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大型空分设备常见问题

大型空分设备常见问题
制氧的单位电耗W02(kW•h/m3)是氧气生产的重要经济指标之一。在空分设备制氧电耗中,空压机的电耗占了较主要的部分。它的电耗(kw•h/h)与压力比有关,计算公式为  e02= yo2ρ R′Tln(p2/p1)/( ψyk 3600ηTηM) ,由此可见,制氧的单位电耗大致与压力比的对数及氧气纯度成正比;与氧的提取率及压缩机的效率成反比。因此,在操作时,应尽可能降低工作压力;对压缩机进行充分冷却,以提高压缩机的等温效率;尽可能地提高氧的提取率;在保证产品质量的前提下,不要过高追求产品纯度,以利于降低单位电耗。 
分子筛吸附器切换时为什么要进行均压:(1) 分子筛吸附器切换时先要均压是为了保证整个装置的平稳运行。分子筛吸附器在切换时如果不均压,那么为了填充容器的内部空间,会使得装置的空气流量和压力突然发生波动。(2)另外,即将投用的分子筛吸附器若不先进行均压,切换时则会受到空气的强烈冲击,使隔栅变形甚至损坏。铝胶和分子筛也因为受冲击而相互磨擦挤压,产生粉尘微粒后进入吸附剂内通道,造成堵塞,降低吸附效率。所以分子筛吸附器在切换前必须均压。
膨胀换热器一方面是利用上塔返流污氮的冷量,降低膨胀后空气的温度,以减小膨胀空气入上塔的过热度;另一方面起到分配上、下塔冷量的作用。通过它将出过冷器至进切换式换热器(或蓄冷器)之前的污氮的冷量,一部分又返回入上塔,使上塔的精馏得到改善。 膨胀换热器的位置可放在膨胀机前或机后,由流程设计而定。我国的大型空分设备常设置在机前,用一部分出过冷器的污氮冷却膨胀机前的空气,使膨胀机后的温度不致过高,解决空气入上塔的过热度的问题。这样设置的缺点是因膨胀机前温度降低会带来膨胀机的单位制冷量(单位焓降)减少的问题。 在引进的大型空分设备中也有将膨胀换热器置于机后的。这种布置适应于切换式换热器板式单元的长度增加,环流温度提高,使膨胀机前温度提高的情况。机前温度提高,可使膨胀机的单位制冷量增大,进上塔的膨胀空气量减少;而机后换热器又可降低入上塔的膨胀空气的过热度,二者均对上塔的精馏有利,缺点是膨胀后的背压略有提高。但因板翅式换热器的阻力不大,对膨胀机的焓降影响很小。 由于设置膨胀换热器,入下塔空气的含湿量减少,这样可提高液空的纯度,也对塔的精馏有利。
全低压空分设备普遍设有氮水预冷器。它主要是利用污氮中水的未饱和度,使部分水蒸发。水蒸发时吸收汽化潜热,使冷却水温降低,再利用它来冷却加工空气,降低进塔空气温度。因此,它包括空气冷却塔和水冷却塔。 设置氮水预冷器的根本目的是降低空气进空分塔的温度,避免进塔温度大幅度地波动。因为进塔空气温度的高低直接影响着切换式换热器和精馏塔的工况以及整个空分设备的经济性。设计时一般把空气进塔温度定为30℃。运行中进塔温度高于设计指标时,将使压缩空气的节流制冷量减小,切换式换热器的热端温差和热负荷都要增大,从而导致冷损及能耗的增大。 例如,污氮复热不足,若增加1℃,将使空分设备能耗增加2%左右。降低进塔空气温度,不仅能提高空分设备的经济性,而且降低了空气中的饱和水分含量。例如,当空气的**压力为0.6MPa,空气温度由40℃降至30℃时,每1kg空气中的饱和水分含量将会减少约40%。这就大大减轻了切换式换热器水分自清除的负担,有利于自清除。因此,要管好、用好氮水预冷器,尽可能地降低空气进塔温度。 其次,在空气冷却塔(喷淋冷却塔)中,空气和水直接接触,既换热又受到了洗涤,能够清除空气中的灰尘和溶解一些有腐蚀性的杂质气体,例如H2S、SO2、SO3等,避免板翅式切换式换热器铝合金材质被腐蚀,延长使用寿命。由于空气冷却塔的容积较大,对加工空气还能起到缓冲作用,空压机在切换时不易超压。 对于分子筛吸附净化流程,分子筛的吸附容量与温度有关,温度越低,吸附容量越大。对一定大小的吸附器工作周期可以长,或对于一定的吸附周期,设计的吸附器容积可以较小,所以也要求将空气预先冷却到尽可能低的温度。在氮水预冷器中充分回收、利用氮气的冷量来冷却空气。
目前,空分设备的保冷箱内充填的保冷材料绝大多数都是用珠光砂。 珠光砂是表观密度很小的颗粒,很容易飞扬。会侵入五官,刺激喉头和眼睛,甚至经呼吸道吸入肺部。因此,在作业时要戴好防护面罩。 珠光砂的流动性很好,密度比水小,人落入珠光砂层内将被淹没而窒息,因此,在冷箱顶部人孔及装料位置要全部装上用8~10mm钢筋焊制的方格形安全铁栅,以防意外。  在需要扒珠光砂时,都是发现冷箱内有泄漏的部位。如果是氧泄漏,会使冷箱内的氧浓度增高,如果动火检修就可能发生燃爆事故;如果泄漏的是氮,冷箱内氮浓度很高,可能造成窒息事故。因此,在进入冷箱作业前,一定要预先分析冷箱内的氧浓度是否在正常范围内(19%~21%)。  此外,保冷箱内的珠光砂是处于低温状态(-50~-80℃),在扒珠光砂时要注意采取防冻措施。同时要注意低温珠光砂在空气中会结露而变潮,影响下次装填时的保冷性能。
分子筛是一种硅铝酸盐的晶体,具有许多孔径大小均一的微孔,骨架通常带负电荷,孔道中具有平衡骨架负电荷的阳离子。较早发现的分子筛是天然沸石,人们发现在火山口附近开采的矿石,经过加热后会产生气泡,因而称之为沸石。20世纪30年代,美国联合碳化物公司首先人工合成了4A和13X分子筛,并将分子筛作为干燥剂应用于石化领域。后联碳公司陆续发现了Y型分子筛等,并将之应用于催化领域,代替以前应用的硅铝小球,使汽油产率提高15%以上,当时全世界每年原油用量4亿吨,并产生80亿美元的经济效益。后来又陆续发现ZSM,磷铝,MS41,全硅沸石等系列分子筛,并在石油化工领域,干燥等领域取得了广泛应用。可以这么讲,没有分子筛就没有现在的石油化工业。现在分子筛催化是化学学科中至关重要的优先领域,是炼油和环保科学的关键技术。 分子筛具有孔径大小均一的微孔,依据其晶体内部孔穴的大小而吸附或排斥不同物质的分子,因而被称为“分子筛”。分子直径小于分子筛晶体孔穴直径的物质可以进入分子筛晶体,从而被吸附,否则被排斥。分子筛还根据不同物质分子的极性决定优先吸附的次序。一般地,极性强的分子更容易被吸附。分子筛的类型多达几十种,但目前能大规模生产并获得广泛应用的是A型、X型和Y型、M型和ZSM系列等几类。其中,3A、4A、5A型分子筛均为8元环的孔道,4A型分子筛是一种硅铝酸钠,其微孔的表现直径约为4.2A,能吸附直径在4.2A以下的分子。3A为用K离子交换的 4A分子筛,孔径为3.8A。5 A型分子筛为钙交换的是4A分子筛,其微孔表现直径为5.0A,能吸附5.0A以下的分子。13X、Y和M型分子筛的主孔道为12元环,大小为10A左右。ZSM-5为10元环孔道,是一种择型催化剂。 同时分子筛又是一种硅铝酸盐无机化合物,能够耐高温,具有良好的热稳定性,为再生提供了方便,可多次重复利用。骨架不被微生物等分解。由于具有以上所述优点,因此分子筛的用途广泛。它既是一种新型的**能选择性微孔型吸附剂,也是一类性能优异的催化剂和催化剂载体。作为干燥剂,分子筛具有很强的干燥性能和良好的吸附性能,同时具有良好的择型作用,因此分子筛干燥剂广泛应用于石油炼制(Refining),石油化工(Petrochemical),深冷制氧(cryogenic),天然气干燥和脱硫,中空玻璃(IG),冷冻(refrigeration),变压吸附制氧
分子筛纯化器的技术要求有:  1.分子筛吸附筒的制造、检验和验收应符合《压力容器安全技术监察规程》和CB 150一1998《钢制压力容器》,还应符合《大中型空分设备用吸附器设计、制造技术条件》的规定。  2.分子筛吸附筒A、B类焊接接头进行100%射线检测,质量应符合JB/T4730一2005《承压设备无损检测》的n级要求,接管与筒体封头角焊缝渗透检测,达JB/T4730一2005的I级要求。  3.设备制造完毕后以0.69MPa(表压)进行气压试验,然后以0.6MPa(表压)进行气密性试验,试验方法按GB150一1998及有关规定。  4.保持吸附筒内部清洁、干燥及密封,吸附剂现场装填,下层装氧化铝,上层装分子筛。  5.油漆技术:外表面喷砂除锈,以无机富锌涂料打底,面漆两遍,每次漆膜厚度40um,然后涂铝粉有机硅耐热漆,漆膜厚度为20-25um。  6.吸附筒下部加保温层,厚度根据材料性能应满足设计要求。  7.吸附筒内部丝网均匀分成四块搭接,下层丝网互相搭接,上层丝网在T型钢上搭接,搭接处由铆钉铆接,丝网重叠不少于100mm。
在现场做气压试验主要是检查空分设备气密性。在试压时应注意下列问题:       1)严禁用氧气作为试压气源;       2)对试压后不再脱脂的忌油设备,应用清洁无油的试压气源;       3)对试压用的压力表应经校验,予以铅封后方得使用。试压前应仔细检查压力表阀是否已经打开;       4)试压时,不能对试压容器用锤敲击;       5)试压时,不能拆卸或拧紧螺钉;       6)用氮气瓶或压力等级较高的气源向较低压力的容器充气试压时,应安装减压阀,严禁直接充气。       7)试压充气达到规定压力后,应将充气管接头拆除。
2024.02.05
氧(O2)是一种无色、无嗅、无味的气体。分子量为32。相对密度为1.429(空气=1)。熔点为-218.4℃。沸点为-183℃。能被液化和固化。液氧呈天蓝色。略溶于水。在常温时不很活泼,对许多物质不易发生作用;但在高温时则很活泼,能与多种元素直接化合。助燃物质。   氧是生物赖以生存的物质。它在工业生产中应用很广。乙炔一氧焰用于金属的焊接和切割,在冶金工业中,氧被用于钢铁熔炼、轧钢和有色金属提炼。在医疗和深入作业中都大量用到氧。   现代工业采用深冷分离法制取氧气。按其生产工艺中压缩空气的压力分为:高压流程、中压流程、双压流程及全低压流程4种。虽然各种流程采用的空气分离设备(制氧机)有所不同,但制氧过程大致包括6个阶段:(1)空气净化;(2)空气压缩;(3)压缩空气中二氧化碳和水蒸气的清除;(4)空气液化;(5)轻馏分离成氧和氮;(6)产品的储存和运输。   空气分离(全低压)流程:如图所示。空气经过滤后进入压缩机压缩到0.5~0.6MPa后,分成两路,分别进入氧蓄冷器和氮蓄冷器。冷却后一部分空气送至二氧化碳吸附器...
1、空分设备及其性能特点 1.1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...1、空分设备及其性能特点  1.1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。 2.空分设备表面清洁度及其检查方法  2.1空分设备容易发生燃烧的原因 发生燃烧甚至爆炸必须满足3个条件:有一定数量的可燃物质
(1)氮气循环增压内压缩流程优缺点  德国林德公司于20世纪70年代开发了台液氧泵内压缩流程的空分设备。但这套用于印度Navmada一家化肥厂的35100m3/h空分设备,不是目前通用的利用空气增压机产生的高压空气作为热源在主换热器内汽化高压液氧,而是采用氮气循环增压机,将压力塔顶部的气氮经换热器复热后,再经氮气循环增压机压缩成高压氮气,高压氮气进入高压换热器汽化液氧,而自身被液化后再循环进入压力塔。时隔3年后的1979年,林德公司向我国的浙江镇海炼油厂、宁夏化工厂和乌鲁木齐化肥厂提供的3套28000m3/h空分设备中,又一次推出了采用氮气循环增压机的液氧泵内压缩流程。  当时不采用目前普遍使用的采用空气增压机的内压缩流程,而采用氮气循环增压机的内压缩流程的主要原因有两个:(1)这3套28000m3/h空分设备采用的还是切换式换热器冻结法清除空气中的水分和二氧化碳的流程。空气进冷箱之前还没有一股干燥并含极微量二氧化碳的空气,如采用未净化的空气作为增压空气,那么这股空气在与返流的低温介质进行热交换时,空气中的水分及二氧化碳必然会冻结在高压空气通道中。而将出冷箱的低压氮气压缩至所需的压力,再送入主换热器,就避免了这个问题。(2)由于这3套空分设备要求的生产能力:压力为9.6MPa的氧气28000m3/h和压力为8.OMPa的氮气37000m3/h。经当时计算,氮气出循环增压机的压力达12MPa。因而采用氮气循环增压机不仅解决了汽化高压液氧的热源,还满足了用户对高压氮气的要求,比采用空气增压机节省了1台大流量的高压氮压机,大大节省了设备的投资。  但是,如果能有一股从原料空气压缩机来的净化空气作为汽化高压液氧的热源,那么采用氮气循环增压内压缩流程有很大的缺点,即与空气增压内压缩流程相比,它的能耗较高,主要有以下几点原因:          (1)氮气用于换热和冷凝,其性能比空气差。例如空气冷凝温度比氮气冷凝温度高,如果要达到同样的冷凝温度,就要使氮气的增压压力高于空气的增压压力;空气的冷凝热也要比氮气的高,汽化同样的高压液氧所需的氮气量也要比空气量大。  (2)空气增压流程气体在主换热器内的不复热损失要小于氮气循环增压流程的不复热损失。因为采用空气增压流程,这部分空气仅仅是1次进入主换热器,因而它的不复热损失仅仅是1次;而氮气循环增压流程,其氮气作为原料空气的一部分
吹除是靠气流的冲击夹带作用去除固态杂物和游离水的操作,同时还能驱逐设备内所存的部分热量和冷量。在安装和检修后空分设备容易残存固态杂物和水滴,所以应该吹除;装置停车时为驱逐部分冷量应该吹除,加温操作后为驱逐部分热量、并进一步清除水分也应吹除。 吹除的方法大致有两种:连续吹除和间断吹除。所谓“连续吹除”就是吹除阀始终打开,延续一段时间的吹除方法。所谓“间断吹除”即吹除阀时关、时开,关闭时憋高压力后再突然打开,反复进行。这种方法对清除固体杂物及游离水效果较好。因憋压时增加了压差,打开吹除阀时气流速度加快,冲击夹带作用增强。 吹除过程假如不用干燥气体,遇到冷设备水分会达到饱和,水分就有可能在设备内析出,甚至水分结冰而冻坏管道和设备。而且,吹除完毕后设备内残存的是湿气体,温度变化时就容易析出水滴。欲达设备干燥的目的,吹除较好用干燥的气流。对冷设备,在温度未升到0℃以上时,切忌用湿空气进行吹除。 吹除的程序是把塔外管道先吹刷干净,防止杂质带入塔内;塔内首先吹刷空气热交换器,再吹刷下塔,较后吹刷上塔及液氧、液氮排放系统.
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