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1、空分制氮设备培训讲义-部机知识,F u n c t i o n P r i n c i p l e C o n t r o l,国电晶阳 工程部,自洁式空气过滤器,作用：净化空气、除去灰尘。 原理：过滤 参数： 处理气量: 300 NM3/min 过滤器前的机械杂质数量：30mg/NM3 正常压降： 150-650 Pa 最大许可压降：1200 Pa 过滤效率：99.99% （尘埃直径1微米） 控制：过滤器阻力过大报警,国电晶阳 工程部,离心式空气空压机组,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，
2、气体流速降低，从而使得压力进一步提高。 数量:2 台 韩国三星TM1250 参数：流量 6400 NM3/H 出口压力 0.86 Mpa(G) 压缩及数 3 轴功率 710 Kw 主电机额定功率 820Kw 流量调节范围% 75-105,国电晶阳 工程部,空压机组的组成(1),进口导叶 空压机的一级进口设置了进口导叶，用于调节空压机的流量。 当导叶开度增加时，空压机的流量增加，反之亦然。 电机：驱动空压机转动的动力。 主电机功率为 820KW(美国西屋)。 空压机的主体设备：转子、机壳、齿轮、 轴承等。,国电晶阳 工程部,空压机组的组成(2),供油系统：油箱、油泵、油冷却器、油过 滤器,温控阀
3、以及油分配器等， 给齿轮以及压缩轴承、电机轴承提供润滑。 中间冷却器： 用冷却水冷却空压机各级排出气体，同时分离并排放冷凝水，以免冷凝水进入下一级叶轮。,国电晶阳 工程部,影响压缩机的参数,介质：不同的介质具有不同的特性。 流量及压比 ：决定空压机的机诫尺寸及级 数。 进口压力：决定排压、 功率。 进口温度：密度。 进口含水量（湿度）：干空气。,国电晶阳 工程部,空压机的控制(1),空压机流量控制：空压机的进口导叶直接控制调节空压机的流量 。 空压机的排压一般由管网决定。出口放空 阀在正常工作时处于关闭状态，当空压机 排压高于设定值时，将自动控制调 节放空阀，保持排压不高于设定 值。,国电晶阳
4、 工程部,空压机的控制 (2),电机负荷控制：当电机负荷大于电机 控制值时，将自动控制关小压缩机进口导叶，减少压缩机的负荷。 油压控制：空压机主油泵由电机主轴带动 ， 当油压低于设定值时，自动启动辅助油泵，以提高供油压力。,国电晶阳 工程部,空压机喘振的原因,空压机的排出压力较高； 同时，所需空压机的排量又比较小； 不断排出的气体使空压机的出口压力持续升高； 于是管网内的高压气体返流入空压机流道； 管网压力下降； 空压机继续工作，排出气体使出口管网压力再次升高； 周而复始，空压机发生了喘振。,国电晶阳 工程部,空压机喘振的关系,排压不变，导 叶开度增加 (流 量增加)时，机 器 远离喘振。 导
5、叶开度不变 (流量不变) , 排 压升高时 ，机器 接近喘振。,喘振线,国电晶阳 工程部,空压机喘振的影响,与产品压缩机不同，空压机喘振将严重影 响装置的正常运行。 严重的喘振会引起机器的损坏。 当发生轻微喘振时，操作工必须立即开大 出口放空阀或进口导叶。 如果影响到产品的纯度，操作工还需做相 应的调节。 空分设备一般都设有防喘振控制 系统。,国电晶阳 工程部,防喘振控制,根据空压机的 排压以及空压 机功率，如果 控制系统计算 认为空压机工作于防喘振控 制线以上，则系统 将自动调节 打开放空阀，增加空压机排 量，使机器远 离喘振线。,国电晶阳 工程部,空压机组的联锁及报警,各级轴承的温度报警
6、各级轴振动联锁及报警 大齿轮轴位移联锁及报警 供油系统的油压及油温联锁及报警 电机轴承温度联锁及报警 电机轴振动联锁及报警 电机定子温度联锁及报警,国电晶阳 工程部,末级冷却器,作用：用冷却水冷却空压机 排出的高温气体，使进入纯化系统的加工 空气温度尽可能降低，同时分离空气中的 冷凝水。 本设备出口温度在40度左右。 原理：空气中的饱和含水量与压力及温度 有关，当压力不变时，随着空气温度的降 低，水分随之析出，同时放出热量。,国电晶阳 工程部,冷气机组,作用：冷气机组利用R22的循环,将压缩空气冷却至设计温度。 原理:制冷剂经压缩机压缩后,成为高温,高压的气体,在冷凝器经冷却水冷却后成为高压液
7、体,通过节流阀后,在蒸发器吸收热量,压缩空气温度降低。,国电晶阳 工程部,饱和含水量与温度的关系,饱和含水：当气体包 含了最多的水蒸汽时，称气体为饱和含水。 温度升高时，气体中 的含水量可以大大增 加。 温度下降时， 气体中 的饱和含水量迅速降 低。,mmHg,国电晶阳 工程部,冷气机组系统参数,冷气机组 空气流量: 6200 Nm3/H 空气进/出口温度: 40oC/5oC 冷却水进/出口温度: 28oC/36 oC 制冷剂: R22 压缩机： 进口螺杆半封闭（德国）,国电晶阳 工程部,控制及报警联锁,冷气机组冷凝器高压联锁,当排气压力高于设定值时,机组停车。 冷气机组蒸发器低压联锁,当蒸发
8、压力低于设定值时,机组停车。 油压联锁. 冷却水流量联锁.,国电晶阳 工程部,纯化系统(1),作用：清除空气中的水分、二氧化碳以及 碳氢化合物等杂质。 由于水分以及二氧化碳在冷箱内的低温环 境中会冻结成固体，从而： 在换热器表面会增加换热热阻，使换热器工况恶化。 在管道及阀门内冻结会引起堵塞，特别在节流阀处。 在塔板上冻结会影响塔板的热质交换效率，从而影响产品纯度。,国电晶阳 工程部,纯化系统(2),碳氢化合物为高沸点组分，随着回流液很 容易地结聚在液氧之中，如果其浓度超过 一定值，将会与液氧反应而发生爆炸，其 中，乙炔(C2H2)尤其危险。 参数： 空气流量 6200Nm3/H 空气进口温度
9、 510oC 空气进口压力 0.8 MPa 分子筛 球型分子筛13XAPG 工作周期 16 h 空气出纯化器CO2： 1ppm 露点： -75oC,国电晶阳 工程部,纯化原理,纯化器内充填有分子筛，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。 分子筛可以很彻底地吸附微量水分、碳氢化合物、二氧化碳等极性分子。 分子筛13XAPG的吸附顺序为： 水分 碳氢化合物 二氧化碳 因此，纯化装置出口，只需要监测二氧化碳含量就能知道分子筛的运行情况。,国电晶阳 工程部,再生原理,吸附剂（分子筛）对杂质的吸附量 随着温度的降低而增加，随着温度的升高 而减少。 因此，在常
10、温下，分子筛容器内的吸附剂 可以吸附大量的杂质，而在再生时，高温 氮气加热吸附剂，使大量的杂质从吸附剂 中解吸出来，随着氮气带出容器。 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。,国电晶阳 工程部,再生及过滤,再生电加热器 功率： 80 Kw 再生温度: 175 设计100260,国电晶阳 工程部,纯化系统的组成,分子筛容器：为二只立式结构容 器，一只工作，一只再生。 电加热器：为分子筛再生提供高温污氮气， 空分停车时，为装置提供加温气体。 切换阀门,国电晶阳 工程部,纯化系统控制,再生气流量控制，由流量计控制阀门开度，使加热及冷吹污氮量符 合设定值。 在启动阶段，由于没有污氮
11、气，用分子筛床层 后的加工空气来再生。,国电晶阳 工程部,阀门切换的控制,阀门的切换由 PLC 控制。 时间： 加热及冷吹（直接影响再生效果）。 升压及卸压(影响床层的冲击以及分子筛寿命）。 阀门位置 ：确认阀门是否全关。 压力及压差：防止大压差引起床层冲击。,国电晶阳 工程部,影响分子筛运行的因素,空气进口的游离水； 空气进口的温度； 空气进口的压力； 加温、冷却时间及工作周期； 加温气体温度； 床层温度 加温气体流量。,国电晶阳 工程部,纯化系统报警联锁(1),二氧化碳检测：避免二氧化碳穿透床层 空气温度、压力、水分、穿透； 再生气流量、温度、时间； 压力设定过低或压力过低， 放空阀开度不
12、正确 流量过大， 加热器工作不正常 二氧化碳结累。,国电晶阳 工程部,纯化系统报警联锁(2),床层压差：保护床层免受气流冲击 差压开关设定，位置； 进气阀门动作； 空气流量； 床层结水。 升压/卸压延时：阀门定位不准 阀门泄漏 纯化系统切断：进出口阀门自动关闭， 空压机自动放空。,国电晶阳 工程部,气体轴承透平膨胀机组,作用：为装置提供冷量，以补充 复热不足损失 装置冷损 液化产品冷量 原理：高压气体通过膨胀机时，推动膨胀 机叶轮对外做功，于是减少了气体本身的 内能，降低了温度。 效率：实际过程与等熵过程的比值。,国电晶阳 工程部,膨胀机运行参数,型 式 风机制动膨胀机组 流 量 3500 N
13、m3/h 进口压力 0.31 MPa 出口压力 0.025 MPa 进口温度 126K ? OC 出口温度 -? -? OC 效 率 85% HS图: 气体焓-熵图,国电晶阳 工程部,气体焓熵图,等压线 等温线 等熵膨 胀。 实际膨 胀。 液化线,H,S,国电晶阳 工程部,膨胀机的组成,膨胀机本体：进口导叶（喷嘴）、机壳、 轴承、转子等。 止动机构：风机制动 减速齿轮付 供油系统：油箱、油泵、油冷却器、油过 滤器以及油分配器等， 给齿轮以及压缩轴承、电机轴承提供润滑。 气封系统：防止冷气体外泄以及润滑油内渗。,国电晶阳 工程部,膨胀机制冷量的关系,膨胀量：膨胀量与制冷量成正比 膨胀压力：进口压
14、力越高，出口压力越低， 制冷量越大。 膨胀机进口温度：进口温度越高，制冷量 越大，但冷量品质变差。 膨胀机效率：效率越高，制冷量越大。,国电晶阳 工程部,膨胀机的控制,进口导叶：直接控制了膨胀机前压力的高低。 旁通控制：由于膨胀量多少直接影响下塔 工作压力，因此由旁通阀自动调节保持下塔工作压力 稳定。,国电晶阳 工程部,膨胀机的联锁及报警,气封气压力过低联锁及报警。 膨胀机轴承温度报警。 齿轮箱各轴承温度报警。 制动风机轴承温度联锁及报警。 膨胀机轴，齿轮轴，电机轴振动联锁及报 警。 供油系统的油压及油温联锁及报警。 膨胀比联锁.,国电晶阳 工程部,冷箱（分馏系统）,冷箱为方形的金属结构，一般
15、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、 以及阀门管道等。同时，冷箱 内充填珠光砂以减少冷量损失。,国电晶阳 工程部,换热器的要求,参加换热的流体必须彻底隔离。 隔离物应为良导热体。 应有足够的换热表面及换热时间。 温差：温差是换热的动力 温差意味着损失 主换热器热端温差的大小，说明了复热不足冷量损失的大小。 正常运行时，操作人员应尽可能减小热端温差。,国电晶阳 工程部,主冷(主冷凝蒸发器),采用高通量热交换完成上、下塔的热量交换，使 液空气化，为上塔提供上升蒸汽，同时使 气氮液化，为下塔及上塔提供回流液。 用提高氮侧压力保证传热温差。 防止碳氢化合物结聚。,国
16、电晶阳 工程部,主冷的换热,在相同的压 力下，氮气 的饱和温度 比氧气低。 压力越高， 相应的饱和 温度越高。 高压氮气的 饱和温度可 以比氧气高。,Press. of N2,Press. of O2,Temperature K,国电晶阳 工程部,精馏塔的工作原理1,原理：利用空气中氧、氮组分的沸点不同，将氧、氮组分分离成所要求纯度。 结构：塔筒为圆筒形，塔内装规整填料，塔内装液体收集分布器。,精馏塔的工作原理2,工作方式： 精馏塔精馏过程中，液体自上往下逐一流过每层填料，当气体由下而上穿过填料时与液体接触，产生了鼓泡，这样就增加了气液接触面积，使热质交换过程高效进行。低沸点的 逐渐蒸发，高沸点的逐渐液化，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组分。,下塔,作用：初步分离空气。 膨胀后空气进入下塔底部。 液化空气进入下塔下部。 在下塔底部得到含氧为333
