空分流程及设备结构原理

检修车间学习材料

（一）

2008年4月

目录

第一章空分工艺流程简介

一、基本原理

二、工艺流程简介

第二章单元设备简介

一、汽轮机部分

1. 凝汽器

2．抽气器

3．排汽安全阀

4．汽轮机主体

4.1 汽缸

4.2 蒸气室4.3 导叶持环

4.4 转子

4.5 前支座

4.6推力轴承

4.7 径向轴承

4.8 调节气阀

二、离心氮气压缩机1．性能数据

2．压缩机型号的意义

3. 定子及其组成

4. 转子及其组成

5. 支撑轴承

6. 止推轴承

7. 联轴器

8. 润滑油系统

三、换热器

1. 固定管板式换热器

2. U型管换热器

3. 填料函式换热器

4. 浮头式换热器

附录图

第一章空分工艺流程概述

一、基本原理

干燥空气的主要成份如下:

空气中其它组成成份，如氢、二氧化碳、碳氢化合物的含量在一定范围内变化，而水蒸汽含量则随着温度和湿度而变化。

空气中的主要成份的物理特性如下:

空气的精馏就是利用空气的各种组份具有不同的挥发性,即在同一温度下各组份的蒸汽压不同，将液态空气进行多次的部份蒸发与部份冷凝，从而达到分离各组份的目的。当处于冷凝温度的氧、氮混合气穿过比它温度低的氧、氮混合液体时，气相与液相之间就发生热、质交换，气体中的部份冷凝成液体并放出冷凝潜热，液体则因吸收热量而部份蒸发。因沸点的差异，氧、氩的蒸发顺序为：氮>氩>氧，冷凝顺序为：氧>氩>氮。在本系统中，该过程是在塔板上进行的，当气体自下而上地在逐块塔板上通过时，低沸点组份的浓度不断增加，只要塔板足够多，在塔的顶部即可获得高纯度的低沸点组份。同理，当液体自上而下地在逐块塔板上通过时，高沸点组份的浓度不断增加，通过了一定数量的塔板后，在塔的底部就可获得高纯度的高沸点组份。

由于氧、氩、氮沸点的差别，在上塔的中部一定存在着氩的富集区，制取粗氩所需的氩馏份就是从氩富集区抽取的。

二、工艺流程简介(本厂空分工艺流程详见附图)

本空分装置采用分子筛吸附净化、空气增压、空气增压透平膨胀机制冷、膨胀空气进上塔、上塔采用规整填料塔、带粗氩塔、产品氧采用液氧泵内压缩的工艺流程。整套装置包括：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、液氮贮存汽化系统、氮气压缩系统等。

单套技术参数如下：

氧气产量： 28000Nm3/h

氧气纯度： 99.8%O2

氧气压力： 3.7MPa(G)

中压氮气产量： 20000 Nm3/h

中压氮气纯度： 99.999%N2

中压氮气压力： 2.0MPa(G)

低压氮气产量： 5000 Nm3/h

低压氮气纯度： 99.999%N2

低压氮气压力： 0.4MPa(G)

空分装置连续运转周期 (两次大加温间隔期) ：>二年

装置加温解冻时间： 24 小时

装置启动时间： 36 小时(从膨胀机启动到氧产品达到纯度指标)

1、空气过滤器及空气压缩系统

该系统由一台自洁式空气过滤器及一台透平空气压缩机组成。

含尘空气入空气过滤器，过滤掉其中机械颗粒、粉尘等。经过滤的空气再入空气压缩系统，被空气压缩系统压缩后进入空气预冷系统。

2、空气预冷系统

本系统主要由空冷塔、水冷塔及水泵组成。

空气冷却塔为装有两层塔料的填料塔，空气由空气压缩机送入空气冷却塔底部，由下往上穿过填料层，被从上往下的水冷却，并同时洗涤部分NOx，SO

2

，C1+等有害杂质，最后穿越顶部的丝网分离器，进入分子筛纯化系统，出空冷塔空气的温度约为15℃。

进入空冷塔的水分为两段。下段为由用户凉水塔来的冷却水，经循环水泵加压入空冷塔中部自上而下出空冷塔回凉水塔。

上段冷冻水来自经水冷却塔与由分馏塔来的多余的污氮气热质交换冷却得到，由冷冻水泵加压后，送入空气冷却塔顶部，与中部的冷却水一起回凉水塔。

3、空气纯化系统

该系统主要由两台吸附器、一台蒸汽加热器组成。

分子筛吸附器为卧式双层床结构，下层为活性氧化铝，上层为分子筛，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、CO

2

及其它一些C n H m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

器加热至170℃后，入吸附器加热再生，脱附掉其中的水份及CO

2

，再生结束由分馏塔来的污氮气吹冷，然后排入大气。

4.空气精馏

出空气纯化系统的洁净工艺空气分为三部分：第一部分直接进入冷箱内的主换热器，被返流出来的气体冷却，接近露点的空气进入下塔的底部，参与下塔精馏；第二部分进入增压透平膨胀机增压端增压，经增压机后冷却器冷却后进入主换热器，被返流气体冷却到一定温度后，进入膨胀机膨胀制冷后进入上塔，参与上塔精馏；第三部分进入增压压缩机增压到一定压力后进入冷箱内的主换热器,被液氧冷却、液化及节流后进下塔中部参与下塔精馏。

在下塔中，上升气体与下流液体充分接触，传热传质后，在下塔顶部得到纯氮气。下塔顶部的纯氮气分为两部分：第一部分进入冷箱内的主换热器经复热后作为中压氮产品送出；第二部分在主冷凝蒸发器中被冷凝为液氮。冷凝液氮一部分作为下塔的回流液，其余液氮经过冷及节流后送入上塔。

在气氮冷凝的同时，主冷凝蒸发器中的液氧得到气化。

在下塔中产生的液空及污液氮也分别经过冷器过冷及节流后进入上塔参与上塔精馏。

在上塔内，经过再次精馏，得到产品液氧、纯氮气和污氮。液氧从主冷抽出，小部份作为产品送入贮槽，大部分进入液氧泵加压后进入主换热器汽化复热后送用户管网。纯氮气经复热后抽取20000Nm3/h去氮透加压后作为氮产品送出。

为提供氧的提取率，本空分装置设置粗氩塔。从分馏塔上塔下部的适当位置引出一股氩馏份气送入粗氩塔进行精馏，在粗氩塔的顶部得到含氧量小于3%的粗氩气。粗氩塔的顶部装有冷凝蒸发器，以过冷器后引出的液空经节流后送入其中作为冷源，绝大部分的粗氩气经冷凝蒸发器冷凝后作为粗氩塔的回流液。其余部分由粗氩塔顶部引出经低压主换热器复热到常温后出冷箱入水冷塔。

*气化炉的开工空气约3500Nm3/h自空气冷却塔后抽取。

*装置空气2000Nm3/h自分子筛吸附器后抽取。