空分设备结构及工作原理1

空分装置系统划分

所谓空分，就是将空气深度冷却至液态，由于液空其组分沸点各不相同，逐步分离出氧、氮、氩等等。空分装置大体可分以下几个系统：

1、空气过滤系统

过滤空气中的机械杂质，主要设备有自洁式空气过滤器。

2、空气压缩系统

将空气进行预压缩，主要设备有汽轮机、增压机、空压机等。

3、空气预冷及纯化系统

将压缩空气进行初步冷却，并去除压缩空气中的水分和二氧化碳等杂质，主要设备有空冷塔、水冷塔、分子筛纯化器、冷却水泵、冷冻水泵等。

4、分馏塔系统

将净化的压缩空气深度冷却，再逐级分馏出氧气、氮气、氩气等，主要设备有透平膨胀机、冷箱(内含主塔、主冷、主还、过冷器、粗氩塔、液氧泵、液体泵等)

5、贮存汽化系统

将分馏出的液氧、液氮、液氩进行贮存、汽化、灌充，主要设备有低温液体贮槽、汽化器、充瓶泵、灌充台等。

空气冷却塔结构工作原理

空冷塔（Φ4300×26895×16），主要外部有塔体材质碳钢，内部有2层填料聚丙烯鲍尔环，并对应2层布水器。

其作用是对从空压机出来的空气进行预冷。空气由塔底进入，塔顶出去，冷冻水从塔顶进入，塔顶出去，在这样一个工程中，冷冻水和空气在塔内，经布水器填料的作用充分的接触进行换热，把空气的温度降低。

水冷却塔的结构及工作原理

水冷却塔（规格Φ4200×16600×12），主要外部有塔体材质碳钢，内部有一层聚丙烯鲍尔环填料，对应一根布水管；一层不锈钢规整填料。

其作用式把从冷却水进行降温，生成冷冻水供给空冷塔。基本原理和空冷塔一样，从冷箱出来的温度较低的污氮气，进入水冷塔下部，在水冷塔内部经填料与从上部来的冷却水充分接触换热后排出，在此过程中冷却水生成冷冻水。

分子筛结构以及原理，其再生过程原理

吸附空气中的水份、CO2、乙炔等碳氢化合物，使进入空气纯净结构：卧式圆筒体、内设支承栅架、以承托分子筛吸附剂使用：空气经过分子筛床层时，将水份、CO2、乙炔等碳氢化合物吸附，净化后的空气CO2含量<1ppm；在再生周期中，先被高温干燥气体反向再生后，再被常温干燥气体冷却到常温，两分子筛成队交替使用。

预冷系统中的冷却水泵和冷冻水泵

预冷系统中的冷却水泵、冷冻水泵为多级离心水泵。分别为空冷塔、水冷塔供水。其基本结构和工作原理如下：

1、离心泵的基本结构

离心泵的基本部件是高速旋转的叶轮和固定的蜗牛形泵壳。具有若干个（通常为4～12

个）后弯叶片的叶轮紧固于泵轴上，并随泵轴由电机驱动作高速旋转。叶轮是直接对泵内液体做功的部件，为离心泵的供能装置。泵壳中央的吸入口与吸入管路相连接，吸入管路的底部装有单向底阀。泵壳侧旁的排出口与装有调节阀门的排出管路相连接。

2、离心泵的工作原理

当离心泵启动后，泵轴带动叶轮一起作高速旋转运动，迫使预先充灌在叶片间液体旋转，在惯性离心力的作用下，液体自叶轮中心向外周作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程获得了能量，静压能增高，流速增大。当液体离开叶轮进入泵壳后，由于壳内流道逐渐扩大而减速，部分动能转化为静压能，最后沿切向流入排出管路。所以蜗形泵壳不仅是汇集由叶轮流出液体的部件，而且又是一个转能装置。当液体自叶轮中心甩向外周的同时，叶轮中心形成低压区，在贮槽液面与叶轮中心总势能差的作用下，致使液体被吸进叶轮中心。依靠叶轮的不断运转，液体便连续地被吸入和排出。液体在离心泵中获得的机械能量最终表现为静压能的提高。

精馏塔（上塔、下塔）结构，工作原理，各自气液相回流如何实现产物走向利用混合气体中各组分的沸点不同，将其分离成所要求纯度的组分结构：塔体为圆筒型，下塔内装多层筛板筛板上设置溢流斗，有一个溢流挡板，并密布小孔，上塔内装规整填料及液体分布器使用：下塔精馏过程中，液体自上往下逐一流过每块筛板，由于溢流堰的作用，使踏板上造成一定的液面高度，当气体由下而上穿过筛板小孔时与液体接触，产生了鼓泡，这样就增加了气液接触面积，使热质交换过程高效的进行，低沸点组份逐渐蒸发，高沸点组份逐渐液化，至塔顶就获得低沸点的纯氮，在塔底就获得高沸点的富氧液空组份；上塔精馏过程中，气体穿过分布器沿填料盘上升。液体自上往下通过部水器均匀地分布在填料盘上，在填料表面上气、液充分接触进行高效的热质交换，上升气体中低沸点氧含量不断提高，高沸点组份氧被大量的洗涤下来，形成回流液最终在塔顶得到低沸点的纯氮、塔底得到了高沸点的液氧。

膨胀机结构及工作原理

1、概述

透平膨胀机组是为气体分离装置配套的机组之一，利用空气膨胀产生冷量，满足气体分离装置对冷凉的需要及补偿装置中的冷量损失。机组由透平膨胀，油站，底座、冷箱、部分油、水、气管路等组成。透平膨胀机所产生的膨胀功由主轴另一端的增压叶轮所吸收利用，是增压机气体的出口压力增高。进入透平膨胀机得工质气体应不含有机械杂质的干净气体。

2、机组简介

a、透平膨胀机组由以下主要部分组成：

A)带保冷箱及底架的透平膨胀机主机一台。

B)油站一台。

1）透平膨胀机

透平膨胀机为卧置、单级、向心、径-轴流反作用式。其中一端为膨胀机，一端为增压机。工质气体由膨胀机进口管进入膨胀机蜗壳，经可调喷嘴叶片通道进入膨胀机叶轮做功后，再经扩压从出口管排出。

机身为铸铁件，它支撑转子连接2端蜗壳。膨胀机蜗壳为铸不锈钢，直接固定在底架上。蜗壳内装有膨胀叶轮，可调喷嘴等。

转子支撑在机身上，其一端为膨胀叶轮，另一端为增压叶轮。膨胀机叶轮和增压叶轮均

为三元闭式叶轮。

轴承为止推径向轴承。只有安装正确并提供清洁而充足的润滑油，才能保证转子的良好运转，轴承排油经回流管流回油箱，轴承温度由铂热电阻温度计测量。

为防止膨胀机叶轮膨胀前得气体和增压机叶轮增压后气体的泄露，在膨胀叶轮和增压叶轮的伦盖上设置了迷宫密封。

在靠近两叶轮的轴上也各设置了迷宫密封，使得工质气体外漏量控制在最小范围内，膨胀机得密封内充有常温密封气以防止膨胀机内低温气体外泄露。其压力由减压阀来控制。膨胀机启动前，密封气由仪表气供给，启动后由自身供给。

2）增压机

工质气体轴向进入增压叶轮，在其内加速增压，进入扩压器减速后进一步增压，在蜗壳内汇集排出，经冷却降温，换热器换热后，再进入膨胀机。

增压叶轮和膨胀叶轮装在同一根轴上组成转子，二者转速相同，而膨胀叶轮发出的机械工驱动转子转动，将机械功传给增压叶轮。

3）润滑系统

透平膨胀机轴承润滑系统强制供润滑油润滑。润滑油有油站、输油管等组成，油站有油箱，2台油泵，一台油冷却器，一台油过滤器，一台囊式蓄能器、油分离器、阀门、管道等组装在一起，形成一个完整的供油装置。

润滑油箱油箱由油泵吸入，经冷却器和切换式滤油器后送至各润滑点，再经回油管返回油箱。在油泵启动之前，囊式蓄能器内应冲入0.15MPa的氮气，在油泵启动时自动充油，用于保证油压降低联锁停车时必须的润滑。

由于透平膨胀机是强制润滑的，转速很高，因此油泵不工作时，透平膨胀机绝对不允许使用。当电源及油站发生故障时，透平膨胀机必须立即停车。此时将有囊式储能器供油1分钟左右，保证透平膨胀机惰性转时润滑用油。

4)膨胀机调节和安全保护

膨胀机流量调节是通过气动薄膜执行机构带动喷嘴调节机构的喷嘴叶片转动，从而改变流道面积是流量改变，执行机构阀杆行程反映了喷嘴流道面积的变化，执行机构向上截面越大，流量变大。反之截面积变小，流量变小。

增压机的回流阀可对增压机出口压力，转速及膨胀气量进行调节。

透平膨胀机进口处有一遥控薄膜调节阀，当发生事故时，可作为紧急切断阀，由总控制室进行操作。通过操纵三通电磁阀使遥控薄膜调节阀在3秒内关闭，切断膨胀机气源，使其停止转动。次阀和膨胀机出口阀均应密闭不漏气。

在下列情况时，三通电磁阀电源切断，气动薄膜下侧的空气通过快速泄气阀至大气，于是在弹簧的作用下，使阀门快速关闭。

A)油泵断电源。

B)润滑油压力小于等于0.14MPa,

C)轴承温度超过85摄氏度

D)转速超过26000转/分。