空分设备几个问题归纳

空分设备
世界空分的百年发展史
空分顾名思义就是说用来把空气中的各组份气体分离，广泛应用在生产氧气、氮气的一套工业设备，其发展历史悠久。

100年前，卡尔·林德发明并制造了一台10m3h单级精馏的低温空气分离设备。

克劳特用膨胀机液化空气成功。

1924年弗廉克尔提出用具有金属带填料的蓄冷器代替换热器。

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1932年拉赫曼提出将部分空气进入上塔，挖掘上塔精馏潜力。

1939年卡皮查将透平膨胀机用于低压空分设备。

40年代末美国成功地制成可逆式换热器，
70年代初已成熟地应用于空分设备。

50年代在空分设备中成功地应用了铝带式蓄冷器，
60年代又成功地应用石头蓄冷器。

80年代常温分子筛大型化获得成功，增压透平膨胀机也应用于空分设备。

90年代规整填料应用于空分设备。

空分设备就是以空气为原料,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。

目前我国生产的空分设备的形式、种类繁多。

有生产气态氧、氮的装置,也有生产液态氧、氮的装置。

但就基本流程而言,主要有四种,即高压、中压、高低压和全低压流程。

我国空分设备的生产规模已经从早期只能生产20m3/h(氧)的制氧机,发展到现在具有生产20000 m3/h、30000 m3/h和50000 m3/h(氧)的特大型空分设备的能力。

1.2空分设备的基本系统: 空分设备从工艺流程来说可以分为5个基本系统: 1.2.1 杂质的净化系统:主要是通过空气过滤器和分子筛吸收器等装置,净化空气中混有的机械杂质、水分、二氧化碳、乙炔等。

1.2.2 空气冷却和液化系统:主要由空气压缩机、热交换器、膨胀机和
空气节流阀等组成,起到使空气深度冷冻的作用。

1.2.3空气精馏系统:主要部件为精馏塔(上塔、下塔)、冷凝蒸发器、过冷器、液空和液氮节流阀。

起到将空气中各种组分分离的作用 1.2.4 加温吹除系统:用加温吹除的方法使净化系统再生。

1.2.5仪表控制系统:通过各种仪表对整个工艺进行控制。

大型空分设备
大型空分设备是冶金、石油化工、煤化工等行业广泛使用的关键设备，为生产流程提供氧气、氮气和氩气。

其工作原理是先将空气压缩、冷却，并使空气液化，利用氧、氮、氩组分沸点的不同，在精馏塔的塔板上使气、液接触，进行质、热交换，最终分离获得符合纯度要求的氧、氮、氩产品。

特大型空分设备是指制氧量在4万立方米/小时以上的空分设备，其主要技术难点在于系统设计与计算、大型低温设备加工工艺、新型空气预冷系统、冷箱总体设计以及特大型分子筛吸附器、高效精馏塔、新型主冷凝蒸发器的研制。

随着冶金、煤制油、甲醇、乙烯、煤气化联合发电(IGCC)，以及熔融还原炼铁技术(COREX)等行业的发展，空分设备正朝着产量规模大型化、气体产品压力等级高、产品纯度高、液体产品多等方向发展。

杭州杭氧股份有限公司经过"七五"到"十五"的发展，通过引进消化吸收和自主创新，已经掌握了大型和特大型空分设备的设计、制造、成套技术，能够设计制造6万立方米/小时等级空分设备，达到了国际先进水平。

目前，6万立方米/小时等级空分设备主要生产厂家除我国的杭氧外，还有德国林德公司、法国液空公司、美国空气制品公司、美国普莱克斯公司等。

为什么全低压空分设备能将膨胀空气直接送入上塔：全低压空分设备的冷量大部分靠膨胀机产生，而全低压空分设备的工作压力即为下塔的工作压力，为0.55～0.65MPa。

该压力的气体在膨胀机膨胀制冷后，压力为0.13Ma左右，已不可能像中压流程那样送入下塔参与精馏。

如果膨胀后的空气只在热交换器内回收冷量，不参加精馏，则这部分空气中的氧、氮就不能提取，必将影响到氧、氮的产量和提取率。

由于在全低压空分设备的上塔其精馏段的回流比大于最小回流比较多，就有可能利用多余回流液的精馏潜力。

因此可将膨胀后的空气直接送入上塔参与精馏，来回收膨胀空气中的氧、氮，以提高氧的提取率。

由于全低压空分设备将膨胀空气直接送入上塔，因此，制冷量的变化将引起膨胀量的变化，必然要影响上塔的精馏。

制冷与精馏的紧密联系是全低压空分设备的最大特点。

为什么在空分塔中最低温度能比膨胀机出口温度还要低？空分装置的制冷量主要靠膨胀机产生，但是，空分装置最低温度是在上塔顶部在零下193度左右，比膨胀机出口温度(零下180度左右)要低，这是怎样形成的呢？空分装置在启动阶段出现液体前，最低温度是靠膨胀机产生的，精馏塔内的温度也不可能低
于膨胀后温度。

但是，当下塔出现液体，饱和液体节流到上塔时，压力降低，部分气化，温度也降低到上塔压力对应的饱和温度。

例如，下塔顶部零下177度的液氮节流到上塔时，温度就可降低至零下193度。

此外上塔底部的液氧温度为零下180度左右，在气化上升过程中，与塔板上的液体进行热、质交换，氮组分蒸发，气体温度降低，待气体经过数十块塔板，上升到塔顶时，气体已达到纯氮，温度也降到与该处的液体温度(零下193度)相等。

因此，塔内最低温度的形成是液体节流膨胀和气液热、质交换的结果。

空分设备内部产生泄漏如何判断?
空分塔冷箱内产生泄漏时，维持正常生产的制冷量显得不足，因此，主要的标志是主冷液面持续下降。

如果是大量气体泄漏，可以观察到冷箱内压力升高。

如果冷箱不严，就会从缝隙中冒出大量冷气。

而低温液体泄漏时，观察不到明显的压力升高和气体逸出，常常可以测出基础温度大幅度下降。

为了在停机检修前能对泄漏部位和泄漏物有一初步判断，以缩短停机时间，许多单位在实践中摸索了一些行之有效的方法。

其中之一是化验从冷箱逸出的气体纯度。

当氮气或液氮泄漏时，冷气的氮的体积分数可达80%以上；氧气或液氧泄漏时，则可化验到氧的体积分数显著增高。

第二种方法是观察冷箱壁上“出汗”或“结霜”的部位。

这时要注意低温液体产生泄漏时，“结霜”的部位偏泄漏点下方。

第三种方法是观察逸出气体外冒时有无规律性。

主要判断切换式换热器的切换通道的泄漏。

对交替使用的容器，则可通过切换使用来进一步判断泄漏的部位。

以上的这些判断方法往往是综合使用的。

为了提高判断的准确性，应当熟悉冷箱内各个容器、管道、阀门的空间位置，并注意在实践中不断积累经验。