九阳空分车间制氧百题问答

九阳空分车间制氧百题问答制作：刘言信河南安阳九阳化学公司空分车间二００八年十一月十四日九阳空分4000制氧装置简易流程1、为什么空气经过压缩和冷却后会有水析出？•在吹除压缩机各级的油水时可以看到，从分离器中总有不断吹出大量水分，这些水是从哪里来的呢？这是由于在每立方米的空气中所能容纳水分量主要取决于温度的高低，而与空气总压力的大小关系不大。•例如，在30℃和0.1Mpa压力下，空气中水分的饱和含量为30.3g/m3.如果将空气压缩到0.6Mpa,温度仍为30℃,则在每立方米的空气中水分的饱和含量仍为30.3g/m3.但是当压力提高时,在每立方米的空气中所包含的空气质量增多,水分量也相应增多.而当温度不变时,其饱和含量不变,则多余的水分就会以液体状态析出.对上述情况,1m3压力为0.6Mpa的空气是由压力为0.1Mpa体积为6m3的空气压缩而成的.在1m3的空气中水分的含量也增加到6倍,也就可以看成是6×30.3(g/m3)=181.8g/m3.如果温度不变,空气中仍只能容纳30.3g/m3水分,则有六分之五的水分将析出.随着压力的提高,析出的水分就越多;冷却效果越好,析出的水分也越多.2、为什么空气经过冷却塔后水分含量会减少？•对低压空分装置，从空压机排出的压缩空气的绝对压力在0.6Mpa左右，空气经压缩后，单位体积的内含水量增加，使其水分含量达到当时温度所对应的饱和含量。空气在流经空气冷却塔时，随着温度的降低，相应的饱和水分含量减少，超过部分就会以液体状态从气中析出。这部分水蒸气凝结成水，同时放出冷凝潜热，不仅使冷却水量增加，而且水温也会有所升高。但空气出塔温度是降低的，因此，空气在冷却塔中，虽然与水接触，但水分含量反而会减少。3、用深冷法制氧的设备在安全上有何特点?•利用深冷法制氧,首先要将空气液化,再根据氧、氮沸点不同将他们分离开来。液化必须将温度降到—140.6℃以下。一般空气分离是在--172℃~~194℃的温度范围内进行的。用深冷法制氧的设备有以下特点：•1、低温换热器、精馏塔等低温容器及管道置于保冷箱内，并充填有热导率低的绝热材料，防止从周围传入热量，减少冷损，否则设备无法运行；•2、用于制造低温设备的材料，要求在低温下有足够的强度和韧性，以及有良好的焊接加工性能。常用铝合金、不锈钢等材料；•3、空气中高沸点的杂质，例如水分、二氧化碳等，应在常温时预先清除。否则会堵塞设备内的通道，使装置无法工作；•4、空气中的乙炔和碳氢化合物进入空分塔内，积聚到一定程度，会影响安全运行，甚至发生爆炸事故。因此，必须设置净化设备将其清除；•5、储存低温液体的密闭容器，当外界有热量传入时，会有部分低温液体吸热而汽化，压力会自然升高。为防止超压，必须设置可靠的安全装置；•6、低温液体漏入基础，会将基础冻裂，设备倾斜。因此必须保证设备、管道和阀门的密封性，要考虑热胀冷缩可能产生的应力和变形；•7、被液氧浸渍过的木材、焦炭等多孔有机物质，当接触火源或给予一定的冲击力时，会发生激烈的燃爆。因此冷箱内不许有多孔性的有机物质。对液氧的排放，应预先考虑有专门的液氧排放管路和容器，不能走地沟；•8、低温液体长期冲击碳素钢板，会使钢板脆裂。因此，排放低温液体的管道及排放槽不能采用碳素钢制品；•9、氮气、氩气是窒息性气体，其液体排放管应引至室外。气体排放管应有一定的排放高度，排放口不能朝向平台楼梯；•10、氧气是强烈的助燃剂，其排放管不能直接排在不通风的厂房内。4、环境条件变化对空分设备的性能有什么影响？•环境条件包括大气压力、环境温度、大气湿度以及空气中二氧化碳等杂质的含量等。这些条件随地区、气候条件变化，对相同的空分装置也会显示不同的性能。•1、大气压力的影响。大气压力在0.1Mpa附近波动。大气压力降低将使空压机的压缩比增大。大气压力降低0.01Mpa，会使空压机的压缩比增加6%~~8%，增加压缩的能耗。此外，由于质量比体积增大（密度减小），空压机的排气量减小，相应的氧产量也会减少，制氧的单位电耗增大。•2、环境温度的影响。环境温度升高，会使空压机的排气量减小，轴功率增大。环境温度升高3℃，轴功率约增加1%。此环境温度升高也会使空压机的排气温度升高，冷损增大，要求有更多的制冷量来平衡冷损，最终会导致能耗增加。•3、空气湿度的影响。空气的湿度增大，使压缩机功的一部分消耗在压缩水蒸气上，造成压缩机的轴功率增大。•4、空气中杂质的影响。空气中的杂质含量的增加，使得分子筛吸附器净化的负荷增大。5、采用分子筛吸附净化流程为什么多数要采用制冷机预冷系统？•由于使用了分子筛吸附净化流程，可以把压缩后的空气中的水分、二氧化碳及部分的碳氢化合物在纯化器中被吸附掉，这样，在设计中可以取消液空吸附器和液氧吸附器，从而简化了空分的生产工艺流程，同时也延长了设备的运转周期，提高了涉笔使用率。•但是，要使分子筛能够正常工作，对其吸附介质温度要求比较苛刻。因为温度越高，空气中的水分含量越大，增大纯化器的清除负荷。而分子筛的吸附性能随温度升高而降低，所以，分子筛的入口温度必须控制在15℃以下才能正常工作，一般要在8~~15℃之间。而普通冷却水很难将空气冷却到这样的温度条件，所以一般都需要增加制冷机预冷系统，才能把空气温度降到8~~15℃以内，以确保生产顺利进行。6、什么叫液氧自循环吸附，实现液氧自循环吸附需要什么条件？•液氧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的自然流动。冷凝蒸发器中的液氧靠循环回路中局部受热，使得内部产生密度差而引起的流动，也叫热虹吸式蒸发器。•上塔底部的液氧经吸附器后与热虹吸式蒸发器相连，蒸发器的顶部又连至塔的下部的蒸汽空间，构成一个循环回路。当蒸发器管内的液氧吸收热量而达到饱和时，开始汽化，随着吸热量的增多，气化量逐渐增大，在出口达到最大值，从开始气化到气化量达到最大值的这一段称为蒸发段。在蒸发段内，由于气液混合物的密度要比塔底液体的密度小的多，因而塔底的液体与蒸发器内气、液混合物之间产生一个静压差，推动液体自塔底自然的流向蒸发器。而蒸发器内的气、液混合物又不断的返回到塔内，便形成了液体的自然循环，不需要靠液氧泵的推动。蒸发器的热源可用下塔的气氮，即为冷凝蒸发器。因而循环吸附系统有阻力，为此，由密度差产生的静压差应能克服循环系统流动所产生的阻力。阻力越小，循环的液体量越大。因此，只有循环量能够满足安全生产工艺的要求（循环量大于1倍的氧产量时），液氧自循环吸附系统才能实现。7、液氧贮槽有何作用，它所能提供的氧气量如何换算？•答：大型制氧机一般具有生产少量液氧的能力。产生的液态产品贮存在贮槽中，除可外销外，更主要的是作为生产保安供氧用。当制氧机发生故障时，突然停止生产时，可靠液氧汽化，进行紧急供氧。•液氧的密度为1140kg/m3，氧气的密度为1.429kg/m3。因此，每1m3液氧汽化后约可提供800m3氧气，有相当大的供气能力。但是，在紧急时，要求快的供气速度，所以在液氧贮槽后还需要有加热汽化装置。•对于有液氮、液氩产品的装置，液态与气态的体积关系为：•液氮密度ρ=810kg/m3，气氮的密度ρ=1.25kg/m3，所以1m3液氮可产生648m3的气氮；•液氩密度ρ=1400kg/m3，气氩密度ρ=1.783kg/m3，所以•1m3液氩可产生785m3的气氩。8、为什么空分设备在运行时要向冷箱内充惰性气体？•在空分装置的冷箱中充填了保冷（绝热）材料，而保冷材料（珠光砂）颗粒之间的空隙中是充满了空气。空分设备在运行后，塔内的设备处于低温状态，保冷材料的温度也随之降低。由于内部的气体体积缩小，保冷箱内将会形成负压。如果保冷箱密封很严，在内外压差作用下很容易使箱体被吸瘪。如果保冷箱封闭不严，则外界的湿空气很容易侵入，使保冷材料变潮，保冷效果变差，空分设备的跑冷损失增加。一般的保冷材料采用珠光砂，其热导率约为0.040W/（M.℃）左右；而冰的热导率是2.2W/（M.℃），可见要增大50多倍，所以，为了防止湿空气及空气中的水分在管道和保冷箱壁冷凝而侵入，在空分装置运行时，要向保冷箱内充干燥的惰性气体（氮气或污氮），保持保冷箱内为微正压，约为200~~500Pa。9、全低压空分设备中膨胀机产生的制冷量在总制冷量中占多大的比例？•全低压空分设备的工作压力在0.6Mpa左右，因此，节流效应制冷量很小。对每立方米加工空气而言，只有1.36kj/m3。而装置的跑冷损失对每立方米加工空气而言在4.2~7.5kj/m3，热交换不完全损失当热端温差为3℃时，在3.9kj/m3左右，所以，对不生产液体产品的空分设备，总冷损失在8.1~~11.4kj/m3。由此可见，在总冷损中，绝大部分要靠膨胀机制冷来弥补，所需的膨胀机制冷量为6.74~~10.04kj/m3，占总制冷量的85%~~90%，节流效应制冷量占10~~15%。•当装置在启动时，或生产部分液态产品时，则全靠增大膨胀机的制冷量来弥补，这时将占更大的比例。10、为什么主冷液氧面的变化是判断制氧机冷量是否充足的主要标志？•空分设备的工况稳定时，装置的产冷量与冷量消耗保持平衡，装置内各部位的温度、压力、液面等参数不再随时间而变化。主冷是联系上、下塔的纽带，来自下塔的上升氮气在主冷中放热冷凝，来自上塔的回流液氧在主冷中吸热蒸发。回流液量与蒸发量相等时，也面保持不变。•加工空气在进入下塔时，有一定的“含湿”，即有小部分是液体。大部分空气将在主冷中液化。对于低压空分设备，进下塔的空气是由出主热交换器冷端的空气和经液化器的空气混合而成的；在正常情况下，它们进塔的综合状态都有一定的“含湿量”（液化率）。进塔的空气状态是由空分设备内的热交换系统和产冷系统所保证的。•当装置的冷损增大时，制冷量不足，使得进下塔的空气含湿量减小，要求在主冷中冷凝的氮气量增加，主冷的热负荷增大，相应的液氧蒸发量也增大，液氧面下降；如果制冷量过多，空气进下塔的含湿量增大，主冷的热负荷减小，液氧蒸发量减少，液氧面会上升。因此，装置的冷量是否平衡，首先在主冷液面的变化上反映出来。•当然，主冷液氧面是冷量是否平衡的主要标志，并不是唯一标志。因为在液空节流阀等的开度过大或过小，会改变下塔的液面，进而影响主冷的液氧面的变化。但是，这不是恶劣能够量不平衡造成的，而是上、下塔的液量分配不当引起的，液面的波动也是暂时的。1１、热端温差对热交换不完全损失有多大影响？•热交换不完全冷损失是返流低温气体在出主热交换器的热端时，不能复热到正流空气进热交换器的温度而引起的。因此，返流气体与正流空气换热器的热端温差越大，说明复热越不足，未被利用的冷量越多，热交换不完全冷损失就越大。因此，热交换不完全冷损失与热端温差成正比。•返流低温气体由已被分离成产品的氧、产品氮及污氮等几股气体组成。它们与正流空气在热端温差不完全相同，流量及比热容也不相同，在计算热交换不完全损失时，应分别计算后相加，得出总的热交换不完全损失。由于污氮量最大，它的热端温差对热交换不完全损失的影响也最大。如果各返流气体的热端温差均相等，它们的气量之和又等于正流空气量。这时，不同的热端温差所产生的热交换不完全损失的大小如表所示•热端温差扩大1℃，热交换不完全损失将增大1.3KJ.M3，这将使装置的总冷损增加10%以上。因此，尽可能缩小热端温差对减小装置的总冷损有很大的意义。尤其是当发现热端温差扩大，超过规定值时，应注意寻找原因，采取相应的措施。12、空气中有哪些杂质，在空气分离过程中为什么要清除杂质？•空气中除氧、氮外，还有少量的水蒸气、二氧化碳、乙炔和其他碳氢化合物等气体，以及少量的灰尘等固体杂质。这些杂质在每立方米空气中的含量虽然不大，但由于大型空分设备每小时加工空气量都在几万甚至几十万立方米，因此，每小时带入空分设备的总量还是可观的。以6000m3/h制氧机为例，每小时随空气带入空压机的水分含量约1T，经空气冷却器和氮水预冷器后有很大一部分水分将析出。即使如此，每小时带入空分设备的水分还有200KG。每天随空气吸入的灰尘达4.8~~9.6KG，甚至更多。而这些杂质对空分设备都是有害的，随空气冷