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1、第一章 制氧流程11.1 概述11.1.1 制氧机分类11.1.2 制氧机的性能指标11.1.3 国产空气分离设备的型号规定41.1.4 制氧机的发展41.2 制氧机的典型流程41.2.1 150m3/h制氧机41.2.2 3200 m3/h制氧气机51.2.3 10000 m3/h制氧机61.2.4 KDON-6000/13000增压分子筛净化全低压制氧机71.3 制氧流程组织91.3.1 流程组织要求91.3.2 制冷系统组织91.3.3 防爆系统组织121.3.4 换热器系统组织141.4 流程比较15第二章 制冷192.1 空气的液化192.1.1 流膨胀效应192.1.2 膨胀制冷1
2、92.1.3 节流与等熵膨胀的比较192.2 膨胀机192.2.1 作用和分类202.2.2 工作原理及基本方程202.2.3 透平膨胀机的损失、产冷量及效率212.2.4 拆装说明222.2.5 透平膨胀机的调节222.2.6 透平膨胀机组232.2.7 操作262.2.8 常见故障处理282.2.9 维护说明292.2.10 问题解答292.2.11 膨胀机流程简述31第三章 空气的净化333.1 固体杂质的清除333.1.1 过滤除尘原理及性能指标333.1.2 空气过滤器333.2 自清除343.2.1 饱和与未饱和353.2.2 空气中二氧化碳的饱和353.2.3 不冻结条件353.
3、3 吸附法363.3.1 吸附363.3.2 吸附剂363.3.3 吸附机理373.3.4吸附器403.4分子筛纯化器413.4.1 纯化系统流程423.4.2 分子筛加热再生温度曲线433.4.3 分子筛吸附器的切换操作433.4.4 分子筛净化系统操作注意事项443.4.5 分子筛纯化系统常见故障及处理44第四章 换热器474.1 概述474.2 换热器分类474.2.1 换热器原理可分为三大类：474.2.2 换热器根据流体状态变化可分为三种：474.3 换热器的结构形式及工作原理474.3.1 空冷塔的作用及工作原理474.3.2 水冷塔的形式及工作原理474.3.3 间壁式换热器种类
4、及形式（工作原理）484.4 板翅式换热器484.4.1 翅片的型式及适用场合484.4.2 板翅式换热器的基本组成构件484.4.3 板翅式换热器流体换热的实现494.4.4 主换热器（非切换式板翅换热器）与切换式换热器的比较494.4.5 主换热器的热端温差及中抽温度的控制504.5 冷凝蒸发器504.5.1 冷凝蒸发器在空分设备中的作用504.5.2 影响冷凝蒸发器温差的原因分析504.5.3 冷凝蒸发器主冷液面高低的原因分析514.5.4 冷凝蒸发器的传热面不足对氧产量的影响514.5.5 在冷凝蒸发器及液化器中装设氖、氦吹除管的作用。514.5.6 冷凝蒸发器全浸的优点52第五章 空
5、气的精馏535.1 空气的精馏535.1.1气液相平衡535.1.2氧、氮混合物气液相平衡图545.1.3 简单蒸发和简单冷凝565.1.4 部分蒸发和部分冷凝575.2 精馏塔结构585.2.1 筛板塔结构585.2.2 筛板塔的气液流动工况595.2.3 填料塔605.2.4 填料塔流动工况。615.3 分馏塔615.3.1 单级精馏塔615.3.2 双级精馏塔625.3.3 双级精馏塔各主要点工作参数的确定635.4 双级精馏塔的计算655.4.1 精馏的物料衡算和热量衡算655.4.2 O2 -N2二元系精馏过程的计算67第六章 离心式空气压缩机736.1 H型离心压缩机736.1.1
6、 结构：736.1.2 启动操作756.1.3 停机756.2 空气透平压缩机766.2.1 压缩机的结构766.2.2 机组的检修776.3 氧气透平压缩机786.3.1 结构786.3.2 轴封装置806.3.3 气体冷却器806.3.4 润滑系统806.3.5 保护及安全措施806.3.6 启动及停车操作816.3.7 防喘振装置846.3.8 维修和检修规程846.3.9 解体及重新组装856.4 液氩泵866.4.1 结构866.4.2 工作原理876.4.3 技术性能876.4.4 常见故障判断及处理876.4.5 检修规程87第七章 活塞式压缩机897.1 立式压缩机897.1.
7、1 结构及工作原理897.1.2 工作原理907.1.3 技术性能及正常工艺参数907.2 卧式压缩机997.2.1 结构997.2.2 工作原理：1017.2.3 技术性能及正常工艺参数1017.2.4 常见故障判断及处理见表7-91027.2.5 检修规程103第八章 空分装置的生产与操作1058.1 空分设备的启动1058.1.1 空分设备启动的技术准备工作1058.1.2 空分设备启动的前提条件1068.1.3 启动步骤1068.2 加温、吹刷分馏塔系统管路1078.2.1 吹刷操作要点1078.2.2 分馏塔吹刷流路1078.2.3 吹刷阶段注意事项1088.3 冷却阶段1088.3
8、.1 精馏塔冷却前的必备条件1088.3.2 启动增压透平膨胀机1088.3.3 冷却精馏塔系统1088.4 积液阶段1098.4.1 膨胀机后温度控制1108.4.2 下塔液氮回流阀的调节1108.4.3 进上塔液氮节流阀的调整1108.4.4 下塔液空调节阀的调整1108.4.5 积液阶段注意事项1108.5 调纯阶段1108.5.1 建立精馏工况阀门调整的步骤1108.5.2 主塔各项工艺分析指标111第九章 氩的制取1129.1 氩的性质与用途1129.2 氩在空分塔内的分布情况1129.3 全精馏无氢制氩工作原理1139.4 全精馏无氢制氩的操作1149.4.1 氩系统设备的冷却11
9、49.4.2 工艺液压泵的操作1149.4.3 主塔工况的调整1159.4.4 粗氩塔工况的调整1159.4.5 精氩塔工况的调整1159.5 氩系统常见故障及处理1169.5.1 粗氩塔轻微氮塞1169.5.2 粗氩塔严重氮塞1169.5.3 精氩塔氩固化116第十章 仪控系统11710.1 空分设备仪控系统的构成11710.1.1 检测仪表11710.1.2 显示仪表12110.1.3 控制仪表12210.1.4 执行器12210.2 仪表的性能指标12310.2.1 精确度12410.2.2 灵敏度12410.2.3 迟滞（回差，滞环）12410.2.4 重复性12410.2.5 量程比
10、12410.3 空分设备上典型仪表的回路构成12410.3.1 温度显示回路、压力显示回路12410.3.2 压力显示回路12510.3.3 流量显示控制回路12510.4 智能仪表12610.5 集散控制系统（DCS）12610.5.1 集散控制系统的基本概念12610.5.2 集散控制系统的硬件构成12710.5.3 集散控制系统的控制功能129第十一章 制氧分析13011.1 气体分析13011.1.1 产品氧的分析13011.1.2 产品氮的分析13111.1.3 污氮含氧量的分析13211.1.4 液氧中乙炔的分析13311.1.5 气体中CO2含量的分析13511.1.6 液氧中碳
11、氢化合物的分析13611.1.7 工艺氩中微量氧、氮的分析13711.2 试油的分析13911.2.1 粘度的测定13911.2.2 开口杯法测定闪点14011.2.3 油品酸值的测定14111.2.4 油中水分的测定14211.3 水质指标的测定14411.3.1 PH值测定14411.3.2 总硬度测定方法14511.3.3 钙离子测定方法14611.3.4 镁离子测定（计算法）14611.3.5 碱度测定法14611.3.6 氯离子测定法14711.3.7 悬浮物测定法14811.3.8 正磷酸盐、总磷酸盐、总铁和浊度测定149第十二章 水泵15312.1 常用泵的分类15312.1.1
12、 叶片泵15312.1.2 容积泵15312.1.3 其它类型泵15312.1.4 泵的型号表示方法：15312.2 离心泵的工作原理15312.2.1 物体产生离心力15312.2.2 泵利用离心力出水和吸水15312.3 离心泵的分类15412.3.1 按叶轮的吸入方式分15412.3.2 按叶轮数目分15412.3.3 按叶轮结构分15412.3.4 按工作压力分15412.3.5 按泵轴位置分15412.4 离心泵的构造及主要部件15412.4.1 叶轮15412.4.2 密封环15412.4.3 泵壳15412.4.4 泵轴15512.4.5 轴封装置（含填料套、填料、填料环、填料压
13、盖）15512.4.6 轴承体15512.4.7 联轴器15512.5 离心泵的主要技术参数15512.6 离心泵的能量损失15512.7 离心泵的运行15512.8 离心泵的常见故障及处理方法156第十三章 风机15813.1 L47风机技术性能及结构15813.2 操作规程15813.3维护规程158第十四章 制氧电气16014.1制氧系统用电情况16014.1.1 制氧供电意义16014.1.2 制氧配电系统16014.1.3 制氧供电方案16014.1.4 制氧高压配电系统概况16114.2制氧系统用电负荷的选配16214.2.1 电控系统设计原则：16214.2.2 高压系统：162
14、14.2.3 低压系统：16214.2.4 PSA配电自动化监控系统：16314.2.5 设备选型16314.3 制氧系统用电控制原理及操作步骤16414.3.1 励磁装置结构16414.3.2 保护、信号、仪表及操作控制系统16514.3.3 励磁装置原理16614.3.4 整机的调试、检验及步骤16914.3.5 可控硅调功柜原理及操作步骤17414.4 制氧电气系统常见故障的判断及处理18014.4.1 励磁装置出现的故障机处理方法18014.4.2 TY3Z可控硅调功柜故障处理181第一章 制氧流程 制氧流程主要由制冷系统和精馏系统组成。详细可分为十大系统，即空气压缩系统、空气净化系统
15、、换热系统、制冷系统、精馏系统、安全防爆系统、氧气压缩输送系统、加温解冻系统、仪表自控系统及电控系统。1.1 概述1.1.1 制氧机分类制氧机的分类方法很多，按产品的状态分为产气氧、产液氧、既产气氧又产液氧的制氧机；按产品种类分为单高产品、双高产品（氧和氮）带氩制氧机（氧、氮、氩）及全提取（氧、氮、氩及其他稀有气体）；依照产量分为小型制氧机（小时产量小于1000 m3/h）、中型制氧机（小时产量100010000m3/h）、大型制氧机（小时产量大于10000 m3/h）；按操作压力分：高压制氧机（操作压力为20Mpa）、中压制氧机（操作压力为15Mpa）、全低压制氧机（操作压力0.50.6Mp
16、a）；按换热器类型分，可分为板式、管式、管板式制氧机。 1.1.2 制氧机的性能指标制氧机除要达到的产品产量及纯度外，还有以下的性能指标：1、.单位电耗，即生产1m3氧气所耗的电能，以kwh/m3为单位来表示。这代表制氧机的能耗大小，是制氧机重要的能耗指标之一。2、提取率，即在标准状态下1m3原料空气所制得的纯氧量。一般计算方法为：% 式中 氧气产量 加工空气量 氧气中的含氧量 空气中的含氧量这一指标反映了空气分离的完善程度。3、启动时间。从空压机向装置送气开始直至产品达到设计产量的全过程所需要的时间。4、运转周期。这是指制氧机无机器、设备故障的前提下，连续运转的时间，一般以年为单位。5、加温
17、解冻时间。制氧机在启动前或停车后需要加温解冻所用的时间。6、单位产量的金属消耗量。该指标能够比较制氧机的设备费用的多少，投资的多少。诚然,对于制氧机产品水平的评价是综合性的，从技术、经济、社会方面全面考核，即综合评定=性能+寿命+可靠性+安全性+经济性+成套性+人机关系+服务性。产品的综合指标需要采取一套指标体系。业内专业人士提出了8个系列指标，如图1-1所示图1-1表1-11.1.3 国产空气分离设备的型号规定我国空分设备的型号由汉语拼音字母、化学元素符号以及阿拉伯数字所组成。型号分首部、中部、尾部三个部分，中间以短横“”隔开。如图12所示。图1-21.1.4 制氧机的发展自从1902年德国
18、的林德教授发明了高压节流循环制冷，单级精馏塔分离空气制氧至今已经历上百年的历史。从制氧机的流程方面，从高压流程改进为中压流程进而出现高、低压流程，现在中、大型制氧机全部为全低压流程。小型制氧机也向低压方面发展，而且对超低压流程正进行研究探讨。表1-1从制氧机的能耗方面，从单耗大于2kwh/mo降低到0.38kwh/ mo。单机容量从20m/h发展至今世界上最大的制氧机为74000m3/h。制氧机的产品也不再是单一的气氧，而是既产氧又产氮以至提取全部的稀有气体。不但有气态产品，还有各种液态产品，也就是产品多样化。从控制系统方面，由手动控制发展到计算机数字集散控制系统，实现了机电一体化。1.2 制
19、氧机的典型流程我国目前生产的小型制氧机仍以中压流程为主。中、大型有蓄冷器或板式切换式换热器流程，还有较先进的分子筛纯化器及增压透平膨胀机流程。我公司现有的一号制氧机就是一种切换式换热器流程。公司现运行的四台制氧机均采用了比较先进的增压分子筛净化流程。1.2.1 150m3/h制氧机此种制氧机型号（KES-860-II）,制冷系统为中压带活塞式膨胀机流程即是以克劳特循环为基础的制氧机,采用分子筛纯化器净化空气的流程，见流程图1-3 图1-3空气自大气吸入,经空气过滤器除掉灰尘等机械杂质而进入活塞式空压机,经三级压缩达4.9Mpa（启动时压力）冷却后除油及水分,进入分子筛纯化器,清除水分、二氧化碳
20、和乙炔及其它碳氢化物,并在过滤器4中过滤分子筛粉末。洁净的空气分三路进入热交换器5氧隔层、氧隔层及馏份隔层的管内经冷却后，一部分通过膨胀机6膨胀后， 经过空气过滤器7后进入下塔。另一部在热交换器II中的氧、氮隔层的管内续继被冷却，而后经节流阀节流至0.56Mpa进下塔。下塔的富氧液空经过乙炔吸附器11进一步除掉乙炔，并经过液空过冷器12过冷后节流入上塔。由上塔下部提取氧气，经热交换器氧隔层复热后，送入贮气囊14，经氧压机压缩至15Mpa充瓶。气氮由上塔顶引出，以液氮过冷器，液空过冷器以及热交换器的氮夹层复热后，送氮压机。馏份气从上塔第37块塔板处抽出，经热交换器馏份隔层复热后放空。技术指标：加
21、工空气量：860m3/h产品产量：氧气150 m3/h 氮气：600 m3/h氧气纯度：99.2%O2 氮气纯度：99.95%N2空气压力：启动时4.9Mpa 正常时1.962.45 Mpa运转周期：2个月 1.2.2 3200 m3/h制氧气机 该类型号为KFS-21000型，采用高效透平膨胀机制冷全低压制氧机，即以卡皮查循环为基础。用嵌有蛇管的石头填料蓄冷器冻结清除水分及二氧化碳，因中部抽气保证其不冻结性，用中抽二氧化碳吸附器4清除水分及二氧化碳。富氧液空吸附过滤器吸附二氧化碳、乙炔。设有液氧泵13，将液氧循环经液氧吸附器清除液氧中的乙炔，以保证制氧机安全运行.装置中采用长管式冷凝蒸发器,
22、以提高传热效率。管内是液氧沸腾，管间气氮冷凝。膨胀机的工质是空气，经中抽去除二氧化碳后与下塔来的旁通空气汇合一起进入膨胀机,膨胀后气体进入上塔即拉赫曼气。详细流程见图1-4图1-4技术指标：加工空气量：21000 m3/h产品产量：氧气3200 m3/h 纯度：99.6% 氮气4000 m3/h 纯度：99.99% 启动时间：48h连续运转时间：1年1.2.3 10000 m3/h制氧机 型号为KDON-10000/11000。制冷系统是以卡皮查循环为基础的全低压循环。采用高效透平膨胀机，膨胀工质为空气，利用电机制动回收部分膨胀功。净化系统采用板翅式可逆式换热器对水分、二氧化碳自清除。设置液空
23、吸附器清除富氧液空中的乙炔。用液氧泵使冷凝蒸发器中的部分液氧循环，利用液氧吸附器清除液氧中的乙炔及其它碳氢化合物。装置中的全部换热器都采用高效的板翅式换热器，因此也可称为全板式万立制氧机。精馏塔为带辅塔的双级精馏塔。膨胀后气体进入上塔，这股拉赫曼气使制氧机的制冷系统与精馏系统有机地联系起来，其工艺流程示见图1-5图1-5主要技术指标：加工空气量：58300 m3/h产品产量：氧气： 10000 m3/h 纯度：99.5% 氮气：11000 m3/h 纯度：99.99% 启动时间：48h加温解冻时间：36h连续运转时间：大于1年 1.2.4 KDON-6000/13000增压分子筛净化全低压制氧
24、机该制氧机型号为KDON-6000/13000，空气经透平空压机压缩后，在氮-水预冷系统的空冷塔中冷却后进入分子筛纯化器净除水分、二氧化碳、乙炔等碳氢化合物。而后空气进入主换热器，空气通道被返流气体冷却到对应压力下的饱和温度后进入下塔参与精馏。从分子筛纯化器出来的加工空气，抽出一部分进入膨胀机的增压机增压、经水冷却器冷却后进入主换热器，被返流气体冷却后从主换热器中部抽出进入透平膨胀机。见流程图1-6图1-6从流程图可以看出，此流程既没有液化器也没有吸附器，保冷箱内的设备及管路大为简化。主要技术指标：加工空气量：38000 m3/h 加工空气压力：0.66 Mpa产品产量及纯度：氧气产量 600
25、0 m3/h，99.8% O2 氮气产量 12600 m3/h,1010-6 O2液氮产量 400 m3/h, 1010-6 O2液氩产量 60 m3/h，96%Ar1.3 制氧流程组织1.3.1 流程组织要求首先要根据设计要求而进行,尽可能地优化组合,以满足下面要求：1、尽可能降低电耗、投资和运转费用，以降低产品成本。2、安全运转和便于运转维修。3、当自然条件和某些使用条件发生变化时仍然保证产品的质量及产量，即变工况适应能力强。1.3.2 制冷系统组织制冷系统包括空压机、膨胀机、节流阀及主换热器。此系统的作用产生冷量补偿冷损，使加工空气降温、液化维持在精馏所需要的低温，为空气的精馏创造条件。
26、如上所述，高压流程是以林德循环（一次节流）为基础的；中压流程应用克劳特循环（中压膨胀机与节流相结合）；全低压流程以卡皮查循环（低压透平膨胀机）为依据。全低压流程因为能耗低，运转安全可靠等诸多优点，被广泛推广和应用。而高、低压流程和中压流程复杂，能耗高已被淘汰。这里重点讨论全低压制冷系统组织问题。1、全低压流程（1）空气膨胀和氮气膨胀全低压流程利用了拉赫曼原理，将膨胀后的空气送入上塔，或者利用氮气为膨胀工质。这两者都可以利用上塔精馏，从而提高了制氧机产量。空气膨胀。空气膨胀的的流程示意图。图1-7 图1-7 图1-8从下塔底部抽出部分加工空气,一部分在切换式换热器环流通道复热后，再汇合进入透平膨
27、胀机膨胀产生冷量，然后直接送入上塔参加精馏。这部分空气没有经过下塔的预精馏直接送入上塔。由于从下塔底部抽出部分空气，冷凝蒸发器的冷凝量减小，送入上塔的液氮量也减少，而膨胀空气又直接送入上塔中部作为精馏段的上升气，因而上塔精馏段的回流比减少，精馏潜力得到利用。这些送入膨胀空气称为“入上塔膨胀空气”，也叫拉赫曼气。这就是所谓空气膨胀，目前我国全低压装置流程大部分采用这种方法，例如国产1000、1500、3200、6000m3/h等制氧机。氮气膨胀。它是从下塔顶部抽出氮气，一部分经切换式换热器环流通过复热后再汇合进入透平膨胀机，膨胀后的氮气作为产品氮气引出，或者与污氮汇合经切换式换热器回收冷量后放空
28、。由于从下塔引氮气，冷凝蒸发器的冷凝量减少，因而送入上塔的液体馏份量减少， 精馏潜力得到利用。氮气膨胀在国外的大型全低压空分装置上已被采用。以上两种方法都是减少上塔液体馏份，使精馏时的气液间的温差减少，利用了上塔精馏潜力，使全低空分装置具有更大的合理性，利用上塔精馏潜力后，塔板上气液之间的温差变化如图1-8所示，由图可见，由于空气膨胀不但减少上塔回流液，同时增加了上升蒸气量，所以气液间的温差比氮膨胀更小些。关于膨胀空气进上塔量的限制无论是空气膨胀还是氮膨胀都是利用上塔的精馏潜力，提高氧的提取率，减少不可逆分离功的损失。既然是精馏潜力的利用就有一定的限制。超出极限就会使分离产品纯度降低，能耗增大
29、，氧提取率下降。从理论上来讲，这一极限应取决于上精馏塔的最小回流比（液气比）。可是，在最小回流比条件下，欲得到分离产品需无数块塔板，这样的精馏塔是不存在的。在有限的一定塔板数的前提下，允许入塔的最大限度膨胀空气量是由最小工作回流比所决定的。上塔精馏允许入塔的最大膨胀空气量可以由上塔的物料平衡，能量平衡及物料参数求出。进入上塔的允许膨胀量主要与上、下塔取出的产品纯度及上塔液体的过冷度有关。产品纯度低、允许膨胀量增加。氧、氮产品纯度通常是用户的要求。为了减少不可逆分离功损失，降低能耗，在满足工艺要求的条件下，不应过分追求产品的高纯度，否则，提取率降低，能耗增大。入上塔液体的过冷度增加，这使上塔的回
30、流比增加，即上塔具有更富余的回流比，精馏潜力更大，也就表现出允许进塔的膨胀量增加。需要指出，这里计算的允许最大膨胀量，状态应是当时压力下的饱和气体。由于膨胀机结构所限制，膨胀后的气体不允许达到饱和或出现液体。膨胀后气体要保持过热状态。膨胀后气体温度与相应压力下饱和温度之差为膨胀后气体过热度。显然，过热度增加，允许进塔的最大膨胀空气量减少。确切的允许进塔的最大膨胀量的数值要根据制氧机的具体流程计算确定。但是一般来说，空气进上塔的数量范围为加工空气量的20%30%，抽氮膨胀为加工空气量的15%25%。全低压切换式换热器流程的膨胀气体流路组织由于膨胀空气既取决于装置的总冷量平衡又受精馏工况的限制，同
31、时在进入膨胀机之前又作为板翅式可逆式换热器的环流气体或者蓄冷器的环流气，而环流量又是由切换式换热器热平衡所决定的，而且与切换式换热器的自清除密切相关。正因为这些复杂的关系，从而产生了下面三种具有代表性的情况：装置的容量较小，单位冷损较大，这时整个装置的冷量平衡所要求的膨胀量比较大， 膨胀量不仅大于切换式换热器不冻结性所要求的环流量，而且也超过精馏塔所允许的拉赫曼进气量。这时，膨胀机的进气量将由两部分组成，一部分是环流空气，另一部分则是由下塔或液化器来的旁通气。这时由于膨胀气量已经超过精馏塔所允许的最大拉赫曼进气量，所以，必须把部分膨胀空气旁通入污氮管道，从而使进入下塔的加工空气量减少，制氧机总
32、的氧提取率将相应地降低。属于这种情况的有600、800、1000m3/h的制氧机。装置是中等容量，冷损较大，这时由装置冷量平衡所要求的膨胀量大于由蓄冷器（或板翅式切换式换热器）不冻结性所决定的环流量。但是膨胀量是在精馏塔所允许的拉赫曼进气量范围以内，这时膨胀量仍由环流和下塔旁通量两部分组成。由于它是在允许的拉赫曼进气量范围以内，所以膨胀后的空气可以全部送入上塔。属于这种情况的有3200、6000、10000 m3/h的制氧机。装置容量很大，冷损比较小，由装置冷量平衡所要求的膨胀量，不仅小于精馏所允许的拉赫曼进气量，而且等于或者小于环流量，这时候进膨胀机的膨胀气体全部通过环流，甚至要将部分环流旁
33、通。把上面所说的简单归结为：小容量装置：膨胀量大于允许的进上塔的空气量 膨胀量大于环流量 膨胀后空气部分旁通中等容量装置：允许进上塔的空气量大于膨胀量大于环流量 膨胀后空气全部进上塔 大容量装置：允许进上塔的空气量大于膨胀量 环流量大于等于膨胀量 膨胀后的空气全部进上塔，环流量部分旁通或者生产部分液态产品，还可以考虑采用氮膨胀 全低压增压透平膨胀系统增压膨胀机是用增压机制动，将膨胀工质增压后再进入膨胀机工作轮膨胀作功。因其膨胀前压力的提高，所以单位制冷量增加。膨胀量减少，进入上塔膨胀空气量减少，有利于提高氧提取率。增压透平膨胀的实质是将气体所作的膨胀功回收给膨胀工质本身，其系统图1-9图1-9
34、图1-102、精馏系统组织精馏系统的组织与制冷系统、换热系统的组织有关。 在组织精馏系统时，为了确保产品的纯度可以采取以下几种措施：正确地确定进料口、抽口位置。保证正常分离足够的塔板数。抽馏份：在下塔抽出液氮馏份，在上塔抽出污氮，这样一方面使较多的氩随污氮放空有利于氧、氮分离，另一方面使下塔上部和辅塔中的回流比加大，有利于精馏工况，从而得到高纯度的产品。由于所要求产品的产量和纯度不同，精馏系统工程的组织可以分为下列几种情况：只生产单一高纯度产品，例如只生产纯氧，或者只要求生产纯氮。这种情况可以使用普通的双级精馏塔，如图1-10 所示塔板根据所要求的产品纯度决定，塔板数要比生产两种高纯度产品小，
35、也不需要抽馏份或设辅塔。生产两种高纯度产品。适用于纯氮/纯氧不小于1的场合。如3200m3/h空分装置纯氧和纯氮的产量都是3200m3/h。氧、氮比为1：1。这时在上塔的上部要加辅塔，如图所示5-11。在辅塔底部抽出大量污氮，以使在辅塔顶部提取纯氮。为了保证辅塔喷淋液氮的纯度在下塔中部抽馏份液氮。要有足够的塔板数，使得在下塔顶部的氮气达到99.99%的纯度。生产两种纯度产品，仅是纯氮/纯氧等于0.20.5，也就是要求生产的纯氮量比较少的场合，可设置纯氮塔。如图1-12 。由下塔顶部引出一部分气氮进入底部，经过进一步精馏，在纯氮塔顶部得到纯度更高的产品氮。而产品纯氧则由主塔和纯氮塔的冷凝蒸发器上
36、部引出。图1-11 图1-12这种方式的特点是由于下塔顶部气氮的纯度比较低，所以下塔压力相对的可以低，由此能耗可以降低,但是流程组织相对辅塔流程要复杂些。对于生产纯氧，也叫工业氧（氧纯度在99.5%），以及生产纯度不高工艺氧（氧纯度在95%98%）或者两种产品都生产的精馏组织也和上述一样，可以和用设置辅塔，控制塔板数的办法来实现。1.3.3 防爆系统组织空分装置爆炸的原因一般有：液空和液氧中乙炔与碳氢化合物等杂质积聚。操作不当引起爆炸。在切换式换热器流程系统中，乙炔很容易在液氧中析出，这是引起爆炸的根源。如在主冷凝蒸发器中，液氧中的乙炔为液面上气氧中乙炔的24倍（温度-180），可见液氧中的乙
37、炔含量远远高于气氧中乙炔含量。另方面液氧溶解乙炔的能力较差。温度越低越不易溶解。当液氧蒸发时或排放时乙炔很容易析出。附在管壁上及浮在液面上，一旦引爆就容易发生爆炸，所以空分装置在主冷凝蒸发器中发生爆炸的事故较多。为了防止在液氧中乙炔的积聚一般是首先用吸附法除去液空中大部分乙炔，然后再用吸附法进一步除去液氧的乙炔。液氧循环法 如图1-13,使主冷中液氧气不断流动，在吸附中清除乙炔。避免乙炔积聚。此种液氧循环全靠液氧泵强迫流动，液氧泵的循环量必须等于或大于氧气产量。若上下塔分开，则液氧泵循环量约为氧产量的56倍。例如管式1500m3/h就是上、下塔分置流程。采用辅助冷凝器及乙炔分离器冷凝蒸发器中的
38、部分液氧经辅助冷凝蒸发器的盘管，并在管内蒸发，同时使液氧不能冲刷管壁。液氧在辅冷中并未全部蒸发，而需留下约1%的液体。这部分液体中浓缩了大部分乙炔，再经乙炔分离器将已蒸发的气体与含有乙炔的液体定期排放，流程示意图1-14。图1-13 图1-14自循环自循环是指液体在不消耗外功。即不靠泵推动的情况下形成自然流动。液氧是靠循环回路中局部受热，内部产生重度差而引起流动的。也可称为热虹吸作用或气泡泵作用。对于液氧的循环，从防爆及替代液氧泵的观点看，对循环量有两个方面要求：其一引出的液氧量通过吸附器后能将其中的乙炔和碳氢化合物得到清除，并带出装置。其二热虹吸蒸发器出口要有一定数量净化的液氧量返回主冷，以
39、稀释主冷的液氧，减低主冷液氧中乙炔及碳氢化合物浓度。如果只能满足其一也就相当于辅冷防爆方法。返回主冷筒体的液氧量与循环量的关系为：式中 返回主冷液气量 循环液氧的气化率 液氧循环量 式中 液氧气化量设 N称之为循环倍率，可见 自循环的循环倍率通常取 吸附器的配置直接影响乙炔的净除率，见表1-2表1-2吸附器的配置及其乙炔净除率配置情况除去乙炔的百分率吸附器+气氧排放液氧一个液氧吸附器95.2%4.8%一个液空吸附器98.8%1.2%一个液空吸附器和一个液氧吸附器99.5%0.5%二个液空吸附器和二个液氧吸附器99.95%0.05% 分子筛纯化系统在具有分子筛纯化器的低压流程中,因分子筛对水分、
40、二氧化碳、乙炔及其碳氢化合物的共吸附作用,从理论上讲,已经没有必要再设置液空吸附器及液氧吸附器。为了提高分子筛对二氧化碳的吸附能力,压缩空气进入分子筛纯化器需要预冷到815。为确保制氧机的安全和连续运转,个别流程除设置两只纯化器以外,还设有一只或两只液氧吸附器,而液空吸附器就不设置了。见图1-15 图1-151.3.4 换热器系统组织在保证工艺流程需要的前提下,取消作用不大的换热器,尽可能减少换热器的数量,以简化流程,减少流体阻力,降低设备投资。制氧流程中常见的换热器有7种1、主换热器其主要作用是使加工空气与返流氧气、氮气和污氮换热，使之冷却到液化温度，达到液化，进入精馏塔下塔底作为原料。此种
41、换热器设置在中压小型制氧机及带分子筛纯化器的全低压制氧机中。2、切换式换热器该类换热器包括可逆式板翅式换热器及蓄冷器。它的主要功能是将加工空气冷却到接近液化温度，而后参与精馏。同时回收返流气体的冷量，使氧气、氮气、污氮等气流复热后送出装置。在换热的同时将空气中的水分、二氧化碳自清除。即起到换热和自清除双重作用，使制氧机的换热和杂质清除净化有机地结合起来。3、冷凝蒸发器它是精馏所必需的换热设备,是联系上、下塔的纽带。其中上塔的液氧和下塔气氮换热，液氧蒸发后一部分作为产品气体引出，另一部分为上塔提供上升蒸汽，气氮冷凝后为上下塔提供回流液。就其结构来分，可分为板翅式、管式两种，而管式又分为长管式、短
42、管式、盘管式。短管式用于中压小型制氧机，因其传热系数较低，所以需要取较大的主冷温差，通常为22.5；长管式、板式用于中、大型全低压制氧机。板式换热器结构紧凑传热系数高换热效果比管式的好。在全低压流程中主冷温差取的较小，一般取1.61.8。主冷温差还直接影响精馏塔的压力，决定了全低压流程操作压力。如我公司现运行的所有设备的主冷都是板式冷凝器。4、过冷器常见有液空过冷器、液氮过冷器（纯液氮、污液氮）、液氧过冷器。过冷器的作用是使下塔来的液空、纯液氮、污液氮和从上塔抽出的氧、氮、污氮气换热，使液体过冷。从而减少节流汽化率，提高上塔回流比，改善上塔的精馏工况。同时回收了从上塔出来的纯氮气、污氮气的冷量
43、，因此，高、中、全低压流程中均采用。尤其是全低压切换式换热器流程，由于污氮气的部分冷量被过冷器回收了，提高了污氮入切换式换热器冷端的温度，缩小了冷端温差，有利于自清除。过冷器回收的冷量由液空、液氮带回上塔，也就是减少了加工空气带入下塔的冷量，因此，过冷器客观上起到了上、下塔冷量分配的作用。就其结构来讲，有板翅式及管式两种。5、液化器它是全低压切换式换热器流程所必需的换热器。就其冷流体的不同，分为污氮液化器、纯氮液化器及氧液化器。在切换式换热器流程中，由于自清除工况的要求以及切换系统的结构限制，加工空气在切换式换热器冷端不能出现液体，通常有11.5的过热度。而精馏塔由于冷损的存在，要求进塔加工空气中含少量的液空。为解决此矛盾，设置液化器提供精馏塔所需的含湿量，保证精馏塔热平衡，这就是液化器设置的必要性。此外，液化器在切换式换热器的全低压制氧机启动时，起产生液体和积累液体的作用。在正常操作时，液化器将返流气体的冷量回收给部分加工空气，使之液化流入下塔，客观上起到切换式换热器与下塔之间的冷量分配作用。值得指出的是液化器不必控制，能自动保持返流低温气体出液化器的温度恒定，这叫做“自平衡”。当经过液化器的低温气体温度低时，冷量较多地传给饱和空气，使之液化量增加，液化器的压力降低，与下塔压差增大，进液化器的饱和空气量就
