空分设备使用说明书.docx
- 文档编号:23845933
- 上传时间:2023-05-21
- 格式:DOCX
- 页数:90
- 大小:221.01KB
空分设备使用说明书.docx
《空分设备使用说明书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《空分设备使用说明书.docx(90页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
空分设备使用说明书
KDON-58000/97500型空分设备
使用维护说明书
KOD58.SM
杭州杭氧股份有限公司
二〇〇七年三月
1.概述-------------------------------------------第3页
1.1KDON-58000/97500型空分设备产品规格-----------第3页
1.2基本原理和过程--------------------------------第4页
1.3工艺流程概述----------------------------------第8页
2.部机-------------------------------------------第20页
3.空分设备的启动---------------------------------第25页
3.1起动应具备的条件------------------------------第25页
3.2起动准备--------------------------------------第26页
3.3冷却阶段--------------------------------------第39页
3.4积液和调整阶段---------------------------------第45页
3.5装置安全操作措施------------------------------第51页
3.6重要的操作数据--------------------------------第53页
4.装置的管理-------------------------------------第61页
4.1正常操作--------------------------------------第61页
4.2维护------------------------------------------第62页
4.3故障及其排除----------------------------------第65页
5.停车和加温-------------------------------------第69页
5.1停车和重新起动--------------------------------第69页
5.2分馏塔全面加温--------------------------------第73页
拟制
审核
打印
校对
批准
提出单位
杭氧股分设计院
6.安全规程------------------------------------第78页
6.1空气及空气组份的一般特性--------------------第78页
6.2安全注意事项--------------------------------第78页
6.3安全措施------------------------------------第80页
6.4绝热材料的使用------------------------------第80页
1.概述
1.1KDON-58000/97500型空分设备产品规格
原料空压机排气量:
357870Nm3/h
压力:
~0.488MPa(G)
增压机组参数:
一段流量:
154950Nm3/h,一段进/出口压力:
0.463/2.099MPa(G)
(其中在增压机一级抽取11000Nm3/h减压后作仪表空气用)
二段流量:
87000Nm3/h,二段进/出口压力:
2.08/6.99MPa(G)
工况Ⅰ(设计工况)
产品
产量(Nm3/h)
纯度
出冷箱压力
备注
高压氧气
58000
99.6%O2
5.2MPa(G)
内压缩
低压氮气
20000
≤10PPmO2
~9KPa(G)
压力氮气
71000
≤10PPmO2
~400KPa(G)
高压氮气
6500
≤10PPmO2
~8.2MPa(G)
内压缩
液氮
160
≤10PPmO2
工厂空气
30000
~460MKa(G)
仪表空气
11000
~0.8MPa(G)
工况Ⅱ(开车工况)
产品
产量(Nm3/h)
纯度
出冷箱压力
备注
高压氧气
37500
99.6%O2
5.2MPa(G)
内压缩
低压氮气
20000
≤10PPmO2
~9KPa(G)
压力氮气
70000
≤10PPmO2
~400KPa(G)
高压氮气
8200
≤10PPmO2
~8.2MPa(G)
内压缩
工厂空气
30000
~460MKa(G)
仪表空气
11000
~0.8MPa(G)
注:
所有产量单位Nm3/h是指在0℃和0.1013MPa(A)状态下的体积流量,
称为标态流量。
本空分装置氧气产量调节范围:
75%~105%;运行周期(两次加温解冻间隔期≥2年;装置加温解冻时间≤36小时;装置启动时间(从膨胀机启动到氧产品达到纯度指标)≤36小时。
1.2基本原理和过程
空气分离的基本原理,是利用液化空气中各组份沸点的不同而将各组份分离开来。
空分装置的工作包括下列过程:
(1)空气的过滤和压缩
(2)空气中水份和二氧化碳的清除
(3)空气被冷却到液化温度
(4)冷量的制取
(5)液化
(6)精馏
(7)危险杂质的排除
1.2.1空气的过滤和压缩
大气中的空气先经过自洁式空气过滤器过滤灰尘等机械杂质,然后在空气透平压缩机中被压缩到所需要的压力,压缩产生的热量被冷却水带走。
1.2.2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,这样就会堵塞换热器的通道和精馏塔的塔板或填料,因而配用分子筛吸附器来预先清除空气中的水份和二氧化碳。
分子筛吸附器成对切换使用,一只工作时另一只再生。
1.2.3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,冷的返流气体被复热。
1.2.4冷量的制取
空分设备的冷损包括分馏塔的绝热冷损、换热器的复热不足冷损、液体泵的冷损和冷箱向外直接排放低温流体的冷损。
平衡这部分冷损的冷量是由气体在膨胀机中等熵膨胀和等温节流效应而获得的。
1.2.5液化
在起动阶段,加工空气在主换热器和过冷器中与返流冷气流换热而被部分液化,在正常运行中,氮气和液氧的热交换是在主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。
)
1.2.6精馏
空气中主要组份的物理特性如下表1.1和表1.2
表1.1
名称
化学符号
体积百分比
重量百分比
氮
N2
78.09
75.5
氧
O2
20.95
23.1
氩
Ar
0.932
1.29
二氧化碳
CO2
0.03
0.05
氦
He
0.00052
0.00006
氖
Ne
0.0018
0.0011
氪
Kr
0.000114
0.00032
氙
Xe
0.0000086
0.00004
表1.2
名称
化学符号
沸点℃
101.325KPa
熔点℃
101.325KPa
密度
临界点
Kg/m3
气体
Kg/l
液体
℃
10-1Mpa
(G)
氮
N2
-195.8
-209.86
1.25
0.81
-147
34.5
氧
O2
-183
-218.4
1.43
1.14
-119
51.3
氩
Ar
-185.7
-189.2
1.782
1.4
-122
49.59
氦
He
-268.9
-272.55
0.18
0.125
-267.7
2.335
氖
Ne
-246.1
-248.6
0.748
1.204
-228.7
28.13
氪
Kr
-153.2
-157.2
1.735
2.155
-63.7
56
氙
Xe
-108.0
-111.8
1.664
3.52
+16.6
60.1
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精馏塔的塔板或填料。
因此这些组份必须在进冷箱前除去。
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或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,总以气态聚集在主冷凝蒸发器中,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。
由于在氧—氮混合物中,氮比氧易蒸发,氧比氮易冷凝,气体逐(段)板通过时,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液氧。
上升气体和下流液体在塔板(填料)上的热质交换过程可从图1.1中理解:
液体沿塔板(填料)逐渐向下流,蒸汽自下而上沿塔板(填料)上升,互不平衡的蒸汽和液体接触,液体处于点2状态,蒸汽处于点1状态,二者温差δt。
蒸汽与液体在塔板(填料)上
混合,发生热交换,液体
受热蒸发,较多的氮组份逸至蒸汽中,其内氧组份增加,液体温度上升,状态由点2变至2’,蒸汽冷凝,较多的氧组份冷凝至液体中,蒸汽中氮组份增加,蒸汽
温度下降,状态由点1变至点1’。
当蒸汽与液体温度相等时,蒸汽和液体处于平衡状态(点2’和点1’),如此下去,蒸汽经过层层塔板(填料)愈往上氮的浓度愈高,液体愈往下氧的浓度愈高,最后可得到纯度较高的液氧和氮气。
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,污液氮由下塔抽出后经节流送入上塔相应位置,一部分液氮由下塔顶部抽出后经节流送入上塔顶部。
液空、液氮和污液氮为减少汽化,在节流前需先在过冷器中过冷。
空气的最终分离是在上塔进行的。
从上塔底部抽出液氧经液氧泵加压送入高压换热器汽化后送出。
同时,从主冷凝蒸发器液氮管道抽出部分液氮经液氮泵加压送入主换热器汽化后送出,压力氮气由下塔顶部抽出经主换热器复热到常温后送出,而低压氮气则由上塔顶部抽出经主换热器复热到常温后送出。
本空分装置中,为了提高氧的提取率,设置了一个增效塔。
在增效塔内,气态氩馏份沿填料盘上升,由于氧的沸点比氩高,高沸点的组分氧被大量地洗涤下来,形成回流液返回上塔。
因此上升气体中的低沸点组份(氩)含量不断提高,最后在增效塔顶部得到含氧≤12%,含氩85%的粗氩气,大部分粗氩气在粗氩冷凝器中被液空冷凝成粗液氩,作为增效塔的回流液体,大约1500Nm3/h的粗氩气经过低压换热器被正流空气复热到常温导入水冷塔或者放空。
1.2.7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,将会有使碳氢化合物浓缩的危险,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。
本空分装置为液氧内压缩流程,需要从主冷不断地抽取大量的液氧,这样就可不用再另外排放液氧来防止碳氢化合物浓缩。
1.3工艺流程概述
1.3.1氧气和氮气的生产(参照工艺流程图1.2)
原料空气自吸入口吸入,经自洁式空气过滤器S10103001除去灰尘及其它机械杂质,空气经过滤后在离心式空压机K10103001中经压缩至0.575MPa(A)左右。
经空气冷却塔C10101101预冷,冷却水分段进入冷却塔内,下段为循环冷却水,上段为经水冷塔C10101102冷却后的低温水,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C10101101冷却后,温度降至~14℃,然后进入切换使用的分子筛纯化器R10101201(或R10101202),空气中的二氧化碳、C2H2、部分碳氢化合物及残留的水蒸汽被吸附。
分子筛纯化器为两只切换使用,其中一只工作时,另一只再生。
纯化器的切换时间约为240分钟,定时自动切换。
空气经净化后,由于分子筛的吸附热,温度升至~20℃,然后分五路:
①一路空气在低压主换热器E10102A~J中与返流气体(纯氮气、压力氮气、污氮等)换热达到接近空气液化温度约-173℃后进入下塔C10101进行精馏;②另一路空气进入增压空气压缩机K10103002进行增压,压缩后的这部分空气又分为二部分:
相当于膨胀空气的这部分空气从增压空气压缩机K10103002的Ⅰ段抽出,经膨胀机的增压机K1011-1增压后进入高压主换热器E10101A~C。
在高压主换热器内被返流气体冷却至152K(-121℃)时抽出,进入膨胀机MT1011-1膨胀制冷,膨胀后的空气经汽液分离器S10101分离后气体部分进入下塔C10101,液体经节流后送入粗氩冷凝器E1010701。
另一部分继续进增压空气压缩机K10103002的Ⅱ段增压,从增压空气压缩机K10103002的Ⅱ段抽出后进入高压主换热器E10101A~C,与返流的液氧和其他气体换热后冷却至106K(-167℃),经节流后进入下塔中部;③第三路空气从分子筛纯化系统后空气管道上抽出作为用户工厂空气使用;④第四路空气从增压机组第一级抽出经过减压阀减压至0.8Mpa(G)作为用户的仪表空气使用;⑤第五路少量空气进入本空分的仪表控制系统,作为仪表气源。
在下塔中,空气被初步分离成氮气和富氧液态空气,顶部气氮在主冷凝蒸发器E10104中液化,同时主冷凝蒸发器E10104的低压侧液氧被气化。
绝大部分液氮作为下塔回流液回流到下塔,其余液氮经过冷器E10103A~B被纯气氮和污气氮过冷并节流后送入上塔C10102顶部。
污液氮经过冷器E10103A~B过冷后,再经节流送入上塔C10102上部。
从下塔底部抽出的富氧液空在过冷器E10103A~B中过冷后经节流送入上塔C10102中部作回流液。
由于结构上的缘故,本空分上塔C10102单独安放在冷箱内部的地面上,而主冷凝蒸发器E10104则安放在冷箱内的标高+28800处,这样便于液氮能够回流到下塔。
工艺液氧从上塔底部引出,经工艺液氧泵P1010601A/B加压通过管道导入主冷凝蒸发器E10104中,在主冷凝蒸发器E10104中被来自下塔C10101的压力氮气汽化的低压工艺氧气通过管道导入上塔。
产品液氧在主冷凝蒸发器底部导出经高压液氧泵P101060A/B加压,然后在高压主换热器E10101A~C复热后以5.2MPa(G)的压力作为气体产品出冷箱。
污气氮从上塔上部引出,并在过冷器及高压主换热器和低压主换热器中复热后送往分馏塔外,部分作为分子筛纯化器的再生气体,其余进入水冷塔C10101102。
纯气氮从上塔顶部引出,在过冷器及低压主换热器E10102A~H中复热后出冷箱,作为产品送往氮压机,多余部分送往水冷却塔中作为冷源冷却外界水。
压力氮气从下塔C10101顶部引出来,在低压主换热器E10102A~J中复热后出冷箱,然后经过氮气压缩机组压缩至0.7Mpa(G)供后续工艺使用。
产品液氧、液氮分别经LV1-7、HV1-8阀送入各自的贮槽。
1.3.2粗氩气的生产(参照工艺流程图1.2)
如前所术,粗氩气并不是本空分装置的最终产品,生产粗氩气是为了提高空分装置的氧气的提取率。
粗氩气是采用低温全精馏法制取的。
从上塔相应部位抽出氩馏份体约48000Nm3/h(标),含氩量为8~10%(体积),含氮量小于0.1285%(体积)。
粗氩冷凝器E1010701采用过冷后的液空作冷源,氩馏份直接从增效塔的底部导入,上升气体在粗氩冷凝器E1010701中液化,得到粗液氩和约1500m3/h的粗氩气(其组成为~85%Ar,≤12%O2),前者作为回流液入增效塔,而后者经进入低压换热器复热到常温送出冷箱;在粗氩冷凝器E1010701蒸发后的液空蒸汽和底部少量液空同时返回上塔C10102。
2.部机
这里所列的是由我公司制造和配套的主要部机(特别说明的除外),对部分部机及保冷箱内的单元设备作了简要说明,其它系统、机器、设备(如原料空压机、增压机、汽轮机、进口膨胀机、低温液体泵、低温液体贮槽等)和阀门的简要说明请参阅各自的使用说明书。
2.1过滤器
水过滤器5台S10101101AS10101101B
S10101102AS10101102B
S10101103
仪表空气过滤器2台S10102001S10102002
增压空气过滤器1台S1011-1
膨胀空气过滤器1台S1011-2
2.2冷却塔
空气冷却塔1台C10101101
水冷却塔1台C10101102
2.3纯化器
分子筛吸附器2台R10101201R10101202
2.4热交换器
高压主热交换热器3台E10101A~C
(进口产品,CHART公司产品)
低压主热交换热器10台E10102A~H
液空液氮过冷器2台E10103A/B
主冷凝蒸发器1台E10104
粗氩冷凝器1台E1010701
增压空气冷却器1台E1011-1
2.5精馏塔
下塔1台C10101
上塔1台C10102
增效塔1台C1010701
2.6增压透平膨胀机1台MT1011-(进口atlas)
2.7汽液分离器1台S10101
2.8消声器(塔)
放空消声塔1台X10101(产品放空)
放空消声塔1台X10103001(压缩机放空)
2.9加热器
蒸汽加热器1台E10101201
蒸汽喷射蒸发器器1台J10101
2.10离心泵
离心式工艺液氧泵2台P1010601A/B
离心式高压液氧泵2台P1010602A/B
离心式高压液氮泵2台P1010501A/B
2.11水泵
常温水泵2台P10101101A/B
低温水泵2台P10101102A/B
2.12系统阀门1套
空气冷却塔
符号:
C10101101
工厂代号:
KLT36.10000
作用:
把出空压机K10103001的高温气体(≤100℃)冷却到~14℃,以改善分子筛纯化器的工作状况。
结构:
立式圆筒型塔,分上下二部份,上、下段均为填料塔。
塔内设有分配
器,出口处安装高效除雾器。
使用方式:
冷却水被水泵P10101101A/B和P10101102A/B分别送到空冷塔的上部和中部,水自上而下流经填料。
出空压机的空气从下部进入空冷塔,与填料中的水进行热质交换,然后从塔顶被除雾器分离水分后出塔,进入分子筛吸附系统。
上段升温后的水进入下段空冷塔中,塔下段升温后的水由塔底自动排出。
水冷却塔
符号:
C10101102
工厂代号:
KLT36.30000
作用:
用分馏塔来的污氮气和纯氮气冷却外界供水,然后由水泵送入空气冷却塔的上段。
结构:
本塔为填料塔,塔顶设捕雾器和布水器,填料分两层装入
塔内,在两填料层中间设有再分配器,内设支撑板,以支
撑填料。
使用方式:
被冷却的水自上而下流经填料,与从分馏塔出来的污氮气和部分氮气进行热质交换,使水冷却下来成为低温水,在塔底被水泵抽走,氮气带走热量后从塔顶排往大气。
分子筛吸附器
符号:
R10101201,R10101202
工厂代号:
KJT36.10000
作用:
吸附空气中的水份、二氧化碳及乙炔等碳氢化合物,使进入冷箱的空气纯净。
结构:
卧式圆筒体,内设支承栅架,以承托分子筛吸附剂。
使用方式:
空气通过分子筛床层时,由于分子筛的吸附特性将空气中的水份,二氧化碳,乙炔等碳氢化合物吸附,净化后的空气中二氧化碳含量<1PPm。
在再生周期中,先被高温干燥气体反向再生后,再被常温干燥气体冷却到常温。
分子筛吸附器成对交替使用,一只工作时,另一只被再生。
主热交换器
符号:
E10101A~C,E10102A~J
工厂代号:
E10101A~C:
进口;E10102A~H:
B1K125
作用:
进行多股流之间的热交换。
结构:
为多层板翅式,各通道中的冷热气流通过翅片和隔板进行良好的换热。
使用方式:
对经分子筛吸附器除去水分和二氧化碳的压缩空气进行冷却,直至达到接近液化温度,各返流流体在此被加热到常温。
液空液氮过冷器
符号:
E10103A/B
工厂代号:
B3K72B3K72A
作用:
对低温液体进行过冷
结构:
为多层板翅式。
相邻通道间物流通过翅片和隔板进行良好的换热。
使用方式:
液空、液氮和污液氮在流经过冷器时被氮气和污氮气进一步冷却,使之低于饱和温度,这样,液体在节流后可以减少气化,改善上塔的精馏工况。
冷凝蒸发器
符号:
E10104
工厂代号:
N1K46
作用:
供氮气冷凝和液氧蒸发用,以维持精馏塔精馏过程的进行。
结构:
为多层板翅式,相邻通道的物流通过翅片和隔板进行良好的换热。
使用方式:
冷凝蒸发器一般置于上、下塔之间,下塔上升的氮气在其间被冷凝,而上塔回流的液氧在其间被蒸发。
这个过程得以进行,是因为氮气压力高,液氧压力低。
例如氮气压力为0.511MPa时,液化温度为94.4K,而液氧在压力为0.1389MPa时,蒸发温度93.1K,两者温差1.3K。
这样,氮气的冷凝和液氧的蒸发就可进行。
各类冷凝蒸发器都是按此原理进行的,只是冷凝和蒸发的介质不同而已。
下塔与上塔
符号:
下塔C10101上塔C10102
工厂代号:
T1K51,T2K69
作用:
利用混合气体中各组分的沸点不同,将其分离成所要求纯度的组分。
结构:
塔体为圆筒形,下塔内装多层密布小孔的筛板,筛板上设置溢流斗和溢流挡板;上塔内装规整填料及液体分布器。
使用方式:
下塔精馏过程中,液体自上往下逐一流过每块筛板,由于溢流堰
的作用,使塔板上造成一定的液层高度。
当气体由下而上穿过筛板小孔时与液体接触,产生了鼓泡,这样就增加了汽液接触面积,使热质交换过程高效地进行。
低沸点组份逐渐蒸发,高沸点的组份逐渐液化,至塔顶就获得低沸点的纯氮,在塔底获得高沸点的富氧液空。
上塔在精馏过程中,气体穿过分布器沿填料盘上升,液体自上往下通过分布器均匀地分布在填料盘上,在填料表面上气、液充分接触进行高效
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 设备 使用 说明书