大型空分设备常见问题

2020.11.25

一般情况下，活塞式氧压机产生振动的主要原因为交变载荷的作用。交变载荷分2种：一种是未被平衡的惯性力，另一种是因压缩机供气不连续，造成气体管路强大的气流压力脉冲所引起的干扰力。对于不平衡惯性力造成的振动，可以从机器本身的结构上加以消除和减少。具体的方法有：合理地布置曲柄错角；适当选用往复运动部件的质量配置。另外在压缩机的基础设计和制造过程中也应严格遵照技术规范要求。对于气流压力脉冲造成的振动，可以在气缸排气管接管附近加设缓冲器；在气体流道上选择合适的孔板安装位置；设置减振器、合理布置管道和选择管道支点，避免直角转弯。

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如何降低空分设备活塞式压缩机的排气温度

2020.11.25

当活塞式压缩机的排气温度高于设计值时，较直接的影响是润滑油被碳化，导致压缩机因得不到良好的润滑而造成部件烧坏。如果压缩机在实际运行时出现了温度偏高的现象，应及时分析原因并采取对应的防范措施。以下方法可以在实践中用于参考。 1、降低进气温度可以直接降低排气温度，对中间冷却器进行检查，保证中间冷却器的冷却效果。 2、气阀的安装和弹簧的选择应规范，保障阀门正常工作，尽量减少进排气压力损失。 3、强化气缸的冷却，保证压缩过程指数正常。 4、内漏是造成排气温度升高的主要原因。 5、对于多级压缩机，造成排气温度高的原因往往不是单一的，在降低某一级排气温度的同时，往往会造成前一级的压力比增大，排气温度上升，需采取综合的方法，在加强级前冷却的同时，又适当增加该级余隙容积，使该级压力比维持不变，保证在降低某级排气温度的同时，又不影响其前后级的排气温度。

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空分设备低温阀门连接处故障分析与排除

2020.11.20

此类故障包括阀门密封填料“跑冷”和冻结，阀门座和管道连接法兰泄漏，以及灌锡螺纹两端的阀门螺丝套筒泄漏。阀杆填料通常位于阀杆靠近冷箱壁的填料槽中。当填料不均匀或不紧，以及阀杆不直或不圆时，低温液体或气体会沿着填料的间隙泄漏。由于向外部产生冷量传递，空气中的水分会在填料上冻结，从而使阀杆冻结。在这种情况下，只有用蒸汽或热水加热填充物才能打开和关闭阀门。但是，在打开和关闭阀门后，堆积在填料中的水将再次冻结。由于阀门开关费力，通常会导致阀门杆扭曲和手轮断裂。因此，在对阀门进行检修后，应均匀紧实地装入填料，并拧紧压缩螺母。在空气分离装置的整体泄漏测试过程中，还应检查阀杆填料处的泄漏，在冷启动之前应彻底解决此问题，杜绝更大故障的发生。法兰泄漏的常见原因是密封面不光滑，密封面不均匀，管道补偿不足，螺栓未均匀上紧，螺栓材质不当等。阀杆外螺纹套筒的两端均用锡填充螺纹连接，长期使用后锡容易产生出现裂纹和泄漏。在对泄漏进行压力测试时，如果发现这种泄漏，较好将阀杆抽出重新灌锡、拧紧，并较好采用银焊焊接。

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主冷凝蒸发器泄漏的原因与影响

2020.11.20

当主冷凝蒸发器严重泄漏时，大量高压氮气泄漏到低压氧气侧，上下塔的压力和产物的纯度将显著变化，直到无法维持正常生产为止而停车。当主冷凝蒸发器略有泄漏时，通常不会导致上下塔的压力发生明显变化，也不会导致主冷凝蒸发器中液氧纯度的显著下降。通常的现象是主冷凝蒸发器气体和液氧的纯度有很大不同，并且气体浓度低于与液氧平衡的浓度值。例如，工厂测试的液态氧浓度为99%，气态氧浓度为96%。结果在检修时发现有7根主冷管泄漏。通常产生泄漏的原因如下： 1.管道由于相互振动而磨损。对长管式冷凝蒸发器，有成千上万的铜管，其管径仅为10mm，管长为8m，管之间的距离很小。在操作过程中，由于气流的冲击和振动，很容易在管道中间弯曲和变形并相互摩擦，并且可能会长时间磨损。 2.由于积水在管内导致冻结并破裂。当加热不完全时，特别是小管堵塞时，会形成积水的机会，并且在加热过程中无法吹散，水在低温下冻结成冰，并且体积膨胀，就有可能将小管冻裂。 3.主冷凝蒸发器在局部发生轻微爆炸。当乙炔或碳氢化合物在主冷却器中局部积聚时，在某些条件下可能会发生爆炸。当发生这种轻微爆炸时，没有外部反应，听不到声音，一开始通常是无法检测到的。只有当氧纯度自动发生变化而又无法调整时，才有发生这种情况的可能。

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低压空气分离设备调节运行负荷的相关因素

2020.11.13

低压空分设备的负荷调节范围与原料空气压缩机的调节性能、膨胀机的调节性能、精馏塔的结构特性等因素有关。目前，带有进气导叶的透平空气压缩机的流量调节范围为75％至100％；带可调喷嘴的透平增压膨胀机的调节范围可以是65％到100％。接下来较关键的是精馏塔的调节余量。目前，采用规整填料的精馏塔的负荷调节范围可以达到50％-100％，而传统的筛板塔的较佳调节范围为70％-100％。负荷降至过低的话，将又可以因蒸汽通过筛孔的速度过慢，导致液体泄漏。当氧气充足且需要减少氧气输出量时，请首先减少氧气产品的输出，然后相应地减少空气流量，并根据主冷却液位调整膨胀空气量。送入上塔的液气和液氮调节阀也应根据蒸馏条件做出相应的关闭操作。应该注意的是，整个操作应缓慢且逐渐地完成，从而使还原过程中保持精馏条件的稳定。如果有液氧贮存系统，减少氧产量可增加液氧的产量，将液氧贮存起来更为便利。可先将氧产量减下来，然后增加膨胀空气量，在保持主冷液位不变的情况下增加液氧的取出量。为保持上塔精馏工况的稳定，必要时可将部分膨胀空气走旁通。

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空分设备中精馏的定义

2020.11.11

精馏是利用两种物质不同的沸点，多次地进行混合蒸汽的部分冷凝和混合液体的部分蒸发，以达到气体分离。对两种不同沸点的物质组成的混合液体，在吸收热量部分蒸发时，易挥发组分较多地蒸发，而混合蒸汽在放出热量而部分冷凝时，难挥发组分将较多地冷凝，如果将温度较高的饱和蒸汽与温度较低的饱和液体进行混合接触，蒸汽将放出热量部分冷凝，液体吸收热量将部分蒸发。如果进行了一轮部分蒸发和部分冷凝后，浓度较高的蒸汽和液体再分别与温度不同的蒸汽和液体进行接触，将再次发生部分冷凝和部分蒸发，这样的过程进行多次，较终达到气体分离，整个过程称之为精馏。

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空分设备中的单级精馏塔和双级精馏塔

2020.11.11

在空分精馏塔中，通常是在下塔将空气预分离，精馏成富氧液空和纯氮，然后在上塔进一步精馏，得到氧氮产品。作为连接上下塔的冷凝蒸发器，利用下塔的压力氮来加热上塔的液氧，将液氧蒸发的同时，气氮被冷凝。采用双级精馏塔能使氧氮产品取得较高的提取率和较高的纯度。而单级精馏塔只能取得单一品种的气体，不能同时取得多种产品气体，单级精馏塔的工作原理近似与双级精馏塔的下塔，富氧液空在塔底，在塔顶可得到纯氮气体。单级精馏塔不能完善地分离空气，实际采用较少，但因其结构简单，有时也被用于制取单种产品的小型空分设备中。

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变压吸附空分设备制氧简介

2020.11.06

空气中的主要成分是氮气和氧气。通过选择对氮和氧具有不同吸附选择性的吸附剂，并设计适当的工艺，便能将氮和氧分离。氮原子和氧原子都具有电四极矩，但氮原子的电四极矩比氧原子要大很多，所以氮在沸石分子筛上的吸附能力强于氧。因此，当空气在压力下通过分子筛吸附床时，氮被分子筛吸附。由于氧气吸附较少，因此氧在气相中富集同时从吸附床中流出，从而氧氮分离获得氧气。在分子筛对氮的吸附趋于饱和时，停止气流流入并使压力下降，分子筛吸附的氮可以被解吸，分子筛得以再生和再利用。两个或多个吸附床交替轮流工作以连续产生氧气。从上述原理可知，变压吸附空气分离制氧设备的吸附床必须至少包括两个操作步骤：吸附和解吸。因此，当只有一个吸附床时，产物氧的可用性是不连续的。为了连续获得产物气，通常在制氧机中通常安装两个以上的吸附床，并且从节能降耗和稳定运行的角度出发，还提供了一些必要的辅助步骤。每个吸附床通常经历吸附、正向减压、抽空或减压再生、冲洗置换、压力均衡和增压的步骤，并且该操作周期性地重复。同时，每个吸附床处于不同的操作步骤。在计算机的控制下，有规律地切换吸附床，使多个吸附床协调运行，并按时间步长错开，使变压吸附装置能够平稳运行并连续获得产物气。

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空分设备中上塔、下塔结构与工作流程

2020.11.06

上塔、下塔均属于精馏塔，是较核心的空气分离设备。塔式设备的类型可根据内部零件进行划分为筛板塔、泡罩塔、填料塔。筛板结构简单、易于制造、塔板效率高，因此在空分精馏塔中得到了广泛的应用。概括来讲上塔、下塔（精馏塔）是利用混合气体中各组分具有不同沸点的原理，将各组分进行分离的设备。具体结构如下：通常塔体为圆柱形，下塔在多层筛板上装有溢流料斗，并且溢出停止。上塔装有规整填料和液体分配器。在下塔的精馏过程中，液体从上到下流过每个筛板。由于溢流堰的作用，塔板会造成一定程度的液面高度，当气体从底部到顶部通过筛板的小孔时与液体接触，产生气泡，这增加了气液接触面积，并使热量交换过程得以有效进行。高沸点成分逐渐液化，低沸点成分逐渐蒸发到达塔顶，得到低沸点纯氮气，塔底得到高沸点富氧液态空气成分。在上塔精馏过程中，气体沿着填料塔板上升通道通过分配器。液体通过部水器从上到下均匀分布在填料盘上。填料表面上的气体和液体完全接触，以进行有效的热量交换。上升气体中的低沸点氧含量连续增加，高沸点组份氧被大量地洗涤下来形成回流液，较后在塔的顶部得到低沸点的纯氮气，在塔的底部得到高沸点的液氧。

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冷凝蒸发器在空分设备分馏塔中的作用

2020.11.04

在分馏塔内，氧、氮的分离是通过在上下塔内实现双级精馏的过程来实现的，精馏过程必须具有上升空气和下流液体，而冷凝蒸发器的主要作用就是将上塔底部回流下来的液氧和下塔顶部上升的氮气进行热交换。冷凝蒸发器是空分精馏系统必不可缺的重要换热设备，从某种意思上说，冷凝蒸发器是连接上塔和下塔的纽带。冷凝蒸发器也称“主冷”，在冷凝蒸发器中，上塔回流的液氧因吸收热量而蒸发气氧；下塔上升的氮气因放出热量而冷凝为液氮。气氧的一部分作为产品送出塔外，剩余的大部分送入上塔，作为精馏的上升蒸汽，而液氮一部分直接作为下塔的回流液，另一部分经节流降压后送至上塔顶部，作为上塔的回流液直接参与空分设备精馏过程。

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空分设备冷凝蒸发器的结构型式和特点

2020.11.04

现阶段国内空分设备中，常见的冷凝蒸发器的结构型式主要有板翅式冷凝蒸发器和管式冷凝蒸发器2种型式。管式冷凝蒸发器分长管、短管和盘管三种型式。长管和短管式都采用列管型式，管子材质采用紫铜，管板材质采用黄铜。一般用于中小型空分设备。盘管式一般用于辅助冷凝蒸发器。由于盘管中无固定液面，传热系数较小已逐渐被淘汰。板翅式冷凝蒸发器材质采用全铝结构，板式单元采用立式星型布置，其特点是结构紧凑、重量轻、体积小、易于制造。被大中型空分设备广泛应用。由于空分设备的逐渐大型化，冷凝蒸发器的换热面积也随之增大，管式冷凝蒸发器已完全被板式换热器所替代。

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氧氮空分装置经典工艺说明

2020.10.30

净化后的空气进入分馏塔，并通过主热交换器与回流的污染氮，氧和氮进行热交换。冷却后，将其一小部分液化，将气液混合空气节流至0.55 MPa的压力。塔经过精馏，在下部塔的顶部获得99.999％的纯氮，然后进入主冷却塔，并通过上部塔的液氧蒸发被冷凝成液氮。一部分液氮作为回流液返回下部塔，冷却后将剩余的液态氮节流。进入上部塔顶部的喷雾器。底部釜液是含有38％氧气的液态空气。通过液空过冷器后，进入上塔中部参与精馏。同时，肮脏的液氮流从下部塔的中间抽出，然后作为回流液体进入上部塔。从主热交换器中间抽出的一部分空气进入涡轮膨胀机进行绝热膨胀，从而产生设备运行所需的大部分冷量。膨胀后的空气通过热虹吸热交换器消除部分过热，然后进入上塔的中部参与精馏。处于不同状态的四种流体进入上塔并再次分离，在上塔的顶部高纯氮气。液氮过冷器和主热交换器从分馏塔再加热到9℃左右后，上部塔底部的液氧吸收了主冷却过程中下部塔氮冷凝产生的热量蒸发。其中，主换热器将纯度为99.6％的氧气再加热至9℃左右。从分馏塔出来，其余部分用作上升蒸汽参与精馏。上部塔的上部仍然有含污氮气通过液态空气过冷器抽出，由主热交换器再加热后从分馏塔中排出。再生分子筛吸附器后对净化系统进行排气。从主冷却器底部将液氧抽取到氧液体量筒，分离蒸汽和液体并在量筒装满后迅速填充氧气低温液储罐。制备液氮时，将液氮过冷器中的液氮注入氮气液量筒后将量筒快速注入氮气低温液体储罐中。蒸发后它为用户提供气态氮产品。合格的氧气离开分馏塔后，通过压缩氧气系统对其加压以供使用。

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