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1、空分工艺流程简介,2,内容,空分基础知识 空气的组成及各组分性质 空气分离的基本原理 空分主要设备及工艺流程介绍 空气过滤器 空气压缩机 预冷系统 纯化系统 空气增压机 膨胀机 冷箱 产品压缩系统 液体后备系统 空分装置产能数据,空气的组成,空气的主要成分以及在常压下的液化温度 组分 含量 液化温度K 液化温度C 氮气 78.08% 77.4 -195.8 氧气 20.95% 90.2 -183.0 氩气 0.934% 87.3 -185.9 氖气 18.21 PPM 27.1 -246.1 氦气 5.239 PPM 4.2 -268.9 氪气 1.14 PPM 119.8 -153.3 氙气
2、 0.087 PPM 165.0 -108.1 氢气 0.5 PPM 20.4 -252.8,氧、氮、氩的主要性质,氧 氧气是一种化学活泼性气体，不可燃，但强烈助燃，无色，无味，无毒，不导电，不导热(良好的绝热体)，微溶于水，可以和除惰性气体以外的极大多数物质 发生化学反应。 液氧为淡蓝色，略重于水的液体(1.142*1000kg/m3)。 氧气具有顺磁性的特性。 氧气广泛第用于炼钢、炼铁、有色金属冶炼、煤 气化，金属切割、污水处理，造纸厂纸浆处理、 医疗等各个行业。 液氧可经济方便地用于氧的储存及运输 。,氧、氮、氩的主要性质,氮 氮气是一种化学不活泼气体，不可燃，不助燃， 无色，无味，无毒
3、，不导电，不导热(良好的绝热体)，微溶于水。 液氮是一种无色液体，略轻于水（0.81*1000kg/m3）。 在一个大气压下， 液化温度为-195.8 OC。 氮气可用于化肥行业，制造氮肥；用于化工和 玻璃行业作保护气体；油田注氮(代替CO2, 气驱) ;用于食品行业作食品保 鲜。 液氮用于深度冷冻，用于经济方便地储存及长 途输送氮气。,氧、氮、氩的主要性质,氩 氩气是一种稀有气体、惰性气体、单原子气体，自 然界中还未发现氩的化合物 。 液氩的性质类似于液氮，但比水略重(1.39*1000kg/m3)。 氩气是一种很好的保护气体，广泛用于作钛金属冶 炼的保护气，合金钢冶炼的保护气，焊接保护气、
4、 制造硅晶片的保护气以 及灯泡充气等。 液氩可经济方便地用于氩的储存及运输。 氩的经济价值大大高于氧氮气。,空气中主要杂质,空气中主要杂质含量 组分 含量 液化温度K 液化温度C H2O 0.1%2.8% 273.15 0 CO2 350 PPM 196.6 -78.6 CH4 13 PPM 111.7 -161.5 NO 0.5 PPM CO 0.061 PPM O3 0.010.1 PPM C2H6 0.010.1 PPM C2H4 02 PPM C2H2 01 PPM C3H8 00.1 PPM C4H10 00.2 PPM C5H12 00.008 PPM,空气中杂质的性质,对空分设备
5、影响最大的杂质，除了灰尘外主要是水分、二氧化碳以及碳氢化合物。 在常压下，当温度低于0时，水分将凝结成固体状态(冰)，当温度低于零下78.6时，二氧化 碳将凝结成固体状态(干冰)，而冷箱内的空分设备一般均工作在零下170以下。 碳氢化合物，特别是乙炔极易与液氧发生强烈的化学反应，引起爆炸。因此，清除空气中的杂质十分必要。,空气的主要组成部分是氧( O2 )，氮(N2 ) 以及 氩(AR)。 空气中的主要杂质是水分(H2O),二氧化碳(CO2) 以及碳氢化合物(CnHm)。 空气的分离，就是除去空气中的有害杂质，并把混合气体分离成氧、氮、氩等“纯”气体。 空气分离的基本原理是由于空气中氧、氮、氩
6、组分的泡点(露点,沸点)温度不同，从而得以互相分离。 N2： -195.8 Ar: -185.9 O2: -183.0 ,空气分离的基本原理,精馏过程：在蒸馏的塔板上，将温度较高的饱和蒸汽与温度较低的饱和液体进行充分接触，则饱和蒸汽将放出热量给饱和液体，饱和蒸汽放出热量将部分冷凝，饱和液体将吸收热量而部分蒸发。饱和蒸汽在部分冷凝时，由于氧是高沸点组分，因而较多地冷凝，并进入液相中，所以蒸汽中的低沸点组分氮的浓度有所提高，液体在部分蒸发过程中，由于氮是低沸点组分，因而较多地蒸发并进入气相，使液体中高沸点组分氧的浓度有所提高。,空气分离简图,空压机C01,增压机C05,液氧储槽V40,液氩储槽V3
7、0,冷箱,板式换热器E01,膨胀机ET01/ET02,预冷系统,分子筛R01/R02,液氧备份泵,流程液体泵,氮压机 1/2/3 号高压和一台中压,氧压机 1/2/3号,液氮储槽V50,3#/4#空分,产品压缩机,后备系统,液氩备份泵,液氮备份泵,空分主要设备（湛钢制氧）,3#、4#空分装置流程示意图如下：,空分工艺流程简介,空压机入口过滤器,空气过滤器分为一级过滤和二级过滤，主要作用是除去灰尘、机械杂质等。,空压机,作用：根据工艺流程的要求，把装置所需的空气量压缩到所需的压力（470kpa）。 原理：空气通过高速转动的叶轮后，压力及速度得以提高。在叶轮出口的扩压器中，气体流速降低，从而使得压
8、力进一步提高。,预冷系统（空冷塔、氮水塔、冷冻机）,空冷塔： 作用：空压机四级出来的高温压缩空气直接进入到空冷塔与冷却水接触进行换热，通过水洗降温和带走部分固体和化学物质。 结构：直接接触的双级冷却塔，第一级为循环冷却水，由冷却水泵供水。第二级为冷冻水，由冷冻水泵供水。 氮水塔：利用空分冷箱出来的污氮气、氮气将循环冷却水通过蒸发降温，再通过水泵输送到空冷塔（如冷冻水温太高，可以再经过冷冻机）作为第二级的冷冻水源。 冷冻机：为空冷塔第二级冷冻水补充冷量。氮水塔出来的冷冻水，可以先经过冷冻机再次降温，然后再输送至空冷塔。,纯化系统,作用:清除空气中的水、一氧化碳、二氧化碳、氢气和碳氢化合物等杂质，
9、确保空分产品氧、氩和氮的纯度。 原理: 纯化器内充填有活性铝及分子筛，根据其对不同的分子有不同的亲和力这个特点，吸附水分、碳氢化合物、二氧化碳等杂质。纯化系统一般设置二只分子筛容器，一只工作时，另一只再生。,分子筛,增压机,作用：根据工艺流程的要求，把装置所需的空气量压缩到所需的压力。 原理：空气通过高速转动的叶轮后，压力及速度得以提高。在叶轮出口的扩压器中，气体流速降低，从而使得压力进一步提高。 备注：基本原理和空压机一样，只是空气压缩之后的压力为2600kpa左右。,膨胀机,作用：为装置提供冷量，以补充装置冷损及液化产品冷量。液体的产量主要基于膨胀机的能力。 原理：高压气体通过膨胀机时，推
10、动膨胀机叶轮对外做功，减少了气体本身的内能，降低了温度。 膨胀量：膨胀量越大，液体产量越大。 膨胀压差：膨胀机前后压差越大，液体产量越大。 效率：效率越高，单位体积气体的制冷量越大,冷箱,冷箱为方形或圆形的金属结构，一般为空分设备的最高标志设备； 其内部包括主换热器、上塔、下塔、主冷、液氧蒸发器、氩塔、液氩泵、液氮输送泵及 液氧输送泵以及阀门管道等。 冷箱内充填珠光砂以减少冷量损失。 冷箱内通过在塔板和填料上发生的精馏作用实现对空气的分离。,产品压缩系统,3台高压氧压机：1号（30000m3/h）/2号（30000m3/h）/3号（45000m3/h） 3台高压氮压机：1号（12000m3/h
11、）/1号（12000m3/h）/1号（22000m3/h） 1台中压氮压机：45000m3/h，两用设备，既可以压缩纯氮，也可以压缩污氮。,氧压机操作画面,氮压机操作画面,后备系统,液氮后备：1个4000m3容积低压储罐，1个100中压储罐，1个60高压储罐 1台50000m3/h中压氮泵，1台20000m3/h高压氮泵。 低压储罐的液氮可以通过两个泵分别充到两个压力罐，也可以直接进入蒸汽汽化器蒸发送至管网。 液氧后备：1个3000m3容积低压储罐，2台60000m3/h高压氧泵。 低压储罐的液氧通过高压氧泵直接进入蒸汽汽化器蒸发送至管网。 液氩后备：1个2000m3容积低压储罐，2台4000m3/h高压氩泵。 低压储罐的液氩可以通过液体泵返回至冷箱板翅蒸发回收冷量后并入 管网，也可以直接进入蒸汽汽化器蒸发送至管网。,空分产能数据表,工厂内目前有两套60000的法液空空分，分别是3号空分和4号空分。60000空分指的是每小时生产60000标立方的氧气。具体产品的产能数据如下表：,液体产品质量要求（国标）,THANKS!,
