空分设备知识介绍

空分设备是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备，广泛应用于传统的冶金、新型煤化工、大型氮肥、专业气体供应等领域。

有汽轮机、空压机、增压机，仪表压缩机、自洁式空气过滤器等。

（1）自洁式过滤器一般随着气量的增大，滤筒数增多，层数也越高，一般2.5万等级以上双层，6万等级以上三层布置。一般单台压缩机需要单独布置过滤器，同时布置在上风口。

（2）汽轮机是高压蒸汽进行膨胀做功，带动同轴叶轮转动，从而实现进行对工质做功的型式。汽轮机一般常用的有三种形式：全凝、全背压和抽凝，较为常用的是抽凝。

（5）增压机一般大型空分装置采用单轴等温型离心压缩机和齿轮式离心压缩机两种，其中齿轮式在能耗上占较大优势，尤其压比较大的工况。

预冷系统空冷塔有两种形式：闭式循环（空冷塔分为上下两段，冷冻水在空冷塔上段和水冷塔之间循环）和开式循环（进循环水系统），闭式循环主要应用于水质不好的化工厂，需要补充新鲜水及药剂。开式循环应用较广，但是循环水系统同样也需要定期补充新鲜水，预冷系统还需要考虑夏天工况。空冷塔一般设计为底部为1米φ76不锈钢鲍尔环（耐高温），3米φ76增强型聚丙烯鲍尔环（大通量），4米φ50增强型聚丙烯鲍尔环。

水冷塔也有两种：两段式（无外加冷源时，干燥污氮气的冷量回收充分，使之预冷系统有保障，但是阻力大一倍，（7米+7米φ50聚丙烯鲍尔环）和一段式（有外加冷源时，8米φ50聚丙烯鲍尔环）。

立式轴向流主要用于1万等级（直径已经到4.6m）以下空分设备的配套，床层厚度1550∽2300mm，双层单层均可布置，立式轴向流吸附器的气流分布最好。

卧式双层床主要用于大中型空分设备的配套，床层厚度1150mm（分子筛）+350mm（铝胶）。

立式径向流吸附器可以有效利用容器内部空间，使得同直径吸附层面积扩大1.5倍左右，这样可以有效降低塔器高度，同时立置方式占地面积较小。由于气流分布均匀，不像卧式吸附器气流不均，使得分子筛用量减少20%，再生能耗也节省20%。

但是立式径向流缺点是气流中心集中（扇形区），使得其比卧式穿透时间要快（要求CO2＜0.5ppm）。床层厚度1000mm+200mm，立式径向流可以满足2万等级以上的空分设备的配置。

再生加热有电加热器和蒸汽加热器两种方式。

蒸汽加热器有卧式（4万等级以下），立式（4万等级以上），立式高效蒸汽加热器（蒸汽利用率高，节能20%）布置方式有：一台蒸汽加热器（有H2O泄漏测点）；电加热器（两用一备或者一用一备）并联（高温低流量联锁停设置，防止烧坏，加热管材质为1Cr18Ni9Ti）；电加热器（满足活化再生，250∽300℃）与蒸汽加热器并联；电加热器与蒸汽加热器串联（蒸汽温度低时，不过造成再生阻力较大）。

对纯化系统还需要设置节流再生管路以满足开车需要。另外再生气侧设置安全阀，蒸汽加热器侧设置安全阀，防止设备或者阀门压力高侧泄漏或者超压，以及节流超压。再生流路配置手动蝶阀来调配阻力，以使得主塔运行稳定（或者不设置，采用总管设置调节阀时序调节）。

高压氧气产品，放空采用两级节流，先是高压产品气节流至10barG，经过偏心异径管，中间设置蒙乃尔降噪板，再通过偏心异径管扩大管路直径，氧气介质流速控制在10m/s以下，再通入消声塔节流放空。

高压氮产品，氮气产品先节流至10bar，通过不锈钢降噪板，再通入消声塔节流放空，消声元件碳钢；氧气阀门要求不得人去操作（调节阀禁带手轮，手动阀放置防爆墙内）。

膨胀机一般有三种，即低压膨胀机，中压膨胀机和液体膨胀机。

对于一定类型的气体膨胀机来说，工质体积流量越大，效率越高。一般流量8000Nm³以上的低压膨胀机效率为85∽88%，流量小于3000∽8000Nm³效率会低至70∽80%。中压膨胀机一般采用一用一备。

膨胀机启动前需要先吹扫（除去管系杂质，膨胀机蜗壳内杂质），再通密封气（正常时由增压端提供），然后进行油系统外循环，内循环，做完联锁测试然后方能启动，冷试合格后冷紧；冷启动需要启动油箱加热器，正常运行后不需要，此时轴承的冷热已经平衡。

上塔、粗氩塔及精氩塔采用填料塔，厂家一般为苏尔寿或天大北洋，对粗氩塔冷源配置一般是富氧液空，同时可将废气放散入污氮气管路，氩系统停运时能耗低；精氩塔热源为富氧液空，或下塔氮气，冷源可以是贫液空或者液氮，进料有液相和气相两种。需要注意的是粗氩塔冷凝器板式的密封性要求较高，否则会导致氩产品不合格。

主冷有单层，立式双层、卧式横列双层，立式三层和降膜主冷（液氧与气氧向下，与氮气同流向）。

精馏塔系统的布置有6种方式：

（1）上下塔垂直布置，为常规布置方式，高度较低，无下塔液体难以进入上塔或者粗氩塔冷凝器的状况（管路全液相上行背压能够满足，此时管径不能小）；

（2）上下塔垂直布置，为常规布置方式，高度适中，下塔液体难以进入上塔或者粗氩塔冷凝器采用设置汽提管路带液体去上塔（要求管路出口满足ρυ²＞3000，ρ为密度，υ为流速，进气位置在管路汽化率为1%高度处，此时需要适当缩小管径，同时液体过冷度不能大）；

（3）上塔自氩馏分段落地布置，采用两台循环氧泵连接，降低上塔高度可以解决下塔液体无法进入上塔或者粗氩塔冷凝器的状况；

（4）上塔自氩馏分段落地布置，采用循环泵连接，粗氩塔最上段座在上塔上部，这样可以使冷箱空间缩小；

（5）上塔自主冷落地布置，采用循环泵连接，主冷在下塔顶部，优点是主冷可以做的很大；

立式泵采用轴承悬挂式布置（进液管高于排液管），承受向下拉力较大，转子重心与轴重合，转速可以很高；一般30bar以上，需要设置：泵前回气（注意卧式泵无），加温气（设置在泵过滤器前，高处进气）， 密封气，排液排气阀（低处排液，高处排气，预冷时看是否冷透）和回流管路（回液进气相）。

立式泵一般均是多级，回气管路要求不得向下（平出，或者倾斜向上），否则会造成气体不能排出，易导致泵汽蚀。另外低温泵电机需要设置吹风管路，防止夏天过热，冬天结霜。

氮透，一般压缩空气的均可满足，氮气透平压缩机压力较高采用齿轮式较为节能。

氧透根据排压有单缸（压力低）和双缸（高压缸和低压缸）（8级压缩至30bar），一般30barG以下，需要设置5barG的密封气（压力氮气可满足），同时由于氧气介质有高压高温火患原因，所有过流部分均采用铜合金，需要设置保安氮气。

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