小型空分设备液氮节流阀的作用原理

小型空分设备液氮节流阀的作用原理

液氮节流阀(节-4阀)在不同场合下的使用：空分塔启动初期应全开(约转1 2～15转)。当冷凝蒸发器液氧液面接近或达到430mm时，与节-2阀同时缓慢地关小。关阀的速度在初期以液氧液面和中压压力的情况而定；当节-4阀关至2转左右，在液空液面正常的情况下，应分析液空、液氮的纯度，视纯度的情况而定。最后将节-4阀的开度控制在液空、液氮纯度最佳的位置上。在正常生产的工况下，液氮节流阀不需要经常变动。当碰到液氮纯度自动升高，液空纯度自动下降，液空液面自动上涨时，可能是阀头被干冰所堵，应急剧转动阀门刮霜后复位。当间断制氧或临时停车时，应用节-4阀保持中压，以缩短重新启动时间。再次复车启动时，视液空、液氧液面的高低来决定。当设备准备停车加温时，停车前应开大节-4阀，将液体送往上塔。空分塔全面加温时，节-4阀应全开。

节-4阀的作用是将下塔液氮槽内的液氮经液氮过冷器送往上塔顶部的节流阀。正常生产期间，在开度合适的前提下起到控制液空、液氮纯度的作用，同时还会影响液空的液面和上塔液气比的改变，从而影响上塔的氮气纯度和氧气产量。在节-4阀关小后，液氮纯度提高，液空纯度下降，节-2阀开度不变时液空液面会升高。开大节-4阀则相反。

为什么节-4阀能控制液氮和液空纯度呢?因为进入下塔的空气是呈饱和的气、液混合状态，大多数是蒸气。蒸气沿下塔塔板的小孔上升，蒸气中的氧分子受到塔板上液体的冷凝，成为液氧进入液相；塔板上液体中的氮分子受到氧分子冷凝时放出的冷凝热而进入气相。每经一块塔板的传热、传质，使液体中氧分子含量增加，而上升蒸气中氮分子含量增加。蒸气经下塔的反复的冷凝蒸发，这样到下塔顶部，蒸气中的氮分子含量达到设计要求，然后在冷凝蒸发器内，被液氧冷凝成液氮，绝大部分液体积聚在液氮槽内。如果节-4阀开度过大，送入上塔的液体就多，回流入下塔的液氮量就减少。下塔塔板上回流液过少，就意味着下塔冷量不可能把蒸气

中的氧分子充分地冷凝下来，上升到下塔顶部的蒸气中含氧量增加，使液氮纯度下降。又由于下塔的回流液过少，下塔塔板上的氮分子充分的蒸发，下流液体中氧分子含量增加，因此液空纯度提高。另外，下塔送入上塔顶部的液氮中氧分子较多，液氮本身含氧量较高，使上塔氮气中氧含量增加。因此，液氮纯度过低会引起出塔氮气降低，氧气产量减少。

关小节-4阀，去上塔的液氮量减少了，液氮槽内溢出、回流入下塔的液氮量增多，整个下塔的冷量增加，上升蒸气中的氧分子得到充分的冷凝，下塔顶部蒸气中氧分子含量减少，液氮纯度提高。但由于回流液的增多，塔板上液体中的氮分子得不到充分的蒸发，下塔底部的液空纯度下降，液空量增加。如果把节-4阀关得过小，液氮纯度过高，必然会带来液空纯度过低，液空量过多，进入上塔的液氮量过少。而从上塔精馏工况要求来说，提馏段回流比小一些好，以利氧气纯度的提高；精馏段回流比大一些好，有利于氮纯度的提高，若精馏段回流比过小，液氮的纯度虽很高，但由于量过少，气氮纯度反会下降，氧气量减少。

从上述分析来看，节-4阀的开度过大、过小都不利。因此节-4阀的调整要缓慢，有时仅仅只有1°～2°。据经验，高纯度设备(指气氮纯度在99.5%以上)，用节-4阀控制液氮纯度可与气氮纯度相一致；单高氧气设备(气氮纯度在94%～9 6%)，用节-4阀控制，液氮纯度(含氮)可比气氮纯度低1%～2%。