深冷空氣分離裝置設(shè)計(jì)原則探討
發(fā)布時(shí)間:2018-07-02 來源: 散文精選 點(diǎn)擊:
[摘 要]隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展及科學(xué)技術(shù)水準(zhǔn)的不斷提高,各種新型空氣分離設(shè)備不斷出現(xiàn),作為空氣分離技術(shù)中最早出現(xiàn)的技術(shù),深冷技術(shù)在其發(fā)展中得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要對(duì)深冷空氣分離裝置設(shè)計(jì)深冷空氣分離裝置設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了簡要的分析。
[關(guān)鍵詞]深冷空氣分離;裝置;設(shè)計(jì)原則
中圖分類號(hào):S535 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-914X(2018)24-0347-01
1 深冷空氣分離法概述
空氣是多種氣體的混合物,主要由氧、氮和氬、氖、氦、氪、氙等稀有氣體組成,還包括二氧化碳和水蒸氣等可變組成部分。對(duì)空氣進(jìn)行分離的目的是從空氣中分離出氧氣、氮?dú)饣蛱崛『狻鍤獾认∮袣怏w,這些氣體用途很廣,所以空氣分離裝置在冶金、化工、石油、機(jī)械、采礦、食品、醫(yī)藥、軍事等工業(yè)部門有著廣泛的應(yīng)用。空氣分離法一般有深度冷凍、吸附、膜分離等方法,其中深度冷凍法簡稱深冷法。深冷分離法又稱低溫精餾法,是以空氣為原料,經(jīng)過壓縮、凈化、用熱交換使空氣液化成液氧、液氮和液態(tài)稀有氣體的混合物,并利用液態(tài)氣體沸點(diǎn)不同的特性,通過精餾,使各種氣體分離來獲得氮?dú)狻⒀鯕夂拖∮袣怏w。深冷法一般分為兩步:先制冷,再精餾。①制冷。制冷的目的是通過不同的深度冷凍循環(huán)裝置使空氣液化,一般是利用膨脹機(jī)進(jìn)行制冷,為系統(tǒng)提供所需冷量。②精餾。精餾是一種利用回流使液體混合物得到高純度分離的蒸餾方法,空分的精餾塔一般采用雙級(jí)精餾塔,它是由上塔、下塔和塔間的冷凝蒸發(fā)器組成,采用雙級(jí)精餾塔的優(yōu)點(diǎn)是使產(chǎn)品有較高的提取率,并能同時(shí)取得高純氧和高純氮。
2 空分裝置工藝的基本流程
2.1 空氣的過濾和壓縮
空氣首先會(huì)進(jìn)入到自潔式空氣吸入過濾器,而空氣過濾器會(huì)將吸入到的灰塵以及其它顆粒雜質(zhì)過濾掉,而后進(jìn)入到空壓機(jī),在多級(jí)壓縮后會(huì)進(jìn)入到空冷塔中,冷卻器中的冷卻水會(huì)帶走壓縮機(jī)級(jí)間產(chǎn)生的熱量。
2.2 空氣的預(yù)冷和純化
空氣在進(jìn)入到分子篩吸附器前會(huì)事先在空冷塔中進(jìn)行冷卻,進(jìn)入空冷塔的水有兩部分,中部是循環(huán)水,頂部是經(jīng)過氮水冷卻塔冷卻后的冷凍水,從而能夠有效降低空氣的溫度,以及減少空氣中水分的含量,最終能夠減輕分子篩吸附器的工作負(fù)荷,并對(duì)空氣起到一定的洗滌作用。而從空氣預(yù)冷系統(tǒng)冷卻后的空氣會(huì)進(jìn)入到分子篩吸附器中,它能夠?qū)⒖諝庵械乃、二氧化碳、碳(xì)浠衔锏热コ,得到純化后的空氣,此系統(tǒng)就是所謂的空氣純化系統(tǒng)。
2.3 空氣的精餾
一般將出吸附器的空氣分成兩個(gè)部分,即:①直接進(jìn)入到污氮換熱器,經(jīng)冷卻后進(jìn)入下塔;②通過空氣增壓機(jī)進(jìn)一步進(jìn)行壓縮,而后將膨脹機(jī)增壓端進(jìn)行增壓壓縮后的一股氣流,經(jīng)由后冷卻器進(jìn)行冷卻,而后進(jìn)入到主換熱器進(jìn)行冷卻,再經(jīng)由氣體膨脹機(jī)進(jìn)行膨脹,最終進(jìn)入下塔;增壓機(jī)的末級(jí)空氣送入冷箱,再經(jīng)主換熱器進(jìn)行冷卻后,經(jīng)由液體膨脹機(jī)進(jìn)入下塔。下塔中的上升氣體在與回流的液體發(fā)生接觸后,其含氮量會(huì)有所增加,下塔頂部的冷凝蒸發(fā)器會(huì)將純氮?dú)饫淠,液氧?huì)在此環(huán)節(jié)中有所蒸發(fā)。
純液氮、純氮?dú)、污液氮、貧液空以及富氧液空?huì)從下塔從上到下產(chǎn)生,其中純液氮主要為下塔提供回流液,另外一部分經(jīng)過過冷器則作為產(chǎn)品送出;而純氮?dú)鈩t經(jīng)主換熱器重新復(fù)熱后作為產(chǎn)品氮?dú);污液氮?jīng)由過冷器冷卻后流向上塔頂部,并作為上塔回流液;富氧液空經(jīng)由冷卻器冷卻后去往上塔上部,并作為上塔的回流液。當(dāng)上塔頂部有污氮?dú)猱a(chǎn)生后,底部會(huì)有液氧產(chǎn)生,此時(shí)上塔中不同產(chǎn)品的去向也發(fā)生了變化,具體如下所述:從上塔頂部抽出污氮?dú)夂,?jīng)由冷卻器以及主換熱器污氮換熱器復(fù)熱出冷箱,一部分被當(dāng)做純化系統(tǒng)的再生氣體,另外一部分則去氮水冷卻塔;從上塔底部將液氧抽出,經(jīng)由液氧泵進(jìn)行壓縮,直至壓力與所要求的壓力相同,而后被送到主換熱器中通過與正流空氣中進(jìn)行熱交換,從而得到壓力較高的氧氣,另有部分液氧會(huì)被作為產(chǎn)品送出冷箱外。
3 設(shè)計(jì)原則
3.1 裝置布置的原則
為了有效滿足裝置的總體規(guī)劃要求,確保裝置以及布置能夠協(xié)調(diào)統(tǒng)一,對(duì)裝置未來的生產(chǎn)以及技術(shù)改造的相關(guān)要求進(jìn)行考慮,確定設(shè)備、設(shè)施以及建筑物的相對(duì)位置時(shí),要按照風(fēng)向等條件進(jìn)行確定,決定零點(diǎn)標(biāo)高和絕對(duì)標(biāo)高之間的關(guān)系。而在確定是否需要進(jìn)行室內(nèi)布置時(shí),則需要按照氣溫、降水量、風(fēng)沙等氣候條件以及生產(chǎn)過程或某些設(shè)備的特殊需求進(jìn)行確定。按照地質(zhì)條件,對(duì)重荷載和有振動(dòng)的設(shè)備進(jìn)行合理布置,要確保安裝的管道足夠的合理經(jīng)濟(jì),較好的節(jié)省用地,降低能耗,便于施工、操作以及維修,對(duì)環(huán)境形成保護(hù)。
3.2 冷箱內(nèi)配管的原則
。1)配管前,應(yīng)加工焊縫坡口,管件應(yīng)清洗潔凈,并應(yīng)嚴(yán)格脫脂。
。2)配管的順序應(yīng)為先大管、后小管,先主管、后輔管,先下部管,后上部管。為了防止產(chǎn)生外加應(yīng)力,不得強(qiáng)行配管;直徑大于45mm的管道進(jìn)行配接或預(yù)裝時(shí),應(yīng)留一段作為最終接管,待其他管道連接焊好后方可單獨(dú)接管。
。3)管路上的溫度計(jì)、壓力表和分析管等接頭應(yīng)先開口,不得在配管后再開口;施工中,各容器和管道的開口應(yīng)封閉,防止雜物掉進(jìn)設(shè)備和管道內(nèi)。
。4)各管路不應(yīng)相碰,其管間的最小距離應(yīng)符合下列要求:①冷熱管道的外壁間距不應(yīng)小于200mm;②熱管道外壁距液體容器表面的間距不應(yīng)小于300mm;③冷管道外壁距保冷箱面板的間距不應(yīng)小于400mm;④冷管道外壁距分餾塔基礎(chǔ)表面的間距不應(yīng)小于300mm。
。5)氣體吹除管的坡度應(yīng)符合設(shè)備技術(shù)檔的規(guī)定;當(dāng)無規(guī)定時(shí),應(yīng)設(shè)1/10的坡度向吹除閥方向下降傾斜,并應(yīng)無下凹死區(qū),防止水分在管內(nèi)凍結(jié)。
3.3 閥門配置的原則
閥門安裝前需進(jìn)行脫脂清洗,務(wù)必按介質(zhì)流向安裝閥門,冷箱內(nèi)的閥門安裝位置能使閥門手輪中心與地面或平臺(tái)面的距離為1200mm左右,必要時(shí)閥門應(yīng)裝有伸長桿,閥門填料壓蓋和緊固件應(yīng)采用不銹鋼材質(zhì)。
4 深冷分離技術(shù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行
。1)加強(qiáng)對(duì)深冷分離裝置設(shè)備的管理,對(duì)于生產(chǎn)的設(shè)備,必不可少的日常巡檢,及時(shí)發(fā)現(xiàn)危害安全以及穩(wěn)定運(yùn)行的因素,在事故發(fā)生之前有效的消滅危險(xiǎn)源,或是采取有效措施避免,針對(duì)不同的危險(xiǎn)因素,采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。建立健全相關(guān)的規(guī)章制度,對(duì)于分離設(shè)備一定要定期清理定期維護(hù),保證設(shè)備及相關(guān)管道等健康運(yùn)行。長期帶病運(yùn)行是導(dǎo)致事故發(fā)生的直接原因,應(yīng)當(dāng)早發(fā)現(xiàn)早治療,將危險(xiǎn)扼殺在搖籃里。
。2)利用先進(jìn)的安全保障設(shè)備及技術(shù),防止危險(xiǎn)事故發(fā)生。近些年來,空冷相關(guān)的保障技術(shù)也在不斷的更新升級(jí)。新工藝和新裝置的運(yùn)用,大大提升了空冷分離制氧技術(shù)的安全性。例如:用分子篩吸附器來取代切換板式或儲(chǔ)冷器,有利于清理空氣組分中含有的二氧化碳,水分,以及其他碳氧化合物。
5 結(jié)語
隨著科學(xué)技術(shù)水準(zhǔn)的不斷提升,我國空氣分離設(shè)備及技術(shù)越來越向大型化、專業(yè)化、規(guī)模化的發(fā)展趨勢邁進(jìn)。在確保企業(yè)利益最大化的基礎(chǔ)上,合理的對(duì)深冷空氣裝置進(jìn)行設(shè)計(jì),將深冷技術(shù)的能耗量進(jìn)行有效降低,是空氣分離工作的主要任務(wù)。
參考文獻(xiàn)
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