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大型空分設備常見問題

大型空分設備常見問題
空分塔內管路、閥門及現(xiàn)場安裝的空分設備，為了檢查其安裝質量、低溫狀態(tài)下的變形及管路的暢通情況，并進一步在低溫下擰緊法蘭螺栓。需要在保冷箱填充保冷材料之前進行開車冷凍，稱為裸冷。裸冷時應依次先把精餾塔、主冷凝蒸發(fā)器等主要設備冷卻到較低溫度，各保持2小時，然后冷卻整個空分設備，保持3至4小時，詳細檢查各部分的變形和泄露，再次擰緊法蘭螺栓，掃霜后加溫至常溫才可做氣密封實驗。
空分設備正常運行時，冷箱各部分的溫度要保持平衡，但是由于換熱器熱端溫差和冷箱與環(huán)境不可能完全沒有熱量傳遞，再加上有些大型空分設備可能生產少量液體產品，都會造成熱量的損失。所以要通過膨脹機和節(jié)流來補充損失的冷量，我們付出了電能得到了膨脹機的冷量，可節(jié)流為什么能產生冷量？這是因為節(jié)流后壓力降低，而節(jié)流的液空、液氮都是飽和液體，壓力降低，自然造成飽和溫度也降低，為了保持其飽和狀態(tài)，一部分液體氣化吸熱。
汽輪機是一種將蒸汽的熱能轉換為機械能的渦輪式機械設備，在空分裝置中，汽輪機用于空壓機的動力源，替代電機，為空分用戶節(jié)約了大量的用電能耗，故在空分領域得到了廣泛地應用。
經過長期運行的空分設備，其精餾系統(tǒng)中的低溫設備和管道中，會因結冰或機械粉末等在內部沉淀使組分堵塞，造成分餾塔阻力增大。因此，在空分設備正常運轉2年左右，應對分餾塔系統(tǒng)進行加溫解凍操作以去除這些沉淀物。在分子篩吸附器和主換熱器發(fā)生進水或其他故障時，也必須進行停車加溫。下面介紹幾種加溫解凍操作方法：
在新建空分設備的制氬系統(tǒng)調試過程中，由于氣體需求量不穩(wěn)定及其他多種原因，制氬系統(tǒng)工況容易出現(xiàn)波動狀態(tài)，下面就常見的故障情況，做出分析處理。 1、氬餾分中氮含量升高： 由于氮氣產品與污氮氣產品提取量少，造成部分氮氣隨氬餾分進入制氬系統(tǒng)，使氬餾分中含氮量升高，造成粗氬冷凝器中富氧液空與粗氬氣溫差減小，不能進行正常換熱，較終導致粗氬無法冷凝，富氧液空無法蒸發(fā)。調整時提供污氮氣、氮氣的提取量，將污氮氣出塔壓力降低，使制氬系統(tǒng)運行工況維持正常。 2、氬餾分中氬含量波動較大 氬餾分中氬含量受到很多因素的影響，比如氧、氮氣純度和產量、上塔壓力等等。在氧氮產量接近設計工況的情況下，適當降低上塔壓力有利于減少氬餾分中氬含量的波動。 3、氬餾分中氬含量較低時出現(xiàn)氮塞故障 首先對工藝參數進行檢查，關注產品、產量、純度以及上塔壓力的變化情況，如果上述因素沒有明顯變化，不排除是上塔的膨脹空氣量增加的因素。調節(jié)方法為：逐步增大膨脹空氣旁通量。 綜上所述：制氬系統(tǒng)的運行工況受到很多因素的制約，因此要保證制氬系統(tǒng)工況的穩(wěn)定，分清工況異常的現(xiàn)象與原因，將制氬系統(tǒng)與主塔工況結合起來作為一個整體來考慮，有針對性地進行故障排查，逐步使各工況達到相對平衡狀態(tài)，從而保證生產穩(wěn)定。
空分精餾塔由上下塔、粗氬塔、精氬塔等塔器組成。目前，大型空分設備的下塔有篩板塔和填料塔2種，而上塔和氬塔已普遍采用阻力較小的規(guī)整填料塔。在空分設備正常運行時，塔器內的篩板、溢流斗或填料等內件表面，都會保留有一定量的低溫液體，也就是精餾塔的持液量。一般情況下，空分設備的負荷高時，塔內持液量也會較大，而當空分設備負荷較低時，塔內持液量也相應的較小。當空分設備變負荷操作時，因塔內持液量的變化，會對精餾塔工況產生影響，影響空分設備穩(wěn)定運行。
進上塔的膨脹空氣量增加，精餾段的回流比相應減少。為了達到所要求純度的氮氣產品，需要設置更多的塔板數。當回流比減少到需要設置無數塊塔板才能使氮氣純度達到要求的數值時，這時的回流比叫較小回流比。進上塔的膨脹空氣量首先受較小回流比的限制。當回流比越接近較小回流比時，為保證產品純度所需的塔板數增加得越快，這將造成投資增加，塔板阻力增加，操作壓力升高，能耗增加。因此，膨脹空氣進上塔后的回流比應大于較小回流比。當要求氮氣純度低時，較小回流比也減小，允許進上塔的膨脹空氣量就可以多些，這時氧的提取率也相應地降低。此外，如果液空純度高，液空量就較少，相應的液氮量就會增大。這將使精餾段的回流比增大，允許送入上塔的膨脹空氣量也就可適當增加。氧氣的純度低一些，允許送入的膨脹空氣量也可以多一些?？傊?，送入上塔的膨脹空氣量應綜合考慮回流比、塔板數、氧、氮及液空純度等諸因素的影響，以便在既保證產品純度和不使氧提取率下降過多，又不致過多地增加塔板數和能耗的情況下，送入適量的膨脹空氣。目前一般允許送入上塔的膨脹空氣量是0.15～0.25的加工空氣量。對于大型空分設備，冷損較小。為彌補冷損所需的膨脹空氣量是不會超過上述要求的，因此可將全部膨脹空氣量送入上塔。對中小型空分設備，冷損較大。膨脹氣量若大于上述要求時，如將全部膨脹空氣送入上塔，塔板數將增加太多，同時能耗也顯著增加。在設計時寧愿只將部分空氣送入上塔，另一部分膨脹空氣旁通至換熱器，僅回收其冷量，則更為經濟、合理。?
空分設備所考慮的環(huán)境條件包括：海拔高度、大氣壓力、環(huán)境溫度、空氣濕度、空氣中CO?等雜質的含量等。這些條件隨地區(qū)、環(huán)境的不同而變化。不同的環(huán)境條件對同樣的空分設備，會產生不同的性能影響。 1、大氣壓力對空分設備的影響： 大氣壓力是大氣層中的物體受大氣層自身重力的影響，而產生的作用于物體上的壓力。一般情況下大氣壓力在0.1MPa左右，大氣壓力降低時，會造成空壓機的壓縮比增大，增加壓縮能耗，從而增加空分設備的能耗。 2、環(huán)境溫度和濕度對空分設備的影響： 環(huán)境溫度升高，會使空壓機的排氣量減小，排氣溫度升高、軸功率增大，冷損增大，這就要求有更多的制冷量來平衡冷損，導致設備能耗增加；空氣的濕度增大時，會使空壓機的一部分功消耗在壓縮水蒸氣方面，也會造成空壓機的軸功率增大。 3、空氣中的灰塵、固體雜質和有害氣體對空分設備的影響： 隨著空分設備逐步大型化，每小時帶入空分設備的空氣雜質總量是很可觀的，這些雜質隨空氣進入空壓機繼而進入空分設備，會對機器造成較大損害并堵塞設備通道。而乙炔和其他碳氫化合物在空分設備中集聚到一定量，在一定條件下會引起爆炸事故，造成極大危害。因此對大氣中的雜質和有害物質必須及時有效地清除，才能保證空分裝置的安全運行。
大型空分設備主要采用低壓分子篩預凈化、增壓透平膨脹機制冷、**規(guī)整填料塔、全精餾制氬工業(yè)流程。因其產品氣體的壓縮方式不同，又分外壓縮和內壓縮流程。 1、外壓縮流程：空分設備生產出低壓產品氣體，經壓縮機加壓后 送出界區(qū)稱為外壓縮流程 2、內壓縮流程：冷箱內的低溫液體產品經液體泵加壓到所需壓力，經板式換熱器復熱后送出界區(qū)稱為內壓縮流程。內壓縮流程又分膨脹空氣進上塔流程和膨脹空氣進下塔流程。 3、我公司技術人員通過長期的生產實踐和對不同流程的分析計算，得出以下結論，供空分用戶參考借鑒。 a、在液體產品比例≤11%時，外壓縮流程能耗較低且操作簡單； b、當液體產品比例＞16%時，內壓縮膨脹空氣進下塔流程能耗低于外壓縮流程； c、當液體產品比例＞26%左右，內壓縮膨脹空氣進下塔流程能耗低于外壓縮和內壓縮膨脹空氣進上塔流程； d、隨著液體產量的增大，外壓縮流程與內壓縮膨脹空氣進上塔流程的氧、氬提取率都在急劇降低，而內壓縮膨脹空氣進下塔流程的氧提取率沒有變化，氬提取率沒有明顯的降低。 e、內壓縮膨脹空氣進下塔流程和內壓縮膨脹空氣進上塔流程的主要差異在于膨脹空氣進精餾塔的方式。當液體產量比例較小時，膨脹空氣進上塔流程能耗低于膨脹空氣進下塔流程，而當液體產量比例較大時，膨脹空氣進下塔流程的能耗明顯要優(yōu)于膨脹空氣進上塔流程。
大型空分設備定期檢修是空分設備安全生產的重要保證，冷箱檢修的安全工作、技術方案的制定和現(xiàn)場安裝質量的控制至關重要。 冷箱檢修首要工作就是對冷箱內珠光砂進行卸除，隨著空分設備規(guī)模的不斷增大，珠光砂卸除的工作量和危險性也越來越大。
隨著社會經濟的發(fā)展，空分設備呈大型化發(fā)展趨勢，空分設備作為能耗大戶，受國內環(huán)境保護和資源問題的影響，選擇合理的壓縮機驅動方式，對企業(yè)的發(fā)展和提高經濟效益具有重大的意義。 目前，很多大型空分設備的壓縮機都采用汽輪機驅動方式，工業(yè)汽輪機具有軸對稱的高速旋轉特點，因此運行平穩(wěn)、磨損較小、連續(xù)運行時間較長。但汽輪機的安裝和調試比較復雜，對供熱、生產系統(tǒng)的要求較高，開停車過程較為繁瑣，周期較長，并且一次性投資較大。 空分領域中，電機的啟動方式主要有直接啟動、電抗器啟動、自耦變啟動和LCI軟啟動。大型空分設備中，壓縮機組常采用的電機啟動方式為自耦變啟動和LCI軟啟動。自耦變啟動相對LCI而言，對電網和電機的沖擊更大，但是系統(tǒng)結構比較簡單并且造價相對較低。LCI軟啟動對電網的沖擊非常小，同時可減輕對電機的瞬間大電流沖擊，充分保護電機。但是啟動較為復雜，造價相對較高。 根據目前蒸汽和電價的水平，從能耗的角度來比較，汽輪機驅動占據一定優(yōu)勢。但能耗的高低較終取決于蒸汽和電的價格水平，如果電價進一步下降或者蒸汽價格上升，則電機驅動的能耗將低于汽輪機驅動的能耗。 大型空分設備壓縮機組采用汽輪機驅動的投資明顯高于電機驅動，但是在常規(guī)的蒸汽和電的價格水平下并從設備長期運行考慮，汽輪機驅動的能耗費用相對較低。一旦蒸汽和電的價格超過能耗的平衡點，那么對于大型空分設備來說，電機驅動將具有更大的競爭力。
氬氣是廣泛應用于工業(yè)各領域的稀有氣體，用作不銹鋼、鋁等金屬電弧焊接保護氣和鋼鐵、鋁、鈦、鋯等金屬的冶煉吹除氣體，用于照明技術和日光燈的填充，工業(yè)電子也用氬氣作為保護氣。氬氣在空氣中的含量為0.932%，在空分裝置中，一般可將加工空氣中30%-50%的氬作為產品獲得，隨著制氬技術的提高及先進的空分工藝流程和操作方法的改進，現(xiàn)在已將氬的提取率提高到80%以上。
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