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共51页第1页14073.SMKDONAr-6000/12000/180型空分设备使用说明书14073.SM编制：校对：审核：开封空分集团有限公司二OO四年一月使用说明书14073.SM共51页第2页KDONAr-6000/12000/180型空分设备目录1.前言2.概述2.1主要指标2.2基本原理和过程2.3工艺流程概述3.部机3.1空气过滤器3.2空气透平压缩机3.3空气冷却塔3.4水冷却塔3.5分子筛吸附器3.6主热交换器3.7过冷器3.8冷凝蒸发器3.9下塔与上塔3.10粗氩塔3.11精氩塔3.12透平膨胀机3.13氧气压缩机3.14氧气放空消音器3.15粗氩泵3.16冷水机组4.空分设备的启动4.1起动应具备的条件4.2起动准备4.3冷却阶段4.4积液和调整阶段共51页第3页14073.SM4.5装置安全操作措施4.6重要的操作数据5.装置的管理5.1正常操作5.2维护5.3故障及其排除6.停车和加温6.1停车和重新起动6.2分馏塔全面加温7.安全规程7.1空气及空气组份的一般特性7.2安全注意事项7.3安全措施7.4绝缘材料的使用共51页第3页14073.SM1.前言本说明书是KDONAr-6000/12000/180型空分设备运转及使用方面的说明书。有关下列机组请参照各自使用说明书：a自洁式空气过滤器（ZKJ-1000）b空气透平压缩机组（6014D.0000）c氟利昂冷水机组（30HR-161）d透平膨胀机组（TG402B.0000）eZW-60/30氧气压缩机（6233H.0000）f仪控系统（嘉兴14073.YK）g电控系统（嘉兴14073.DK）2.概述2.1主要指标主要指标单位设计工况备注加工空气量m3/h～32500压力MPa0.52温度（进冷箱）℃≤15产品氧产量m3/h6000压力（出冷箱）KPa～24.5温度℃12纯度%O299.6产品液氧产量m3/h100折气态压力（出冷箱）m～10液氧柱纯度%O299.6产品氮产量M3/h12000压力（出冷箱）KPa～5温度℃12纯度PPmO25液氩产量m3/h180折气态压力（出冷箱）m～15液氩柱共51页第3页14073.SM纯度%Ar99.999注：压力单位均为表压力，流量单位均为标准状态（下同）2.2基本原理和过程空气分离的基本原理，是利用空气中各组份沸点的不同而将各组份分离开来。要达到这个目的，空分装置的工作包括下列过程：⑴空气的过滤和压缩⑵空气中水份和二氧化碳的消除⑶空气被冷却到液化温度⑷冷量的制取⑸液化⑹精馏⑺危险杂质的排除2.2.1空气的过滤和压缩大气中的空气先经过空气过滤器过滤其灰尘等机械杂质，然后在空气透平压缩机中被压缩到所需的压力，由中间冷却器提供级间冷却，压缩产生的热量被冷却水带走。2.2.2空气中水份和二氧化碳的清除加工空气中的水份和二氧化碳若进入空分设备的低温区后，会形成冰和干冰，就会阻塞换热器的通道和塔板上的小孔，因而配用分子筛吸附器来予先清除空气中的水份和二氧化碳，进入分子筛吸附器的空气温度约为10℃。分子筛吸附器成对切换使用，一只工作时另一只在再生。2.2.3空气被冷却到液化温度空气的冷却是在主换热器中进行的，在其中空气被来自精馏塔的返流气体冷却到接近液化温度。与此同时，低温返流气体被复热。共51页第3页14073.SM2.2.4冷量的制取由于绝热损失、换热器的复热不足损失和冷箱中向外直接排放低温液体，分馏塔所需的冷量是由空气在膨胀机中等熵膨胀和等温节流效应而获得的。2.2.5液化在起动阶段，加工空气在主换热器和过冷器中与返流低温气体换热而被部分液化，在正常运行中，氮气和液氧的热交换是在冷凝蒸发器中进行的，由于两种流体压力的不同，氮气被液化而液氧被蒸发，氮气和液氧分别由下塔和上塔供给，这是保证上、下塔精馏过程的进行所必需具备的条件。（注：起动时，大部分气体也是在主冷中被冷却至液化温度而被液化的）。2.2.6精馏空气中主要组份的物理特性如下表2.1和表2.2表2.1名称化学符号体积百分比重量百分比氮氧氩二氧化碳氦氖氪氙N2O2ArCO2HeNeKrXe78.0920.950.9020.030.000460.00160.000110.00000875.523.11.290.050.000060.00110.000320.00004表2.2比重临界点名称化学符号汽化温度℃熔化温度℃Kg/m3Kg/L℃10-1MPa(G)氮氧N2O2-195.8-183-209.86-218.41.251.430.811.14-147-11934.551.3共51页第3页14073.SM氩氦氖氪氙ArHeNeKrXe-185.7-268.9-246.1-153.2-108.0-189.2-272.55-248.6-157.2-111.81.7820.180.7481.7351.6641.40.1251.2042.1553.52-122-267.7-228.7-63.7+16.649.592.33528.135660.1空气中99.04%是氧气和氮气，0.932%是氩气，它们基本不变。氢、二氧化碳和碳氢化合物视地区和环境在一定范围内变化，空气中的水蒸汽含量随着饱和温度和地理环境条件影响而变化较大。水蒸汽和二氧化碳具有和空气大不相同的性质，在大气压力下，水蒸汽达到0℃和二氧化碳达到-79℃时，就分别变成冰和干冰，就会阻塞板式换热器的通道和筛板上的小孔。因此这些组份必须在空气进冷箱前除去。空气中的危险杂质是碳氢化合物，特别是乙炔。在精馏过程中如乙炔在液空和液氧中浓缩到一定程度就有发生爆炸的可能，因此乙炔在液氧中含量规定不得超过0.1PPm，这必须予以充分的注意。稀有气体中的不凝性气体如氖氦气，由于其冷凝温度很低，总以气态集聚在冷凝蒸发器中，侵占了换热面积，而影响换热效果，因此也要经常排放。分离过程可获得相当产量的高纯度产品。空气的精馏是在氧—氮混合物的气相与液相接触之间的热质交换过程中进行的，气体自下而上流动，而液体自上而下流动，该过程由筛板（填料）来完成。由于氧、氮组份沸点的不同，氮比氧易蒸发，氧比氮易冷凝，气体逐板（段）通过时，氮浓度不断增加，只要有足够多的塔板（填料），在塔顶即可获得高纯度的氮气；反之液体逐板（段）通过时，氧浓度不断增加，在下塔底部可获得富氧液空，在上塔底部可获得高纯度氧气。在下塔中空气被初次分离成富氧液空和氮气，液空由下塔底部抽出后经节流送入和液空组份相近的上塔某段上，一部分液氮由下塔顶部抽出后经节流送入上塔顶部，液空和液氮在节流前先共51页第3页14073.SM在过冷器中过冷。空气的昀终分离是在上塔进行。产品氧气是由上塔底部抽出，而氮气由上塔顶部抽出，并通过主换热器复热到常温后送出。低温全精馏制氩（无氢制氩）的所有设备均置于空分设备的保冷箱内，粗氩塔Ⅰ、粗氩塔Ⅱ（因粗氩塔太高故分成两段）、精氩塔均为填料塔。在粗氩塔Ⅰ、Ⅱ内，气态氩馏份沿填料盘上升，由于氧的沸点比氩高，故高沸点组分氧被大量地洗涤下来，形成回流液返回上塔。粗氩塔Ⅰ底部的液氩经液氩泵加压后打入粗氩塔Ⅱ上部作回流液。因此上升气体中的低沸点组份（氩）含量不断提高，昀后在粗氩塔Ⅰ顶部得到含氧≤2PPm，含氩98～99%的粗氩气，粗氩气在粗氩冷凝器中被液空冷凝成粗液氩。由于氮的沸点（-195.78℃）与氩的沸点（-185.7℃）相差较大，因此含氮量约为1～1.5%的粗液氩在精氩塔中得到进一步分离，昀后在精氩塔蒸发器底部得到99.999%Ar以上的纯液氩产品。2.2.7危险杂质的排放空气中的危险杂质是碳氢化合物，特别是乙炔。在精馏过程中如乙炔在液空和液氧中浓缩到一定程度就有发生爆炸的可能，因此乙炔在液氧中含量规定不得超过0.1PPm，这必须引起充分的注意。在冷凝蒸发器中，由于液氧的不断蒸发，将会使碳氢化合物有浓缩的危险，但是只要从冷凝蒸发器中连续排放部分液氧就可防止浓缩。而当在冷凝蒸发器中提取液氧时，就可不用再另外排放液氧来防止碳氢化合物浓缩。2.3工艺流程概述2.3.1氧气和氮气的生产（参照工艺流程图嘉兴14073.LC）原料空气自吸入塔吸入，经空气过滤器除去灰尘及其它机械杂质。空气经过滤后在离心式空压机中经压缩至0.52MPa左右，经空气冷却塔预冷，冷却水分段进入冷却塔内，下段为循环冷却共51页第3页14073.SM水，上段为低温冷冻水，空气自下而上穿过空气冷却塔，在冷却的同时，又得到清洗。空气经空气冷却塔冷却后，温度降至~10℃，然后进入切换使用的分子筛吸附器，空气中的二氧化碳，碳氢化合物及残留的水蒸气被吸附。分子筛吸附器为两只切换使用，其中一只工作时，另一只再生。纯化器的切换周期为480分钟，定时自动切换。空气经净化后，分为两路：大部分空气直接进入分馏塔，而另一路去增压膨胀机增压后进入分馏塔。大部分空气在主换热器中与返流气体（纯氧、纯氮、污氮等）换热达到接近空气液化温度约-173℃进入下塔。增压空气在主换热器内被返流冷气体冷却至-105℃时抽出进入膨胀机膨胀制冷，膨胀空气经热虹吸蒸发器后入上塔参加精馏。在下塔中，空气被初步分离成氮和富氧液空，顶部氮气在冷凝蒸发器中被冷凝为液体，同时主冷的低压侧液氧被汽化。部分液氮作为下塔回流液，另一部分液氮从下塔顶部引出，经过冷器被氮气和污氮气过冷并节流后送入上塔顶部和精氩塔冷凝器冷凝侧。液空在过冷器中过冷后经节流送入上塔中部作回流液和粗氩塔Ⅰ冷凝器冷凝侧的冷源。氧气从上塔底部引出，并在主换热器中复热后出冷箱进入氧气压缩机加压至2.8MPa(G)送往用户。污氮气从上塔上部引出，并在过冷器及主换热器中复热后送出分馏塔外，部分作为分子筛吸附器的再生气体。氮气从上塔顶部引出，在过冷器及主换热器中复热后出冷箱，一部分作为产品氮气送出，去氮气压缩机加压后送往用户，其余氮气进入水冷却塔中作为冷源冷却外界水。产品液氧从主冷中排出送入液氧贮槽保存。2.3.2氩气的生产精液氩是采用低温全精馏法制取的。共51页第3页14073.SM从上塔相应部位抽出氩馏份气体约7000m3/h，含氩量为8～10%（体积），含氮量小于0.06%（体积）。氩馏份直接从粗氩塔Ⅱ的底部导入，粗氩塔Ⅱ上部采用粗氩塔Ⅰ底部排出的粗液氩作回流液，作为回流液的粗液氩经液氩泵加压后直接进入粗氩塔Ⅱ上部。粗氩自粗氩塔Ⅱ顶部排出，经粗氩塔Ⅰ底部导入，粗氩冷凝器采用过冷后的液空作冷源，上升气体在粗氩冷凝器中液化，得到粗液氩和约195m3/h的粗氩气（其组成为98%～99%Ar，≤2PpmO2）。粗氩气被导入液化器进行液化，然后进入精氩塔中，继续精馏；粗液氩作为回流液入粗氩塔Ⅰ、Ⅱ。粗氩塔冷凝器中蒸发后的液空蒸汽和相当于10%总液空量的液空同时返回上塔。粗液氩从精氩塔中部进入，与此同时在精氩塔蒸发器氮侧利用下塔顶部来的压力氮气作为热源，促使精氩塔底部的液氩蒸发成上升蒸汽，而氮气被冷凝成液氮并从0.5MPa节流至0.16MPa返回上塔。来自过冷器并经节流的液氮进入精氩塔冷凝器作为冷源，使精氩塔顶部产生回流液，以保证塔内的精馏，使氩氮分离，从而在精氩塔底部得到纯液氩。液氩经调节阀排入液氩贮槽贮存，槽内蒸发的气体返回精氩塔。共51页第3页14073.SM3.部机这里所列的是由开封空分集团有限公司制造和配套的主要部机，以下对部分部机及保冷箱内的单元设备作简要说明。3.1自洁式空气过滤器符号：AF工厂代号：ZKJ-1000作用：清除空气中的机械杂质及灰尘介质：空气流量：40000m3/h过滤效率：99.9%设计温度：-30℃～+40℃过滤面积：216m3工作阻力：300～800pa3.2空气透平压缩机符号：AC工厂代号：6014D.0000作用：把空气压缩到设计压力结构型式：双轴，4级压缩，逐级冷却，水平剖分式介质：空气流量：32500m3/h（0OC,101.325KPa）排气压力：0.52MPa出口温度：≤100℃轴功率：2900KW电机功率：3400KW3.3空气冷却塔符号：AT1101工厂代号：4272.100作用：把出空压机的高温气体（~100℃）冷却到～10℃，共51页第