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大型空分设备是冶金、石油化工、煤化工等行业广泛使用的关键设备，为生产流程提供氧气、氮气和氩气。其工作原理是先将空气压缩、冷却，并使空气液化，利用氧、氮、氩组分沸点的不同，在精馏塔的塔板上使气、液接触，进行质、热交换，最终分离获得符合纯度要求的氧、氮、氩产品。 精馏系统 （1）液氧泵系统，高压氧气送出压力高于1.1倍的设计压力时，打开放空阀；低于0.9倍的设计压力时，启动备泵。 （2）一般规定充气管路设置在11米高度位置进入液体去粗氩塔冷凝器管路。要求下塔去上塔液体全液体液柱静压不足时，不进过冷器或者过冷度小些（防止节流阀前有汽化），这样管路汽化量大，减少充气量（充气量大对于精馏不利，尤其对于制氩系统）。一般充气管路的两相竖直管路分为3种相态：全液相段，开始汽化段但发生气液分离；汽化（或者有充气）开始发生气液夹带，气体能够夹带液体上行。对于液柱静压分为两部分，即以开始发生气液分离为分界点，以下为全液柱静压段，之上为两相混合段（按照平均密度计算）。一般调节阀位置在6米左右，液体大概在2barA左右开始汽化，所以这样设置实际上较为保守。 （3）上塔分为两段的布置有四种：第一种为在主冷处分开，优点是主冷可以做的很大，可以完全不考虑上面塔布置的稳定性，采用循环液氧泵连接两塔。由于上塔坐落在地，与上塔连接的粗氩塔高度可以增高，这样与冷凝器相连部分高度可以降低，使得富氧液空去冷凝器有足够的压力头上行。粗氩塔两塔之间采用循环泵连接。 第二种为自氩馏分抽口处分开，缺点是主冷不能采用横置等方式。上塔坐落在地，粗氩塔采用一段塔布置，氩循环泵与上塔循环泵两泵合一（两塔液体汇集后）。粗氩塔由于高度较高，采用设置充气管路以使得液空进入粗氩塔冷凝器。可以节省两台泵。 第三种为自氩馏分抽口处分开，缺点是主冷不能采用横置等方式。上塔坐落在地，采用循环液氧泵连接两塔。粗氩塔采用两段塔布置，由于上塔坐落在地，与上塔连接的粗氩塔高度可以增高，这样与冷凝器相连部分高度可以降低，使得富氧液空去冷凝器有足够的压力头上行。粗氩塔两塔之间采用循环泵连接。 第四种为自氩馏分抽口处分开，缺点是主冷不能采用横置等方式。上塔坐落在地，采用循环液氧泵连接两塔。粗氩塔采用两段塔布置，由于上塔坐落在地，与上塔连接的粗氩塔直接坐落于分开段上塔之上，这样塔的稳定性较好，但是与冷凝器相连部分高度不能降低，使得富氧液空去冷凝器可能没有足够的压力头上行，一般也需要充气。粗氩塔两塔之间采用循环泵连接，此处4台循环泵不能合并，因为液体纯度不同，进料口也不同。 （4）下塔液体去上塔有以下几种关系：第一种为下塔能提供的背压远小于液体上行所需的静压力头（全液相），这样如果充气，量较大（有液体未发生汽化或者发生汽化两种），对精馏不利（相当于膨胀空气进上塔），采用液体泵加压输送。第二种为下塔能提供的背压小于液体上行所需的静压力头（全液相），液体到顶部发生汽化或者未发生汽化，如果充气，量较小，对精馏不利因素有限（相当于膨胀空气进上塔），采用充气。第三种为下塔能提供的背压略小于液体上行所需的静压力头，液体上行过程发生汽化，两相流开始发生气液夹带，不进过冷器，恰好能够满足液柱静压，不需要设置充气。第四种为下塔能提供的背压大于液体上行所需的静压力头（全液相），液体上行过程发生汽化或者未发生，能够满足液柱静压，采用液体进过冷器，以减少汽化，避免两相流扰动而发生管路震动及影响上塔液体分布。 （5）过冷器的作用一方面为主换热器的入口冷流体使之冷端温差较小，另一方面回收冷量去上塔，防止抽气体中夹带液体，这样会使板式过冷，不利于换热，以降低不可逆损失。产品液氮一般需要过冷后进贮槽，因为其压力高，或者采取在上塔顶部分离罐抽，一般过冷度大3℃左右。产品液氧可以过冷，也可以不过冷，因为其压力低，汽化度小。 （6）粗氩塔冷凝器的温差计算时要留有余量，能够满足组分波动，对于粗氩组分要求含氮0.1%时计算温差；对精氩塔顶部冷凝器要求按照含氮10%进行计算温差。即以发生氮塞工况为分界点，一般含氮0.1%以下运行时均不会发生氮塞。 （7）液体泵的采用双点迷宫密封的密封气：一路进轴热端，同时放空；一路进迷宫密封（位于轴冷端），节流后为一次进气压力，从叶轮背后反抽一股为参比压力（第二路），同时放空气（混合气，密封空气或者氮气与液氧液氮的混合气）的压力为第三路；三个压力形成两个密封压差，压差要求10∽20kpa.液氮泵的密封气压力要求高于7barG(液氮入口压力高)，液氧泵的密封气压力要求5barG。 （8）液体泵对于流程泵，循环泵以及压力较高的后备离心氧泵，氮泵需要设置变频器；一般后备离心泵，活塞泵不需要设置变频器，活塞泵也可以采用电磁调速。液体泵离心式立式泵有回气管（高进低出），通入主冷（或者上塔）或者液氮量筒内（回氮气进主冷的管道），卧式泵无回气管（低进高出，气体直接沿着进液体管路上行，但是流速要求要低于0.5m/s），直接管道排气。活塞泵有回气管，用于泵体预冷。 （9）大空分下塔用填料塔主要原因是节省能耗，空压机排压减少10kpa（能耗减小0.93%左右，六万等级的空压机能耗2700kw,节省260kw），下塔设置5kpa阻力,筛板塔15kpa，排压提高10kpa。 （10）循环液氩泵扬程：65米9bar排压，进入粗氩塔塔顶有汽化，要考虑管道以及液体分布器的流速，流速高时，对于液体二次分布的液面有冲击，影响小孔分布。所以对于有气液混合的液体，一定要有气液分离器，或者闪蒸盒，防止气液夹带，影响液体分布。 （11）液体泵进出口均需要留2bar的余量。换热时高压产品也应该留有一定余量，一般也是要高2barG. （12）流程计算时液体泵的效率对冷量影响较大，一般0.5左右。 （13）粗氩塔与主塔连接部分要求高度1.5∽2.0米，液体流速0.5m/s，气体流速8m/s；液氮回下塔液封高度3∽5米（依据伯努力方程）。 （14）抽气体时尽量侧向抽气，不易夹带液体；顶部抽气体容易带液体，主要是液滴受自重影响较大。 （15）对于氩冷凝器一般需要氦检漏，防止泄露导致产品纯度不达标。同时板式最好做气阻试验，以均匀匹配。 （16）大型的在粗氩1塔与2塔之间设置氩馏分流量计，小型的不设置，不准确。内压缩要设置气氧放空调氩管路，冷箱外配套调节阀和流量计。当设置污液氮管路时需要设置流量计，用以调节其流量（流量小，难调节）。 （17）液体节流阀阀后有汽化，一般在液氮去上塔的V2阀后设置分离罐，以使气液分离，由于节流后流速快（有大量气体），防止气液混合，气体涡动，导致液体分布不均；同时起到缓冲作用，液体的流速会被汽化后的气体流速赶快（气体体积膨胀，导致液体无流通空间，假如液体有1%汽化，则占用通道1%×200=2倍，给液体几乎无流道空间，导致液体流速会增大）。办法是加设气液分离罐（气液分离和缓冲作用）或者增大管道直径，经过过冷器后液体一般过冷：液氮：12K;富氧液空：贫液空3K；富氧液空5K（指不设置充气阀时）。 （18）汽化会发生闪蒸（即组份分离），对于冷凝器内蒸发组分要注意，对于气液分离罐（高压液空，液氧自增压蒸发器），冷凝蒸发器（主冷，粗氩塔冷凝器，精氩塔冷凝器）,膨胀机后带液体等会发生闪蒸。 （19）液体泵要设置排气阀，安全阀和排液阀；液体管路上只需要设置安全阀和排液阀。充车泵不需要设置排液阀，只需要安全阀和排气阀（启动时先排气）。密封气管路要在末端设置吹除阀，防止杂质进去。 （20）低温精馏塔的塔体接管流速：  膨胀机系统 （1）空分系统的冷量，包括膨胀机制冷量、焦汤效应（节流制冷）制冷量以及冷冻机制冷量。其中以膨胀机制冷为主，占到80%以上。 （2）膨胀机按照以下情况设置：  （3）膨胀机的位置设置以及带液体关系。位置有两种，分别是略高于进下塔管路，此种情况较为普遍，一般膨胀机位置较高，应用较多。也可以低于进下塔管路，依靠提高出口压力来进入下塔，但是要求气体的流速能够满足夹带液体的关系：ρυ2＞3000，同时管路上翻，防止停车后液体倒流，灌入膨胀机，一般膨胀机位置在地面；中压膨胀机带液体量大时，要求禁止机前带液（即为喷嘴节流后压力下，一般16bar左右，依据喷嘴后温度看空气是否饱和，是否产生液体），否则会打坏叶轮。 （4）对于全液体膨胀机当自身连锁停车后，节流阀缓慢开启还是开至某一开度。需要根据实际开车情况确定。 （5）液体膨胀机一台500万元左右，节省增压机能耗1.8%左右，带动发电机发电未计入；膨胀空气的量少18%。 （6）内压缩流程带液体量与膨胀空气关系  （7）膨胀机增压机后冷却器的水管路加安全阀，防止高压空气泄露窜入水管路，导致水侧超压。同时在冷却器上设置气路排水阀，在水在壳侧的底部设置排污阀（将循环水的杂质排掉，防止结垢，附着在管子表面，且只能采用化学法清洗），一般选择水走管程，气走壳程，这样水侧易于清洗。 装置配套阀门 （1）氧气阀门要求气动调节阀要求不得带手轮，防止人去操作。人去手动操作的手动阀要求放置在隔爆墙内，采用长杆阀。对于调节阀（送出阀）前后1.5米（5倍管道直径）管道要求用蒙乃尔管道，放空阀前1.5米管道，要求采用蒙乃尔材质。放空阀前后异径管要求采用蒙乃尔材质，起阻火作用。 （2）安全阀的整定压力：一般要求整定压力为1.05∽1.1倍的容器设计压力，同时设计压力大于等于整定压力。流程设计中安全阀的作用主要为保护设备安全。一般情况下，一个系统当中的管道，阀门，法兰以及动设备的设计压力均高于静设备的设计压力（要以系统之中装置的设计压力低的为准），所以实质上是保护静设备的安全，一般安全阀的整定压力取小于等于设备的设计压力，例如液体泵，管路，高压主换热器，送出阀等设备。 （3）对于蝶阀的应用：10barG以下采用中线阀（例如低压氮气，污氮气，压力氮气等）；10∽40barG采用单偏心或者和两偏心阀（例如膨胀机增压端进出口手动阀）；40barG以上一般采用三偏心阀门（例如高压氮气产品送出阀门，高压氧气口径大于300的送出阀）。三偏心均为硬密封；两偏心大多为软密封，部分厂家为硬密封；中线阀软密封和硬密封都有。主要是软密封泄露小，能做到Ⅵ级密封，但是寿命短，硬密封三偏心能做到Ⅴ，Ⅵ级密封，寿命长。高压手动蝶阀一般进口POYAM，膨胀机前紧急切断蝶阀为KSB，TYCO。 （4）截止阀手动阀容易做到零泄漏。蝶阀要求提泄漏等级，不容易做到，尤其大口径。 （5）氧气管路及阀门  （6）阀门种类：电磁阀：用于快开快关，要求动作快的场合，通过切断密封气来动作阀门，联锁关断或者联锁开。手动阀：主要起关断作用，一般零泄漏。气动调节阀：调节或者紧急切断作用，一般密封性不好，带手轮的可以手动关断。 密封等级：冷箱外气体管路调节阀Ⅵ级密封（气体易泄漏）；高压产品气体调节及放空Ⅴ级密封；水管路Ⅳ级（水不易泄漏）；冷箱内低温调节阀Ⅳ级（下塔液体进上塔及冷凝器，内部管路，高压液空节流阀，高压液氧液氮回流阀），对外连接低温阀门Ⅵ级密封（防泄露，管路不外漏，如产品送出，低温气体排放），低温切断作用阀Ⅵ级密封；手动阀要求零泄漏；冷箱内非关断作用的要求Ⅱ级密封（液氮回下塔）。 后备系统 （1）液体管路两阀之间均需要设置排放阀（设置在低处，吹出和排液作用）和安全阀（保护管道安全），加温气要求在高处进。 （2）平底贮槽一般设置双安全阀+双爆破片，设置汽化器防止贮槽内负压，同时设置超压气动放空阀和正常调压手动放空阀。真空贮槽设置双安全阀，电磁阀超压切断汽化，手动放空（或者气动），压力联锁进DCS。 （3）水浴式汽化器产品气体出去要设置一段不锈钢，防止冷脆。蒸汽阀门要注明温度限制在250℃以下，高于时许用压力降低。 结束语 挽弓当挽强，用箭当用长。企业要想发展壮大，管理和思想上必须要大力弘扬正方向、正比例、正能量。促进企业良性发展，做良心且有壮志的企业；同时必须从思想、管理、创新上与国际接轨，积极大力学习世界优秀企业的管理、思想及创新，这种思想一定要脱胎于封建内斗思想，加以整肃；这种管理一定要促使升级发展，利公长远；这种创新一定要有目标效果，更新换代。只有这样企业方能实现长久发展，荣昌不息。 空气设备广泛应用于化肥、石化、煤化工、冶金、和国防等国民经济的基础工业领域，特别在大型现代煤化工、新型冶金工业和刚刚启动的绿色煤电等工业领域和大型石化项目中，空分设备为不可缺少的关键配套设备。随着工业全球化的进程不断推进，我国企业所面临的竞争由国内走向世界，先进的空分流程设计对于一套空分装置的而言至关重要，研究并探讨世界先进的空分工艺设计对保证完成空分设备其运行功能有重大意义。 |
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