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大型空气分离设备的总体设计要求
2019-03-25      1909

空气分离设备是将空气液化、精馏、过滤最终分离成为氧、氮等其他有用气体的分离设备,是由多种机械和设备组成的成套设备,整套设备包括:空气过滤系统、空气压缩系统、空气预冷系统、分子筛纯化系统、分馏塔系统、全精馏无氢制氩系统、仪控系统、电控系统等,常按空气压力来分类。常用的有高压、中压和低压3种,以下详细阐述各空分系统设计及要求。

一、流量计需要有温压补偿,因为其受大气压变化影响较大。

      二、流量计:介质水一般采用电磁流量计,允许压损5kpa,水平放置;介质气体一般采用孔板或者威力巴,允许压损:3kpa; 孔板的压损大些。
      三、对于空冷塔和水冷塔,鲍尔环的阻力一般每米500∽800Pa,一般取600Pa,空冷塔高度12米(1+3+8)填料高度,一般7.2kpa左右,水冷塔7米填料,一般4.2kpa左右。吸附器一般1.5米高度,每米阻力5kpa,阻力7.5kpa。运行每米规整填料阻力20-25mmmH2O,每盘5mmH20,上塔一般90到100盘,阻力4到5kpa;每块筛板塔阻力25-26mmH2O,下塔60块塔板,阻力15kpa左右。粗氩塔225盘,阻力取12kpa;精氩塔60盘填料12m高,阻力2.5到3kpa.精氩废气出10kpa.
      四、仪表空气量:开停车期间仪表气:500Nm3/h;压力:0.5MPa(G);露点:-30℃;含尘量:<1μm <1mg/m3;含油量:<10mg/m3;含有机物:<1μm;含碳杂质:<1mg/m3 ;注:开停车期间仪表气由用户提供。 
      五、自增压流程的空气进入板式为含湿空气,要求液氧蒸发器的高度低于板式,下塔液空的进口低于液空出液氧蒸发器的出口,否则会使液体积聚。同时液体进口要有气封,否则会堵住节流阀。 
      六、铝管道在低温下每米收缩千分之3.8,不锈钢在低温下的收缩为千分之二。
      七、电机的防护等级,IP—X   Y,其中X—防尘,Y—防水。防尘有0~6级,0—无防护,1—防50mm直径的物体,2—防12mm直径的物体,3—防2.5mm直径的物体,4—防1mm的物体,5—防尘,少量的尘土不妨碍电器元件的正常工作,6—绝对防尘。防水有0~8级,0—无防护,1—防滴水,2—防15℃滴水,3—防淋水,4—防溅水,5—防喷水,6—防海浪,7—防浸水,8—防潜水。 
      八、外压缩流程
      A、不带氩的装置,随着膨胀空气进上塔量的增大,氧纯度减小。
      B、对于带氩装置,随着进塔(部分旁通)膨胀空气量的增大,氧多氩少(氩气抽出氧纯度变高),随着膨胀空气量的减小,氩多氧少;推荐膨胀空气占总空气量的7∽10%,小于7%时,氧纯度变差,大于10%,氩气量急剧减少。
      C、主换热器的膨胀空气双抽口,产液体量大时,膨胀空气中抽温度低,产液体量小时,中抽温度高,为主要是为了满足中抽段以上换热。
      D、液体量小时,膨胀中抽温度高些好,这样可以减少膨胀空气,膨胀空气量大对精馏制氧不利。一般165K,膨胀后过热15∽20K.
      E、液体量占氧气量的8%以下,国产不能满足时选择进口,8∽11%,采用从膨胀机增压端后分两股;11∽15%采用增加小型增压机,排压14barG,分两股。
      F、外压缩由于液氧在主冷全蒸发,碳氢化合物浓缩度高,需要1%的液氧排放,对于自增压流程,液氧蒸发器底部1%的液氧排放,设置液氧喷射蒸发器。
      G、外压缩流程由于采用低压膨胀机制冷,制冷能力较弱,一般建议换热器热端温差3K,2.5K,不应太大。
      九、内压缩流程
      A、不带氩或者带氩装置,随着下塔抽氮量的增大,氧气纯度减小;带氩(或者增效塔)有利于提高氧气纯度,同时下塔抽一股污液氮,对提氩及氧有利,节省能耗。
      B、内压受到低温膨胀机的机后带液量的限制,一般中抽温度固定,采用流量的增减来增减制冷量,看冷量是否平衡。
      C、内压缩流程的热端温差推荐4∽7K,压力低时,热端温差小些,压力高时,热端温差大些,对换热有利。
      D、四万以上大型空分装置,膨胀量大时,推荐采用高温膨胀机,膨胀空气进主换热器冷却后进下塔,这样可以降低换热器热段不可逆损失,节省能耗。
      E、膨胀机机后带液体量越大,能耗越低,0∽10%节省能耗2%左右,一般推荐3∽7%,国外运行装置在8∽12%。
      F、对于增压空气在超临界压力以下时,存在一个较佳的增压复热压力点,在超临界压力以上时,存在一个增压复热压力区,末级排压要同机组投资相关,防止引起机器跨档导致投资增加。
      G、如果有条件时,对于多种压力等级的多产品内压缩,大型装置需要分等级换热,分开匹配换热,这样利于减小能耗。对于积分温差,产品氧压力10bar以下推荐5K,10∽30bar推荐5.5K, 30∽50bar推荐6K, 50bar以上推荐6.5K,最小温差要求1.5K以上,这样能耗较节省。
      十、高纯氮挂氧塔流程要求氮气作为纯氧塔蒸发器的热源(氮气被冷凝,回流液的位置要高于回流口,富氧液空被蒸发,液氧纯度逐渐升高),注意液氮回流进主塔的位置要高于回流口。