大型空分设备常见问题

       在空分设备中主换热器是保证整套设备性能的关键设备。主换热器在分子筛预净化流程空分设备中的作用是通过回收返流气体的冷量，保证热端温差保持在设计值，为膨胀机提供足够的机前状态的膨胀机气体，弥补设备的冷量损失，并为下塔提供设计工况下的原料气体。下面简要介绍一下影响主换热器热端温差的几个因素；       1、分子筛吸附器性能：当分子筛吸附器存在分子筛填充量不足、床层不平、分子筛因再生不彻底而造成吸附性能差等外在原因造成空气短路，因制造原因造成分子筛泄漏等因素，都将造成主换热器的热端温差及阻力上升。       2、膨胀机效率：膨胀空气出主换热器的压力、温度、流量等参数都是主换热器设计时的给定值，如果膨胀机出主换热器的状态正常，而膨胀机后温度高于设计值，如果用增加膨胀量的手段维持空分设备运行，会使主换热器的热端温差越来越大，导致空分运行工况破坏，无法正常运行。检修膨胀机，是解决主换热器热端温差大的较常用方法。       ...

粗氩塔的原料气及冷源来自主塔又返回主塔，所以粗氩塔与主塔是密切相关、互相影响的。粗氩塔的投入需有以下条件：1)主塔工况稳定；2)氧、氮产品的产量和质量接近或达到正常值；3)氩馏分的含氩量接近正常；4)主冷液位较高，有充足的冷量。粗氩塔投入过程中，首先引出氩馏分预冷粗氩塔，然后逐渐将液空送入粗氩冷凝器。随着粗氩塔的冷却，粗氩塔逐渐建立起精馏工况。其标志是粗氩塔的阻力、粗氩的纯度、氩馏分的取出量不断增加，直至达到正常指标。开始时，主冷液位可能略有下降，随着粗氩塔精馏的建立，主冷液位将会恢复。操作时应注意以下问题：1)氩在上塔的富集情况不是固定不变的，氧、氮产品纯度变化时，氩在上塔的分布将发生变化，氩馏分的组成也随之改变。氧纯度的变化对氩馏分组成的影响比较敏感，氧纯度变化0.1%，氩馏分的氩含量将变化0.8%～1%。氧纯度提高，富氩区将上移，馏分的含氩量下降。因此，应保持适宜的氧纯度，并保持稳定，以获得含氩量较高的馏分气；2)主冷液位的波动也会影响馏分的组成和取出量。经验表明，主冷液位波动为5～10cm，粗氩塔就会出现明显的反映；3)防止粗氩冷凝器发生氩冻结。由于操作调节不当，液空温度过低，冷凝器温差增大，就会在冷凝表面有氩固化。这时冷凝量减少，氩馏分的组成以及主塔提馏段的回流比都将改变，破坏了主塔的精馏。出现这种情况应首先停止粗氩塔的工作，提高粗氩冷凝器的温度。待解冻后重新逐渐将粗氩塔投入；4)注意馏分中的氮含量。当氮含量超过0.1%时不但会使馏分的冷凝困难，还会使粗氩的氮含量增高，影响精氩塔的工作。因此，馏分中的氮含量一般不得大于0.01%。总之，粗氩塔的投入的操作应该是逐渐增加粗氩冷凝器的负荷，过快的操作将适得其反，使整个系统发生波动。

在切换式换热器中，水分及二氧化碳不可能全部、彻底清除。尽管残留的量是极微的，但日积月累也会逐渐地堵塞切换式换热器。在生产中表现为切换式换热器的阻力不断增加，气体流通的自由截面减少，空气量进不来。此外，在切换式换热器冷段，理论上已基本清除干净了二氧化碳，但由于气流的夹带作用，带入塔内的二氧化碳量比理论含量多得多。这些二氧化碳除被吸附过滤器部分清除外，其余将在塔内逐渐积累而使塔板、管道和阀门堵塞。加之空气中还含有微量的乙炔及碳氢化合物，虽经乙炔吸附器吸附，其吸附效率只能达到97%左右，其余部分也将威胁到空分设备的安全生产。为了消除这些积聚的水分、二氧化碳、乙炔等杂质，当空分设备运行到一定的时间，就需要停车进行加温吹除操作。另外，在空分设备运转中，有时因设备或机器的故障而被迫停车检修前，为了消除低温，也必须进行加温吹除。在空分设备全部安装完毕、启动试车前，为了清除设备内残存的杂质和水分，也需要进行加温吹除操作。对于单体倒换使用的设备(如液空吸附器)，当硅胶被乙炔和二氧化碳饱和时，为了恢复其吸附能力，要定期进行加温再生。当膨胀过滤器、膨胀机被二氧化碳冻结时，为了解冻，也需要进行单体加温操作。

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。

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...