階段冷卻法是采用切換式換熱器自清除水分和二氧化碳的空分設(shè)備的啟動操作力法之一。在全低壓空分設(shè)備中，在0.5MPa(表壓)的操作壓力下，水分在-40～-60℃已基本上凍結(jié)完畢。而二氧化碳要在-133℃以下才開始析出、凍結(jié)，直至-165～-170℃凍結(jié)完畢。由此可見，在-60℃至-133℃的區(qū)間是干燥區(qū)。利用這一原理，將啟動操作中的設(shè)備冷卻過程分階段進行，即為階段冷卻法。整個冷卻過程分為4個階段：階段為水分析出、凍結(jié)階段。該階段只對切換式換熱器進行初冷，到冷端溫度達到-60℃時為止；第二階段為干燥階段，可利用水分已經(jīng)清除，而二氧化碳尚未析出之機，對其他設(shè)備進行初冷，到膨脹機后溫度達-130℃時結(jié)束；第三階段為二氧化碳析出階段。該階段又只對切換式換熱器進行深冷，讓二氧化碳凍結(jié)在換熱器內(nèi)，由低壓返流氣體帶出，直至冷端溫度達到-170℃時終止；第四階段是利用已經(jīng)凈化的低溫氣體對其他設(shè)備進一步冷卻，直至塔內(nèi)積累起液體，再進一步調(diào)整精餾工況。?
該方法因?qū)Ω鱾€空分設(shè)備的冷卻是分階段進行的，所以冷卻均勻，熱應(yīng)力小。并且，由于在第二冷卻階段冷卻塔內(nèi)的各個設(shè)備，需要的冷量較大，使膨脹機在較高的入口溫度下運轉(zhuǎn)的時間較長，從而能夠發(fā)揮透平膨脹機在高溫下制冷量大的特點，使啟動時間縮短。但由于需對設(shè)備反復(fù)進行冷卻，閥門開閉次數(shù)多，操作較為復(fù)雜。

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