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深冷空氣分離裝置設(shè)計原則探討

發(fā)布時間:2018-07-02 來源: 散文精選 點擊:


  [摘 要]隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展及科學技術(shù)水準的不斷提高,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用。本文主要對深冷空氣分離裝置設(shè)計深冷空氣分離裝置設(shè)計原則進行了簡要的分析。
  [關(guān)鍵詞]深冷空氣分離;裝置;設(shè)計原則
  中圖分類號:S535 文獻標識碼:A 文章編號: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。對空氣進行分離的目的是從空氣中分離出氧氣、氮氣或提取氦氣、氬氣等稀有氣體,這些氣體用途很廣,所以空氣分離裝置在冶金、化工、石油、機械、采礦、食品、醫(yī)藥、軍事等工業(yè)部門有著廣泛的應用?諝夥蛛x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)氣體沸點不同的特性,通過精餾,使各種氣體分離來獲得氮氣、氧氣和稀有氣體。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,一般是利用膨脹機進行制冷,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,采用雙級精餾塔的優(yōu)點是使產(chǎn)品有較高的提取率,并能同時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
  空氣首先會進入到自潔式空氣吸入過濾器,而空氣過濾器會將吸入到的灰塵以及其它顆粒雜質(zhì)過濾掉,而后進入到空壓機,在多級壓縮后會進入到空冷塔中,冷卻器中的冷卻水會帶走壓縮機級間產(chǎn)生的熱量。
  2.2 空氣的預冷和純化
  空氣在進入到分子篩吸附器前會事先在空冷塔中進行冷卻,進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荷,并對空氣起到一定的洗滌作用。而從空氣預冷系統(tǒng)冷卻后的空氣會進入到分子篩吸附器中,它能夠?qū)⒖諝庵械乃、二氧化碳、碳氫化合物等去除,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部分,即:①直接進入到污氮換熱器,經(jīng)冷卻后進入下塔;②通過空氣增壓機進一步進行壓縮,而后將膨脹機增壓端進行增壓壓縮后的一股氣流,經(jīng)由后冷卻器進行冷卻,而后進入到主換熱器進行冷卻,再經(jīng)由氣體膨脹機進行膨脹,最終進入下塔;增壓機的末級空氣送入冷箱,再經(jīng)主換熱器進行冷卻后,經(jīng)由液體膨脹機進入下塔。下塔中的上升氣體在與回流的液體發(fā)生接觸后,其含氮量會有所增加,下塔頂部的冷凝蒸發(fā)器會將純氮氣冷凝,液氧會在此環(huán)節(jié)中有所蒸發(fā)。
  純液氮、純氮氣、污液氮、貧液空以及富氧液空會從下塔從上到下產(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;而純氮氣則經(jīng)主換熱器重新復熱后作為產(chǎn)品氮氣;污液氮經(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。當上塔頂部有污氮氣產(chǎn)生后,底部會有液氧產(chǎn)生,此時上塔中不同產(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氣后,經(jīng)由冷卻器以及主換熱器污氮換熱器復熱出冷箱,一部分被當做純化系統(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行熱交換,從而得到壓力較高的氧氣,另有部分液氧會被作為產(chǎn)品送出冷箱外。
  3 設(shè)計原則
  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,對裝置未來的生產(chǎn)以及技術(shù)改造的相關(guān)要求進行考慮,確定設(shè)備、設(shè)施以及建筑物的相對位置時,要按照風向等條件進行確定,決定零點標高和絕對標高之間的關(guān)系。而在確定是否需要進行室內(nèi)布置時,則需要按照氣溫、降水量、風沙等氣候條件以及生產(chǎn)過程或某些設(shè)備的特殊需求進行確定。按照地質(zhì)條件,對重荷載和有振動的設(shè)備進行合理布置,要確保安裝的管道足夠的合理經(jīng)濟,較好的節(jié)省用地,降低能耗,便于施工、操作以及維修,對環(huán)境形成保護。
  3.2 冷箱內(nèi)配管的原則
 。1)配管前,應加工焊縫坡口,管件應清洗潔凈,并應嚴格脫脂。
  (2)配管的順序應為先大管、后小管,先主管、后輔管,先下部管,后上部管。為了防止產(chǎn)生外加應力,不得強行配管;直徑大于45mm的管道進行配接或預裝時,應留一段作為最終接管,待其他管道連接焊好后方可單獨接管。
 。3)管路上的溫度計、壓力表和分析管等接頭應先開口,不得在配管后再開口;施工中,各容器和管道的開口應封閉,防止雜物掉進設(shè)備和管道內(nèi)。
 。4)各管路不應相碰,其管間的最小距離應符合下列要求:①冷熱管道的外壁間距不應小于200mm;②熱管道外壁距液體容器表面的間距不應小于300mm;③冷管道外壁距保冷箱面板的間距不應小于400mm;④冷管道外壁距分餾塔基礎(chǔ)表面的間距不應小于300mm。
 。5)氣體吹除管的坡度應符合設(shè)備技術(shù)檔的規(guī)定;當無規(guī)定時,應設(shè)1/10的坡度向吹除閥方向下降傾斜,并應無下凹死區(qū),防止水分在管內(nèi)凍結(jié)。
  3.3 閥門配置的原則
  閥門安裝前需進行脫脂清洗,務必按介質(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面的距離為1200mm左右,必要時閥門應裝有伸長桿,閥門填料壓蓋和緊固件應采用不銹鋼材質(zhì)。
  4 深冷分離技術(shù)的安全穩(wěn)定運行
 。1)加強對深冷分離裝置設(shè)備的管理,對于生產(chǎn)的設(shè)備,必不可少的日常巡檢,及時發(fā)現(xiàn)危害安全以及穩(wěn)定運行的因素,在事故發(fā)生之前有效的消滅危險源,或是采取有效措施避免,針對不同的危險因素,采取相應的應對措施。建立健全相關(guān)的規(guī)章制度,對于分離設(shè)備一定要定期清理定期維護,保證設(shè)備及相關(guān)管道等健康運行。長期帶病運行是導致事故發(fā)生的直接原因,應當早發(fā)現(xiàn)早治療,將危險扼殺在搖籃里。
 。2)利用先進的安全保障設(shè)備及技術(shù),防止危險事故發(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。新工藝和新裝置的運用,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
  隨著科學技術(shù)水準的不斷提升,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。在確保企業(yè)利益最大化的基礎(chǔ)上,合理的對深冷空氣裝置進行設(shè)計,將深冷技術(shù)的能耗量進行有效降低,是空氣分離工作的主要任務。
  參考文獻
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