实现空气的连续净化。
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2、专业术语或概念 2.1 分子筛 具有均一微孔结构,并且能选择性地吸附直径小于其微孔孔径的气体分子的固体吸附剂。主要 组成成分为硅铝酸盐。分子筛广泛应用于气体分离和气体纯化。分子筛合成属高分子化工领域,其 性能指标涉及硅铝比、吸附容量、抗压强度、孔隙容积、比表面积、堆积密度、颗粒尺寸等性能参 数。沸石分子筛的硅铝比越高,分子筛抗酸碱的能力就越强,但一味提高硅铝比又会降低其吸附性 能。X 型分子筛的硅铝比为 1 到 1.5,可吸附的气体包括:氧气,氮气,氪,氙,酸性气体,可溶性 有机气体。13X 的微孔直径 10A(10-10 米=1A) 。 2.2 分子筛种类 分子筛按照其晶体结构分为:A 型分子筛(3A,4A,5A) 、八面沸石(X 型,Y 型) 、丝光沸石、 斜发沸石等。 2.3 分子筛中毒 所谓的分子筛中毒是指分子筛吸附某一组分物质后,不能可逆解吸。几乎永久丧失其吸附能力, 我们把这种现象称为分子筛中毒。在使用分子筛时,应尽力避免被处理的工艺气体中含有易使分子 筛中毒的吸附质,如:SO2,NOX,Cl2,HCl,HF 等。

图 2.立式径向流纯化器结构示意图

Ⅰ外分布筒,Ⅱ内分布筒,Ⅲ中心集气管 纯化器出口的常压露点:-70℃
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纯化器出口的二氧化碳含量:1ppm 2.4 纯化系统的主要设备 1) 、吸附器 吸附器是该系统中的主要设备,内装吸附剂。 按绝热方式分为:内绝热和外绝热 。 按型式分类:立式吸附器、卧式吸附器和径向流吸附器。卧式吸附器在工作时,气流是由下向 上或由上向下,其流通截面是一个平行于筒体轴线的近似矩形平面,该截面的大小受吸附器直径和 长度的限制,气流分布的均匀一旦受到影响,整个吸附床层很容易出现局部穿透,在吸附周期内, 水份和二氧化碳将出现超标。 2) 、吸附剂和吸附: a、吸附:一种物质在另一种多孔性物质表面发生凝聚的现象 一切固体都有吸附能力,但并不 都是吸附剂。吸附剂必须具备适当的表面结构、表面积、孔隙大小和分布,使其具有很强的吸附力。 空分设备中为净化空气常用的吸附剂有硅胶、活性氧化铝、分子筛。 b、吸附容量的大小受多种因素的影响,主要有:吸附过程的温度和被吸附组分的分压(或浓度)。 气体流速:流速越高,吸附效果越差,吸附剂的动吸附容量越小。流速不仅影响吸附能力,而且影 响气体的干燥程度。 气体湿度:分子筛对相对湿度较低的气体干燥能力较大。与活性氧化铝和硅胶相比,当相对湿 度较低时,分子筛对水份仍然具有良好的吸附能力。 吸附剂再生完善程度:吸附剂解吸再生越彻底,吸附容量就越大,反之越小。而再生的完善程 度与再生温度有关(应在吸附剂热稳定性温度允许的范围内),也与再生气体中含有多少吸附质有关。 二、纯化系统 1、纯化系统流程 该系统主要由两台吸附器、一台蒸汽加热器。 分子筛吸附器为立式径向流吸附器,两只吸 附器切换工作。由空气冷却塔来的空气,经吸附 器除去其中的水份、CO2 及其它一些 CnHm 后,除 一部分进入增压压缩机增压及用作仪表空气、装 置空气之外,其余均全部进入分馏塔。 当一台吸附器工作时,另一台吸附器则进行 再生、冷吹备用。由分馏塔来的污氮气,经蒸汽 加热器加热后,入吸附器加热再生,脱附掉其中 的水份及 CO2,再生结束由分馏塔来的污氮气吹 冷,然后排入大气。 吸附器吸附再生循环如图 3 所示。
图 3 分子筛吸附器吸附—再生循环 20
降压加热 冷吹 升压 净化 净化 降压 加热 冷吹升压

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高温再生时,再生气经蒸汽加热器及电加热器加热后,入吸附器加热再生。经吸附器纯化后的 空气水含量在-70℃露点以下,CO2≤1PPm。 吸附器的再生一般分 4 步进行。第一步:降压(卸压);第二步:加热(用加热的干燥气体吹扫吸 附剂);第三步:吹冷(用未经加热的干燥气体吹扫吸附剂);第四步:升压(均压)。 a、降压(卸压):吸附器在工作周期即将结束时,须将容器内的带压空气排放出去。此步完成时 间一般在 6~12min。 b、加热:污氮气经加热器加热至 160℃以上(考虑到 2 年以上的连续运行,加热器常采用一用一 备),干燥的热污氮气在吸附器入口处的温度在 150℃以上,自上而下通过吸附器。 c、吹冷:吹冷用的污氮气不经过加热器而旁通进入吸附器。吹冷初期,污氮气出吸附器的温度 会继续上升,待上升至 100℃左右后就逐渐下降, 吹冷污氮气出吸附器温度可下降至比工作温度高 5~ 10℃。 d、升压(均压):使正在工作的一只吸附器中的空气充入即将再生完毕的一只吸附器中,吸附剂 再生是一个吸热过程。空分纯化系统之所以能够连续切换循环工作正是基于此机理实现的。空分纯 化器系统的吸附剂在吸附期间,床层温度由于吸附热通常将上升 3~6℃甚至更高,床层温升与原料 空气进吸附器的温度有关, 进气温度越高, 床层上升的温度也越高。 然而解吸期间当压差连锁 PdS→0 时,说明再生吸附器的压力与工作吸附器的压力已经均衡,升压便结束。为避免气流冲击吸附剂床 层,使床层发生移动或摩擦,故升压要缓慢。此步完成时间一般在 12~24min。 吸附剂吸附过程是一个放热过程,吸附剂解析正好相反。再生加热初期,吸附器出口将出现温 度急剧下降,可以降到 0℃以下。 空分设备启动时,没有可供再生用的污氮气,可用部分已被净化的空气再生。 2、分子筛纯化系统几个常用的概念: a、吸附温度 吸附温度是指来自预冷系统的空气进到吸附器入口时的温度。 通常在 8?20℃的范围内。 (如果是 带冰机流程,该温度通常在 5~9℃;如果是不带冰机流程,该温度通常在 12~20℃。 b、吸附压力 吸附压力是指纯化器正常工作时或最低的工作压力(工艺压力)。单位:巴(bar) 。吸附压力越低, 则吸附剂吸附容量越低,进到吸附器内空气的含水量越多,需要的再生气量增加,再生能耗增大。 c、吸附(切换)周期 习惯上,吸附周期指单台纯化器从吸附开始到吸附结束时所经历的时间(单位:小时) 。严格地 讲,应该称为半周期。因为一个完整周期应包括:吸附、泄压、加热、吹冷、充压五个步骤。吸附 (半)周期=加热+吹冷+充压+泄压。 d、二氧化碳含量 纯化系统的二氧化碳含量包括: 原料空气的二氧化碳含量和纯化后空气的二氧化碳含量。 PPM 以 (V)即体积百万分比表示。吸附器进口空气的二氧化碳含量通常为 350~400ppm;吸附器净化后 空气出口的二氧化碳含量(净化指标)小于 1ppm。
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e、露点 露点温度(简称露点)是指空气中水气含量不变,气压一定时,通过降低气温使空气达到饱和 时的温度,称为露点温度,单位为℃。吸附器出口空气的含水量可达到相当于常压露点-70℃,即水 蒸气含量 2.58ppm(V) ,相当于-20℃时每立方米空气含 0.001936g 的水份。 f、再生温度 再生温度是指吸附器吸附完成,泄压之后,经蒸汽加热器后的空气或污氮气体进到吸附器入口 的温度。通常为:正常再生 150?200℃;高温再生(活化)250℃以上。 3、纯化系统常见故障及排除 纯化系统故障表现是多方面的,由于单个或多种原因造成的最终结果不外乎归结到两个方面: 3.1、二氧化碳含量超标 3.2、水分含量高(常压露点高) 事故分析之前,应弄清各个控制点的设计参数规定,具体的各个方面因素罗列如下: 项目 故障现象 序号 1 吸附压力偏低 再 生气 出蒸 汽加 热器 温 2 3 4 度不够 再生气出现含水量 出电加热器温度偏低 a.阀门泄露 b.预冷系统气源压力低 a.蒸汽量不够 b.换热管污垢阻力过大 蒸汽泄露 电热管损坏 a.检查阀门 b.检查预冷系统 a.加大蒸汽量 b.清洗换热管 检查蒸汽加热器换热管束 更换电热管 原因分析 解决措施

a.再生温度(气量)不够, a.提高再生温度(气量) 5 纯化器出口露点偏高 再生不彻底 b.疏水阀不自动排污 b.检查疏水阀 提高再生温度(气量) 再生温度(气量)不够 吹冷时间不够 6 二氧化碳含量超标 吸附压力不够 吸附温度偏高 二氧化碳分析仪不准 分子筛性能老化 延长吹冷时间 同第 1 条 检查预冷系统 检查或校对二氧化碳 分析仪 a.更换吸附剂; b.缩短吸附周期

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第三章 空气预冷却系统
空气预冷系统是空气分离设备之配套系统, 它是串接于空气压缩机系统和分子筛吸附系统之间, 旨在降低进分子筛纯化器的空气温度,来减少空气的含水量,并通过水洗涤除去大部分水溶性有害 物质,以保证分子筛纯化器的安全工作。

第一节 预冷流程及原理
图 1 是空气预冷系统的流程简图。从空气压缩机来的热空气进入空冷塔下部,由下而上穿过空 冷塔中的下段、上段填料,依次与冷却水和冷冻水进行微分式逆流接触而传热传质,达到冷却空气 之目的。冷却水由外界供给,冷冻水由水冷塔塔底供应。来自冷箱的污氮进入水冷塔的底部,自下 而上同冷却水在填料表面进行微分逆流接触,使污氮升温增湿后排入大气。

对于空冷塔,当进塔的热空气为不饱和状态,进塔水温低于进塔空气的露点时,经过塔内的气 液逆流接触,空气为减湿降温过程,传热方向都是由空气传给水;而水的出塔温度将可能高于进塔 空气露点时,塔底的传质是由水传给空气,而塔顶的传质是由空气传给水,故在全塔内传质方向是 不同的。在改变传质方向的塔截面处,水温将等于空气露点。 对于水冷塔,当未饱和的冷污氮从塔底进入,与塔顶加入的热水逆流接触时,污氮在塔内被加 热增湿,水在塔内被冷却。在塔顶,污氮被加热的极限是进塔水表面的饱和湿污氮状态。实际上, 由于存在传递阻力,污氮出塔温度将低于进塔水温,故进塔水的温度与其表面上的饱和湿度必然大 于出塔污氮的温度和湿度。于是塔顶的传热和传质都是从水传给污氮。在塔底,水被冷却的极限是 污氮进塔状态下的湿球温度,而实际出塔水温要高于湿球温度。但因进塔污氮是未饱和的,湿球温 度低于污氮温度,故出塔水温将有可能低于进塔污氮温度。在此情况下,塔底的传热由污氮传给水, 而传质仍然是水传给污氮。从而可知在全塔内,传质方向都是由水传给污氮,故污氮在塔内是增湿 过程;而传热方向是不同的,在塔内某一截面处改变传热方向,此处的污氮温度等于水温,但在全 塔内仍是冷却过程。 在空气或污氮与水直接接触的增湿与减湿过程可以看出,在气、液两相之间同时发生热量和质 量传递。该过程是由两个相和两种组分所组成的体系,在气相的组分是不凝的干气和可凝的蒸汽; 在液相则是与可凝蒸汽相同的单一组成。虽然气体和液体中还可能混有其他组分,在气液接触过程 中,也可能有某些杂质发生溶解或汽化,但它们的变化在计算中均不予考虑。
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陕西煤化能源有限公司培训教材 第二节 空气冷却塔及水冷却塔的结构特点及其功能
1.塔器的种类 塔设备类型有板式塔、填料塔、湿壁塔、降膜塔、喷雾塔等。其中最常用的是板式塔和填料塔。 2.填料塔 填料塔一般由筒体、填料、出口防带水装置、填料支架、气体和液体分布器、中间支架、再分 布器、气体和液体进出接管以及人孔等部件组成。液体通过液体分布器均匀分布在填料顶层,在重 力作用下沿填料表面向下流动,与在填料空隙中流动的气体相互接触,产生传热和传质。 2.1 填料塔结构原理 填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。 填料塔的塔身是一直立式圆筒 (如 下图所示) ,底部装有填料支承板,填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料 压板,以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下。气体从 塔底送入,经气体分布装置(小直径塔一般不设气体分布装置)分布后,与液体呈逆流连续通过填 料层的空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备, 两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。 当液体沿填料层向下流动时,有逐渐向塔壁集中的趋势,使得塔壁附近的液流量逐渐增大,这 种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均,从而使传质效率下降。因此,当填 料层较高时,需要进行分段,中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布 器两部分,上层填料流下的液体经液体收集器收集后,送到液体再分布器,经重新分布后喷淋到下 层填料上。 填料塔具有生产能力大,分离效率高,压降小,持液量小,操作弹性大等优点。 填料塔也有一些不足之处,如填料造价高;当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面,使传 质效率降低;不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料;对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。 2.2 设备结构 2.2.1 筒体 筒体一般由金属板材制成。根据安装、检修需要,可采用整体焊接或分节组装结构。筒体各部 分的壁厚既要满足强度和刚度要求,又要满足稳定性要求。 2.2.2 填料 塔填料是填料塔的核心构件,填料的效率主要取决于填料的流体力学性能和传质性能。塔填料 按其单元结构与在塔内装填方式的不同可分为散堆(或颗粒)和规整(或整彻)型填料两大类。对 每种类型的填料,基于减少压降、增大比表面积、增加流体扰动改善液体的分散和汇聚特性、增加 表面对工艺流体的润湿性能等以满足传热和传质分离过程的要求。填料的性能由填料的材质、大小 和几何形状来决定。 目前,空气预冷系统中使用的填料多为散堆填料,其原因只要求是散堆填料与规整填料相比, 其价格低廉。
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散堆填料在塔内的装填方法有湿装和干装两种。湿装是在塔内先充满水(或工艺液体) ,然后再 装填塔填料。这种装法床层空隙较大且均匀,同时又可防止填料间的碰撞损坏,广泛用于陶瓷填料、 玻璃填料等装填。干装是将填料直接堆放在支承板上的装法,广泛用于金属填料和塑料填料的装填。 干装比湿装虽然简单,但床层空隙率却比湿装的小。

填料塔结构 不论干装或湿装,均需保证填料层具有均匀的空隙率。散堆填料装填质量的好坏(床层空隙均 匀与否)直接关系填料塔的流体力学与传质分离性能。 2.2.3 出口防带水装置 空气出口防带水装置由升气装置、捕雾器、水回流管线等组成。在回流管线上设置了液泛和游 离水大量夹带的信号检测、报警机构。 正常操作时空气夹带的游离水在升气管处分离后经限流孔板 返回塔釜。 一旦出现误操作而发生液泛或游离水的大量夹带,在升气管处即能将夹带的液团和泡沫 有效分离并回流到塔釜,彻底避免空气夹带游离水进入后序的纯化系统。 2.2.4 填料支撑 填料支承用于支承填料。它应有如下特点:第一有足够的强度和刚度,能承受填料层和其中持 液的重量,以及操作中附加的重量和压力;第二具有大于填料层空隙率的开孔率,防止在此首先发 生液泛,进而导致整个填料层过早液泛;第三结构合理,有利于气液两相均匀分布,阻力小,好拆 装。其结构主要有板式和梁式两大类。 空气预冷系统中主要使用喷射式支承梁,它是迄今性能最好的填料支承板。其优点有:
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自由截面率接近甚至超过 100% (此处自由截面率为支承板平面展开图上的自由面积与塔横截面 积之百分比) ;为气、液两相提供不同的气液通道,从而避免了其间的流动干扰,即使在很高的气液 负荷下压降也很小;气、液两相流体通量大,大于其他任何类型支承板; 能对气体进行均匀分布;从而保证了高效塔填料发挥出较高的传质效率刚性好,易于分块和安 装。

液体分布器

填料支撑 2.2.5 水分布器 填料塔的传质过程要求塔任一横截面上气液两相流体能均匀分布,从而实现密切接触、高效传 质。其中。液体的初始分布至关重量。它不仅决定填料层润湿均匀程度,而且直接影响气体的均匀 分布。 理想的液体分布器应具备以下条件: 第一 与塔填料相匹配的分液点密度和均匀的要布质量; 第二 操作弹性较大,适应性好;
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第三 为气体提供尽可能大的自由截面率,实现气体的均匀分布,且阻力小; 第四 不易产生雾沫,抗污垢性能好; 第五 结构合理,便于制造、安装、调整和维修; 第六 结构紧凑,占塔内尽可能小。 液体分布器按分布液的原理分为重力型和压力型。按液体初始分布器的结构特征为喷洒式、盘 式、管式和槽式。 空气预冷系统中主要用压力排管式液体分布器,其特点为:在排管下方侧面开有小孔,水通过 压力由小孔流出,分布点较多,而且分布均匀;为气体提供了很大的自由截面积,阻力小;占塔空 间小,结构紧凑;易于支承;造价低廉。 2.2.6 气体进出口管及人孔 气体进口管的设计主要考虑气流分布均匀、结构简单、阻力小、便于制造安装、经济性好等。 人孔主要用于装卸填料及内件。人孔的位置应有利于装卸填料及内件。 3 空气预冷系统的安装、使用安装及试车要求 本系统的平面布置、管道系统配置、管路和基础设计等由工程设计考虑,应注意: a、空气冷却塔、水冷却塔安装过程中,严禁在塔体上动火。 b、空气冷却塔、水冷却塔安装过程中,垂直度要求应符合 JB4710。 c、空气预冷系统安装就绪后,应作检漏试验。 d、空气冷却塔的冷段和水冷却塔的冷段、空气出空气冷却塔管道和污氮气进水冷却塔管道以及 冷水管道均应有保温措施,液位测点应有防冻设施,以免冻结,使液位控制失灵。 e、在安装空气冷却塔及水冷却塔的内部零件与填料时,应注意人身安全,填料必须尽量装满, 防止在运行时,填料在塔内跳动。 f、本系统的液位是自动调节的,并设有空气出塔温度压力报警联锁,空气冷却塔 ,当自动调 节系统失灵时,可采用手动控制,但应尽快修复。 g、冷却水泵和冷冻水泵每组两台,一用一备。 h、检修水冷却塔前,应先用足够的空气进行置换,彻底驱除塔内及管路中的残余氮气,同时对 设备内的气体进行分析,含氧量应大于 20%,才能进行检修,以确保人身安全身。 4、空气预冷系统在运行过程中出现的问题及解决方法 4.1 低温水垢形成 低温垢形成机理(详见《冶金动力》2001 第四期和第六期) :在 pH 值 8.8 的条件下,循环水中 将有大于 10%的 HCO3-转化为 CO32-。在这种情况下,循环水中的 CO32-含量将大于 25mg/L,超过水 质控制指标(5mg/L)的 5 倍,致使水中的 CaCO3 含量在 0 至 40oC 范围内,远远超过其溶解度,而 以介稳状态存在于水中,这时水质和外界条件的微小变化将导致 CaCO3 的结晶析出。 处理方法: ①正常情况下水质稳定剂是通过对钙、镁离子、离子组合物作用和对碳酸钙的微晶核的分散作 用,扩大了碳酸钙的介稳区,而保持运转条件下的水质稳定。由于阻垢剂均为水溶性高分子化合物,
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基钙、镁离子组合物,在水温降低时溶解度均下降,有关实验早已证明有机磷型药剂在高钙低温冷 却水中,会发生药剂沉淀。因此廖水处理药剂在低温条件下,其钙镁纵使物发生沉淀。另外,碳酸 钙在 0℃时溶解度为 20℃的两倍,碳酸钙的低温溶解,提高了低温水的钙离子含量,进一步强化了 水处理药剂的沉淀作用。 ②采用的是离子静电水处理器,通过分析进出水冷却塔的水中的钙离子含量。 4.2.水冷却塔出水温度高 江铜 GOX10000Nm3/h 空分在正常操作后,操作工反应,原空气冷却塔空气出口温度应为 16℃ 左右, 实际时空气出口温度为 22.5℃左右。 同时他们发现去空气冷却塔上部冷冻水进口温度为 22℃, 而冷却水进水冷却塔温度为 28.5℃,因此分析水冷却塔可能不制冷。但根据水量、污氮量等实测数 据,水冷却塔水温不应该如此高。后分析流程,发现可能为旁路阀(V7135)开着,一部份水未经 过水冷却塔直接进入水泵,导致水冷却塔出水与这股水混合后,水温度远高于设定值。后从江铜得 析的确如此。 5、离心泵的正常操作 5.1.离心泵在运行前要做哪些准备? 答:1)检查泵出、入口管线上的阀门、法兰、地脚螺栓、联轴器、温度表、压力表及流量计等是否 完好。 2)检查泵的运转情况,先盘车听是否有杂音,看是否灵活、有无卡阻。 3)检查泵的润滑情况,对轮罩、接地是否完好。 4)打开入口阀,排净泵内气体,泵内充满液体,关死出口阀。 5)打开冷却水,控制在较小流量。 6)联系好相关岗位。 5.2.如何启动和正常操作离心泵? 答:1)准备工作经检查正常后即可启动泵。启动后应注意电流表、泵转向、压力表,泄漏等情况, 一切正常后再缓慢打开出口阀。注意:未打开出口阀前泵运转不得超过三分钟,否则液体在泵内强 制循环后温度升高,液体汽化会产生抽真空、汽蚀等现象。 2)注意检查泵的轴承温度和电机温度,不得超过规定值。 3)泵的流量只宜用出口阀来调节。 4)观察出口压力表、电流表的波动情况。 5)检查泵的运行、振动、泄露情况。 6)检查泵的润滑情况、冷却水的供应情况、 7)对于长周期运转的泵,要定期更换润滑油或润滑脂,保证泵在良好的润滑状态下运行。 5.3、如何停泵? 答:1)慢慢关死出口阀门。 2)切断电源后关入口阀,压力表阀。 3)在冬季,对停下来的泵要放掉泵内液体,并采取必要的防冻措施。
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4)定期检查、盘车。 5.4.如何切换离心泵? 答:1)做好启动泵前的各种准备后,打开入口阀,引入液体。 2)启动后,待泵的转速、声音、泵体压力等正常后再开出口阀。 3)泵的流量正常,压力平稳时关闭运行泵的出口阀。 4)停泵后按要求做好善后工作。 5)尽量减少因切换泵造成的流量、压力的波动,维持生产的正常运行。 6)检查泵的泄露、润滑等情况。 5.5 离心泵在运行中应检查哪些内容? 答:1)检查润滑油位应在 1/2~2/3 处,温度不超过规定值,不能有乳化、变质。 2)检查轴承的运行情况,听是否有异常声音。 3)看流量、压力、电流是否稳定。 4)泵和电机的运转是否平稳,有无振动。 5)检查密封是否正常,漏滴在 8~10 滴/min 以下为正常。

第四章 精馏与换热
第一节 精馏塔
精馏的概念: 精馏就是利用两种不同物质(气体)的沸点不同,多次地进行混合蒸气的部分冷 凝和混合液体的部分蒸发的过程就叫做精馏。温度较高的气相与温度较低的液相接触时,必然发生 热量交换,则高温气相把氧冷疑到液相中,低温液相把氮蒸发到气相中,也即引起质量交换,直到 气、液相达到平衡时为止。多次的进行蒸发和冷凝,这种相互交替的过程,必然能把空气分离成氧 和氮。 1、基本概念 将物质从液态变为气态并伴随着吸热的过程称为气化。气态化如果只是从液体的外部自由表面 产生,那么这种过程称为汽化(蒸发) ,并且在任何一个温度下可以取某一个速度进行。气泡的生成 如果不仅在液体的自由表面,并且在整个体积内进行,这种气态化称为沸腾。与汽化的区别在于沸 腾是在特定的温度(所谓的沸腾温度或沸点)下进行。 2、气液相平衡 在封闭容器中,在一定条件下,液相中各组分均有部分分子从界面逸出进入液面上方气相空间, 而气相也有部分分子返回液面进入液相内。经长时间接触,当每个组分的分子从液相逸出与气相返 回的速度相同,或达到动平衡时,即该过程达到了相平衡。 平衡时气液两相的组成之间的关系称为相平衡关系。它取决于体系的热力学性质,是蒸馏过程 的热力学基础和基本依据。相平衡是物质在各相之间分布的平衡。达到平衡之后,各相的组成和数 量不随时间改变。 原料从塔中部适当位置进塔,将塔分为两段,上段为精馏段,不含进料,下段含进料板为提留
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段,塔顶提供液相回流,再沸器从塔底提供气相回流。气、液相回流是精馏重要特点。 连续精馏装置主要包括精馏塔,蒸馏釜(或称再沸器)等。精馏塔常采用板式塔,也可采用填 料塔。加料板以上的塔段,称为精馏段;加料板以下的塔段(包括加料板) ,称为提馏段。连续精馏 装置在操作过程中连续加料,塔顶塔底连续出料,故是一稳定操作过程。 在精馏段,气相在上升的 过程中,气相轻组分不断得到精制,在气相中不断地增浓,在塔顶获轻组分产品。在提馏段,其液 相在下降的过程中,其轻组分不断地提馏出来,使重组分在液相中不断地被浓缩,在塔底获得重组 分的产品。 塔顶提供高纯度的液相回流,再沸器在塔底提供纯度高的上升,为精馏过程提供了传质的必要 条件。提供高纯度的回流,使在相同理论板的条件下,为精馏实现高纯度的分离时,始终能保证一 定的传质推动力。所以,只要理论板足够多,回流足够大时,在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品, 而在塔底获得高纯度的重组分产品。 3、氧、氮精馏 同样地,简单的蒸发并不能完善地分离空气。如果处在冷凝温度时的空气,穿过比它温度低的 氧、氮组成的液体层时,则气、液之间由于温度差的存在,要进行热交换,温度低的液体吸收热开 始蒸发,其中氮组份首先蒸发,温度较高的气体冷凝,放出冷凝热,气体冷凝时,首先冷凝氧组份。 这过程一直进行到气相和液相的温度相等为止,也即气、液相处于平衡状态。这时液相中由于蒸发, 使氮组份减小,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, 使氧组份减少,同时由于液相蒸发的氮进入气相,因此气相的氧浓度增加了。多次的重复上述过程, 气相的氮浓度就能不断增加,液相的氧浓度也能不断的增加。再继续进行上述过程,那么气相中的 氧浓度将不断减少,液相小的氧浓度不断增加,直到混合物分离成二种组份。 这个例子说明了精馏的基本概念,并可将它概括为: 温度较高的气相与温度较低的液相接触时,必然发生热量交换,则高温气相把氧冷疑到液相中, 低温液相把氮蒸发到气相中,也即引起质量交换,直到气、液相达到平衡时为止。 多次的进行蒸发和冷凝,这种相互交替的过程,必然能把空气分离成氧和氮。 在制氧机中,精馏过程是在精馏塔中进行的。精馏塔为一 直立圆柱形简,其内安装有水平的塔板,氧、氮所组成的 液体混合物沿塔板向下流,氧、氮混合物的蒸汽穿过每块 塔板的小孔向上升,在塔板上气与液直接接触(象前面所 说的容器一样),蒸汽被冷凝掉部分氧,同时得到从液体 中蒸发出来的氮。蒸汽每穿过一块塔板,就要和液体接触 一次,发生一次蒸汽的冷凝和液体的蒸发,这种多次的蒸 发与冷凝就完成了精馏过程。筛板塔用得比较多,图 1 表 示一块筛板的工作过程。 4、精馏塔 空分精馏塔按塔内件结构分为板式塔和填料塔,精馏过程是在空分塔内的塔板上或填料中进行
30 图 1. 筛板工作示意图

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的,要求每块塔板能有效的进行传热和传质。为此在设计塔板的结构时应力求使气相和液相能充分 的混合,造成最大的接触表面,并且有一定的接触时间。 在板式塔中,塔内装有一定数量的塔盘,气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层使两相密 切接触进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。 1) 、筛板塔 筛板塔也是很早出现的一种板式塔。五十年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究,逐步掌 握了筛板塔的性能,并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比,筛板塔具有下列优点:产能力大 20~40%,塔板效率高 10~15%,压力降低 30~50%,而且结构简单,塔盘造价减少 40%左右, 安装、维修都较容易。 液体从上—层塔盘的降液管(斗)流下,横向流过塔盘,经溢流堰进入降液管(斗) ,流入下— 层塔盘。依靠溢流取来保持塔盘上的液层高度。蒸汽自下而上穿过筛孔时,分散成气泡,穿过板上 液层。在此过程中进行相际的传热和传质。 筛板塔盘的特点如下: a.结构简单,制造维修方便; b.生产能力大,比浮阀塔还高; c.塔板压力降较低,适置于真空蒸馏; d.塔板效率高,但比浮阀塔盘稍低; e.合理设计的筛板塔可具有较高的操作弹性,仅稍低于泡罩塔; f.小孔径筛板易堵塞,故不可处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液。 在筛板塔中,气体由下部穿过各层筛板的小孔,鼓泡通过筛板上的液体,液体经过溢流斗逐渐 往下流动,由于穿过小孔的气流的托持,液体不会从筛孔中漏下。气、液二相在筛板上接触,进行 传热和传质。 筛板塔的工作主要决定于上升蒸汽和回流液体的流动情况。一般可分为以下几种: 不均匀鼓泡:蒸汽上升的速度较小,只能在塔板上的局部地区以链状气池的状态穿过液层,鼓 池地区也是不固定的,在不鼓泡地区液体将从小孔中漏下。不均匀鼓泡义称液漏现象。在不均匀鼓 泡时气、液相的接触很差,是设汁和操作时不允许出现的。 正常鼓泡:蒸汽上升的速度达到一定数值后,塔板上就会出现全面均匀的鼓泡,气体激烈的搅 动着液体,使液体呈薄膜状半悬浮地运动着,气、液相接触最好。同时有少量的液体被喷成雾沫分 散在气相中。 雾沫夹带:蒸汽速度进一步增大,或板间距太小,没有足够的使气、液分离的空间时,蒸汽将 夹带着液体上升到另一块塔板上,使塔板效率降低,这种情况称雾沫夹带,在筛板塔设计中是不允 许的。 液泛:蒸汽速度过大,使塔板阻力过大,液体不能从上—块培板流到下一块塔板,气、液相间 的对流停止,精馏工况被破坏,这种情况称为液泛。液泛是塔板设计及操作时绝对不允许的。 2)、塔板流型
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液相在塔板上横向流过时分程的型式称之为流型。筛板塔按溢流方式分:单溢流、双溢流、三 溢流、四溢流、五溢流。将液相从受液盘直接流向降液的型式为单流型,如图所示。当液体流量增 大至一定程度时,液体流动阻力增大。当流道较长时,则在液体流动方向形成较大液面落差,使得 塔板上阻力分布不均,从而影响气相通过塔板的分布不均。亦将引起液相倾向性漏液,不利于传质。 当液体流量大,塔径也随之增大时,则可采用双流型,如图 2 所示。设两个降液管,使液相从 两侧流向中心降液管,或从中心流向两侧的降液管,这样减少了单程液相流量,缩短了流道长度, 增大流通截面,从而使阻力减少,塔板液面落差减小,使塔板压降分布比较均匀。 同理,可采用、三溢流、四溢流、五溢流。 溢流装置含降液管、溢流堰、底隙等几部分。降液管是塔板间的液体通道及液相夹带气泡的分 离场所,如图 3 所示。 降液管有弓形、圆形或矩形几种型式,如图 4 所示。液相流量较大时一般采用弓形降液管,小 流量采用圆形或矩形降液管, 故工业上一般采用弓形降液管, 如图 中(a)(b)(c)所示。 其他型式(d)(e)(f) 用于实验装置。

图 2 筛板流型

弓形降液管溢流装置

图 3 弓形降液管溢流装置

降液盘顶部设有溢流堰 hw,以维持塔板上一定液层高度。降液管底部留有底隙 hb,为液体进 入下层塔板的通道。

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(a)

(b)

(c)

(d)

(e) 图 4 降液管型式

(f)

3) 、填料塔 填料塔以填料作为气液接触元件,气液两相在填料曾中逆向连续接触。它具有结构简单、压力 降小、易于用耐腐蚀非金属材料制造等优点,对于体吸收、真空蒸馏以及处理腐蚀性流体的操作, 颇为适用。当塔径增大时,引起气液分布不均,接触不良等,造成效率下降,即称为放大效应。同 时,填料塔还有重量大、造价高、清理检修麻烦、填料损耗大等缺点,以致使填料塔在很长时期来 使用得不及板式塔广泛。但是随着新型高效填料的出现.流体分布技术的改进,填料塔的效率有所 提高,放大地应也在逐步得以解决。到了六十年代,直径超过 3m 的填料塔已十分普遍,目前大型 填料塔不仅已经出现,而且在某些方面已超过了板式塔的规模。 填料是填料塔中传质元件,它可以有各种不向的分类:如按性能分为通用填料和高效填料;按 形状分为颗粒型填料和规整填抖。按填料的结构分为实体填料和网体填料两大类。 空分设备中使用的规整填料及内件:填料(见图 5a.b.c.d)

a 波纹板填图

b 填料支撑 33

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c 液体收集器 图 5.填料

d 液体分布器

空分设备中精馏塔: 上塔、下塔、粗氩塔Ⅰ、粗氩塔Ⅱ、纯氩塔。 精馏塔是制氧机中重要设备之一。低温饱和空气在精馏塔中分离成氧和氮。在低压制氧机中, 精馏塔的好坏直接影响到氧、氮的生产量,氧、氮的纯度及生产氧气的能耗。 5、冷凝器与蒸发器 1)作用 冷凝器、蒸发器在精馏系统中是提供冷量或热量,即在精馏塔顶部提供回流液,精馏塔底部提 供上升气的设备。精馏系统有主冷凝蒸发器、粗氩冷凝器、纯氩冷凝器、纯氩蒸发器。这些设备均 由板式换热器单元及外壳等构成。板式单元个数可一只或多只,板式单元的布置可单层布置,也可 双层布置。例如 3 万以上的主冷凝蒸发器的板式单元为双层布置。 冷凝器与蒸发器冷凝器、蒸发器在精馏系统中是提供冷量或热量,即在精馏塔顶部提供回流液, 精馏塔底部提供上升气的设备。氧氮分离是通过精馏来实现的。精馏过程必须有上升蒸汽和下流液 体。为了得到氧氮双高产品,必须在上下塔内进行双级精馏。冷凝蒸发器就是联系上塔与下塔的纽 带。由于下塔压力高于上塔压力,所以下塔气氮的饱和温度反而高于上塔液氧的饱和温度。液氧吸 收温度较高的气氮放出的冷凝潜热而蒸发,因此叫冷凝蒸发器。它是精馏系统中不可缺少的重要设 备。液氧在冷凝蒸发器中吸收热量蒸发成气氧,作为上塔精馏的上升气。气氮在冷凝蒸发器热量而 冷凝成液氮,一部分作为下塔的回流液,一部分节流降压后至上塔顶部,作为上塔回流液。 2) 、双层主冷凝蒸发器结构介绍: 主冷液氧蒸发侧分隔为上下两层,每层布置 4 只板式。下层与上层之间用降液管、升气管相连 通。下塔氮气由中心管进入各板式换热器,液氮出从中心管夹层引出。

第二节 铝板翅式换热器
一、铝板翅式换热器的主要特点 1.间壁式换热器。介质之间相互不混合; 2.紧凑式换热器。单位价体积的换热面积一般在 900~2000m2 以上;
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3.高效能换热器。由于翅片的独特结构,增强了流体的对流放热系数; 4.质量轻。换热器用铝合金构成,在相同工艺条件下,重量约为管式换热器的 1/10。 5.小温差。铝板翅式换热器流体间的最小温差可以小到 1℃,热端温差可到 1~3℃。 6.耐压高。由于铝板翅式换热器采用钎焊工艺把翅片和隔板间紧紧地钎在一起,所以它承压高。 7.多股流同时换热。同一板翅式换热器中可以多达 13 股流同时进行热交换,并可以根据工艺的 需要从不同的温度点抽出。 8.低温装置多用。铝板翅式换热器由铝合金构成,多用于低温,高温用于 200℃以下; 9.不耐蚀。由于铝合金不耐蚀,故对铝合金有腐蚀的场合不能使用,主要是影响其使用寿命。 10.易阻塞。 由于翅片的节距多为 1mm~4.2mm 之间, 所以介质中不能有固体杂质, 包括分子筛、 珠光砂、管道铁锈等。 二、 铝制板翅式换热器的结构与组成 流体的每一层通道由翅片、隔板、封条组成,每层通道在特定方位上都设有流体的进出口,并 用该流体的进出口封头分别包容该流体的每层进出口,焊上各自的接管而组成为一个铝板翅式换热 器。 铝板翅式换热器是由板束、封头及支座等附件组成。 1.板束体 板束体是热交换的场所,是换热器的主体部份。结构单位是层(通道) ;每层由导流片、翅片、 封条、隔板组成;根据传热的要求秩序叠置在一起就构成了板束体;板束体整体用真空钎焊,不可 拆卸;板束体层的结构如图 6 所示。

图 6 板束体层的结构示意图

1—封条;2—隔板(或侧板) ;3—翅片(或导流片) 板束体层结构 (1)翅片 翅片是铝板翅式换热器的基本元件,传热过程主要通过翅片热传导及翅片与流体之间的对流传 热来完成。所以说翅片为流体热交换提供扩展面积和支承强度;节距一般从 1mm~4.2mm,故不清洁 介质不能入内,以免堵塞,特别在试压、管道吹扫时应特别注意; 翅片分为锯齿型、多孔型、平直型、波纹型等。具体结构如图 7 所示。

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a :锯齿型翅片

b:多孔型翅片

c:平直型翅片 图 7 主要翅片类型

d:波纹型翅

(2 )导流片 导流片在铝板翅式换热器中主要是起流体的进出口导向作用。 根据板束的宽度及导流片在板束内的开口位置和开口方向,导流片一般有如图 8(a)-(h)所示等 多种型式。

通道侧面开口型导流片结构示意图(a)

通道敞开型导流片结构示意图(b)

通道中间开口导流片结构示意图(c)

通道端头局部开口的导流片结构示意图(d)

通道侧面开口导流片结构示意图(e) 36

通道侧面开口导流片结构示意图(f)

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板束中部通道中流体导出 导入时导流片结构示意图(g)

板束中部通道流体导入或 抽出时导流片结构示意图(h) 图 8 导流片结构示意图

(3)封条 封条在每层的四周, 把介质与外界隔开;在流体进、出口处开口; 封条常用截面形式如图 9 (a) 所示。端部接口型式如图 9(b)



Ⅰ Ⅰ





常用封条的截面型式 图 9(a)

封条端部接口型式(以截面型式 IV 为例) (b) 图 9(b)常用封条结构示意图

(4)隔板 隔板是二层翅片之间的金属平板, ,它在母体金属表面覆盖有一层钎料合金,在钎焊时合金熔化 而使翅片、封条与金属平板焊接成一体。隔板把相邻两层隔开,热交换通过隔板进行,常用隔板一
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般厚 1mm~2mm。 2.封头 封头通常由封头体、接管、端板、法兰等零件经焊接而成。封头用于流体分布;接管材料通常 是 5052 或 5083。 (1)封头的接管与外部管道联接时,采用焊接结构见图 10(a) ; (2)封头的接管与外部管道联接时,采用法兰联接结构见图 10(b) ; (3)封头的接管与外部异种金属管道(不锈钢或铜)采用焊接结构见图 10(c) ;

1- 闷 盖 ( 工 艺 封 头 ); 2— 接 管 ; 3— 封 头 体 ( a ) 接管与外部铝合金管道采用直接焊接的封头结构

1— 法 兰 ; 2— 接 管 ; 3— 封 头 体 ( b ) 接管与外部管道采用法兰连接的

封头结构

1—异种金属接管;

2—封头体

异种金属接管与外部不锈钢(或铜)管道连接的封头结构(c) 图 10 封头结构示意图

(5)封头/接管的配置形式(典型的配置图见图 11)

(a)

(b)

(c)

图 11. 典型的封头/接管形式 3.其它
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其它附属装置包括:支座、吊耳、隔热等; (1)支座支承换热器的重量,支架与支座相连;支座根据需要设计成不同形式;如果绝热,支 座要考虑隔热; (2)吊耳为换热器吊装使用; (3)铝板翅式换热器外面一般都要考虑隔热。通常采用干燥珠光砂、矿渣棉或硬性聚胺脂发泡 等方法; 4.多板束单元 多板束单元是指由两个或两个以上的板束通过并联焊接的方式连接成一体,组成的板束,以解 决装置需要与钎焊设备尺寸限制的矛盾;图 12 为并联焊接的方式连接为一体的板束。

1—板束体 1; 2—板束体 2 图 12 多板束组成的铝板翅式换热器单元结构图

5.铝板翅式换热器组 板翅式换热器可根据需要进行并联或串联,这样就形成了换热器组。 铝板翅式换热器组是由两台或两台以上的铝板翅式换热器按不同的配管形式进行组合(并联或 串联)而构成(见图 13) 。并联布置时应注意换热器间流量分配的均匀度; 三、铝板翅式换热器在空分设备中的分类 空分设备中铝板翅式换热器可根据功能进行简单分类。可分为氧氮系统和氩系统两大类。 氧氮系统换热器主要包括:主换热器、主冷凝蒸发器(简称主冷) 、过冷器、氮自增压器等。 氩系统换热器主要包括:粗氩冷凝蒸发器、精氩塔塔顶冷凝器、精氩塔塔底蒸发器、氩换热器(根 据流程需要设置)等。 主要换热器的系统中的作用: a) 主换热器 位于冷箱中介质的出(产品介质)入(空气)口,对出冷箱的介质进行冷量回收,回收冷量冷
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却空气进下塔和冷却增压空气进膨胀机。

1—铝板翅式换热器单元体; 2—连接发兰;3—连接接管;4—单元体间连接管道 图 13 铝板翅式换热器组的构成示意图

主换根据流程的组织方式可采用分置式和合置式。 分置式是返流产品介质分别设置单独换热器, 如氧换热器、氮换热器等。而合置式在每只换热器中均有所有介质。对内压缩流程主换也可把高、 低压板式分开,形成高压板式和低压板式。 b)过冷器 过冷器用上塔的氮和污氮气过冷从下塔进入上塔的液空、 (污液氮) 降低节流后的汽化率。 液氮 , 液空过冷和液氮过冷一般在结构上作为一个整体,分上、下段。 c)主冷凝蒸发器 主冷位于上、下塔之间,为浸浴式换热器。下塔顶的饱和氮气经过主冷被液氧液化返流作下塔精馏 回流液;上塔底液氧被氮气加热沸腾蒸发汽化向上作上塔精馏的上升汽。所以说主冷是联接上下塔 的钮带。 对主冷的液氧浸浴高度一般为 100%高,并要求对其中的碳氢化合物进行监测,根据流程确定是 否采用定期排放液氧,以上措施均为保证主冷的安全运行,特别是在启动或停车(包括临时停车) 。 下图是浸浴式主冷的工作原理图:

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浸浴式主冷的工作原理图

四、操作 1.系统试压 换热器连接好后,在系统开车前,换热器应与系统一起用清洁、干燥、无油气源试压检查,包 括与外部管焊缝等部位;注意试压压力不得超过换热器气密性试验压力。对低温运行或介质中不能 有水的环境,试压不得带水入换热器中。 2.热交换介质的要求: 2.1 换热器中的介质应该清洁、对铝合金无腐蚀。未经许可,介质中不能含有杂质或易沉积的物质。 2.2 为防止板束体被固体、颗粒杂质堵塞,建议在介质进入换热器前管口使用过滤器。在管道设计和 安装过滤器时应考虑过滤器的拆开清洗、更换。 2.3 换热器被堵塞后,运行阻力会增大,换热效果下降,温差加大。 3.操作前应确认: 3.1 各管路口连接正确; 3.2 操作应注意: 3.2.1 介质为低温工质时,板束体内部保持干燥,严防带水入内,以免冻堵或冻坏换热器通道。如果 板束内部有水分存在, 应用干燥、 清洁的气体 (低于 80~100℃、 露点低于-50℃、 压力 0.1~0.2MPa) 吹除烘干。 3.2.2 开车过程中升温(或降温)不能过快,建议控制在1℃/分以内,以降低温度应力的冲击。换 热器同一截面冷、热介质的温差不要超过 50℃,以减小温度应力,特别是液相换热或两相流换热时; 3.2.3 使用过程中,操作压力应小于标牌规定的最高工作压力,严防超压使用。换热器自身不带安全 阀,在管道上考虑安全泄放装置;在设计压力下,换热器使用温度不允许超过设计温度。 3.2.4 对切换换热器,应注意控制热端、冷端的温差和切换周期,以免冻堵板式。 3.2.5 设备停车后,应及时将存于设备内的液体排放掉,以防液体温度升高后蒸发,压力骤然升高; 3.2.6 为保证装置稳定和连续运转, 经常核对流体工艺参数(压力、温度、流量和压降等) ,当出现 不正常时,应查明原因并及时处理;可能出现的现象及原因: a 运行阻力值增大。原因:内部流道堵塞;
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b 流过换热器介质纯度变化。原因:窜气; c 流过换热器介质产量减少或外部结霜。原因:外漏;

第五章 空分机器与操作
第一节 离心式压缩机
一、离心式压缩机概述及基本工作原理 (一) 、概述 离心式压缩机属于透平式压缩机。在早期,离心式压缩机是用来压缩空气的,并且只适用于低、中 压力及气量很大的场合。但自离心式压缩机开始用于化工流程后,情况有了很大的变化。目前离心式 压缩机可用来压缩和输送化工生产中的各种气体,并且它的排气压力比早期有了很大的提高,其最小 气量也有所降低,这就相应的扩大了离心式压缩机的应用范围。 离心式压缩机之所以能获得广泛的应用,主要是由于它具有下列优点: 1.流量大、功率大。 2.结构紧凑、尺寸小。 3.运转平稳,操作可靠,备件的需用量小。 4.离心式压缩机的压缩过程可以做到绝对无油。 此外,离心式压缩机也还存在一些缺点: 1.离心式压缩机的目前还不适用于气量太小及压比过高的场合。 2.离心式压缩机的稳定工况区较窄,其气量调节虽较方便,但经济性较差。 3.目前离心式压缩机的效率一般仍低于活塞式压缩机。 4.因离心式压缩机转速较高,有可能产生机械振动,在运行特性方面,离心式压缩机有可能出现喘 振现象。 (二) 、离心压缩机的主要构件及基本工作原理 透平式压缩机通常分为离心式和轴流式两种。在全低压空分装置中,透平压缩机得到广泛的应 用。

图1

离心压缩机简图

在离心压缩机中,由于气体在工作轮里的离心力增压,在工作轮中渐扩通道流动时的增压,以及在
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工作轮以后的扩压器和蜗壳等渐扩通道流动时的增压,使气体压力得到了提高。单机总压比可达 192, 压 缩机的出口压力可达 420 大气压,气量可由 50 至 20000 米 3/分。 因此,离心压缩机就成为大中型压 缩机的最主要的型式。 气体经吸气室由工作轮中间流进,经叶片之间的通道沿半径方向甩出来,再经扩压器和蜗壳流出 机外。 一个工作轮及其相配合的固定元件称为“压缩机级”简称为“级”。 由于一个“级”中提高气体压力 是有限的,一般压力比仅为 1.3~2.0,因此,为了得到某个一定的压力,压缩机往往由许多级组成。级的 固定元件除了吸气室、扩压器、蜗壳外,还有弯道和回流器。 现在介绍级中的工作轮及其相配合的固定元件的作用与原理。 1.吸气室 吸气室是用来把所需压缩的气体,由进气管或中间冷却器的出口均匀地吸入工作轮去进行增压。 因此,在每段压缩机的第一级进口都设置了吸气室。 2.工作轮 工作轮也称为叶轮,它是压缩机中的一个最重要的部件。 气体在工作轮叶片的作用下,跟着工作轮 作高速旋转。 气体由于受旋转离心力的作用,以及在工作轮里的扩压流动,使气体通过工作轮后的压力 得到了提高。此外,气体的速度也能同样在工作轮里得到提高。因此可以认为工作轮是使气体提高能 量的唯一部件。 3.扩压器 气体从工作轮流出时,具有较高的流动速度。 为了充分利用这部分速度能,常常在工作轮后设置了 流通截面逐渐扩大的扩压器,用以把速度能转化为压力能,以提高气体压力。 4.弯道与回流器 为了把扩压器后的气体引导到下一级工作轮去继续提高压力,在扩压器后常常设置了使气体拐 弯的弯道,以及把气体均匀地引入下一级工作轮进口回流器。 5.蜗壳 蜗壳的主要目的是把扩压器后面或工作轮后面的气体汇集起来,把气体引到压缩机外面去,使它 流向气体输送管道或流到冷却器去进行冷却。此外,在汇集气体的过程中,在大多数情况下,由于蜗壳 外径的逐渐增大和流通截面的渐渐扩大,也使气流起到一定的降速扩压作用。 任何复杂结构型式的离心压缩机,都是由级组成。 由于与工作轮相配的固定元件不同,级的型式也 很多。但从基本结构上来看,它可区分为中间级和未级两种。 6.机壳 机壳由三大部分构成:机壳主体、进气室、进口导叶调节装置、排气蜗壳。机壳为水平剖分型 式,采用轴向进气方式。机壳内装有转子及三对内置式冷却器,轴向进口处安装有进口导叶调节装 置。机壳精加工完后,分别对几个腔室进行相应的水压试验。同时,机组配备有合理的轴承起吊工 装,在不拆卸上机壳、气体管道及油管路的前提下,可以方便地检查或更换轴承。机壳主体采用焊 接成型,材料为优质合金钢;进气室和排气蜗壳采用铸造成型,材料为球墨铸铁。 7.隔板
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隔板可分为扩压器和回流器,其中扩压器前后板及扩压叶片加工后焊接成型,提高了扩压器的 表面光滑度,减小了气体流动损失,扩压器材料为优质合金钢。回流器采用铸造成型,材料为球墨 铸铁。 8. 进口导叶调节装置 在进气室内设计有进口导叶调节装置,该装置由进口导流叶栅、曲柄、拉杆、气动执行机构等 件构成。执行机构由调节气缸、伺服控制系统构成,可根据控制系统指令信号精确控制导叶栅的角 度。进气调节时,改变导流叶栅的角度就可达到调节流量的目的,以适应工艺系统对压缩机变工况 的要求。采用进口导叶调节的最大优点是,等压力调节时压缩机的效率很高。因此,通过调节进口 导流叶栅,使压缩机不但能适应工艺流程对流量和压力的要求,更重要的是,可以在变工况下降低 能耗,提高压缩机运行的经济性。

图 2.离心式空压机进口导叶

9.密封 压缩机级间密封采用迷宫式密封,主要由密封体及密封片构成。密封片材质为不锈钢牢固镶嵌 在叶轮和主轴的密封槽之中,密封体 材质为软材料,密封片与密封套间间隙非常小。这种小的密封间隙, 大幅度提高了密封效果,将压缩机的内漏和内回流降到最低限度,使压缩机的能耗进一步降低, 提高了压缩机的整机效率。 压缩机进气侧的轴端密封系统可有效防止润滑油及油雾渗漏到进气流道内。压缩机排气端的平 衡盘上也嵌装有不锈钢片制成的密封片。 10.转子 转子由主轴、叶轮等零部件组成。
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主轴为节鞭轴结构,主轴材质为 34CrNiMo6 (高强度合金钢)。 叶轮是压缩机最重要的部件之一。叶轮由轮盘、轮盖、叶片三部分构成,叶轮流道经数控精加 工后焊接成型,叶轮材质为 X3CrNiMo13-4。叶轮装配前在 115%额定转速下进行超速试验,可确保 叶轮在最大连续转速和汽轮机脱扣转速下的强度。 叶轮与主轴采用销钉定位及传递力矩,这种固定方式减小了轴和叶轮的应力,保证了主轴和叶 轮的同心度,即使在非常恶劣的操作工况下,转子也可保持良好的平衡性。 11.内置式冷却器 采用内置式冷却器,结构紧凑,占地面积减少,且减少外接管道、管件等,可大幅度降低项目 投资,并且,由于气体流道短,使得气体流动的阻力(压力)损失减小,降低了功耗; 12. 轴承 径向轴承为可倾瓦轴承,对转子起支撑作用,采用强制供油润滑。可倾瓦轴承在任何运行条件 下均有利于形成最佳的油膜,抗振性能好,抗油膜振荡的能力强,确保了转子安全、可靠、平稳运 行。每个径向轴承上,在两个瓦块靠近巴氏合金处预埋有两支互为备用的热电阻,可准确检测轴承 瓦块的温度,确保转子运行的可靠性。 13.流量调节方式: 进口导叶+汽轮机转速调节 负荷在 75-100%间变化采用入口导叶调节;负荷在 100-105%间变化采用升转速调节。 流量调节的执行机构: 主要零部件设计寿命: 气动执行机构 ≥20 万小时

满负荷条件下,连续运转时间:≥2.4 万小时 14.每个径向轴承内埋测双支型测温元件 2 个,推力轴承主推力面内埋 2 个双支型测温元件,付推力 面内埋 2 个双支型测温元件,采用 P 三线制铠装耐振热电阻。 15.每个径向轴承部位安装 2 个(互成 90° 角)振动探头。 16. 推力轴承侧安装 2 个本特利 3300XL 系列轴位移探头。 17.底座:除增压机与增速箱公用外,各单机配置单独的底座。 18.转子 转子由主轴、叶轮等组成,主轴采用合金钢锻造而成的,经化学成份分析、机械性能试验后进 行精加工。叶轮采用两体焊接形式叶轮,叶轮加工完后进行平衡检验,并进行超速试验。 为了提高压缩机转子的刚度及稳定性,在叶轮与主轴键连接方式成销钉连接方式。叶轮以四个 均匀分布在叶轮轮毂上的销钉把叶轮和轴联在一起,轮毂上的销钉孔与轴上的销钉孔配铰,装上销 钉后,压上螺旋盖,螺旋盖上的迷宫密封槽内再镶入“J”形密封钢片,这样螺旋盖不会松动,销钉也 不会被抛出。 19.平衡盘和级间密封 压缩机内部所有的密封都采用迷宫密封,密封片为“J”的钢制环片,通过密封压条镶嵌在转子上 的“U”形槽内。
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20.轴承 转子由两个径向轴承支承,径向轴承采用可倾瓦径向轴承,在任何条件下均有利于形成最佳的 油膜,抗振性能好,不易产生油膜振荡,提高了机组安全运行的可靠性。每个径向轴承上可安装两 测温元件。止推轴承为双面金氏贝雷型轴承,可直接检测轴瓦温度。 21.中间冷却器及末端冷却器 外置有 2 次中间冷却,中间冷却器为列管带翅片式冷却器。外置式末端冷却器为列管式冷却器。 22.主要零部件设计寿命:≥20 万小时 23.满负荷条件下,连续运转时间:≥2.4 万小时 24.机壳形式:垂直剖分 25.每个径向轴承内埋测双支型测温元件 2 个,推力轴承主推力面内埋 2 个双支型测温元件,付推力 面内埋 2 个双支型测温元件,采用 Pt100 三线制铠装耐振热电阻。 26.每个径向轴承部位安装 2 个(互成 90° 本特利 3300XL 振动探头。 角) 27 推力轴承侧安装 2 个轴位移本特利 3300XL 探头。 (三)压缩机组试运前应具备的条件 1.机组安装工作全部结束,确认合格。 2.与汽轮机相关的蒸汽系统、冷凝水、疏水系统管道试压吹扫合格;与空压机、增压机相连接的管 道试压吹扫完毕。 3.设备、管道的防腐保温满足试车条件要求。 4.与机组试运行有关的水、电、气等公用工程安装完,汽轮机冲转需用的蒸汽品质符合要求。 5.油系统冲洗合格,辅助系统水冲洗系统、抽汽系统、循环水系统运行合格。 (四)机组油系统试运行 1.向润滑油箱内加入 N46 透平润滑油。 2.油系统冲洗合格,润滑油杂质等分析合格,确认可向各润滑部位注油。 3.检查确认系统具备开车条件 4.开启系统油泵进行试运行,油温正常后调整各系统油压至工作要求,油系统运行参数达到要求后 进行油压、油温、油位等项目的联锁试验,应灵敏、准确。 5.油系统运行期间应检查机组来自径向轴承和推力轴承的润滑油流量是否正常,检查调节油的流量 是否正常,进口压力达到技术文件要求。检查蓄能器充气压力是否符合汽轮机技术要求,蓄能器压力 比控制油压低 0.3—0.5MPa。 6.高位油箱注油至回油液位。 7.检查各进油管线油压,用流量调节器将齿轮箱各径向轴承、推力轴承油压调整到 0.15—0.20MPa,汽 轮机径向轴承油压调整到 0.12—0.15 MPa,推力轴承调整到 0.08—0.10MPa (五)压缩机组空负荷试车 1.压缩机组空负荷试车分二个步骤完成,先脱开齿轮箱与增压机,待等温压缩机试车合格后联接齿轮 箱与增压机进行空负荷试车。
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2.润滑调节油系统调试合格,且各进口压力达到技术文件要求,油温不低于 35℃, 且各回油管路回油畅 通。 3.自洁式空气过滤器内清洁度检查合格,各仪控装置调校完毕操作灵敏。 4.机组进气管路检查清理干净达到试车要求。 5.各安全阀齐全并校验合格,且处于良好投用状态。 6.所有仪表控制系统调试完好,保证各控制回路动作准确;与压缩机调试相关的其它系统调试完毕,具 备使用条件。 7.汽轮机和压缩机转子联轴器连接好,并盘车检查,压缩机组内部无声响。 8.打开密封气空气阀门,保证压缩机进气侧密封腔压力大于 5KPa 9.压缩机进气导叶关至最小角度,防喘振阀全开,关闭去工艺系统的阀门。 10.所有与压缩机调试系统有关的系统准备就绪后,按照汽轮机的升速曲线启动机组,注意:严禁在各单 机临界转速附近运转。 11.机组升速达到工作转速后,空负荷运转二小时,考核压缩机的机械性能,并记录各项数据,如有数据 达到附件一的报警值,应注意分析原因,及时解决或待停机后处理。 12.打开进气导叶进行负荷试车,达到设计要求,并检查记录运行中的各项参数。 13.在压缩机运行在满负荷流量附近时,可以进行叶轮水清洗试验。试验时压缩机排气压力在 5Bar 左 右,按照水清洗系统调试过程,进行实际操作,每次只能清洗一级叶轮,清洗时间不超过 15 分钟, 清洗水 必须是软水或汽轮机凝结水。 (冲洗叶轮后应观察空压机的各项指标有无变化!) ! 14.压缩机调试项目完成后准备停机。停机前将压缩机负荷降低到最小,结合停机联锁条件进行。控制 系统发出联锁停机信号,联锁机组停机。 15.停机后,按照汽轮机的要求进行停机后的处理。

第二节 汽轮机结构原理与操作
汽轮机是用蒸汽来作功的旋转式原动机。来自锅炉或热网的蒸汽,经脱扣节流阀或是事故切断 阀、调速阀进入汽轮机,依次高速流经一系列环形配置的喷嘴(或静叶栅)和动叶栅而膨胀做功推 动汽轮机转子旋转,将蒸汽的动能转换成机械能。这便是汽轮机简单的工作原理。汽轮机可按工作 原理分为:冲动式、反动式、冲动与反动式的组合式汽轮机。 首先,我们对这几类汽轮机的工作原理作一下介绍。 一、汽轮机的工作原理 1.冲动式汽轮机 冲动式汽轮机的最简单的结构是叶轮上装配一圈动叶片与喷嘴配合在一起,构成一个做功的简 单的机械。我们把有喷嘴和与其配合的动叶片构成的汽轮机做功的单元称级。由一个级组成的汽轮 机叫单极汽轮机。 喷嘴又叫静叶片。它是一个截面形状特殊且不断变化的通道。蒸汽进入喷嘴后发生膨胀,消耗 了蒸汽的压力能,即消耗了蒸汽的热能,蒸汽的压力及温度都下降了,而蒸汽的流速却增加了,获
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得了高速气流。喷嘴的作用就是将蒸汽的热能转变为动能。 动叶片又称工作叶片。由喷嘴流出的高速气体流至动叶片时,其速度的大小及方向是一定的, 气流由于受到动叶片的阻碍(作用力) ,改变其原来的速度的大小及方向,这时候气流必然给动叶片 一个反作用力,推动叶片运动,将一部分动能转换成叶轮旋转的机械功。 为了更好的理解汽轮机的工作原理,下面分析一下冲动式汽轮机的动叶片形式。 如果我们用一个直立的平板,让高速气流冲击到它的表面上,平板由于受到气流的冲击作用而发 生运动。但因在平板的表面附近产生了很大的扰动和涡流损失,使蒸汽中大量的有用能量不能得到 很好的利用以至造成浪费。所以经过大量的实践改进,现在汽轮机的动叶片做成弯曲形。如果要产 生最大的作用力,就要使蒸汽的喷射方向与动叶片的运动方向一致,然后再转一个 180 度 后离开动 叶片,这就是动叶片收到的冲击力。 实际上,由于机械机构等方面的限制,从喷嘴流出来的气流不能与动叶片的运动方向完全相同, 而成一个夹角。动叶片也不是一个半圆弧,而是由好几段曲线组成,一般是圆弧和抛物线弧。 2.反动式汽轮机 反动式汽轮机是利用反作用力与冲击力将蒸汽的速度能转化成机械能的。反动式汽轮机的工作 原理同样是基于惯性定律和作用力与反作用力定律的。 反动式汽轮机的机构是动叶片安装在转鼓上,轴、平衡活塞及转鼓组成了转子。静叶片安装在 气缸上,与进、排气管组成静子. 反动式的级仍然是由一列静叶栅和一列动叶栅组成。它的工作原理是:在静叶栅中气流与经过 喷嘴时相似,压力降低,容积膨胀,速度增加;而它的动叶栅做成截面渐收缩的气道,气流在动叶 栅中进一步降压,膨胀加速。根据惯性定律可知,运动的物体如果不受外力的作用的话,则一定按 照原来的速度大小和方向运动下去。气流既然在动叶栅中获得了加速度,那必然有外力作用在其气 流上,这个力是由于在动叶栅中降低了气流的压力和温度,即气流的热能转换为动能所获得的。在 动叶栅中进一步使气流降压,增速并以高速离开,这时气流必然给动叶栅一个大小相等,方向相反 的作用力,使动叶栅转动带动轴旋转的对外做功。这就是反动式汽轮机的工作原理。 反动式汽轮机的工作原理:由牛顿第三定律可知,当某物体对另一物体施加作用力时,此物体 就必然要受到与其作用力大小相等、方向相反的的反作用力。例如火箭就是利用燃料燃烧时所产生 的大量高压气体从尾部高速喷出,对火箭产生的反作用力使其高速飞行的,这个反作用力称为反动 力。 在反动式汽轮机中,蒸汽不但在喷嘴(静叶栅)中产生膨胀,压力由 p0 降至 p1,速度由 c0 增 至 c1,高速汽流对动叶产生一个冲动力;而且在动叶栅中也膨胀,压力由 p1 降至 p2,速度由动叶 进口相对速度 w1 增至动叶出口相对速度 w2,汽流必然对动叶产生一个由于加速而引起的反动力, 使 转子在蒸汽冲动力和反动力的共同作用下旋转作功。蒸汽在反动级中的压力和速度变化情况如图 3. 所示。

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图 3 蒸汽在反动级中的压力和速度变化情况

图 4 轴流式多级反动式汽轮机示意图

反动式汽轮机一般都是多级的。按照蒸汽在汽轮机中的流动方向分类,反动式汽轮机可分为轴 流式和辐流式两种。 图 4 为轴流式多级反动式汽轮机示意图。它的动叶片直接装在轮鼓上,在每列叶片之前,装有 静叶片。动叶片和静叶片的断面形状基本相同。压力为 p0 的新蒸汽由环形汽室 7 进入汽轮机后,在 第一级静叶栅中膨胀,压力降低,速度增加。然后进入第一级动叶栅,改变流动方向,产生冲动力。 在动叶栅中,蒸汽继续膨胀,压力下降,流速增高。汽流在动叶栅中速度的增高,对动叶栅产生反 动力。转子在冲动力和反动力的共同作用下旋转作功。从第一级流出的蒸汽依次进入以后各级重复 上述过程,直到经过最后一级动叶栅离开汽轮机。由于蒸汽的比容随着压力的降低而增大,因此, 叶片的高度相应增高,使流通面积逐级增大, 以保证蒸汽顺利地流过。由于反动式汽轮机每一级前 后都存在压力差,因而在整个转子上产生很大的轴向推力,其方向如图所示。为了减小这个轴向推 力,反动式汽轮机不能象冲动式汽轮机那样采用叶轮结构,而是在转子前部装设平衡活塞 8 来抵消 轴向推力。活塞前的空间用联通管 9 和排汽管联通,使活塞上产生一个向左的轴向推力,以达到平 衡转子轴向推力的目的。

1、2 叶轮 3 新蒸汽管 4、5 汽轮机轴 6、7 工作叶轮 8 机壳 图 5 辐流式多级反动式汽轮机示意图

图 5 为辐流式多级反动式汽轮机示意图。汽轮机有两个轴 4 和 5,叶轮 1 和 2 分别安装在这两 个转轴上,叶片 6 和 7 分别垂直安装在两个叶轮的端面上,组成动叶栅。辐流式反动式汽轮机是利
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用反动作用原理来工作的,新蒸汽从新蒸汽管 3 进入汽轮机蒸汽室,然后流经各级动叶栅逐渐膨胀, 利用汽流对叶片的反动力推动叶轮旋转作功,从而将蒸汽的热能转变成机械能。 3.冲动反动组合式汽轮机 这类汽轮机的前一级或前几级为冲动式,后面的级为反动式。 二、汽轮机的结构及用途 汽轮机实现能量转换,主要是通过喷嘴把热能转换为动能,通过动叶栅把动能转换成机械能。 因此,喷嘴一般做成静止零件,用各种不同的方法固定在气缸上,形成汽轮机的静止部分。所以汽 轮机主要是由转子,静子两大部分组成。 1.转子部分 也就是汽轮机的转动部件,靠固定与气缸上的前后两个轴承支撑,由主轴、叶轮、叶片组成, 并通过联轴器与被驱动机械相连。转子做高速旋转,把蒸汽作用到叶片上力矩传递给驱动机械,达 到对外做功的目的。 转子的轴向推力及其平衡: 蒸汽在汽轮机的通流部分膨胀做功时,转子上受两部分力,一部分叫做轮周力,是产生转矩对 外做功的有益力;另一部分沿叶轮轴向从高压端指向低压端,企图推动转子向其流方向运动,所有 叶轮轴向力之代数和,就是整个转子的轴向推力。转子的轴向推力一般要采取措施平衡掉大部分, 剩余的部分由推力轴承承担。如果推力过大,就会影响轴承寿命,严重时会烧坏轴瓦,引起转子上 动静部分碰撞, 一支损坏机器,因此,在运行中必须严密监视转子轴向推力变化,确保机组安全运 行。 2.静子部分 即汽轮机的静止部分,包括气缸,前后支撑轴承,推力轴承,喷嘴组,隔板,支撑与润滑系统, 气封等。

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a 气缸(机壳) 气缸的作用是支撑转子,容纳并通过蒸汽,将汽轮机通流部分(喷嘴,转子,隔板等)与大气 隔开,保证蒸汽在其机内完成做功过程。 在运行中,汽缸会承受蒸汽与大气压力差,轴向拉应力,部件重量,震动冀热应力等多种作用, 一般作为薄壳双层,既要可靠的固定在基座上,又要有一定的自由膨胀裕度。 b 支撑 目的是承受气缸重量,并使气缸在受热状况下按一定方向进行膨胀。 c 碰嘴组和隔板 喷嘴作用如前所述,它是将蒸汽热能转化为动能的重要部件;隔板侧使各组叶轮在单独的蒸汽 室内运行,达到热能的充分利用。 d 气封装置 在气缸两端,叶轮和隔板处,为避免动静部分碰撞而留有间隙。由于这些间隙前后压力差存在,
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主轴通过间隙处必然有漏气,从而降低机组运行性并造成损失。汽封装置作用是减少漏气,确保机 组安全运行。 轴端漏气不但造成部分蒸汽性能的浪费,影响汽轮机的经济性,还会破坏润滑,造成油中带水, 轴承润滑不良等后果。另外,汽缸后侧漏入空气,对排气温度和凝气设备的真空建立有一定危害。 汽轮机的汽封装置有多种形式,最常用的是迷宫式气封,通过蒸汽的截流降低密封齿前后的流 动压差和流速,从而减少漏气量,达到密封的目的。 e 轴承 按其所起的作用可分为支撑轴承(又叫径向轴承)和推力轴承。支持轴承的作用是承受径向力, 保持主轴与气缸中心线一致,确保转速正常运转。推力轴承则是用来承受转子轴向力,限制转子轴 向串动,保持转子轴向位置。目前汽轮机和离心式压缩机绝大多数采用的是油润滑动压轴承,通过 建立油膜压力承受载荷。 三、汽轮机的辅助系统 1.汽轮机的凝汽系统 a.凝汽系统的作用和组成 凝汽系统的作用是在机组运行时建立和维持必要的真空,增大蒸汽的可用焓降,并将派出蒸汽 冷凝结成水,作为锅炉给水循环利用。凝汽系统一般由表面凝汽器、循环水回路、凝结水泵和抽气 器等组成。 b.抽气器的作用: 是将蒸汽中带入的空气或由于处在真空系统下工作的设备及其工作管线、法兰等处结合不严密 而漏入的空气从凝汽器中抽出,以维持凝汽器的经济真空。当然除抽气器外,还有抽气冷凝器。其 作用是将抽气器抽出的蒸汽与空气混合物中的蒸汽凝结成水,回收再利用。 2.机组油系统 概述:机组油系统包括油箱、油泵、管路和阀门、冷却器、过滤器等。油系统对设备润滑、驱 动调节系统、冷却轴承和保证连锁装置的可靠动作等起着十分重要的作用,是机组安全运行的保障。 供油系统如果不正常,机组就不能启动,如果出现故障,就会造成压缩机组停车。 任务和作用 油系统在机组运行中担负着两个任务:一是向压缩机、汽轮机轴承及齿轮箱等部位提供润滑油; 二是向汽轮机调节系统提供调节油。 润滑油的主要作用:一是起润滑支撑作用,润滑油形成的油膜附着机器的摩擦轴的滑动间隙中, 制成转子并润滑,使其不至于发生干摩擦,从而大大减少摩擦力。二是起冷却作用,润滑油川流不 息的流入流出,可以把零件由于相对滑动而产生的热量带出压缩机轴承,以防止轴承及机件因温度 过高而发生“咬合”。 3.汽轮机调速调压和保安系统 大型化工厂汽轮机的调速调压系统的作用是调节汽轮机的转速和抽气压力/背压维持在设定值 上,机组的保安系统在机组超速、轴向位移大、振动过大、油压过低等异常情况出现时能使机组得
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到保护。 主要零部件介绍 a.汽缸 前汽缸为铸钢体,排汽缸为灰铸铁(或焊接) ,二者通过垂直中分面相接,整个汽缸有水平中分 面,上下缸用法兰面和螺钉连接。 b.轴承 汽轮机径向轴承采用椭圆瓦轴承, 能保持转子运行稳定。汽轮机止推轴承装在前轴承座内,它除 起到转子轴向定位的作用外,同时也承受经平衡活塞平衡后所剩余的轴向推力。 c.汽轮机转子和叶片 汽轮机转子为整锻钢结构,调节级是冲动式叶片,中间转鼓级为反动式直叶片, 末三级为扭叶片, 均为不调频叶片。 d.汽轮机汽封 转子和汽缸之间需要密封的地方,装有汽封体,汽封体固定在汽缸上,允许热胀,对冷凝式汽轮机 组,在起动时,为了保持必要的真空,需向汽封送入蒸汽。 e.调节系统 新蒸汽速关阀位于汽缸前部,新蒸汽通过其进入蒸汽室。当机组正常运行时, 速关阀中的油压克 服弹簧力顶开阀门,出现故障时,油路中压力下降,阀门就立即快速关闭。 调节汽阀用来调节进汽量, 而 进汽量决定着汽轮机的转速和功率。调节汽阀是用油压操纵的, 各个阀碟挂在横梁上,横梁通过两根 拉杆和一套杠杆机构被装在进汽室前的油动机所带动。 所有控制调节系统的信号变换机构都集中装在前轴承座旁边。 汽轮机调速由综合控制系统 ITCC 实现。鉴于本汽轮机不具有机械超速保护装置,因此采用独立设置的电子超速保护装置。

第三节 汽轮机、压缩机组常见故障分析
一、事故处理原则 1.坚守岗位,认真巡检,发现异常及时处理,保证设备正常运行。遇到需协调的问题及时向主管领 导汇报。 2.遇到有可能对设备和人员造成伤害的紧急情况,有权先处理后汇报,不可贻误战机。 3.严格交接班制度,生产中发现的问题、隐患、注意事项、本班所进行的主要工作以及上级指示必 须认真记录,详细交接。 二、事故原因分析及处理 1 轴振动高 序号 1 原因分析 冲转时轴振动高可能是因为 停车后未盘车,或因为转子正 处于热弯曲状态。
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处理措施 停车,启动盘车,等转子自动伸直后再开车。

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2 升速过程中振动升高可能是 暖机时间太短或气缸受热不 均。 3 低速暖机时间过长,排汽温度 过高。 升速过临界后机组带上负荷就可以让排气温度降下 来,如振动过高无法继续过临界,则只好停车等排气 温度将下来之后重新开车。 检查透平的真空度。 4 原动机与从动机对中不良或 联轴节损坏。 5 转子变形,动平衡破坏,或转 子部件松动脱落。 6 7 转子结垢或气缸进异物。 解体除垢,检查气缸。 检查动平衡。 检修,复查热对中,检查联轴节。 降速充分暖机。

主蒸汽温度太低,发生水击。 打闸停车,充分暖管等主蒸汽温度充分恢复后重新开 车。

8 9 10 11 12

油温太高或太低。 轴承油压低,油量少。 轴承磨损,轴瓦间隙过大。 油质恶化,油乳化。 开车时通过临界区或在临界 去附近运转。

调整油冷却器后温度到正常。 调节轴承油压。 降低油温改用高粘度油品,更换轴瓦。 滤油脱水,更换润滑油。 快速通过临界区,避免在临界区附近运行。

13

机组基础裂缝变形或地脚螺 栓松动。

检查处理。

14

透平猫爪抱死或滑销系统卡 涩,影响缸体的自由膨胀。

检查处理。

15 16

与缸体连接的管道应力太大。 管道应力调整或停车处理。 机组动静部分摩擦,汽封磨 损。 停车检查处理。

17 18 19 20

轴承箱跑偏或轴承损坏。 压缩机喘振。 压缩机介质带液。 仪表指示不准。

停车处理。 开大防喘振阀,消除喘振。 检查压缩机段间疏水。 联系计控检查。

2、轴位移大 序号 1 原因分析 机组负荷高 处理措施 降负荷
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2 3 4 5 6 7 8 9 10 主蒸汽参数太低。 平衡盘或级间密封损坏。 平衡管堵塞。 叶轮结垢。 轴承止推瓦静电腐蚀。 止推轴承磨损。 止推轴承油量过低。 油温太高。 润滑油乳化变质,或机杂超 标。 11 12 压缩机喘振。 压缩机介质带液或汽轮机发 生水击。 13 检修后安装有问题,仪表探头 安装位置偏差。 14 主冷却器真空太低。 提高主冷却器真空度。 开大防喘振阀,消除喘振。 检查压缩机段间疏水器。汽轮机发生水击则紧急停车, 蒸汽管网参数恢复后重新暖管开车。 联系计控处检查。 降负荷,调节蒸汽参数正常,若发生水击则停车。 停车检查,更换密封。 停车疏通。 停车解体除垢。 检查接地电刷,更换轴瓦。 检查油质油量,更换轴瓦。 调整进轴承的油压。 调整油冷却器后润滑油温度。 滤油或换油。

3、承温度高 序号 1 2 3 4 5 6 7 原因分析 油温太高。 润滑油压力太低。 轴振动高,喘振。 轴瓦磨损。 机械对中不良。 油质变坏,油中水分机杂超标 负荷过高,蒸汽参数异常,表 冷器真空低 8 轴位移过高也会引起止推轴承 的温度升高 9 透平保温不好,影响轴承温度 监测的一次仪表或温度探头, 导线被损坏。 4、透平真空下降 序号 1 原因分析 循环水进回水压差小,流量低 处理措施 联系调度协调解决,增大给水压差,降低给水温度。
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处理措施 调整油冷却器后温度。 调整润滑油压力。 消除喘振。 更换轴瓦查找磨损原因。 重新找正对中 油品过滤或更换 调整负荷,恢复蒸汽参数,提高表冷器真空

消除轴位移高的因素

完善保温,仪表检查测温元件。

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或给水温度过高。 2 3 热井液位过高淹没列管。 主冷凝器水侧结垢或堵塞,隔 板脱落或变形,水走短路。 4 真空系统严密性差,真空部分 有阀门未关闭,空气漏入。 5 主冷凝器大气安全阀密封水供 应不足。 6 7 8 透平轴封蒸汽压力过低。 喷射器驱动蒸汽压力低。 真空喷射器工作不正常,喷嘴 堵塞、喷嘴接头垫片纰漏或真 空抽汽系统有泄漏。 9 喷射冷却器列管堵塞或冷凝液 中断。 10 喷射冷凝器疏水器故障或疏水 旁路阀未关。 11 机组负荷过高或蒸汽参数过 低。 机组降负荷,调整主蒸汽参数正常。 检查疏水器及其旁路。 检查冷凝液泵是否正常运行。 调整轴封蒸汽的压力。 检查驱动蒸汽阀门,恢复驱动蒸汽流量和压力。 切换喷射器,检查喷嘴,抽汽系统查漏消漏。 调整密封水量直到从溢流管出现少量溢流。 降低热井液位到正常水平。 机组半负荷运行,分别对水侧两边进行检查清理和隔 板修复。 查找漏点并消除。

5、润滑油泵出口压力低 序号 1 2 原因分析 泵入口滤网堵塞。 备用泵出口止逆阀失灵,卡涩 而不到位。 3 运行泵出口安全阀起跳后不能 及时复位或起跳压力设定太 低。 4 5 6 7 油箱温度太高。 油箱液位太低。 泵内有空气或油质恶化。 油泵背压调节阀失灵或整定值 太低。 8 油系统出现大的泄漏,润滑油 检查油箱加热器、回油温度和油冷却器后油温。 油箱加油。 倒泵,盘车排气,更换过滤油。 检查背压调节阀及旁路阀,重新整定设定值,若无效 则拆检调节阀。 全面检查油系统。
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处理措施 切泵,隔离,清理滤网。 隔离备用泵,检修止逆阀。

倒泵,隔离检修。

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或调速油用量突然大幅度增 加。 9 10 油泵机械故障。 电机转速下降或检修后的电机 反转。 6、热井液位高 序号 1 2 原因分析 热井液位调节器设定过高。 冷凝液泵不打量。 处理措施 降低设定值。 检查泵和电机是否正常。 检查泵进口排气阀是否打开、泵进口及备用泵有无泄 漏。 3 4 冷凝液量过大。 主冷凝器列管严重泄漏。 增大抽汽量或机组降负荷。 分析冷凝液电导和钠离子含量,如果确认是泄漏则停 车消漏。 5 6 7 备用泵止逆阀失灵。 冷凝液管网压力过高。 液位调节器或调节阀故障或液 位变送器指示不准。 7.压缩机喘振 序号 原因分析 压缩机入口滤网堵塞、入口气 1 量太小或入口温度太高、入口 气体分子量太小。 机组转速指示低,防喘振控制 2 器无法正常工作。 防喘阀故障。 3 后继系统气量或压力大幅度波 4 5 6 7 动、超压。 段间冷却器效率下降或断水。 导向叶片动作不稳定。 机组转速不稳。开车时升速太 检查水阀用量,若没问题则清理段间冷却器。 检查检修。 应平稳操作。检查调速系统是否正常,发现问题及时 检查阀位与调节器输出的对应关系,若确认请计控处 检修。 调整用气量稳定,开大防喘阀门。 检查转速测量和传送系统,检查防喘振控制器。 处理措施 检查更换过滤网。检查滤网是否挂霜,开解冻空气调 整进口温度到 5℃以上。 备用泵隔离检修。 联系调度管网是否通畅。 联系计控处检查。 倒泵检修 联系电气检修三相电流是否平衡,确认电网频率是否 正常。

快,停车或减负荷时降速太快。 处理,必要时停车处理。

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三、安全注意事项 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 汽轮机是高温、高压设备,注意蒸汽进漏烫伤事故,蒸汽系统保温齐全,支架、吊架牢固。 暖管和冲转、开车过程中,杜绝发生水击事故。 消除油系统漏点防止油泄漏至蒸汽管线和设备上后发生着火事故。 岗位操作人员必须持安全合格证上岗操作,安全帽劳保穿戴齐全。 现场消防器材、安全防护用品和器材齐全。 加强明火管理,动火必须办理动火证方可进行。 严格工艺指标,严格按操作法和安全规程进行操作、维护。严格按有关规定控制好升温、升压、

加负荷速率。 8. 9. 透平-压缩机是高速旋转设备,注意用听棒监视设备运行情况。 一切听从指挥,杜绝乱指挥和越级指挥。

10. 现场设立专区,非操作人员严禁入内。 11. 操作人员严格按照操作法进行操作。 12. 改变或调整工艺指标,必须逐一上报审批,并经下达后方能进行,不得随意调改。 13. 操作人员必须坚守岗位,监控及调节工况,不能擅自离岗或干与本职工作有冲突的工作。 14. 各类联锁,声光报警,安全附件未经审批不能随意解除或切断。 15. 不准踩踏及抓靠管道、阀门、电线、电缆架及各种仪表设施,尤其是热力管网及冷冻管网。 16. 对运行中出现的异常现象要保持清醒认识,作出合理果断判断。 17. 交接班及巡检要进行仔细认真,不该交接的不能顺从,并严格手续。 18. 开车工作按指令根据操作法逐步进行,逐步确认,不具备条件不赶进度,条件具备不失时机。 19. 开车前根据操作法检查各阀门的开闭状态及盲板抽加情况,保证流程畅通。开车过程中严格注 意工艺的变化和设备的运行情况,观察过程是否与机理吻合,运转设备参数是否符合要求,必要时 做适当处理。 20. 停车时按照停车方案、步骤进行,停车过程中应注意做好相关仪表、联锁的状态确认工作,停 车过程保持中控、现场、车间、上级部门的联系。 21. 系统降压、降温必须按操作法规定,防止串压、超温现象发生,并做好记录工作。 22. 机泵停车后按操作法做好备机状态的阀门确认工作,如需隔离,按隔离、排放操作要求进行。 23. 发生紧急问题要按照实际情况,作出迅速判断,从而根据《事故预案》作出相应合适的处理。 由于空压机关系到全厂蒸汽管网,直接关系到全厂停车与否的大局,所以要保持清楚判断,确保问 题不扩大化,损失减小到最少。 24. 发生火灾、爆炸、泄漏事故,应首先切断介质来源,同时迅速通知相关部门急救。 25. 运行期间注意观察冷却器出口工艺气体温度,防止冷却器泄漏,造成设备损坏,系统失衡。 26. 应严格执行“升压先升速,降速先降压”的原则,关闭防喘阀时由低压到高压,开启防喘振阀时 由高压到低压依次进行。 27. 热态开车时应先投入轴封蒸汽后投入真空抽气, 防止转子因冷空气的抽入而受热不均造成变形。
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28. 冷态开车时透平缸体导淋必须打开,防止缸体受热不均。 29. 在机组运行中,如果发现一个探头轴振动的指示达到联锁值,而相应另一通道指示也有所升高 或相应的轴承温度有明显跳跃性升高,则判断为轴振动真的升高,应及时打闸停车。 30. 透平的轴封蒸汽要尽量调小,特别是手动调节时,轴封信号管线有微弱冒汽即可,防止轴封汽 压力过高沿轴封冒出进入轴承箱,污染润滑油,使油箱进水。 31. 停车后,停冷凝液系统前必须先停下真空喷射器,否则喷射冷凝器会由于断水无冷却介质而损 坏。 32. 停车后转子一旦停下来要及时投用盘车机构。 33. 巡检中注意检查压缩机段间冷却器的疏水情况,特别是阴雨天气和空气湿度比较大的时候。 34. 机组冲转前要检查盘车电机是否脱开,防止盘车挂钩与转子碰撞。 35. 建立真空前要检查喷射冷却器疏水器投用情况,确保前后阀打开,旁路阀关闭。 36. 巡检中注意检查是否漏油,无法消除的漏点及时回收。 37. 停机过程中的主要操作以及异常现象应有详细记录,交班时应交代清楚,接班者应检查确认。 38. 停冷凝液泵前必须确认喷射器驱动蒸汽关闭,防止喷射冷凝器在无水的情况下进气而损坏。 39. 冷凝液泵停运后注意热井液位,防止主冷凝器内漏或冷凝液沿管网倒流至主冷凝器。 40. 停油泵后观察轴承温度的变化,防止热传导损坏轴承。 41. 长期停车,只要条件允许每天启动油系统和盘车装置,让转子盘动半小时以上或让转子翻身。 42. 主汽阀、危机保安器每季度进行灵活性检查,确认无卡涩。 43. 每月 15 日对冷凝液泵进行切换,配合质检处进行油品、冷凝液的分析取样工作。注意冷凝液取 样在泵出口,不许将泵入口排液阀打开。 44. 巡检中注意检查各调节阀的阀位与调节器的对应情况,检查压缩机的进口导叶、防喘振阀、透 平高低压调节阀等的实际阀位与输出值之间的对应关系,发现问题及时联系处理。 45. 每年两次对蓄压器中冲氮气进行检查,根据油品的分析情况若需要时启动油水分离装置进行润 滑油的脱水。 46. 冬季做好防冻工作,环境温度低于 5℃,要及时调节压缩机进口防冻空气阀门,确保压缩机进 口温度不低于 5℃。 47. 巡检中注意透平前后猫爪的灵活,检查压缩机滑销系统。 48. 避免速度小于 200 转/分,因为这将在轴承内引起混合的摩擦情况。在非常低或非常高转速下, 无控制的反向转动也必须避免。 49. 看过滤器上的压差表:如果压差表接近零,过滤器就有损坏或漏泄。 50. 每次切换一个油冷却器或油过滤器,都要在工作日记中作出记录! 51. 如果有霜冻危害的话,在装置已停机和冷却水供给已断流之后,务必将油冷却器和气体冷却器 放泄阀打开。将残余的水分排除。如果长时间停机时,需要在压缩机内充入惰性气体(N2) 。 四、在发生下列情况下装置必须紧急停车 1. 达到联锁设定值而联锁未能正常动作,该跳车而没有跳车。
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2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 机组突然发生强烈振动,机内有明显的摩擦、碰击声音。 机组任意轴承断油、轴承温度突然大幅上升或轴振动突然大幅上升。 主蒸汽温度大幅度下降 50℃以下或发生水击现象。 压缩机发生严重的喘振又一时无法消除。 轴承箱或油系统着火,难以扑灭时。 发生蒸汽、工艺管道爆裂等恶劣事故或后继工序需要本机组立即紧急停车。 在额定蒸汽压力时温度升高至最大允许值,短时间不能降低。 能导致人身伤害或设备损坏的事故发生时。

第四节 透平膨胀机
一、概述 目前低温技术应用非常广泛,从航天到超导,从气体分离到能量回收等,而低温能量的获得主 要依靠气体的膨胀,特别是气体的等熵绝热膨胀,透平膨胀机则是实现这一膨胀的一种有效设备, 现已广泛地应用到气体液化分离、能量综合利用等方面。 二、膨胀机的形式 1.活塞式膨胀机:通称容积型,其特点是适宜于小流量、高压力、大膨胀比工况;缺点则是结 构复杂、体积大、易损件多、操作维护复杂。 2.透平膨胀机:通称速度型,其特点是转速高、体积小、重量轻、结构简单、易损件少,因而 制造维修工作量小,适宜于大流量、中高压力而初温较低。 按工作原理分为: 1.冲动式:膨胀过程完全在静止的喷嘴中进行; 2.反动式:膨胀过程不仅在静止的喷嘴中进行,还在叶轮中进一步膨胀。 三、透平膨胀机基本结构及工作原理 (一)基本结构 膨胀机由通流部分、制动器及机身三部分组成 膨胀机通流部分:蜗壳、喷嘴、工作轮、扩压器 制动器:1、压缩机——入口管、叶轮、扩压器、蜗壳 2、风 机——入口管、叶轮、扩压器、蜗壳 3、电 机 (二)工作原理 1、气体在喷嘴中的流动 设置喷嘴的目的是使气流的动力能转变为气流的速度能并且使气流降温,在喷嘴前后存在着压 差,这些压差推动着气流流动。当气流通过喷嘴时,由于减压膨胀而使焓值降低,即使压力、温度 下降,这些焓降转变成气流的动能,使在喷嘴出口处气流获得巨大的速度,因此喷嘴主要解决的问 题是保持合理的形状以减小各种损失。喷嘴在结构上可分为三段:即进口段、主体段、出口段。
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2、气体在工作轮中的流动(反动式透平膨胀机) 工作轮的作用: (1)把喷嘴喷出来的高速气体的动能,通过工作轮转化为机械能并由主轴外输出做功,以降低 内能使温度进一步降低; (2)使气体在工作轮进一步膨胀做功,进一步降低气体的焓值和温度; (3)改变气体的流动方向,使它由径向转换为轴向流动; 3、气体在扩压器中的流动 为了使工作轮流道避免减速运动,以减少流动损失(工作轮出口速度可达 50-80 米/秒,甚至更 大) ,为了充分利用能量及减少管道流动摩擦损失,在工作轮出口外设置扩压器(与喷嘴作用相反) 。 四、透平膨胀机的组成 (一)主机:主机由蜗壳、转子、喷嘴、传动机构、轴承、密封、机身 1.蜗壳:它是为了使气流顺利地改变方向并均匀分配给喷嘴,原则上保证气流在出口内圆上成 轴对称流动。材料为铝合金、铜合金及不锈钢。 2.喷嘴:透平能量转换的主要部件,近年来均采用叶片可以转动的可调喷嘴,以调节流道的通 流面积,从而调节气量。材料为 3Cr13。 3.转子:由主轴、膨胀机工作轮、增压机工作轮及轴封组成。 通常采用的双悬臂转子,即两个工作轮外伸在两个轴承之外,转子是透平的核心部件,除要求 有良好的空气动力性能外,由于它是高速转动的零件,还要求有较高的动平衡精度及要求自振频率 (临界转速)远离其工作转速。 4.轴封:避免膨胀段的冷气体向常温段的轴封泄漏,不仅造成冷损而且会使轴承的润滑油冻结 而造成损坏,因而采用轴封加以阻止。轴封的形式为迷宫密封,一种非接触式的动态密封。 5.压缩机工作轮:回收膨胀机发出的功,仅是一个制动器。 6.主轴:传递功率的零件,一段在常温,另一端在低温下工作,要求由足够的刚性,强度。材 料是不锈钢及合金钢。 7.传动机构:调节转动叶片的角度,以改变喷嘴流道的面积而设定,通常有手动及遥控两种。 8.轴承:支撑主轴并保证主轴顺利稳定运转,为了保证主轴的轴向定位并承受一定的轴向力, 除径向轴承外,还设有推力轴承,常用的有油及气体轴承。 油轴承:承载能力大,可靠性好,轴承线速度可达 70 米/秒。油轴承具有承载能力必须具备三 个条件:存在油楔,具有相对运动,油具有一定的粘性。 气体轴承:小型高速转子 9.机身:水平剖分式及整体式 (二)密封器系统 由于透平膨胀机侧通常工作在低温状况之下,而其轴承机身又处在常温环境之中,为了减少高 压低温气体通过迷宫密封的泄漏而降低冷量损失,防止轴承润滑油冻结造成整个机组失效,在机组 中采用常温的密封气体通入密封中段,以阻止低温气体向轴承段泄漏,保证机组的安全。
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(三)润滑油系统 透平膨胀机一般工作在压力高、转速高的环境下,因此对轴承的润滑供油系统有比较高的要求, 主要是供油压力、油量、清洁度及油气分离等。 供油系统主要有下列几个部分组成: 1.油箱:采用密封的压力油箱,有利于进入油箱气体的回收利用,防止可燃气体的外漏。 2.油泵:连续提供应具有一定压力、油量的润滑油。 3.油冷却器:冷却通过轴承后温度上升的油。 4.油过滤器:过滤油中固体微粒,保证润滑油的清洁度。 5.油压容器:其贮渍蓄能作用,保证因停电等突然故障能有一分钟的供油量,保证机组安全。 6.油气分离器:分离进入油箱的润滑油中的气体。 7.溢流阀:调节供油压力。 五、膨胀机制冷量的大小与的因素: 1)膨胀量越大,总制冷量越大; 2)进出口压力一定时,机前温度越高,单位制冷量越大,但机前温度提高,膨胀后的温度也会 提高; 3)当机前温度和机后压力一定时,机前压力越高,单位制冷量越大; 4)膨胀机后压力越低,机内压降越大,单位制冷量越大; 5)膨胀机绝热效率越高,制冷量越大。 六、透平膨胀机的调节 透平膨胀机提供了低温装置所需的主要冷量, 为了维持装置的冷量平衡及适应装置工况的改变, 要求对膨胀工况能进行调节。 为了充分利用压力能来最大限度地提供冷量,提高整个装置的经济性,要求透平膨胀机有较高 的效率,并使透平膨胀机在最佳工况下运转。 由于各种原因会使装置工况发生变化,从而波及膨胀机工况变化,使膨胀机运转偏离设计工况, 造成损失的增加,效率的降低,因此为了提高装置运转的稳定性,经济性,应设法调节膨胀机的运 行工况。 透平膨胀机的调节方法: (1)改变机组进出口压力,以改变整个机组的膨胀比,在工况允许的条件下节流或提高压力的 方法来改变机组的进出口压力,使机组在最佳工况下运转。 (2)改变可调喷嘴的开度与角度,改变机组气体的通过量。 (3)采用增压压缩机旁路来改变机组转速,使机组在最佳工况下运转,这方法是在增压机进出 口增加旁通回路,改变旁通回路的气量及制动功率来改变机组的转速。 七.增压透平膨胀机组的使用维护说明书 一) 、概述 本机组工质先经增压机增压, 冷却后再进入膨胀机进行绝热膨胀降温产生空分装置所需的冷量,
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与此同时产生的机械功又为增压机所吸收。 二) 操作说明 、 1. 开车前的准备 a.检查是否有异物进入膨胀机组,各气体管路应彻底清洗并吹除干净; b. 按供油装置使用维护说明书要求清洗油路,并给油箱充油并达到正常油面; c. 膨胀机和增压机各进出口管中设置的阀门和过滤器是否安装正确; d. 滤油器是否清洁; e. 各仪、电控线路与装置是否正确联接; f. 各阀门是否在正确的“开”,“关”位置上; g. 密封气连接是否正确; h. 检查喷嘴执行机构的正确性(阀杆向下移喷嘴通道开大) ; j.检查紧急切断阀工作的正确性(从全开到全关应在 1 秒钟内) 。 2. 膨胀机启动 1).启动前的检查 a. 油箱液面指示正常; b. 加温气体阀门关闭; c. 喷嘴叶片关闭; d. 紧急切断阀关闭; e. 膨胀机进出口阀门关闭; f.油箱油温:如低于 20℃应开加热器加热之; g. 轴承温度:无论哪个轴承温度只要低于 20℃,就必须通入润滑油加热轴承(必须先通入密封 气) ,如仍不凑效,则必须用加温气体加温膨胀机; h. 滤油器清洁,供油系统工作正常; i. 增压机回流阀全开(为膨胀机启动条件) 。 2).膨胀机启动步骤: a. 接通密封气,其压力应≥0.2Mpa; b. 接通仪电控电源; c. 启动油泵; d. 对油冷却器通入冷却水(如油温低,可暂缓通水) ; e. 全开增压机进出口阀门; f. 全开膨胀机出口、进口阀门; g. 逐渐打开紧急切断阀,透平膨胀机开始运转, (正常运转中应尽量避免在临界转速区运行) ; h. 紧急切断阀全开后,逐渐打开喷嘴调节阀,并逐渐关小增压机回流阀,直到达到额定工况; i.启动随着膨胀机进气温度的下降,转速也会下降,所以要通过不时关小增压机回流阀来调节转 速,直至达到设计工况为止;
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j. 启动期间要随时检查轴承温度、喷嘴出口压力及机组运行情况是否正常; k. 启动期间,短暂打开机器和仪表管线的吹除阀,然后关紧。 3. 膨胀机组停车 1). 停车步骤: a. 全开增压机回流阀; b. 关紧急切断阀; c. 关喷嘴叶片; d. 关膨胀机进口阀、出口阀; e. 关增压机出口阀、进口阀。 2)、停车后处理: a.临时停车,应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; b. 长期停车,则要求对膨胀机进行加温解冻,操作如下; c. 保持密封气和润滑油供应,保持仪电控系统为工作状态; d. 开紧急切断阀; e. 打开喷嘴叶片; f. 打开膨胀机上所有吹除阀; g.检查膨胀机的进出口阀是否关严; h. 打开加温气体阀加温膨胀机,使流经膨胀机的加温气体的流向与工作介质的正常流向相反, 且温度不超过 60℃,当热气出口与进口温度大致一样时,加温即告结束。加温气体的露点应低于 -40℃; i. 关闭各吹除阀; j. 停止加温,关加温气体阀; k.关紧急切断阀; l.关喷嘴叶片; m. 停止润滑油供应; n.十分钟后切断密封气源。 应注意的是膨胀机的进出口阀门必须关严,使得加温后的透平在长期停车期间避免因冷气体漏 入而使轴承在下次开车时产生过冷,还要注意的是一定要先打开紧急切断阀和喷嘴叶片后才可通入 加温气体,以免损坏机器。

第六章 空分设备操作及维护
一、正常操作 空分装置在正常操作生产过程中需要进行必要的调节时,必须注意调节应分阶段缓慢地进行, 要查明原因,在一次调节的效果有了反应以后,才能作进一步调节,而不能操之过急。 1.产冷量的调节
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空分装置冷量的多少可以由主冷凝蒸发器液氧液面的涨落来进行判断,如液面下降,说明冷量 不足,反之则说明冷量有过剩。 空分装置所需冷量主要由透平膨胀机产生,所以空分装置产冷量的调节是通过对透平膨胀机膨胀气 制冷量调节来达到的,通过调节,使在各种情况下的冷凝蒸发器的液氧液面稳定在规定的范围之内。 2.精馏控制 下塔的液空液面必须稳定.投入自动控制,以使液面保持在规定的高度。 精馏过程的控制主要由液污氮去上塔的阀和液空去上塔阀的开度来实现,开度增大,液氮中的 氧含量增加,反之,阀门开度关小,液氮中的氧含量则降低。 产品气取出量的多少也将影响产品气的纯度,取出量增加,其纯度下降,反之,取出量减少, 其纯度则升高。 二、维护 此处仅就本系统主要部机的使用维护作一说明,空分装置其它部份,请详细参阅有关机组相应 的使用维护说明书。 1.操作管理 设置操作记录表和维护履历表,以备查考。 操作记录表每小时打印一次,其内容包括温度、压力、阻力、流量、液位、分析结果等,对些 重要的自动记录仪表上的数据也应记录下来。每一班记录一次主板翅式换热器的阻力及主冷中液氧 的乙炔含量。 维护履历本应记录如下工作进行之情况: a.对所有测量管线每周吹刷日期及吹刷过程情况, 吹刷前应先关掉管线上的控制器等, 检查并在 必要时重新校正仪表之零位; b.记录检查切换装置及其控制仪器的功能是否正常; c.每月检查空气和气体过滤器,并在必要时对其进行清洗,并记录在案。 2.热交换器 热交换器的维护主要是注意其阻力和温度之变化,其异常情况通常是由于冰、干冰及粉末阻塞 所致,这往往是因为设备操作不当引起的,可通过加温吹除予以消除。 另外注意热交换器有无渗漏,通过分析热交换器进出口气体的组份有无异常来判断,在本装置 中设置了多处分析点供取样分析。 3.冷凝蒸发器 对主冷中液氧的乙炔含量需要每天予以分析测量,并要做好记录。对粗氩冷凝器中液空中乙炔 含量也需要间断分析,并做好记录,间隔时间长短可视运转经验来决定,开车初期,建议每天分析, 摸到规律后,再确定多少天分析一次。 液氧中乙炔的含量一般应低于 0.01ppm,不能超过 0.1ppm,乙炔含量过高,有导致爆炸的危险。 尚若发现液氧中乙炔的含量过高,就得采用措施,尽可能多地加大液氧的排放量,此时需同时加大 膨胀机的膨胀量,以保持液氧液面不下降,并对主冷中液氧不断进行分析,如果乙炔浓度继续上升
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并达到 1PPM,此时应将所有液体全部排放掉,对装置进行停车加温,并对分子筛纯化器进行彻底 加热再生。 为防止乙炔的局部增浓和 CO2 的堵塞,冷凝蒸发器中的板式单元必须全部浸入液氧中,操作中 一定要避免在低液面下长时间运行,若液面过低也不能升得过高,否则会导致液体淹没塔板。 4.精馏塔 本装置在上塔、下塔、粗氩塔和纯氩塔上均设置有阻力计,以测定精馏过程中之阻力,装置第 一次启动,并调整到正常以后所测得的阻力值应作为本装置的运转依据。当阻力减小时,表明有液 漏,或者是塔板上的液面太低,或加工气量减小,此时必须查明原因。当阻力增大,通常是因塔板 堵塞所致,此种情况,只有通过对精馏塔的加温才能予以消除;若是因为负荷,则要分析进气量与 产氧量,根据实际情况进行调节。 当精馏塔底部之液面升得过高,致使最下面一块塔板淹没,就会造成淹塔,此时塔内阻力显著 增大,应排放液体后重新予以调正。 5.空气预冷系统 注意检查空冷塔板液位计之液位,保持液位在设定范围内,空冷塔下部的液位是自动进行调节 的,当自动调节系统失灵时,可用手动控制,但要尽快修复自动调节系统。 6.分子筛纯化系统 分子筛纯化系统的管理,其中的一个重要方面是对“切换装置”的管理。 分子筛纯化器需要每星期检查一次,检查再生和冷却期间是否达到规定之温度,切换时间是否 符合规定,若有异常,应进行及时的调正。 纯化器使用一至二年以后,要测定分子筛和活性氧化铝的颗粒破碎情况,必要时,要全部取出 过筛,以除去其中的粉末和微粒。过筛时,一定要仔细地进行吹刷过筛,以彻底清除沉积在上面的 微粒和粉末。要按规定加添或更换分子筛和活性氧化铝,在加添或更换时宜选用原供厂商的分子筛 和活性氧化铝,并应确保吸附层高度,使之达到规定厚度。 7.阀门 低温阀门、氧气管线上的阀门及与氧介质接触的阀门,必须无油无脂及无任何其它杂质。在使 用、维护及修理这些阀门时,要特别注意确保这一点,不能沾污油和脂以及蜡等易燃材料,如已与 油和油脂等接触,则应进行脱脂处理。 阀门垫片、密封填料和密封环也必须无油、无脂,并必须用适合于氧气阀门的不可燃材料制成, 严禁使用含油浸腊及可燃性材料。 须保持阀门阀杆可见表面的清洁,阀杆表面要定期涂上一种适合于氧阀门的润滑剂。 检查阀门的漏渗情况。 低温阀门、氧气管线以及凡与氧介质接触之阀门,在安装前必须进行清洗和严格脱脂,用于清 洗和脱脂的溶剂也必须无油、无脂及无其它任何杂质,不允许使用已分解的溶液。阀门在安装时, 所有的固体物质如矿渣、氧化铁皮、铁锈、焊渣、爆炸物(包括油脂、防腐剂等)都必须从所有阀门安 装处移开。
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关于阀门和专用阀门的详细管理及维护要求,可详细参阅有关阀门的使用维护说明书。 8.测量和控制装置 DCS 工作站及各种仪表的管理和维护必须按照仪控使用维护说明书之规定进行。测量管线应加 以特别维护,确保没有漏渗,否则会影响仪表测量的正确性。同样仪表管线的堵塞也是不允许的, 应通过加温和吹除予以排除。 三、故障及排除 这里仅对运行期间可能出现的一些故障加以说明,其它意外的故障则须由现场操作人员根据具 体情况及时予以处理。 1.供气停止 信号:空气透平压缩机报警装置鸣响。 后果:系统压力和精馏塔阻力下降,产品纯度破坏。 紧急措施: 停止增压透平膨胀机运转; 停止中压液氧泵运转; 将分馏塔置于封闭状态; 停止分子筛纯化器再生。 进一步措施:对装置停车。 排除故障方法: 按空气透平压缩机使用维护说明书之规定,查明原因并采取相应的措施。 2.供电中断 信号:所有电驱动的机器均停止工作,这些机器上的报警装置鸣响。 后果:系统压力和精馏塔阻力下降,产品纯度破坏。 紧急措施:停止增压透平膨胀机及有关机器的运转,并关闭各进、出口阀。将分馏塔置于封闭 状态。停止分子筛纯化器再生。 进一步措施:把装置由电驱动的机器从电网断开。 将装置停车。 排除故障方法: 电源故障排除并电路恢复后视停电时间长短决定分馏塔是否需要重新加温,按起动程序重新启 动。 3.增压透平膨胀机故障 信号:增压透平膨胀机报警装置鸣响。 后果:加工空气压力升高,影响空气透平压缩机及增压压缩机运行,主冷凝蒸发器液面下降, 产量下降。 紧急措施:起动备用增压透平膨胀机 调整增压压缩机排出压力,使增压压缩机排压稳定,检验产品气的纯度,必要时减少产品量,
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减少液体排出量,或完全停车。 进一步措施:立即排除故障 调整空气量和产量到正常值。 排除故障方法:增压透平膨胀机常见故障是冰和干冰引起的堵塞,这就必须进行加温。至于其 它的故障则应按照增压透平膨胀机使用维护说明书之规定查明原因并排除之。 4.切换装置故障 信号:切换装置报警器鸣响。 后果:分子筛纯化器的切换过程停止进行,若延续时间很长,先是二氧化碳,后是水份便会进 入分馏塔内,造成堵塞。 紧急措施:手动进行切换 进一步措施:如果预计排除故障要很长时间,则将装置停车。 排除故障方法:按照仪控说明书之规定查明原因并排除之。 5.仪表空气中断 信号:仪表空气压力报警器鸣响 后果:切换装置失效,所有气动仪表失灵 紧急措施:把备用仪表空气阀打开(备用仪表空气源由用户提供),装置即可恢复运行。如果不能 正常,则将装置停车。 进一步措施:如装置继续运行,即应检验产品纯度,检验分子筛纯化器再生和吹冷器程度,如 不正常则应用相应调整。 排除故障方法:出现故障原因是仪表空气过滤器堵塞,或是阀门或管道的泄漏造成。为此则应 消除堵塞,消除泄漏。 6.阀门故障 所有低温阀门均可能由于泄漏造成冻结,这往往是因填料函密封不严所致。对于冻结的阀门不 能用强力开关,以免损坏阀门。可用热气或蒸汽直接吹阀门的冻结部位。注意,在使用蒸汽时不要 让水份进入填料函,阀门解冻后应找出泄漏部位并加以消除。 7.设备、系统常见故障及处理方法 序号 1 故障 空气出空 冷塔带水 原因 空冷塔液面过高 空冷塔水分离器效果不佳 空分系统压力突然下降 填料式空冷塔结垢 气流速度过快 2 冷凝蒸发 器泄漏 冷凝蒸发器 C2H2 造成微爆 加温不彻底,死角存水结冰,通 降低液面 检查水分离器 消除空分故障 除垢 操作要缓慢 停车、查漏、修理 彻底加温解冻 处理方法

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道或管子涨裂 3 氧气纯度 低 分析不正确 产氧量过高 下塔调节不当 塔板筛孔堵塞 分馏塔倾斜 膨胀空气量吹入过多 冷凝蒸发器漏,中、低压串气 4 氧产量低 流量计管路泄漏,指示不准 膨胀气量过少,冷量不足 跑冷损失大 空气量过少 热交换器温差过大 检查分析仪器 关小出氧阀 分析液氮纯度,调节液空、液氮节流阀 加温解冻 校正并紧固 调节膨胀量 冷凝蒸发器查漏 检查流量计管路,泄漏处处理 调整膨胀量和进出口温度 检查保冷材料,受潮的更换,检查漏气 处补焊 调整气量 加温解冻 5 启动时间 长而不出 氧 膨胀机制冷能力差 跑冷损失大 液气泄漏 换热器和膨胀机过冷,冷量分配 不合理 6 液悬 溢流斗尺寸过小 塔板堵塞 气量过大,超负荷生产 调节时,阀门开的过大、过快 7 运转周期 短 分子筛纯化器工况恶化 分子筛吸附能力低,再生效果差 出空冷塔空气带水 1)检查加热再生气的加热温度、气量 2)检查空冷塔并处理带水问题 检查膨胀机并进行相应处理 检查保冷材料受潮还是未填实,更换保 冷材料 查漏处理 合理分配冷量 制造质量问题,更换塔板 停车加温 减少气量 停气,再缓慢增加气量

第七章 低温液体贮槽
第一节 低温液体贮槽的结构及功能
一、低温液体贮槽功能 将空分装置(或其它低温装置)生产的液化气体(如液氧、液氮、液氩、LNG 等)产品贮存起 来,或运输到用户处。由于低温液体标准沸点低、汽化潜热小,极易汽化为气体,故低温液体贮槽 对绝热性能要求高。 二、低温液体贮槽分类 按用途分:固定式(用于贮存低温液体)
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移动式(用于运输低温液体) 固定式低温液体贮槽按安装位置分为立式贮槽、卧式贮槽 移动式低温液体贮槽按运输方式分为铁路罐车、公路罐车、罐式集装箱(可用于铁路、公路、 水路及其联运) 。 按绝热方式分为:真空粉末绝热贮槽、真空多层绝热贮槽、真空纤维绝热贮槽、堆积绝热贮槽。 按内容器工作压力分为:常压贮槽(按 JB/T4735-1997《钢制焊接常压容器》设计、制造) ,适 合几何容积 V≥300m3,采用堆积绝热结构的低温液体贮槽。 三、低温液体贮槽结构、特点 常压堆积绝热贮槽结构简介 贮槽为立式圆筒形、双层壁、平底拱顶结构,采用珠光砂粉末堆积绝热。设备主要由内槽、外槽、 绝热层、平台梯子、阀门仪表、基础平台、安全附件(压力表、液位计、呼吸阀、外筒泄放装置) 等组成。 内槽主要由拱顶、筒体和底板组成,用奥氏体不锈钢材料制成。在槽体顶部和侧部设置人孔。

图 1.常压堆积绝热低温液体贮槽

检查内槽时,从顶部人孔进入,通过槽内直梯可到达底部;侧部人孔为工艺人孔,便于建造时 人员进出,完工后焊接封死。整个内槽通过拉带固定于基础上。 外槽主要由拱顶,筒体和底板组成,并设置顶部和侧部人孔,利于检修。 底部为泡沫玻璃砖绝热层。夹层装填珠光砂,并充干燥氮气,使绝热材料保持干燥,保证珠光砂 具有良好绝热性能。筒壳外设置有旋梯,操作维护时,便于工作人员上、下。 特点:贮存液体量大,现场安装工作量大,制造周期长。通过低温液体泵向外供液。

第二节

低温液体贮槽的操作
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表2

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1、常压堆积绝热低温液体贮槽操作 (1)使用前的准备工作(本条在贮槽进液前实施) a.耐压试验 贮槽安装完成后,按《安装技术条件》进行耐压试验。应先进行基础沉降试验,然 后在不放水的情况下,进行耐压试验,耐压试验压力按图纸规定进行。此条试验应与安装试验一同 进行。 b.强度试验合格气密性试验前,应对内槽内表面进行清洁处理。彻底去除油污和机械杂质,达 到 JB/T6896-93《空气分离设备表面清洁度》要求。 c.清洁处理合格后,按图纸要求对内槽进行气密性试验。 d.内槽吹除 内槽清洁处理合格后,用 60℃ -80℃的干洁空气或干氮气对系统进行吹除, 除去内壁面和管内水分,同时将贮槽和管阀中潮湿空气和固体颗粒吹出。每根管道皆轮流排气。 (注意:比空气重的吹除气体从贮槽底部进入,顶部排出。比空气轻的吹除气体从贮槽顶部进入,下部 排出),最后用贮槽工作气相介质进行吹除置换,检查排出气体露点,当排出气体露点低于-40℃时, 方可停止吹除置换。吹除置换结束后,关闭各阀门,槽内保持 0.5~2KPa 正压,以免潮湿空气进入。 e.夹层吹除 用干氮气对夹层(珠光砂,底部绝热层---泡沫玻璃砖)进行吹除。吹除气体由顶部 进,从外槽下部废气排放口排出,排除气体露点应不高于-40℃。夹层吹除气需加热到 60-80℃。 (2)操作说明 a.充液 1)首次充液 首次充液前,必须检查各安全通道是否畅通,各安全装置是否就位,压力表是否处于工作状态。 同时将手动放空阀全开。 刚开始进液时,贮槽处于热态,需缓慢进液(必要时,可间断小流量进液) ,待内槽冷透后,当 底部绝热层温度计稳定显示在-160℃左右,可加大进液速度。进液过程中,因槽内压力上升较快, 需经常观察内槽压力,保证槽内压力不超过最高工作压力。首次进液时,宜将内槽防爆装置(如有) 取下,待底部绝热层温度计达-160℃时再装上。 当测满阀喷出液体,表明容器液位已到设计液位,应立即停止进液。此时底部绝热层温度计稳 定在-160℃以下。 在进液过程中,夹层需补充一定量的氮气。内槽进液后,须确保夹层压力在允许范围内。 2)补充进液 当槽内已有低温液体时,可直接大流量进液。其操作注意事项与首次进液时内槽冷透后进液相 同。 b.贮存 贮槽压力高于最大工作压力时,自动放空阀开启泄压,低于最低压力时,增压阀开启,对贮槽 增压。贮存期间,应注意槽内压力变化,严禁超压运行。同时注意夹层情况:若夹层密封气压力正 常,外壳上不应有结霜现象,否则应检查内槽或管路是否有泄漏。若外槽紧急泄放装置开启频繁、外 壳有霜露或结冰现象(低温液体流经管道除外) ,应认真检查原因并进行处理。
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c.排液 贮槽一般有两种排液方式,一种是用低温泵向槽车加注液体,另一方式是用低温泵向大型汽化 器供液。当排量排较大时,应注意增压器是否处于正常工作状态,禁止内槽处于负压状态。 (3)设备维护 a.安全装置维护 内槽呼吸阀、内槽防爆装置、外槽呼吸阀、外槽紧急泄放装置及放空调节阀等都是贮槽安全装 置。每 6 个月至 1 年需检查一次,必须验证安全阀开启压力,确保开启压力准确。内、外槽呼吸阀 的呼气、排气压力严格按贮槽使用说明书规定值进行检查。 (内槽呼吸阀通常低于-0.5 KPa 时吸气, 高于最高工作压力时排气;外槽呼吸阀工作压力范围通常在-0.3KPa~+0.8KPa 之间) 确保内槽和夹 。 层压力均在设计范围内,设备不发生超压事故。 b.夹层密封气纯度分析 经常分析夹层密封气纯度是十分重要的。当贮存 LO2 时,如果夹层中氧成份比平时测量值高, 应查明原因并立即进行处理。夹层压力异常升高,外槽安全阀启跳频繁,说明内槽或管路有可能发 生泄漏,应及时处理。夹层中不允许空气混入,避免潮湿气体进入夹层后,降低绝热材料性能。 c.氮封调节阀(微压自力式调节阀)维护 如果夹层压力偏高,应检查氮封调节阀阀后压力上限是否过高。氮封调节阀工作可靠性是常压 低温液体贮槽安全性重要保证之一,应定期进行检验,确保阀门保持良好工作状态。阀后压力按设 备使用说明书给定值进行调整。 (通常为 0.4 KPa~1.0 KPa) 。 d.压力表﹑液位计按各自的使用说明书进行定期检测、校正。 (4)安全注意事项 a.初次进液时,必须按设备使用说明书规定进行。需特别注意的是:必须保证安全通道畅通,若 压力升高过快,可将内槽防爆膜(如有)取下,待内槽压力稳定后装上。 b.位于安全装置前的截止阀,应处于常开状态并铅封,防止误关闭。只有在检修安全装置时才 关闭。定期对阀门﹑安全装置进行检查、校验,确保安全装置处于正常工作状态。 c.贮槽装液氧时,禁止油脂类物质与氧接触,否则有引起火灾和爆炸危险。 d.不得让易燃物品(如木材﹑棉丝品﹑橡胶﹑沥青等)与氧气接触,这些物质吸附氧气后,有 自动着火燃烧的危险。 e.暴露于氧气﹑氮气富集区的房间,人员进入前,应充分通风换气,因氧气富集区有引发火灾的 危险,氮气富集区有使人窒息的危险。 f.禁止用火或灼热物去除设备表面的冰层。宜用 70℃~80℃热氮气或热空气加热解冻,严禁敲 打。 g.操作人员应穿戴保护用品,避免低温液体与皮肤接触,发生冻伤。 h.液化气体贮存系统 5 米(贮槽及液体管线边缘计起)范围内,不得有地下室进出口,地上不 得堆放易燃物质。 i.贮槽检修时,须将槽内液体排尽、吹干,并用热空气加热至常温。贮存液氧的贮槽,只有在含
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氧量≤23%时,才能进行焊接。若要在外槽上施焊,同样应对夹层气体成份进行分析,只有在含氧 ≤23%时,才能进行焊接作业。 j.贮存液氧的容器,应定期对乙炔含量进行检测,含量不得超过 0.1PPm。 k.如果贮槽液体需排尽,长期停用,内槽必须充 0.5KPa~2 KPa 干氮气,防止潮湿空气进入内槽。 低温液体贮运设备操作、 使用安全管理相关标准: JB6898-97 《低温液体贮运设备使用安全规则》 、 GB50030-91《氧气站设计院规范》 、GB16912-1997《氧气及相关气体安全技术规程》等。

第八章

阀门的基础知识

第一节 概 论
阀门是流体输送系统中的控控制部件,具有导流、截流、节流、调节、节流、防止倒流、分流 或溢流和卸压的功能。 用于流体控制的阀门,从最简单的截断装置到极为复杂的自控系统,其品种和规格繁多。阀门 可采用多种传动方式,如手动、气动、电动、液动、电-液联动或电气联动和电磁驱动等;可以在压 力、温度及其它形式传感信号的作用下,按预定的要求动作;或者不依赖传感信号而进行简单的开 启或关闭。阀门依靠驱动或自动机构使启闭件作升降、滑移、旋摆或回转运动,从而改变其流道面 积的大小以实现其控制功能。 一、阀门的用途和分类 阀门产品的种类繁多,说法也不完全统一,其分类方式主要有 1.按用途分:如化工、石油、电站等。 2.按介质分:如水蒸汽、空气阀等。 3.按材质分:如铸铁阀、铸钢阀、锻钢阀等。 4.按连接形式分:如内螺纹、法兰、焊接等 。 5.按温度分:如低温阀、高温阀等。 6.按压力分:按公称压力分:≤1.6MPa 为低压阀、压力 2.5、4.0、6.4MPa 为中压阀、≥10MPa 为 高压阀、超过 100MPa 为超高压阀。 7.通用分类法: 这种分类法既按原理、作用又按结构分,是目前国内、国际最常用的分类方法。 一般分为:闸阀、截止阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、隔膜阀、止回阀、节流阀、安全阀、减压阀、疏 水阀、调节阀等。 二、阀门的基本性能参数 1.公称通径 :是管道系统中为所有附件所通用的用数字表示的尺寸,以区别用用蝶纹或外径表 示的那些零件,公称通径是供参考用的一个方便的圆整数,与加工尺寸呈不严格的关系;国家标准 (GB1047)对其作有相应规定; 2.公称压力:是一个用数字表示的与压力有关的表示代号,是供参考用的一个方便的圆整数字; 3.工作压力:阀门在适用介质温度下的压力; 4.阀门的结构长度及形式:结构长度指阀门的面与面或端与端之间的尺寸;形式是指阀门在几
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何形状上的主要特征; 5.连接方式:表示阀门与道路系统连接的一种形式。

第二节 常用阀门简介
1.截止阀 截止阀是指用于作切断或连通管路的一种阀门,它的启闭件(阀瓣)由阀杆带动,沿阀座(密 封面)轴线作升降运动的阀门。其主要零件包括:阀体、阀盖、阀瓣、阀杆、填料装置。 2.节流阀 通过启封件(阀瓣)改变通路截面积以调节流量、压力的阀门;其主要零件与截止阀相同,只 是阀芯形式有所区别。 (见图 2) 3.蝶阀 启闭件(蝶板)绕固定轴线作旋转的阀门。其主要零件有:阀体、蝶板、阀痤、阀杆、执行机 构等;它的工作原理为:角行程的执行机构(或直行程的执行机构转化为角行程)带动阀杆和蝶板 转动,使蝶阀与阀座形成闭合或开启,从而实现阀门的开闭。 4.安全阀 一种自动阀门,它不借助任何外力,而是利用介质本身的能量来排出额定数量的流体,以阻止 系统内压力超过预定的安全值,当压力恢复正常后,阀门再行自动关闭并阻止介质继续流出的阀门。 其主零件有阀体、阀座、阀顶、弹簧等。其工作原理为:通过调整加在阀顶上的弹簧的压缩量, 改变加载在阀顶上的弹簧力,来平衡介质作用在阀顶上的力,当系统压力超过该压力值时,即介质 力大于弹簧力,就推动阀顶脱离闪阀座密封面,从而开启阀门,排放多余的能量;当压力降下来后, 自动回位,关闭阀门。 如 7K 系列等。 5.止回阀 该阀也是一种自动阀门,启闭件(阀瓣)借助介质作用力,自动阻止介质逆流的阀门。其主要 零件有阀体、阀瓣等。 (见图 1) 它主要有两种形式:a. 阀瓣沿流道轴线方向动动,称为升降式如 326DH; b. 阀瓣沿某一轴线作沿转动,称为旋启式。 6.调节阀 调节阀门是用来对管路压力、流量、温度作调节控制或切断的一种阀门。其调节方式为:从控 制系统送出开度控制信号(4~20mA 的电信号)至阀门定位器,定位器将该信号转变为气信号加载 到气动执行机构,执行机构的输出机构带动阀芯动作,从而改变阀门的流通面积,达到压力、流量 等参数的调节;主要由阀本体、执行器、定位器和附件等部件构成。按动作方式分有直行程和角行 程调节阀;按调节方式分为调节型和切断阀;按作用方式分为气开式或开关式;按执行机构分为气 动薄膜式或气动活塞式。 其它相关参数有:流量特性、可调比、控制信号、气源压力等。

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图 1 止回阀

图 2 节流阀

第三节 阀门的使用及维护
一、阀门的保管、安装和操作 1.阀门的保管 阀门不能露天存放,应放在干燥、通风的环境中,阀门的进出口均应加盖封板,以阻止油污、 杂质、灰尘及其它异物进入阀门内腔污染阀门。 2.阀门的安装 在安装阀门前应仔细阅读使用说明书,注意安装过程中的一些细节。阀门的损坏大多产生于安 装中的一些错误:如安装时管线没有对中会引起过大的内应力或连接法兰损坏等;螺纹连接的切削 螺纹长度过长,与阀瓣发生干涉导致阀门关不到位;阀门内部存留的焊渣使阀座或阀瓣的密封面损 坏,这是一个非常普遍的现象。 (1)注意阀门的流动方向:大部分阀门是有方向性的,安装时应保证介质流向与阀门阀体上的 标示流向一致。若反向安装,一则影响阀门的使用寿命,或出现异常的振动、噪声等,二则损坏阀 门或阀门根本不起作用,三则直接影响流程的使用或使流程出现安全问题,造成重大事故; (2)阀门在出厂前均作了脱脂处理,在有脱脂要求的阀门安装前应检查阀门内腔的污染状况, 污染了的阀门应重新脱脂清洗;

(3)焊接式阀门在焊接前应使阀瓣脱离密封面,以避免在焊接过程中产生的高温损伤阀顶密封 面,尤其是软密封面; (4)法兰连接的阀门在拧紧连接螺栓时应对称拧紧,不可一个接一个地依次拧紧,这样会造成 密封面压不平,产生泄漏。 (5)冷箱内阀门:该阀门有一与冷箱壁相连的法兰或浮动套,其作用是用来弥补安装阀门时的 开孔对冷箱壁的密封性产生的破坏;该类阀门安装时均有一个冷箱贴面法兰,用来与阀门上的法兰 对接或固定浮动套。该处的密封一定要可靠。阀门套入冷箱壁孔可根据阀门的大小和与冷箱的连接
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方式来确定,通常法兰连接的是阀门从外向里套,而浮动套的则是从里往外套。 (6)阀门安装好后,一定要对管道进行彻底地吹扫,将管道内的焊渣杂物清除干净,因为这类 异物会对阀门的密封造成损伤,若其卡在阀瓣与阀座之间,则阀门关不严,或者它将阀瓣和阀座的 密封面划伤,最终体现出来的后果均是泄漏。 (7)阀门是一种坚固而又长期使用的机械,但决不意味着能承受重载或者允许使用榔头或杠杆 来操作。 3、阀门的操作 在开车前应对所有阀门的填料压套部位压紧螺栓进行检查,应确保该处螺栓处于预紧状态,过 松则会造成该处有外漏;但又不可过分压紧,否则会成开关阀门时很紧、不灵活;各连接部位的螺 栓也应作相应的检查。 在空分装置上用的截止阀基本上是手动阀,通过旋转手轮或手动装置来操作阀门。在阀门处于 全开或全关位置时要特别注意动作的方向,扳不动手轮时应清楚判断其方向,切不可加 F 扳手盲目 操作,否则会造成对阀门的损坏。 若阀门关好后,仍有渗漏现象,可稍加力再关阀门,通常均可关严;但也不可用 F 扳手加力操 作,这样会对阀门密封面造成永久性损伤;该阀门是用来作切断或接通用的,阀门只应处于开或关 两位状态,不可将该阀用来作调节用。切换系统的蝶阀是气动阀门,通过分别向气缸不同进气口加 压的方式来实现阀门的开关动作。 二、阀门的维护及修理 1、截止阀 一般用于经常开关的场合,在管道系统中,不操作截止阀的时间是很少的,因此要定期维护。 少量的填料渗漏可用简单地拧紧填料压紧螺栓的方式来解决,但当填料损坏时,必须进行更换; 检查传动螺纹处是否有异物、积灰等现象,若有则首先将其清除,以避免在开关阀门时将传动部份 损坏;密封面有渗漏则表明阀痤或阀瓣被损坏,通常可对阀座或阀瓣重新研磨就可解决,软密封的 阀门可更换阀瓣密封圈。 (见图 3) 2、蝶阀 与截止阀一样,填料处的维护及修理方式相同。 当阀门使用一定时间后,出现开关迟缓等现象时,就有必要对执行机构进行维修了,执行机构是一 个曲柄连杆机构,其动力来自气缸活塞。其故障源主要是活塞上的活塞环发生磨损,更换活塞环后, 增加足够的润滑脂即可;并注意检查供气系统的油雾器是否正常工作。 阀门发生泄漏,关不严等现象,多是由于密封圈被磨损、破坏所造成,这时,就必须更换密封圈。 阀门关闭后打不开,这种情况就得先检查阀门两端的压差是否超过了规定值,只要将压差降下来就 可解决问题。 3、安全阀 安全阀是设备、管道是安全保护装置,应随时处于正常工作状态,检查其有无人为破坏情况, 出口有无泄漏、是否被其它物体堵住。安全阀按规定在使用一定的时间后就得重新校验,校验内容
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包括:密封、动作、及整定压力的校准。 4、调节阀 调节阀应随时保持手动机构处于空档位置,这样才能在正常动作时阀杆不至于被卡住而无法调 节。

图 3.截止阀

图 4.球阀

图 5.气动薄膜调节阀

图 6.气动低温调节阀

图 7. 气动调节蝶阀

第九章 空分技术问答
1.我公司的空分装置属哪种类型?
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答:我公司的空分装置是林德工程杭州有限公司 GOX90.000NM3/h 型设备。采用传统的低温精 馏法工艺,属于单层立式径向流吸附器、增压膨胀、空气循环的内压缩流程。 2.空气中有哪些杂质?本装置是如何清除的? 答:空气中含有少量的 H2O、CO2、C2H2、CnHm、CL-、HCL-、NOX、SO2 及少许灰尘等杂 质。本装置空气过滤器(自洁式)将灰尘清除;设置空气冷却塔,清除 CL-、HCL、NOX、SO2 及 部分没被空气过滤器清除的微小尘粒;设置分子筛纯化器利用变压、变温的方法清除 H2O、CO2、 C2H2、CnHm 等物质。 3.氮水冷却塔中污氮是怎样把水冷却的? 答:氮水冷却塔是填料式(聚丙烯填料)冷却塔。32℃的循环水从它的顶部喷淋向下流动;从 住换热器出来的无但其自下而上流动二者直接接触在填料内传质传热;一方面由于氮气温度低于水 温度,水将热量直接传递给污氮气,是水得到冷却;另一方面由于污氮气是干燥气体,故污氮气与 水接触,污氮气将溶解一部分水蒸气达到饱和,而水蒸发需要吸收气化潜热,从未蒸发的水中不断 带走热量,使得水的温度不断降低。 4.为什麽空气经过空气冷却塔后水分含量减少? 答:在一定的压力下,饱和湿空气中的含水量随着温度降低而减少,空气在空气冷却塔不断降 温使得部分水分自空气中析出。 5.纯化器吸附容量与哪些因素有关? 答:影响吸附容量的因素较多,主要有:与吸附过程中的温度及组分的分压有关,在被吸的分 压相同的情况下,吸附容量随着温度的升高而减少:而在相同温度下,吸附容量随着被吸组分分压 的增大而增大,但是有个极限,当分压增到一定程度下吸附容量基本上与分压无关。与气体的流速 有关。流速越高,吸附效果越差,原因是被吸物质与吸附剂接触时间过短。与吸附剂的再生活化完 善有关。与吸附剂床层厚度有关。 6.空气在等温压缩后能量如何变化? 答:在等温压缩时,由于温度不变,气体分子运动的动能没有变化,而分子的间距缩小,分子 的位能减少。所以从能量角度来看,等温压缩后气体焓值比压缩前的焓值小。 7.什么叫冷量? 答:冷量通常指把低温物体相对周围环境所具有的吸收热量能力。 8.什么叫制冷? 答:根据热力学第二定律,热只能从高温物体传给低温物体,而反过程不能自发的进行。人们 为了获得比环境温度更低的温度,采用一定的设备(机器)进行耗功,达到低温的过程称为制冷。 一般制冷机,它只能获得零下几十度的低温,通常叫普通冷冻,如冰箱、空调、冷藏库等。在 空分装置中,需获得-100℃~-194℃以下的低温。通常称为深度冷冻。 9.空分装置的冷量来源有哪些? 答:空分装置的冷量有①等熵膨胀机提供;②等焓节流提供;③氨冷器提供;④冷冻机提供; ⑤氮水预冷器提供;⑥冷却水提供。
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10.气体节流为什么一般温度会降低? 答:从节流过程看,它是一个压力降低的过程,而这个过程的压降完全是消耗在克服阻力上并 没有对外输出功。同时气体流过节流阀时,由于时间很短,可以认为是一个绝热的过程。对流体本 身来说,在节流前后流体内部的总能量保持不变。 流体内部能量包括分子运动的动能和分子相互作用的位能以及后部流体推动前部的流动能。在 节流前后流体内部的总能量保持不变,而位能和分子运动的动能发生变化,即节流后增加,东能减 少。而物体的温度高低主要取决于的分子运动的动能。所以节流后气体的温度降低。 11.节流温降的大小与哪些因素有关? 答:a.节流前温度:节流前温度越低,温降效果越好; b.节流前后的压差:节流前后的压差越大,温降效果越好。 12.膨胀机制冷量的大小与哪些因素有关? (1)进出口压力一定时,机前温度越高,单位制冷量越大。 (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,效率越高,单位制冷量越大。 13.透平膨胀机为什么要用带压力的密封气? 答: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轮膨胀产生冷量,但是,由于 工作轮是转动部件。机壳是静止部。低温气体有可能通过机壳间隙外漏。这样使膨胀机总制冷量下 降,并且冷损增加。另外,冷量外漏后有可能使轴承润滑油冻结,造成机械损坏。因此,必须采用 可靠密封。通常都采用迷宫式密封。当气体流进密封间时,压力逐渐降低,泄露量的大小取决于压 差的大小。因此,如果将密封装置外侧加上低压力的密封气,就可以减少压差。从而减少低气体泄 漏量,同时也可防止轴承润滑油渗入密封,进入膨胀透平机。 14.什么叫氧的提取率? 答:氧的提取率

氧气产品? 产品纯度 ? 产品液氧(按气体折算量) 产品液氧(纯) ? ? 100 % 加工空气量 ? 空气中的氧纯度
15.为什么向冷箱内充保护气? 答:冷箱内充填的保冷材料中充满了空气,在低温状态下,保冷材料间的空气压力下降使冷箱 内产生负压。使冷箱吸瘪。如果冷箱密封不严,导致湿空气侵入,保温材料受潮,结块压断、压伤 设备管线,而且装置冷损增大。所以像冷箱内充加保护气,保证冷箱内为微正压。 16.什么叫增压透平膨胀机? 答:增加透平膨胀机是利用膨胀的输出功直接将膨胀机前后的气体增压,使得如膨胀机的膨胀 气体压力升高。从而达到提高膨胀机前后压差,增加单位制冷量,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,节约能耗。 17.什么原因造成膨胀机内出现液体? 答:膨胀机机前温度过低造成膨胀机带液。一般装置膨胀机允许带液 2~3%(此液为雾状,不
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影响工作轮运行) 如大于 5%可能损坏膨胀机, , 因此在操作过程尽量将出口温度控制在适宜范围内。 18.什么叫漏夜现象? 答:在空分精馏塔中,塔板上的液体只允许经溢流漕(也叫溢流斗)流到下层塔板,塔板上的 液体不允许从筛孔中漏下,这就靠气体有一定的流速经塔板小孔,以托持液体使之不从孔中下流。 若气体流速过小,则液体会从小孔中下漏,这种现象就称“漏夜现象”。漏夜现象发生,精馏过程就 受破坏,在运行中必须避免。 19.什么叫液悬现象? 答:液悬即俗称的“液泛”。液悬是同液漏相对的一种现象。在精馏塔中如筛孔堵塞或操作不当、 生产过多的气体的原因,使气体不能顺利地从筛孔中通过,迫使其往溢流漕自下往上通过,形成“气 塞”,是上层塔板流下的液体数量减少或停止下流。这样,液体就在塔板上不断增加,悬浮起来,但 当其重量超过气体压力时,就会沿溢流漕倾泻下来。这是精馏工况就受到破坏,产品纯度和数量都 达不到要求,这种现象就称“液悬(液泛)现象”。 20.为什么下塔液氮取出量越大,液氮纯度越低,而液空纯度会提高呢? 答:当空分设备进入稳定运转时,冷凝蒸发器的热负荷基本是一定的,即冷凝的液氮量是一定 的。此时若从下塔取出液氮,势必要使下塔的回流液减少,塔板上的回流比也就减小,则各块塔板 的温度升高,部分蒸发就充分,部分冷凝就不充分,因而就使下流液体含氧浓度提高,到下塔底部 就使液空纯度提高。而由于回流比减少,精馏效率降低,上升气的浓度就降低。所以经冷凝蒸发器 的液氮纯度也低。 21.膨胀机内在什么样的情况下会出现液体?有什么危害?如何判断? 答:气体在膨胀机内膨胀时,温度急剧降低。在膨胀机内。在膨胀机内,温度最低的部位在工 作轮的出口。如果在工作内的温度低于该部位压力下相对应的液化温度,则将出现部分气体液化。 由于叶轮的旋转速度很高,液滴对叶片的冲击将造成叶片的磨损。更有甚者是气体的密度比液 体要小得多,液滴在离心力的作用下,又被摔至叶轮进口,温度升高,产生急剧汽化,体积骤然膨 胀,造成对导流器和叶轮的强烈冲击,严重时会造成叶片的断裂打碎。产生液滴还会使膨胀机效率 下降。因此,在膨胀机内不容许出现液体。 膨胀机内出现液体时,可观察到机后压力表的指针产生抖动。同时,由于液滴在叶轮进口处强 烈汽化,将造成导流器后的压力表的指针大幅度摆动,甚至超过表的量程范围,将表打坏。出现这 种现象时,应立即采取措施。 22.离心式液氧泵为什么有时会产生汽蚀现象? 答:在全低空分装置中,有时发现离心式液氧泵出口压力突然下降,液氧排不出去液氧泵无法 继续工作。操作师傅常常称此现象为“带气”。这种液氧泵“带气”的现象,我们叫做“汽蚀”。 离心式液氧泵发生汽蚀的原因有两个:一是叶轮劲部直径和叶轮叶片进口边宽度的影响,这是 结构所至;二是操作不当所产生。下面主要谈一下操作对汽蚀的影响。 大家知道,当液体的压力低于相对应的饱和蒸汽压力时,则液体就要汽化。这种情况在低温泵 内容易产生,当叶轮叶片进口处压力降低到等于液体在该处温度下的饱和蒸汽压时,液氧就开始沸
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腾、汽化,于是在液体中产生气泡。夹带着气泡的液体沿叶轮离心力方向流动,当他到达叶轮内压 力升高的区域时(即气泡外面的压力高于相应的汽化压力的区域) ,蒸汽又重新冷凝。由于气泡外面 的压力很大,故在气泡凝结时,周围的液体以很高的速度冲向气泡所占的空间,在该区域叶轮的表 面上产生局部冲击作用(即发生强烈的水锤现象) 。这就是通常所称的液氧泵的汽蚀现象。 当冷凝蒸发器压力降低或液氧进口过滤器堵塞,进口管道阻力增加时,也可能发生汽蚀现象。 23.液氧泵汽蚀有什么危害性? 答:汽蚀对泵的影响随着他的程度不同而有所差异。当汽蚀程度不严重时,其影响是不大的。 如果汽蚀达到一定程度,工作轮叶片进口处产生的气泡很多,这些气泡随着液体进入压力高的地方 (工作轮出口处)又凝缩成液体,周围的液体流向凝缩区。由于气液的重度差几百倍,当液氧凝缩 时,体积突然缩小,周围的液体以很高的速度冲向气泡位置,使与气泡相接触的叶轮表面受到猛烈 的冲击。它不仅使泵的流量、扬程及效率下降,液流的连续性遭到破坏,而且使泵的叶轮、导轮和 泵壳表面引起的凹陷和显微裂纹。气体对遭到冲击的地方还会产生化学腐蚀。 24.怎样进行裸冷?裸冷后要做些什么工作? 答:在裸冷中应依次把精馏塔、主冷凝蒸发器等主要设备冷却到最低温度,各保持 2 小时,然 后整个空分设备冷却,直至达平衡温度,使所有设备管道外表面都结上白霜,并保持 3~4 小时。 在冷态下应详细检查各部位的变状和泄露。泄露点的位置可以结霜的情况加以判断,并应做好 标记,冷冻后首先应将法兰螺钉再次拧紧,以弥补低温下由于热膨胀系数不同而硬气的螺钉松弛现 象,但也应注意不可拧得太紧,以防预应力太大。然后扫霜,注意勿使霜化在保冷材料的充填。加 温至常温后做气密性实验。若有处理项目,处理后需再次裸冷,裸冷的次数与合格标准视具体情况 而定。裸冷合格后吸附器装硅胶,保冷箱装保冷材料。 25.充填保冷材料时要注意什么问题? 答: (1)充填之前,应烘干保冷箱基础上面的水分; (2)充填时,空分设备内的各设备、管路均应充气,充气压力 0.045~0.05MPa,并微开各计器 管阀门通气,同时使各铂电阻通电,随时监视计器管和电缆是否发生故障; (3)注意保冷材料内不得混入可燃物.不得受潮; (4)不宜在雨.雪天装填; (5)装填应密实,不得有空区。装填矿渣棉时应用木锤或圆头木棍分层捣实,在人孔取样检查 其密度; (6)装填保冷材料的施工人员应采取劳保措施,并注意人身安全。 26.主冷凝蒸发器温差的大小受什么因素的影响? 答:主冷凝蒸发器温差的大小受氧氮的纯度和上.下塔压力的影响。 首先,对液氧的蒸发过程:在氧纯度不变的情况下,提高压力,其蒸发温度提高,主冷温差缩 小,在压力不变的情况下,纯度提高,其蒸发温度提高,主冷温差变小。 对氮气的冷凝过程:在氮纯度不变的情况下,提高下塔压力可使其冷凝温度提高,增大了主冷 温差。
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在压力不变的情况下,提高氮纯度,其冷凝温度下降,缩小了主冷温差。 由此可见:上.下塔压力一定时,提高液氧的纯度,可缩小主冷温差。 提高气氮的纯度可缩小主冷温差. 若气氮的压力纯度不变,在液氧纯度一定的情况下,提高上塔压力可使主冷温差变小. 27.如何判断就地液位计的正确度? 答:对就地液位计进行检查时,可打开液位计下排放阀,排掉液位计内的液体,再关闭此小阀, 检查排水前后的液位高度变化和进水速度如液位变化不大,进水速度较快的,并与差压式液位计相 比,误差应不大,则认为是正确,否则就有可能液位计进水管有堵塞现象,需进行处理。 28.影响空压机冷却器的冷却效果是什么?冷却不好对压缩机性能有什么影响? 答:影响空压机冷却器的冷却效果原因有: 1.供水量不足。 2.供水温度过高。 3.水质不好,引起冷却器结垢,影响传热效果。 4.冷凝水未排放。 冷却效果不好,会使空压机出口压力和流量都降低,严重时还会发生喘振。 29.如蒸气加热器蒸气内漏,会造成什么后果? 答:蒸气与污氮在蒸气加热器内进行热交换,以提高污氮气温度。加热器如发生泄露,由于蒸 气压力大于污氮气压力,就会造成蒸气进入污氮通道,污氮气通过分子筛时,使大量水分进入分子 筛,可能造成分子筛失效,造成停车事故,如有轻微泄漏,可能会造成分子筛吸附能力下降,使有 些杂质带入塔内,影响空分装置的正常生产。 30.空分塔主冷液面涨不高,可能有哪些原因造成的? 答:原因:1.主换热器,膨胀换热器出口温差大,热交换不完全损失增大。2.膨胀机温差小,效 率低,膨胀量少。3.设备有泄漏,跑冷损失增大。4.液体产品取出量多。 31.分子筛再生时为什么出分子筛温度先下降,然后才逐渐升高? 答:分子筛再生是利用高温解吸的原理,把所吸附的杂质带出分子筛吸附器,在通入热干燥气 体进行再生时,气体出口温度先是下降,以后温度才逐渐上升,这是因为解吸过程是吸热过程,将 分子筛吸进杂质解吸需要一部分热量,加温干燥气体的热量被吸收,出口温度就降低,随着解吸过 程的进行,剩余的需解吸的杂质越来越少,所需要的热量也逐渐减少,因此出口温度又逐渐升高。 32.空压机中间冷却器冷却效率降低的特征与原因是什么? 答:中间冷却器冷却效率降低,其特征是:排气温度高,能耗增加,空气量减小(1。 其原因是:1.水质不好,冷却器结垢,传热效果下降。 2.冷却器泄漏,气水相通,使冷却效果下降。 3.冷却水量少,冷却水温高。 4.冷却器内空气侧隔板坏,冷却水侧隔板坏,使空气和冷却水走短路,都会使冷却效果 下降。
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33.空压机油温过高和过低对工作有何影响? 答:油温过高使冷却轴承效果不好,使轴承温度升高,油温高使油的粘度下降,会引起局部油 膜破坏,降低轴承的承载能力,甚至润滑油碳化而烧瓦。 油温过低,油的粘度增加,摩擦力增大,轴承耗功率增加,还会引起机器振动。 34.什么叫喘振? 答:当离心式压缩机出口压力升高,流量减少到一定的程度时,机器出现不稳定状态,流量在 较短时间内发生较大波动,而且压缩机压力突然下降,变动幅度很大,很不稳定,产生强烈振动, 发出异常的噪音称为喘振。 35.设置膨胀机增压机回流阀的作用? 答:1.压力调节。 2.防喘振。 3.密封跑合时使用,空气经此阀进膨胀机。 4.开车时用。 36.增压膨胀机内轴承温度太低有什么危害,什么原因造成的? 答:危害:温度太低会使轴承间隙太小,而影响正常运行,严重时还会引起润滑油固化。 造成的原因:1.轴封间隙太大。 2.轴封气压力太低。 3.停车时装置冷气体窜流。 37.汽轮机本体主要有哪几个部分组成? 答:汽轮机本体主要有以下几个部分组成: 转动部分:由主轴、叶轮、轴封和安装在叶轮上的动叶片及联轴器等组成。 固定部分:喷嘴室气缸、隔板、敬叶片汽封等组成。 控制部分:有调节系统、保护系统和油系统等组成。 38.叶轮的作用是什么?叶轮是由那些部分组成的? 答:叶轮的作用是用来装置叶片,并将气流力在叶栅上产生的扭矩传递给主轴。汽轮机叶轮一 般由轮缘、轮面、和轮毂等几部分组成。 39.汽封的作用? 答:为了避免动、静部件之间的碰撞,必须留有适当的间隙,这些间隙的存在势必导致漏气, 为此必须加装密封装置-汽封。根据汽封在汽轮机中所处位置可分为:轴端汽封(简称轴封) 、隔板 汽封和围带汽封(通流部分汽封)三类。 40.轴封的作用是什么? 答:轴封是汽封的一种。 汽轮机轴封的作用是阻止汽缸内的蒸汽向外漏泄,低压缸排气侧轴封 是防止外界空气漏入汽缸。 41.汽轮机油系统的作用是什么? 答: (1)向机组各轴承供油,以便润滑和冷却轴承。
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(2)供给调节系统和保护装置稳定充足的压力油,使他们正常工作。 (3)供应各传动机构润滑用油。 42.空分设备主要有哪些机组组成? 答:空分设备是由空气过滤器、空气压缩机、纯化器、分馏塔、膨胀机、产品输送、加热炉等 主要机组组成。 43.精馏系统中液体过冷器的作用是什么? 答:1.减少液体节流后汽化损失并改善上塔的精馏工况。 2.回收污氮气的一部分冷量。 3.合理分配冷量回收,不至于主换热器过负荷。 44.汽轮机调节系统一般有哪几个机构组成? 答:汽轮机的调节系统根据其动作过程,一般由转速感受机构、传动放大机构、执行机构、反 馈装置等组成。 45.通常汽轮机保护装置有哪些? 答:汽轮机保护装置主要有自动主汽门、超速保护装置、轴向位移保护装置、低油压保护装置、 低真空保护装置。 46.汽轮机为什么装设超速保护装置? 答:汽轮机是高速转动设备,转动部件的离心力与转速的平方成正比,即转速增高时,离心力 应迅速增加。当汽轮机转速超过额定转速 20%时,离心应力接近于额定转速下应力的 1.5 倍,此时 不仅转动部件中按紧力配合得布套会发生松动, 而且离心应力将超过材料所允许的强度使部件损坏。 为此汽轮机均设置超速保护装置,它能在超过额定转速 8%~12%时动作,迅速切断进汽,使汽轮机 停止运转。 47.凝汽器的工作原理是怎样的? 答:凝汽器中真空的形成主要原因是由于汽轮机的排汽被冷却成凝结水,其比容急剧缩小。如 蒸汽在绝对压力下 4kpa 时蒸汽的体积比水的体积大 3 万倍多。 当排汽凝结成水后, 体积就大为缩水, 使凝汽器内形成高度真空。 48.齿轮泵的工作原理是什么? 答:由两个齿轮相互齿合在一起组成的泵称为齿轮泵。 工作原理是:齿轮转动时,齿轮间相互齿合,齿合后封闭空气逐渐增大,产生真空区,将外界 的液体吸入齿轮泵的入口处,同时齿轮齿合时,使充满与齿轮坑中的液体被挤压,排向压力管。 49.暖机的目的是什么? 答:暖机的目的是使气轮机各部金属温度得到充分的预热,减少汽缸法兰内外壁,法兰与螺栓 之间的温差,转子表面和中心的温差,从而减少金属内部应力,使汽缸,法兰及转子均匀膨胀,高 压差胀值在安全范围内变化,保证气轮机内部的动静间隙不致消失而发生摩擦,同时使带负荷的速 度相应加快,缩短带至满负荷所需要的时间,达到节约能源的目的。

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第十章 空分装置安全规程
空分装置的使用,必须遵守安全规程,操作人员及其有关人员,都必须事先学习安全规程,并 进行必要的培训。除遵守本章提及的内容外,还必须遵守国家、企业等有关安全规定。

第一节 安全注意事项
空分装置的工作区及所有储存、输送及再处理各类产品的场所,都必须注意以下安全注意事项: 1 防止火灾和爆炸 1.1 禁止吸烟和明火 凡是需要明火及会产生火星、火苗的工作,如:电、气焊、砂轮磨削等,通常禁止在空分生产 区进行,若确需进行,则必须采取措施,确保工作区空气中氧浓度不增高,并要在专职安全人员的 监督下才能进行。 1.2 不得穿着带有铁钉或任何钢质件的鞋子进入空分生产区, 以免由于摩擦产生火花而导致火灾的发 生。 1.3 在充满氧气的环境中从事工作的人员,都应穿棉织品的内衣和外衣,不可采用易产生静电火花的 质料制工作服,在充满氧气的环境中不要快速脱合成纤维衣物

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