空分设备
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空分设备范文第1篇
一、工艺流程组织
1.氮水预冷系统配置冷冻机或氨冷器
由于化工厂氮气的用量越来越大，氮气的价值也越来越高，很多内压缩流程空分设备的氮水预冷系统均设置的冷冻机或氨冷器来维持空冷塔出口温度，从而可以减少污氮气的抽取量，提取更多的氮气产品。我厂由于合成氨工段副产液氨，所以用氨冷器来代替冷冻机。
2.分子筛吸附器
由于冷箱的工艺流程与相关配置已经固定，因此无法进行改动。目前设备主冷均采用浸浴式操作方式，内压缩流程液体采出量大，所以碳氢化合物或者氮化物积聚造成爆炸的机率很小，因此分子筛吸附器可以采用13X型分子筛的单层结构，也可以采用13X分子筛加氧化铝的双层结果，二者可以取得同样的效果。我厂采用的是下层Φ3-5氧化铝、上层13X分子筛，至今碳氢化合物未出现超标现象。
3.内压缩流程
对于内压缩流程而言，其设计方式呈现出多样性，不同的流程组织形式，相关的设备配置存在差异。我厂空分设备的内压缩流程采用的是膨胀空气进上塔、空气增压循环，通过配置氮压机来满足厂里高、中、低压力等级的氮气产品。空气增压机是采用末端排气还是中抽，是由客户要求的膨胀量与产液体量决定的。如果采用板翅式换热器，为了降低冷损，节约空间，可以采用高、低压组合一起的方式。我厂采用的是板翅式换热器，分为高压板式换热器、膨胀板式换热器、低压板式换热器。膨胀换热器采用高压换热器中抽污氮气来作为冷源。冷量损失小，还能生产部分液氧、液氮产品。
4.冷箱内的工艺配置
通过主冷将上下塔叠加起来，利用下塔0.43MPa氮气作为热源使上塔0.04MPa液氧蒸发。内压缩流程，进入下塔的空气含湿量都大，为了保证底部富氧液空的纯度，在下塔底部以上第五块塔板处抽取污液氮，进入上塔上部；这样不仅能增大上塔回流比，使塔顶氮气纯度高，并且容易调节，塔顶氮气采出量大；而且还能增大富氧液空含氧量，上塔的液氧纯度高。我厂的下塔上部和上塔上部的氮气纯度能达到99.999%、富氧液空含氧量37-40%、氧气纯度99.8%。增加一个粗氩塔，抽取上塔粗氩气，大大提高了氧的提取率。
二、技术指标
内压缩流程空分设备的技术指标包括以下几项：第一，产品能耗，随着我国空分设备生产技术的不断提高，国内制造企业在设计、制造方面与国外进口的内压缩流程产品，无论是在能耗方面还是外压缩流程方面，其差距不会大于5%，主要由设备的配置情况来决定；第二，连续运转时间，如果没有发生误操作的问题，由于采用了高质量的分子筛与规整填料塔，内压缩流程空分设备保守估计可连续运行两年以上；第三，运行安全性，保持主冷液面正常就能保证设备主冷的安全性；第四，液体产量，内压缩流程空分设备基于正常工况条件下，其液体产量高于氧气产量的15%，液体产量大可以增加外销收入，并且在空分装置突然跳车或者临时停车时，可以将产出的液体加压汽化作为临时供应，保证后续工况正常生产。
三、操作与调节特点
1.基于同样的加工空气量，内压缩流程空分设备的启动时间相对比较短，这是因为内压缩流程的膨胀量要大于外压缩流程，则膨胀机的效率也更高，并且还有一股7.0MPa的高压气体节流进下塔，与外压缩流程相比，其节流效应也非常好。
2.在临时停车期前，可以充入氮气对膨胀体以及低温液体泵进行保压。由于我厂膨胀机和液氧泵都有加温气管路，一般通过加温气来将其露点吹至合格，所以一般不用充压的方法来防止湿空气进入。
3.氩馏分调节简捷。现代空分设备生产调节的内容主要是调节制氩系统的运行工况，制氩系统的工况稳定，代表氧氮的生产稳定。我厂的内压缩流程空分设备氩馏分氩含量一般调整在7%左右。在内压缩流程中，产品氧所从上塔下部抽出时呈液体状态，即使液氧的抽出量存在增减不足的现象，对主冷的蒸发量也影响不大，上塔精馏工况的变化也不明显，最终对氩馏分组分也不会产生太大影响。此外，由于内压缩流程自身的特点限制，无法频繁、大幅度的对液氧抽出量作调整，所以无法利用产品氧气量与纯度调整氩馏分，而是要利用氮气量与氮气纯度来调整。尽管这种方法与氧气调整相比效果滞后，但是其简单有效，因此与外压缩流程的区别很大。
4.对净化空气进冷箱阀增设关闭联锁。由于内压缩流程在工艺设计方面，为了避免由于空压机发生喘振导致常温空气管道冻裂的事故，要求仪控系统对分子筛纯化系统后的净化空气进冷箱阀加以联锁。如果空压机出现喘振或者接收错误信号打开放空阀，空压机会卸载，然后再上载。整个过程中0.5MPa的压力等级无法提供足够的空气量，分子筛纯化系统后空气管道的压力比正常压力要低，但是这时增压机仍处于正常运行状态，所以要从冷箱中抽取气量以弥补进口端的不足，直接抽出下塔的液空，当低温液体的温度在-175℃时，分子筛纯化系统后、冷箱前的一段常温空气管道马上会被冻裂，而且低温液体进一步汽化过程中，体积的瞬间膨胀又会产生巨大压力，最终造成被冻裂的常温空气管道发生爆炸事故。在设置了关闭联锁后，即使空压机出现喘振或者接收错误信号开打放空阀，净化空气进冷箱也会马上闭合，从而防止抽出低温液体引发事故。
参考文献
[1]林知望. 南钢20000m3/h内压缩流程空分设备调试及运行特点[J].气体分离,2010(5).
空分设备范文第2篇
关键词 大型煤化工企业；空分设备；自动控制技术
中图分类号TB657 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）58-0098-02
0 引言
随着国民经济的飞速发展，我国大型煤化工型空分设备制造业形势一直趋向好的方面发展。尤其是近年来我国的大型煤化工行业发展更为迅速，煤化工型的空分设备作为其重要的配套服务设备，对于其的要求也越来越高。自动化控制系统是煤化工型空分设备的非常重要的组成部分，决定空分设备是否能正常运行。通过研究分析自动化控制技术的特点，有利于自动控制技术的不断提高。国家应该鼓励开拓与创新，不断地改进我国的大型煤化工型空分设备的自动控制技术，以求能更好地为我国的国民经济的发展作出贡献，造福人类社会。
1 大型煤化工型空分设备流程组织形式的选择
大型煤化工型空分设备的流程组织形式很多，选择适合的流程组织形式，不仅可以节约部分投资的费用，还可降低运行能耗，这对投资气体生产的公司来说非常重要。怎样选择适合的流程组织形式。第一，应全面地考察一个项目用气的具体情况，包括所需氧氮气之和、氧氮气的温度范围、氧氮气体之比、液体的产量、氧氮气的标准等；第二，应对不同的形式精确计算，计算所耗的能量和确保所要的单元设备有供货；第三，考察流程组织和原来的空分设备的管理系统的兼容情况；第四，还需综合考虑气体产品在工业生产中的整体能耗。如，某大型煤化工企业在设计空分设备的项目时，比较了氮气增压循环流程与空气增压循环流程所需的能耗，发现选择后者比选择前者能耗降低了310kW。煤化工项目的主要工艺流程需要的高压氮气温度不小于81℃，假如用空气增压循环系统还需要用低压的蒸汽对高压的氮气加热，能耗约为510kW。因此从项目的整体能耗情况来看，选择氮气增压循环流程更为节能。
2 大型煤化工型空分设备的自动控制特点
2.1 空压机、增压循环压缩机、汽轮机三大机组的控制技术
1）SIS安保联锁系统自动控制技术
SIS安保联锁系统是自动控制技术中最主要的系统之一，别名为ESD紧急停机系统。内压缩机工作组的安全与联锁均靠安保联锁系统来实现保护，其工作原理是采取容错、冗余的技术与故障安全的防范设计技术，以使得机组能够安全可靠地运转，SIS系统识别第一事故后会马上发出报警的声光信号。发生报警与联锁的作用后，再按照事故发生的时间先后顺序将事故一一打印出来，以方便工作人员对事故发生的原因进行有效分析。SIS安保联锁系统与DCS控制系统各司其责，两者相对完全独立。煤化工型空分设备的联锁停机的主要信号被记录在安保联锁系统内部，一旦煤化工型空分设备发生运行故障，就立即自动启动安保联锁系统（SIS），使整个机组都处在安全工作的运行状态。空分设备各机组的显示、运行、控制等过程全都通过DCS系统来实现， 空分设备各机组将自动联锁显示出的主要信号，将其接入到安保联锁系统内部，然后再通过数据交流的方式接入到DCS系统显示出来；对既要接入SIS又需要接入DCS的重要信号，则可以通过信号的自动分配分别地接入到两个系统内部。
2）CCS压缩机组系统自动控制技术
CCS机组系统自动控制技术别名也称为ITCC自动控制技术，其工作原理是增压机、驱动汽轮机与空压机均采取与DCS控制技术系统相对独立的机组全面控制系统来达到控制的目的。所有的与控制相关的部件零件均要按照三重冗余、容错的方式来装置，启用系统的电源模块供电给冗余。CCS技术系统将控制与联锁防护功能集于一体。CCS控制系统包含了调节机组的负荷，对汽轮机进行调速控制，对机组进行防喘振控制，对机组内的单元设备的回路进行控制、联锁保护控制和程序执行控制，对机组内单元设备的仪表进行显示控制。通过CCS的操作站可以对机组内单元设备进行远程操作控制，还可以对机组内单元设备进行全面的监控和报警处理，此外，还可以实现与主控制系统进行数据信息的交流功能。
2.2 大型煤化工型空分设备之间相关联锁控制技术
煤化工型空分设备与各大控制系统联系非常紧密，控制也很复杂，应当注意细节方面的控制。例如：空压机被放空或停机时，要和空气预冷系统之间进行联锁控制，之后再把膨胀机停机，令增压压缩机打向回流指针，这样就可以有效减少产品液氧泵所承载的重量。由此可见，设备与设备之间必然是相互关联在一起的，先要采取措施解套连环，才能防止出现设备启动后又立刻停机的现象。假如空分设备、压缩机组两者应用的是不一样的控制系统，那还需对联锁问题进行更深一步的考虑。
3 煤化工型空分设备的发展方向
为降低投资成本，减少维护工作量，空分设备必须尽量大型化。设备的大型化必然导致运输不便，必然会受到运输条件的限制。因此，我国的空分设备制造集团应该努力优化设计方案、尽量应用新技术，以达到减小设备的尺寸的目的。此外，还可以采取现场组装，分开运输等方式来解决大型设备的运输难题；在确保效益良好的情况下，降低生产能耗亦是发展空分设备技术的重要方向。降低生产能耗就要求设计时尽量提高核心部机的运行效率，也需要预先对设备运行的总能耗进行精准的计算；采用先进的自动控制系统，对生产实行自动控制，使空分设备向着自动化发展，可以有效地提高生产效率，降低事故风险，提高装置运行的可靠性。随着相关行业的发展，大型空分设备多样化发展将成为我国空分设备制造行业做大做强的关键。
4 结论
综上所述，我国大型煤化工型空分设备在不断创新，空分设备的自动化程度也在不断提高，但其与外国的先进技术相比还有不小的差距。因此，我国应该认真地重视大型煤化型空分设备及其自动控制技术，加大对于其研发的经济投入，以开发出适应现代煤化工行业生产需要的新技术空分设备，逐渐完善我国大型煤化工型空分设备及其自动控制技术。
参考文献
[1]王文峰.先进控制技术在国产大型空分设备中的应用[J].深冷技术，2010(6).
空分设备范文第3篇
[关键词]空分设备产业发展现状趋势
空分设备产业的快速发展对于我国装备制造业提升整体水平、开拓国际市场具有重要的影响。解放前，中国没有自己的空分设备制造业。从1953年底哈尔滨第一机械厂（哈尔滨制氧机厂前身）试制成功2套30m3/h制氧机，1955年杭州通用机器厂（杭州杭氧股份有限公司前身）设计制成30m3/h制氧机开始，到2003年底，中国已累计生产空分设备9000多套。其中,1000m3/h以上大中空分设备有800多套。目前，中国已能自己生产30000m3/h～50000m3/h空分设备，其中52000m3/h空分设备已经投运。经过几十年发展，国内空分设备制造业已形成杭氧、川空、开空三足鼎立局面，还有一批中小型后起之秀。另外，法液空、林德两大跨国公司均在中国建立了合资或独资空分设备制造企业，也给中国空分设备制造业发展增添了新的力量。
一、我国空分设备产业发展概况
近年来，国内空分设备制造企业积极开发大型空分设备，并且在逐步进行产业链的延展，试图通过充分开发和利用自身技术和人才优势，打造大型空分设备生产基地。首先是杭州杭氧股份有限公司与开封空分集团有限公司合作开发了宝钢30000m3/h空分设备，打破了30000m3/h以上等级空分设备制造国产化的瓶颈。该套空分设备采用当代先进的规整填料和全精馏制氩技术，主要指标达到国际先进水平，这是中国空分设备制造业的一个里程碑。紧接着，开封空分集团公司为德州恒化集团设计制造了内压缩流程40000m3/h空分设备，杭氧为通钢设计制造了52000m3/h空分设备，结束了中国大型空分设备完全依赖进口的历史。
目前国产空分设备实现了规整填料、无氢制氩、内压缩流程等第六代先进技术，并且具备了大型化、高负荷、多工况、自动化、低能耗、长周期等诸多特点。近几年，非低温气体分离技术（变压吸附、膜气体分离）异军突起，风靡全国。这些技术不但可以分离氧气、氮气，还可以分离回收二氧化碳、一氧化碳、氢气、甲烷等气体。同时，高纯气体、特种气体、电子气体的纯化和制备技术也不断发展，数量和品种日渐增多，满足了科研、电子等工业的部分需要。而且一些空分设备制造厂现在也发生了经营观念的转变，改变原来只是埋头造设备的模式，开始介入气体生产。
尽管中国空分设备产业取得了长足的发展，但目前仍然存在一些问题。一是恶性竞争，无序发展，缺乏宏观统筹规划；二是企业小而散，不够规模，形不成“拳头”；三是安全隐患有待根治；四是超大型空分设备尚待开发；五是外商冲击严重，民族工业翅沉难飞；六是气体应用领域面窄，有待拓宽。
二、我国空分设备产业的发展趋势
我国经济的高速发展，特别是近几年冶金、石化、石油、化肥等行业的持续稳定发展，国内对空分设备的需求不断加大，大型空分设备产业带来难得的发展机遇。未来几年，我国大型空分设备的需求量将持续看涨，国内形成数10亿元的市场需求。目前，中国石化、化工、钢铁、电力等行业正在运行的5000Nm3／h以上空分设备约有6000余套，小型设备更是不计其数，受钢铁、电力、石化、化工等行业投资力度加大拉动，中国气体分离设备行业出现了前所未有的产销两旺好局面。庞大的市场需求，使国内对大型空分设备的需求将迎来新一轮高峰。但随着相关行业的发展，大型空分设备国产化以及空分装置流程多样化将成为我国空分设备制造行业做大做强的关键。
1.大型空分设备迎来需求高峰
国内相关行业的发展将为大型空分设备营造可观的市场空间。从冶金行业的发展情况来看，高技术含量、高附加值产品将成为国内钢铁企业的发展方向，冶金行业对空分设备的需求量将达到每小时150万～225万立方米。再加上旧空分装置的更新和改造，近十年内，冶金行业对空分装置的总需求将达到每小时300万～375万立方米。由于各钢铁企业情况不同，如果以每小时产氧量3万立方米的空分设备为界，那么每小时产氧量3万等级及以上空分设备需要50套～60套，每小时产氧量3万等级以下各类中小型空分设备预计为150套～180套。虽然从近期来看，钢铁行业正在进行兼并重组和产业结构调整，可能会因为企业之间资产、设备的共享，而搁置一些原本计划内的设备采购。但从长远来看，冶金行业对大型空分设备的需求将会增加。
除了冶金行业，根据现有规划，作为替代能源之一的煤制油项目到2015年将形成年产3000万吨的规模。根据现有工艺水平，煤制油项目对空分设备的需求比例为每10万吨煤制油品需要氧气量为1.35万～1.4万立方米。到2015年，该领域对空分设备的需求量将达到每小时制氧量415万～420万立方米；2015年我国甲醇产量将达到3000万吨，将新增配套空分装置约每小时制氧量253万立方米。应用于煤化工领域的空分设备一般规格都较大，5万～6万等级的大型空分设备较多。如果按5万等级空分设备计算，煤制油、甲醇领域到2015年将会产生135套左右的大空分设备需求。预计到2015年，我国乙烯产量将达到2500万吨，2020年接近4000万吨。按照这样的发展速度，到2015年该行业需新增配套空分装置能力每小时制氧量约90万立方米左右，需要3万等级的空分设备30套左右。综上所述，按照国家经济发展规划，到2015年我国总的空分设备每小时制氧需求量为1050万～1140万立方米，预计需3万等级及以上空分设备20套～25套。
2.设备大型化对技术研发提出新要求
冶金行业、煤制油、甲醇、乙烯等行业的快速发展，在要求设备向更大型化方向发展的同时，也对技术发展提出了新的要求。就目前来看，煤化工领域空分设备的规格一般在5万等级以上。业内人士认为，5万等级的空分设备将是今后煤化工领域的标准配置，也是比较低的规格配置。从“十一五”规划及2020年远景规划来看，虽然空分设备产业仍将保持持续快速发展态势，但从空分设备产业技术发展情况来看，比较重大的技术突破都是首先由国外先进企业完成的。如法液空、林德、美国空气制品公司等均有9万等级以上的空分设备在运行，11万等级及以上空分设备也已研制成功。到2007年末，国产6万等级空分设备将安装成功并试车。
面对气体市场对空分设备的巨大需求，国内企业的当务之急是争取在7万～8万等级空分设备上加大产品技术开发力度，力争在这一等级上实现零的突破，以满足一些行业对大型、特大型空分设备的需求。此外，对于深冷空分而言，降低一定的氧产品纯度，设备运行的费用也会相应降低。国外已经有公司采用常温法进行气体分离，使空分设备所产氧气直接达到煤制油工艺所需的纯度，以此降低设备投资。
3.从制造大国向制造强国迈进
在大型空分装置国产化方面，我国研制4的首套万等级大型空分装置，于2004年9月19日一次开车成功顺利投产。这是为山东华鲁恒升化工股份有限公司年产30万吨合成氨项目配套的关键设备。该项目由开封空分集团有限公司技术总负责并提供主体设备，空压机和增压机由沈阳鼓风机厂提供。在该设备流程计算方面，由于内压缩流程相对于外压缩流程具有操作简便、安全可靠、产品类别多样等优势，是目前国际上大型空分设备采用较多的流程。开封空分集团在国内率先研制并掌握了大型空分内压缩流程技术，为这套大型空分装置国产化提供了有力的保证。内压缩流程的开发成功，满足了化工等领域的发展需要。
针对我国还没有大型空压机、氧压机或者大型空压机、氧压机可靠性还不能完全过关的实际情况，我国大型空分设备国产化采用内压缩流程是比较合适的。但是，目前兴起的煤制油以及冶金领域内新采用的部分新工艺等，对空分流程的要求将更加多样化。中国在成为空分设备制造大国之后，如何成为空分设备设计、制造的强国，是值得深思的问题。
4.进行产业链的拓展迫在眉睫
空分设备范文第4篇
关键词：主冷；碳氢化合物；甲烷；超标
中图分类号：O625.14 文献标识码：A 文章编号：
前言
各种类型的空分行业，无论采用的是老式蓄冷器流程、可逆板式流程，还是现在的分子筛流程；设备中总有一部份碳氢化合物冲破冻结及吸附障碍，进入空分系统并聚积在空分装置主冷凝蒸发器侧的液态氧中，一旦其含量超标，极易引起空分装置的爆炸事故，对企业造成巨大损失。因此如何准确的测量监控碳氢化合物的含量，及时采取必要的控制措施，是保证空分设备安全生产的首要工作。下面以我厂的一起主冷碳氢化合物超标事故为例，对此类问题的监控与处理与大家交流探讨。
1概述
安钢制氧厂有7套空分设备，其中2套KDONAr-23500/40000/870空分设备（以下简称2#、3#23500m3/h空分设备），均采用常温分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、膨胀空气进上塔、规整填料上塔、全精馏无氢制氩、氧氮外压缩的工艺流程以及DCS控制系统。分别于2006年12月和2007年3月投产。两套空分设备自投产以来运行稳定，各项产品指标均优于设计值。其简明工艺流程如图1所示：
图1安钢2×23500m3/h空分设备工艺流程简图
两套空分设备为了保证运行安全，不仅配置了手动取样化验仪器；而且还设置了主冷液氧碳氢化合物的在线监测仪器。两套23500机组共用一套主冷液氧碳氢化合物监测仪器，切换使用。针对各类碳氢化合物性质及其在空气中的含量，我们主要对以下几种化合物进行监控： (见表1)
表1 实时监控化合物
2.事故过程
2.1现象
2011年9月22日22：02分，2×235000m3/h制氧机组在线设置的主冷总烃大于30 mg/l显示报警，当时在线检测的是2#235000m3/h制氧机组的主冷碳氢化合物含量，随后检测数值上升至44.36mg/l，并持续上涨，22：38总烃达到停车值100mg/l；显示仪器已经满量程；点检人员从室外就已经能闻到刺鼻的煤气味。分子筛吸附器后设置的CO2检测分析仪器显示为负值；操作人员立即将情况上报。当时各时间点的检测数据如下：（见表2）
表2 总烃检测数据
2.2原因
经过厂调度询问，得到的反馈信息是，安钢焦化分厂设备故障正在大量放散煤气，当时恰好是西北风，制氧厂又在焦化厂的下风向，大量的碳氢化合物被吸入空气压缩机，并突破分子筛后进入到空分塔积聚到主冷液氧中。在2#14000制氧机组区域设置的一台碳氢化合物分析仪显示当时空气中的碳氢化合物数值已经达到27 mg/l，最高达到40 mg/l以上，是日常监测的4倍以上。
3.紧急处理
3.1 联系煤气放散单位，切断污染气源；通过与焦化厂领导联系后决定采用点火排放处理。
3.2 操作人员依据运行参数以及采集曲线，立即调整工况，停止液氮生产，增加 膨胀量，加大主冷液氧排放，对主冷液氧进行置换，降低主冷碳氢化合物含量；另外联系做好停车准备。
3.3 经过多次对液氧置换排放，至9月23日0：23，总烃含量依然超标，面对严峻形势，制氧厂在取得公司主管领导同意后，当即下令停车，2×23500制氧机组空分系统停止生产。下表为各时间点采集的总烃数据：（见表3）
表3 总烃采集数据
4.后续处理
从上表中可以看出，主要是总烃中的甲烷含量达到停车数值。依据此种情况，我们决定将之后的恢复工作分成两个阶段，第一阶段，停止整个机组运行后，空分主冷全部排液，对机组加温，这次加温我们主要参考甲烷蒸发温度-162℃，只要保证甲烷全部清除即可进行恢复操作；第二阶段，恢复阶段，主要包括冷却、积液（包括反充）、调纯、输送产品等。详细处理过程见表4、表5：
表42#23500系统处理过程（9月23日）
注：TI1 ——空气进下塔温度
TI9 ——氧气出上塔温度
TI10——液氮出下塔温度
5.总结
通过及时的排液加温处理，我们有效的控制了主冷总烃的含量，为设备安全稳定运行解除了隐患；为了今后更好的保证设备安全运行，我们需要对几个工作进行巩固和加强。
空气吸入口总烃监测
空分装置一般位于工业厂区内，周围难免有碳氢化合物排放设备，我们在平时的操作中应该密切注意风向，当上风口有烃类物料排放的时候，一经发现应及时处理，防止这些污染物质被吸入到空分设备内部。
加强分子筛纯化器的维护
分子筛纯化装置是控制空分系统烃类含量的关键设备，日常生产中，我们应保证子筛再生彻底，在操作过程中，严禁大幅度增减空气流量，保证分子筛正常稳定运行。
各运转设备密封气
一些运转设备通过密封气将气体和油隔离，如果密封气压力过低，会导致油进入到主冷凝集，增大了设备爆炸的危险性。为了防止此类事故的发生，我们应该加强对机组密封气压力的点检力度。
主冷液氧监测和排放
为了更直观的监测液氧总烃含量，我们需要加强对主冷液氧的监测力度，一旦发现总烃含量过高，可以及时采取措施，加大主冷排放量，减少烃类污染物的聚集。
参考文献：
《现代空分设备技术与操作原理》毛绍融 周智勇等著杭州出版社
空分设备范文第5篇
【关键词】空冷塔；分子筛；筛板；填料冷却；带水；效果
0 引言
我车间3#机组KDON-1500/1500-7型空分设备，是开封空分设备厂制造供货，于1994年5月建成投产，全套机组采用分子筛吸附法净化空气，工艺流程简单，启动容易，操作方便，运行安全。切换损失小，精馏工况稳定，采用高效预冷系统，用常温循环水及氟里昂冷冻机组的冷冻水将空气冷却，使分子筛吸附剂工作在最佳状态。自投产以来空分设备运行比较稳定，但是配套的空气预冷系统运行两年多后，连续出现事故导致分子筛进水，停机少则2-5天，多则6-8天，原因都为空冷塔布水盘堵塞造成，严重影响空分设备的安全生产，降低吸附器分子筛的使用寿命，带来很大的经济损失。
1 事故分析及改造措施
1998年2月12日15：58分A2分子筛带水，当时考虑到液位计指示失灵，故对正压管进行疏通后，即加热分子筛，然后开机。到2月13日6：43分A2分子筛第二次带水，经检查分析原因为空冷塔下部布水盘上的降水孔被空冷塔及筛板的锈渣堵塞，引起空冷塔液泛，在空冷塔的空气挟带水分进入分子筛。
1.1 改进措施
（1）对空冷塔进行彻底清理，将26块塔板及两块上下布水盘全部取下进行除锈。
（2）将布水盘部分降水孔改为降水管，（Φ14×2钢管）[上部42个Φ6和42个Φ8下部84个Φ8]
（3）加强循环水管理，减少设备的腐蚀做了以下工作：将超标的池水全部排放；加盐系统改造，将盐阀取掉，将1#盐罐和2#盐罐直接用管道联通；对软水器进行调试，严格控制软水氯离子含量，使池水氯跟含量小于200mg/L；对3#岗位操作人员进行技术培训。
1.2 改进效果
采取以上措施后收到一定效果，设备运行正常，但2000年6月3#空分分子筛再次带水，迫使空分停机加热分子筛3天，严重影响了炼钢生产，此次事故原因还为空冷塔筛板堵塞造成，我们再次对空冷塔26块筛板取出除锈，除垢，并在空冷塔安装了阻力计。规定每隔半年定期停机2天将空冷塔筛板取出除锈，除垢，当空冷塔阻力超过800mm水柱时，立即停机检查清除空冷塔筛板锈垢，通过以上措施实施3#空分分子筛再没出现带水事故。但每隔半年停机2天清除空冷塔筛板锈垢不但工作量大，且影响设备的安全运行，影响空分高产、优产。
2 改造
由于以上种种原因，我们借鉴其他厂的经验，经与开封空分设备厂协商，利用检修时间，由开空厂将空冷筛板塔改造为填料塔。
2.1 空冷塔结构
（1）空气预冷系统
预冷系统工艺流程图1，26-30℃的循环冷却水，一部份先在水冷塔内经出塔氮气冷却后，利用水泵加压，经氟里昂冷水机组冷却为5～8℃的冷冻水进入空冷塔上部喷淋；另有一部分直接经泵加压到空冷塔中部喷淋。
两部分冷却水顺穿筛板下流，将空冷塔下部进入的0.6MPa约72℃的空气冷却至8-12℃，冷却后的空气由顶部出空冷塔，空冷塔底部的水，靠塔内压力压回玻璃钢冷却塔，散热后进入循环水池。
（2）改造前空冷塔的结构
空冷塔整塔为筛板塔，根据进塔冷却水的温度不同，分为上下两段，上部为低温段，下部为常温段，顶部装有雾沫分离器，两段均采用13块穿流筛板，第一块筛板上部有一只布水器和一个布水盘，布水盘有20个升气孔，布水器有喷头8个，结构相同，如图2所系。不同之处为上部水盘有42个Φ6和42个Φ8mm漏水孔，下布水盘有84个Φ8mm漏水孔。
1.布水器；2.布水盘；3.筛孔塔板
2.2 改造后空冷塔结构
对空冷塔上下段进行改造，拆除上下段的筛板，将两布水盘更换为不锈钢，布水器保持不变。在上段下部和下段下部分部装一波纹槽形盘，上面装共轭塑料环填料，如图3。
3 冷却效果对比及其他空冷塔改造后，在冷却水、冷冻水水温与水量均没有变化的情况下，出塔空气温度由原来9-11℃，降到4.5-8.5℃，空冷塔阻力由原来450mm水柱左右降为260mm水柱，这说明使用填料后，增加了单位体积内的传热传质面积，减少了阻力提高了空冷塔的效率，同时减少了分子筛的负担，延长了分子筛的使用寿命，具体工况表1。
4 结束语
改造后的填料空冷塔冷却效果显著，降低了出塔空气温度，即减少了空气中饱和水含量，降低了分子筛的吸附负荷，又增加了分子筛的吸附容量，使分子筛对空气的吸附净化效果有明显好转。同时更为重要的是更换掉易生锈的筛板，避免了空冷塔筛板生锈堵塞，出现分子筛进水的事故，从使用多年来看，分子筛再没有发生带水事故。且阻力减少，降低了空压机出力，有利于节能降耗，总的来说空冷筛板塔更换为填料塔有利于空分设备长期稳定运行和节能。
【参考文献】
[1]杨秉彪，王立，岳献芳，蒲晓斌，孙山.分子筛纯化系统常见故障分析与处理[J].深冷技术，2009，04：21-24.
空分设备范文第6篇
关键词：煤化工 空分装置 安全运行
中图分类号：TM919 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（c）-0025-02
气化炉以及空分设备是煤化工项目中的两个核心性的设备，但目前的特大型空分配套空压机、氧透、增压机以及高压低温阀门等，都存在一定的危险系数，并且在运行的过程中能耗高、效率低，所以这个项目在实施时一定要注重工作质量并通过切实的措施来提升安全指数[1]。
1 空气分离工艺流程简析
1.1 简介
空气分离又被称为空分，是通过空气中的气体所具有的不同物理性质，把它们从中分离出来的过程，一般情况下，可以通过这一过程分离出氮气和氧气的同时，也可获取到氩气以及氦气等稀有气体。
1.2 空气分离作用流程
空气分离装置的主要用途是将空气中的氧气分离出去，具体的实施方法有以下几类，分别是变压吸附法、低温精馏法和薄膜渗透法，不同的空气分离装置的流程不同。
变压吸附法，是将空气作为原料，利用分子筛的吸附能力，使之在一定压力的作用下，通过空气中所含的氮、氧分子所处分子筛表面的吸附差异性，从而使得空气中的氮、氧分离，在进行卸压后，分子筛能以解吸的方式再生，从而达到循环利用。变压吸附的技术在现阶段所使用的主要是双吸附塔，运用控制系统，实现两塔交替作用、吸附以及解吸，达到连续获取氮、氧的目的。
低温精馏法，是指在传统的低温情况下实现的深冷分离技术，这一工艺的原理是运用膨胀以及压缩进行降温，直到空气被液化，再根据氮、氧成分气化温度的不同，使空气分离，在精馏塔里，运用精馏实现“质”和“热”的传递，从而将氮气和氧气成分从液态的空气中分离出去，实现最终的氮和氧的获取。这种技术也是众多分离技术中使用较为普遍的分离法。
薄膜渗透法，这一技术运用的是扩散原理，简言之，是运用一种薄型的有机膜，通过空气中的不同气体所显现的渗透差异性，从而使得氮、氧过滤，最终实现氮、氧分离[2]。
2 空分装置的运行安全要点简析
2.1 在运行过程中的要求
随着煤化工的生产规模不断扩大，对氧气的需求也在逐渐增多，那么利用煤气化装置来提取氧气就是目前面临的重要问题之一，因为无论运用哪一种工艺，要想获得最大程度的煤炭转化，都要通过大量氧的介入。据可靠的煤化工装置耗氧量统计数据显示，每年的成油产量可达到将近一百余万吨，运用Shell粉煤气化技术进行处理，对氧的使用量可到达到26万Nm3/h，甲醇每年的产量可以达到一百余万吨，采用GE水煤浆气化技术，对氧气的使用量可达到13万Nm3/h。根据以上的相关数据可以看出氧气在化工工程中的重要作用，要想使煤化工装置稳定且安全地工作，就要通过组合的方式综合利用多种空分装置[3]。
2.2 对空分装置设计的要求
要想确保空分装置运作时的安全性和稳定性，首先就要确保装置的产品规格和实际规模。
2.2.1 确保规格以及氧气需求
在煤化项目运作的过程中，氧气是反应原料也是气化剂，所以，必然会加大对氧气的需求，可以将氧气量的多少作为空分装置的规模要求。在对氧气的用量以及规模进行统计时，最重要的是根据煤气化装置和它用氧装置的最多用量，去进行相应的计算，再与实际的运行过程相结合，通过用氧装置的实际负荷量以及煤质变化情况去系统地分析设计。此处要求氧气必须符合要求，通常情况下，氧含量应大于或等于99.6%[4]。
2.2.2 确定规格以及氮气需求
通过氮气的特性，依照实际的压力等级统计出氮气的用量，要想确定氮气规模，可以通过辅助设施在平时使用中的用量以及各个生产装置的依据，再通过分析不同装置的氮气运用特性以及最大用量频率等，从而获取正常用量以及主要用户的氮气最大用量之间的差值，将此作为基础，依据管线输送距离以及厂区面积等得出管网的损失。通常来讲，氮气的纯度要符合用户的使用需求，一般情况下，氮含量要大于或者等于99.9%。
2.3 气化炉与空分装置的联系
在进行空分装置的设计时，一定要保证空分装置和气化炉的正确匹配方式。由于氧气的重要用户是气化炉，所以在使用空分装置时要综合考虑好与气化炉参数间的合理匹配。将国内外的空分设备的最大质量数值作为依据，但是实质上不具备生产能力以及运行业绩，那么，就要在掌握目前的空分设备的业绩后，具体与气化炉有效的系列数结合形成匹配，如果从管道的配置层面来讲，空分氧气母管设置、氧管道系统连接以及配置方案等均为互相联系的，应进行系统化考虑。仅从供需层面来讲，一套空分一般可与几台气化炉进行对应。
2.4 对比内、外压缩流程的安全性
2.4.1 内压缩流程与外压缩流程
外压缩也被称为常规空分流程，是在精馏塔底将氧气抽出之后，运用主换热器实行复热，再通过氧压机的作用压缩，从而达到用户的压力需求，最终进入至厂区的氧气管网。
内压缩流程是与外压缩流程相对应的，把液氧从主冷凝蒸发器里抽取出来，通过低温液氧对其实施压缩，达到用户要求的压力时再利用主换热器进行复热，最终将其送至厂区的氧气管网。
2.4.2 对于安全性的要求
众所周知，氧气具有助燃的作用，如果对氧气施加过大的压力，它的温度会逐渐升高导致爆炸事故发生，形成潜在的危险。运行大型的氧压机以及氧气增压均由高速旋转的大叶轮实现压缩，而液氧泵在低转速和小转速下就可实现压缩，而高速的旋转可带来较大的氧气压力，由此可见，液氧压缩较气氧压缩安全系数高。
2.4.3 优化设备
气化炉以及空分设备作为煤化工项目的核心设备，无时无刻不在起着关键的作用。虽说我国的气化炉以及空分设备也具备一定的业绩，但要对这些关键性的部件进行使用时，特别是大型以及特大型的空分配套增压机、空压机、控制系统、氮透、氧透等，仍存在诸多问题，像能耗高、安全系数低、稳定性差以及作业效率低。除此之外，相比传统的煤化工设备，新型的设备对技术的精度要求更高并且研制过程存在一定难度，这就需要在焊接、安装、制造以及运输的每个环节都要细致地完善技术上的不足从而解决存在的问题。在对设备进行研发的过程中，一定要秉持清洁、节水以及环保的宗旨，努力完善技术工艺上存在的不足，逐步研制出新型的设备。而气化炉与空分等相关设备也要实现机组集成化、大型化以及流程多样化的目标。大型空分设备中的高效率中压膨胀机、大型空气压缩机、大型离心式液体泵以及液体膨胀机等的研制更新也是当前实现的国产化重中之重。
3 结语
在进行煤化工的生产时，要想使空分装置安全作业，就要在保证安全意识的基础上，充分地研究和了解空分装置的实际运行流程，特别是合理把控内外压缩过程中的安全因素，从而实行空气分离，积极地引进前沿的工艺和技术方法，不断地升级更新装置的更新，这样才能促进项目运行过程中安全应用装置，从而确定煤化工的生产实施过程中选取适合且科学的压缩方式，最终达到安全应用装置并最大程度地提高生产收益的目的。
参考文献
[1] 郭震.煤化工空分装置安全运行要点探讨[J].低碳世界，2016，
16（18）：55-56.
[2] 贾沛.空分装置在煤化工生产中的节能降耗和安全运行[J].
山西化工，2011，31（3）：67-69.
空分设备范文第7篇
关键词：空分装置；工艺技术；技术路线；分析；选择
1 引言
空分装置是利用深度冷冻的方式，对空气中O2、N2以及其他稀有气体等，按照气体的沸点的区别而进行逐个分离的装置。随着现代科学技术的进步和发展，空分技术在一定程度上实现从高能耗向节能环保的过渡，而且分子筛系统、预冷系统、分馏塔上塔以及膨胀机系统都有比较好的发展趋势。本文对有关空分装置工艺技术路线的分析及比选进行研究和探讨，不足之处，敬请指正。
2 分离技术分析
2.1 低温法
低温法首先是把空气进行压缩，使其膨胀降温，最后空气被液化，然后利用氧气、氮气的气化温度的区别，氧气的沸点是90K，氮的沸点是77K，沸点较低的氮气和氧气相比较而言更加容易被气化，在精馏塔内和温度较高的蒸气相互接触，液体中氮气被蒸发，气体中液氧被冷凝，使得上升蒸汽中含氮量提升，下流液体中含氧量增大，以此实现空气分离的目的。让空气液化，其要求是要把空气冷却到100K之下，我们把这种方法称之为深度冷冻；通过沸点差把液空进行分离，我们称之为精馏过程，而低温分离法就是结合了深度冷冻和精馏过程，是现阶段应用较为广泛的空气分离方法。
除此之外，现阶段我国生产的空分装置型式和种类比较多，包括生产气态氧、氮的设备，生产液态氧、氮气的设备，然而就低温分离法来说，我们可以把其基本流程分为四个方面，也就是高压、中压、高低压以及全低压流程。
2.2 吸附法
吸附分离法就是利用某种特殊物质，让空气吸附，通过分子筛的吸附塔，对具有不同吸附特点的空气进行分离，比如有些分析筛5A、13X等，对于氮气具有很强的吸附能力，仅仅让氧气分子通过吸附塔，从而得到了较高纯度的氧气；有的分子筛，比如说碳分子筛，对于氧气有较高的吸附能力，那么可以得到较高纯度的氮分子。然而，吸附剂的吸附容量是有一定限度的，如果吸附某种分子饱和之后，就暂时失去了继续吸附的能力，那么必须有一个物质驱赶的过程，使其恢复吸附能力才能继续发挥作用，这个过程叫做“再生”，所有为了确保连续供气，必须准备两个以上的吸附塔，再生的方法可以采用加热升温的方法或者降低压力的方法。以上两种方法流程较为简单，操作起来也比较方便，运行成本不高，然而要获得高纯度的产品还存在较高的难度，产品氧的纯度要求高于93%。而且这些装置仅仅适用于小容量分离装置。
2.3 膜分离法
膜分离法是通过对一些有机聚合物进行渗透选择，在空气通过薄膜时，氧气穿透薄膜的速度较快，是氮气穿透薄膜的5倍，以此实现了氧气和氮气的分离。膜分离法具有操作简单、设备启动速度快、投资较少的优点，然而富氧浓度适宜在30%左右，规模也不大，适合于中小型设备，因此现阶段仅仅适用于富氧燃烧和医疗保健的方面。
3 空分装置工艺技术路线的选择
利用空气分离装置工作原理的区别以及工艺特点，能够指导我们在基于客户需求的前提下进行经济、稳定、可靠的工艺流程。那么，我们针对空分设备的具体特点，文章对空分装置工艺技术路线的选择进行分析，提出些看法。
3.1 液态产品的工艺选择
空分装置的工艺流程，首先是对客户的需求进行确定，利用上文中讲过空分工艺工作原理的区别，对其流程进行分析，我们可以得知非低温精馏空分装置是在低压常温下进行的，利用分子筛和选择性渗透膜得知，氧气沸点为90K，氮气沸点为77K，所有采用非低温精馏工艺在一般温度下是无法获取产品的，仅仅在低温精馏空气分离工艺才可以。全低压空分内压缩和外压缩工艺都可以获取液态产品，然而液态产品的提取量对于设备能耗的影响不小，所有需要按照液态产品的提取量进行空分装置设备的选择，一般情况下液态产品的产量如果高于8%气氧的产量，则选择全低压内压缩工艺，这是较为合理的选择；反之，则选用全低压外压缩工艺。
3.2 气态产品的工艺选择
3.2.1 双高产品对工艺流程的要求
非低温精馏工艺受到自身工艺技术的限制，无法获取双高产品，也即是纯度较高的氧、氮产品，当变压吸附和膜渗透分离工艺，由于吸附剂和分子膜的区别，仅仅吸附和分离特定产品，无法同时获取双高产品，那么必须选择全低压空分低温双塔精馏工艺。
3.2.2 产品产量对工艺流程的要求
空分装置如果生产的产品较为单一，那么变压吸附、膜渗透分离以及低温精馏工艺都可以满足其需求，然而由于受到本身技术工艺的限制，变压吸附和膜渗透分离工艺的产品纯度和生产率存在一定的矛盾，所有无法大量制取。现阶段，较为常见的变压吸附和膜渗透分离工艺法进行氧、氮产品的制取，其产量一般不会高于5000Nm3/h，产品的纯度在95%～100%之间。
全低压低温精馏空分技术路线属于较为传统的生产工艺，许多大中小型空分装置都得到应用。然而随着变压吸附和膜渗透分离技术工艺的不断发展，小型制氧、氮装置也有了较大的发展前景。实际上，工艺技术路线的区别，主要是针对产品产品以及质量的具体要求，都有其各自的工艺特点。对于如何选择技术工艺，则按照对装置设备的需求不同进行选择。然而，在现阶段氧、氮产品产量高于5000Nm3/h的大中型空分装置，均是采用全低压低温精馏工艺，这是变压吸附和膜渗透分离工艺无法取代的。
3.2.3 操作方式对工艺流程的要求
小型空分装置，包括变压吸附、膜渗透分离以及低温精馏工艺都可采用。假如用户对产品的需求是不连续的，或者具有较大的波动，则可以采用非低温精馏工艺，因为其具有较好的经济型。其主要特点是可按照不同的要求进行生产，操作起来较为灵活，可在负荷调整范围较为广泛，而且设备启动时间较短，开机后在很短时间即可获得所需产品。所以，非持续性生产工艺，比较适合采用非低温精馏工艺。同时，低温精馏工艺的流程比较繁琐，操作难度也较大，设备启动时间也较长，因此还是适合于连续生产。
3.2.4 大型空分输出产品对工艺流程的要求
全低压空分工艺技术比较成熟，而且装置设备运行稳定可靠，能够生产出双高产品，因此在许多行业都得到广泛应用。然而，大型空分装置主要被应用于石油、化工以及炼钢冶金等行业。全低压空分装置设备采用全低压内压缩和外压缩工艺。以上两种工艺都是为确保对氧产品压力具体要求的区别，对设备安全性、稳定可靠性以及经济性进行综合考虑。
4 结束语
综上所述，利用对现阶段空分技术的现状进行分析，对国内外广泛应用的空分技术进行比较，空分技术在工艺流程方面和设备选择方面都有较好的发展，低能耗、高效能以及安全生产的空分装置依然是市场的主要选择。文章对有关空分装置工艺技术路线进行分析和比较，以期对于空分装置工艺技术路线选择，提供一定的理论指导。
参考文献
[1]李波，李林.空分装置全面加温方法的改进[J].中氮肥，2009（03）.
[2]李功兴.KEON-170/550型空分装置在浮法玻璃生产中的应用[J].玻璃，2011（01）.
[3]乔丽娟.影响空分装置生产负荷的原因分析[J].河南化工，2005（09）.
[4]王凯.空分装置中的调节阀选型[J].通用机械，2010（03）.
[5]赵小莹.节能型两万空分设备的研制[J].通用机械，2009（09）.
空分设备范文第8篇
关键词 电加热器;压力降;折流板;套管
中图分类号TM924.2 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)31-0175-02
0 引言
电加热器是用在空分设备再生气体的加热设备,其将电能转化为热能,内部使用管状电热元件。功率较小的电加热器,结构为三层筒体。再生气体首先从最外层进入,再经中间夹层而通过内筒被管状电热元件加热。优点是外壳不必包扎绝热层,安装简便。加热功率100kW以上的加热器大多为单层筒体,其结构如图1所示。
图1电加热器(有折流板)
直管或U型管电热元件(如图2、图3)均匀布置,折流板的设计使气流横向掠过电热管强化了传热,拉杆定距杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。对于大直径加热器,在布管区内或靠近折流板缺口处应有适当数量的拉杆,每块折流板都不得少于三个支承点。
图2直管电热元件
图3U型管电热元件
为避免电热元件接线段的高温侵蚀以及引入接线电缆表面的过早老化,常温气体应从接线上端进,加热后的高温气体从靠近电热元件的尾端出。常规的加热器多见为立式,也可卧式设计放置 [2]。
1 折流板
电加热器中的折流板一般都采用圆缺形折流板(又称弓形折流板)。圆缺形折流板又可分为横缺形、竖缺形和阻液形3种。在宣钢25 000m3/h的空分设备中,我们采用的是适用于无相变对流传热的横缺形折流板,其结构如图4所示。
图4横缺形折流板
横缺形折流板可以改变电加热器中气体的方向,使其垂直于管状电热元件流动,并提高流速,从而增加气体流动的湍流程度,获得较好的传热效果,而提高流速的同时可增加传热膜系数,从而提高总传热系数,使电加热器结构紧凑。但是,增加气体流速将增加电加热器的压力降,还使得电加热器的磨蚀和振动破坏加剧等。同时,压力降增加使得电加热器在运行过程中的动力消耗增大,不利于用户的节能减排,所以其压力降必须控制在一个合理的范围之内。
2 压力降计算公式
电加热器中有无折流板,对气体压力降计算差别甚大。当电加热器中无折流板时,流体顺着管状电热元件流动时,压力降可按气体流过管状电热元件直管部分的压力降公式计算。当电加热器装上折流板后,气体在管内流动为平行流和错流的耦合。尽管管状电热元件为直管,但流动却变得复杂化。由于制造公差不可避免地存在着间隙,因而会产生泄漏和旁流。而气体横向冲刷管状电热元件引起的旋涡,也使流动变得更加复杂。由于流动的复杂性,要准确分析影响流动各种因素,精确地计算压力降是相当困难的 [3]。
3 压力降计算方法
3.1 有折流板
在宣钢25 000m3/h空分装置中,电加热器采用有折流板的设计,加热管则采用直管电热元件。参照换热器设计手册中压力降的计算方法,电加热器内的污氮气体的压力降可以使用Bell-Delaware法和埃索法这两种计算方法。相比较而言,Bell-Delaware法计算过程比较复杂,采用埃索法可使计算过程变得简单。埃索法计算公式如下:
(1)
式中:
为污氮横过管束的压力降,Pa;
为污氮通过折流板缺口的压力降,Pa;
为串联的壳程数,这里取为1.0;
为压力降的结垢修正系数,无因次,对液体可取1.15;对污氮气体可取为1.0。
(2)
(3)
(4)
(5)
式中:
F为管子排列方法对压力降的修正系数,对三角形F=0.5,对正方形排列F=0.3,对转置正方形排列F=0.4;
f0为壳程流体摩擦系数,当Re>500时,f0=5.0Re-0.228;―污氮密度,kg/m3;
u0为按流通截面积A0计算的流速,m/s;而,lb是折流板间距,d0是加热管外径,Di是电加热器壳体内径,m;
di为当量直径,m;
nc为横过管束中心线的管子数;对三角排列;对正方形排列;
nt为管子数目;nb为折流板数目;
V为介质气体流量,Nm3/s。
3.2 无折流板(套管)
在大唐28 000m3/h空分装置中,电加热器采用无折流板的设计,加热管则采用U型管电热元件,U型加热管外设有一个套管,污氮通过套管被加热,气体流动的方向是平行于管状电热元件流动,其结构相对于折流板而言较简单。污氮气体的压力降可参照换热器设计手册中相应的计算方法进行:
(6)
(7)
(8)
式中:
为流体流过直管因摩擦阻力引起的压力降,Pa;
l为加热管管长,m;
Ft为结构校正因素,无因次,取为1.5;
Np为管程数,这里取为1.0;
Ns为串联的壳程数,这里取为1.0;
di为当量直径,m;
A为流通截面积,m2;
为浸润周边,m;
为摩擦系数,无量纲;
当Re
当Re>2 000时,。
4 电加热器的压力降计算
由埃索法可以发现,在其他条件不变情况下,污氮阻力与按流通截面积计算流速的二次方成正比,流通截面积与流速又成反比,而影响流通截面积的主要因素是折流板间距;如果采用这一指标来进行评价,随着折流板间距的减小,压力降将持续增大。这就要求在设计折流板间距时不可将间距数值设计过小。当然在实际应用中,折流板间距数值也是不能被设计过大。设计人员应考虑到各种相关因素的影响,选择相对合理的折流板间距数值。相比较而言,电加热器中无折流板时,压力降的计算简单些。以下分别代入具体参数计算两种电加热器压力降的值。
宣钢25 000m3/h电加热器主要参数如下:总功率1 248kW,污氮量3.6×104m3/h,最高工作压力0.09MPa,壳体内径1.7m,156根直管加热管,每根8kW,加热管外径0.03m,三角形排列,6块折流板,折流板间距0.570m,污氮密度1.25 kg/m3,粘度2.16×10-5Pa・S。
大唐28 000m3/h电加热器主要参数如下:总功率1 254kW,污氮量3.6×104m3/h,最高工作压力0.09MPa,壳体内径1.4m,76束加热管,每束3根U型加热管共15.5kW,加热管内径为0.016m,套管内径为0.081m,三角形排列,污氮密度1.25kg/m3,粘度2.16×10-5Pa・S。
把两组数据带入相应的计算公式以后,可以得到两种类型电加热器压力降的结果,考虑到进口管、出口管的压力降,宣钢的折流板电加热器压力降大约为1.64kPa左右,而大唐的套管电加热器压力降大约为1.18kPa左右。参照表1管壳式换热器允许的压力降范围,可以发现两种类型电加热器压力降都在允许范围以内,但后者的压力降的数值更小。
表1管壳式换热器允许的压力降范围
5 结论
通过以上两种类型电加热器的计算结果比较可知,在污氮总通气量与电加热器总功率这两项主要技术参数大体相等的设计条件下,电加热器的压力降与其内部结构相关,而采用套管的电加热器的压力降数值要远小于采用折流板的电加热器的压力降数值,在实际生产应用中更具有优势。
空分设备的原料为空气,可以不计成本,需要计算的运行成本主要是能量消耗。空分系统耗电量具大,而电加热器是除三大压缩机以外较为主要的耗电设备,若用户对耗能方面要求比较高,则设计电加热器时适宜采用套管设计,其设计改进不但对降低设备运行成本有积极的意义,而且为以后空分系统其他部分节能降耗工作积累了成功的经验。
参考文献
[1]程景海,杨爱国,圣达.6 500m3/h空分设备分子筛纯化器电加热器改造[J].深冷技术,2005(2):37-38.