空分工艺论文（精选8篇）
空分工艺论文 篇1
1 煤化工空分装置的特点
煤化工当中空分装置对于煤化工而言具有着极为重要的意义, 而我们分析煤化工空分装置的特点也是为了可以对煤化工的空分装置有着更多的了解并且为了将其更好的应用。对于煤化工空分装置的了解应当先从其工艺流程开始, 只有先对其工艺流程有了充分的了解才能真正地将其应用好。
1.1 空分装置工艺流程
空分装置本身采用了多种不同的工艺其中有分子筛吸与预净化工艺、增压透平膨胀机以及液体泵压缩工艺。空气装置整套设备由空气过滤压缩系统、空气预冷系统、分子筛纯化系统、分馏塔系统、液体贮存及汽化系统、仪控系统、电控系统等组成。空分装置的组成虽然十分复杂但是其所要达到的目的却十分简单, 其主要的工作目的就是将空气中的各个成分分离开来从而为煤化工设备服务。下面我们来分析其工艺流程。
1.1.1 空气过滤和压缩
首先, 自洁式空气吸入过滤器将空气吸入器内部, 然后空气在空气过滤器的作用下将里面的灰尘和其他悬浮颗粒物等杂质去除。去除杂质的空气将进入主空压机, 在主空压机的多重压缩后空气再进入空冷塔, 压缩器在空气压缩的过程中会产生大量的热量而这些热量都会被中间冷却设备内的冷却水冷却。这个过程是空分装置将空气吸入的第一过程也是相对而言精密度较差的一道工序。
1.1.2 空气的冷却和纯化
在空气进入冷却塔内就会被冷却塔进行降温处理, 空气的降温处理其最主要的目的在于让空气中的水分尽可能的降低从而使得空气在进入分子附吸器时能够减少水分给分子附吸器所带来负荷。冷冻水进入空冷塔后首先利用分馏塔内的氮气进行冷却, 在经历了冷水机冷却后才能进入空冷塔上部。从空气预冷系统中出来的空气再进入空气纯化系统进行水分、二氧化碳与碳氢化合物的去除。
1.1.3 空气的精馏
从吸附器内出来的空气分为了两部分一部分进入了低压主换热器冷却后进入下塔, 另一部分则瞳孔空气增压机进行进一步的压缩工作, 最终抽出一步经过膨胀剂增压断的压缩机及后冷却器的冷却, 再进入主换热器被冷却, 经膨胀机膨胀后进入下塌, 增压机末级空气送入冷箱经主换热器冷却后节流进入下塔。精馏塔下塔中的上升气体通过与回流液体接触含氮量增加。这些其他会流入下塔顶部的冷凝蒸发器。在冷凝蒸发器中氧气会被蒸发而氮气则会被冷凝。上塔顶部产生的污氮气, 会进入上塔顶部的冷却器和主换热器, 然后一部分出冷箱一部分则进入纯化系统进行再生气, 一部分则进入水冷塔。上塔中的液态氧则从上塔底部被抽出, 在液氧泵中被压缩最终送到高压换热器中与高压空气进行热交换从而变为高压氧气。
1.2 空分装置的特点
空分装置其主要功能就是对空气进行处理, 其同样具有着自身的特点, 这些特点从流程、设备两个方面凸显出来, 下面我们就来介绍一下空分装置的特点。
1.2.1 流程特点
空分装置中由于有液态氧泵和压缩机, 以及空气膨胀机的存在使得其具有其他设备所不具备的安全性与可靠性。除此之外, 其操作也非常方便而且其本身的操作内容也易于理解并不是十分抽象的, 并且由于空分装置目前已经全面国产化因此其在价格方面也十分低廉对很多企业而言其在投资方面的成本也会降低, 并且由于空分装置的这些设备都是一个系列的缺一不可因此在配置方面也更加合理。
1.2.2 成套设备机组的特点
首先来看空气过滤器系统特点, 空气过滤器系统有具有自动控制系统能够对过滤器内的空气在一定时间后进行反吹减少了清理难度, 并且空气设备过滤器本身还能对其阻力进行大小调整。其次是预冷系统, 预冷系统采用的是搞笑低阻散堆填料塔, 可以保证其拥有良好的换热性能和减少阻力的效果, 并且对于空压机的负荷也能够起到减轻的效果。接着是纯化系统, 空分装置的分子纯化系统采用的是长期使用设计, 其每一个单独的吸附器吸附时间都能高达4小时, 这使得分子筛和阀门的使用寿命被延长, 而切换损失会减小从而可以减少再生污氮量。
2 空分装置的应用发展
空分装置在煤化工企业已经被广泛的应用, 并且这种应用还会越来越深入且规模也会越来越大, 关于未来空分装置的应用发展, 从如今的发展现状就能得以管窥, 下面笔者就来谈一谈关于空分装置的应用发展问题。
2.1 空分装置的应用发展规模越来越大
随着我国煤化工发展的规模扩大以及其产能的扩大器装置大型化已经是一种必然趋势。煤化工的装置大型化也必然会使得其对氧气的需求量也变得更加巨大, 因此在这样的情况下, 空分装置的大型化也成为了势在必行的事情。
2.2 空分装置应用从单一的制氧功能向多元化发展
空分装置在以往其最主要的作用就是制造氧气从而满足煤化工的需求, 而如今尤其是在煤化工合成氨的制取过程中, 其对于其他种类其他的要求更加大, 例如空气中的氮气就是合成氨生产的主要原料气之一, 因此空分装置除了满足于现代煤化工所需要的氧气之外, 还需要满足更加多样化的例如氮气、氢气、氦气、氩气等不同气体的供给工作。因此未来在空分装置的应用发展中, 应该会更多的将精力放在空分装置, 对于其他不同气体的提取方面以满足煤化工生产过程中对其他稀有气体的需求。
2.3 空分装置的可靠性与安全性是未来其应用发展的另一主要方向
无论是任何的工业生产或是装置的发展都需要可靠性与安全性的支持, 对于这点而言空分装置的发展也不会例外, 空分装置作为煤化工的空头装置其本身的可靠性和安全性直接影响着煤化工整个生产流程的可靠性与安全性, 除此之外空分装置本身所制取的各类气体是煤化工的原料气的主要来源之一, 一旦这些气体的纯净性不够那么很可能会造成生产事故的发生。
结束语
煤化工空分装置的工艺特点与应用发展对于我国工业而言有着极为重要的意义, 我们必须在充分了解了空分装置的各类特点之后才能在最大程度上将空分装置更好的应用, 而对于应用的发展问题, 这是一个与时俱进的问题, 任何工业想要持续性发展就必须与时俱进适应时代的要求和社会的需求。
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5万等级空分组装式增压机研制 篇2
随着节能减排思想的日益深入，多轴组装式空分增压机其高效率，低成本的优势，逐渐被行业所认可，是国外大公司推出的唯一一种空分增压机。因此研制中、大型组装式空分增压机迫在眉睫。
以五万等级空分增压机为例，单轴形式需要七个叶轮，3段压缩，多轴形式为六个叶轮，五段压缩，机型为SVK40-6H。并且叶轮直径要小的多，由于有抽气，为了进一步降低成本，将1、4布置在一根轴上，2、3级在一根轴上，5、6级在一根轴上。齿轮组装式增压机的叶轮基本级选用高效率半开式及闭式三元叶轮，根据空分流程中增压机的各工艺段抽气特点，采用两个入口导叶分别对两个工艺段进行性能调节，满足多工况的运行要求。增压机各级结构合理布置，综合考虑各转子的功率分配、轴向推力，根据装置管路的布置空间合理确定蜗壳排气方位，并采用了先进的多轴齿轮箱，增压机齿轮轴的数量达到4个。
在气动性能方面：采用适用于增压机悬臂端的小毂比高效专用叶轮基本级。由于增压机的模型级叶轮直径较小，因此影响性能的因素较多，在研制过程中，针对小毂比高效半开式叶轮基本级和小毂比高效闭式叶轮基本级进行了设计及实验验证，对多个叶轮组合匹配性进行了研究及实验。尤其将工作重点放在了对叶轮基本级进行大量实验、找出实测性能与计算的偏差，再根据实测结果不断修正改善，同时也进行了叶轮尺寸效应实验研究及对比分析、叶轮顶切性能研究及对比分析。用各类先进的工艺方法来减小性能负偏差，最终使叶轮的效率达到国际领先水平。
在流场分析方面，我公司利用国际先进的CFD分析软件对压缩机通流部分进行研究，对蜗壳、扩压器等定子件进行分析，优化子午通流结构尺寸，通过合理布置设备与管路、设置整流栅、采用可调进口导叶、改变进口变径的长度等，有效改善进口流场的紊流状态，优化压缩机工艺段的调节性能。
SVK40-6H离心压缩机首级采用高效半开式叶轮，后五级采用高效闭式叶轮。三级叶轮用优质不锈钢锻件用先进的五坐标加工中心设备整体铣制而成，采用先进的五坐标加工中心设备；后三级叶轮采用电火花工艺加工，保证精密的加工精度。叶轮和主轴装配采用端齿结构的连接传动方式。端齿结构的连接传动方式具有定位准确、连接方便和适用面广泛的特点。装配后进行平衡试验，合格后，再对叶轮进行超速试验。最后，对叶轮做表面着色检验。叶轮安装使用拉伸工具，使用方法见其说明书。
进口导叶的调节原理：改变叶轮前进口导叶的角度，使气流产生预旋的调节方法。进口导叶可以绕本身的转轴转动，当转动后，使进入工作轮的气流与工作轮旋转方向一致的旋绕，称为“正旋绕”；产生与工作轮旋转方向相反的旋绕，称为“负旋绕”。
如果压缩机的流量或压比需要减小，可采用正旋绕来调节。如果压缩机的流量或压比需要增大，可采用负旋绕来调节。
使用执行器（气压缸）通过曲柄-连杆带动安装在进气管端法兰上的驱动轴。安装在驱动轴上的拨叉将运动传递到由塑料固定的调节环上。调节环通过装有球形接头的元件将运动传递到导叶上。导叶的位置通过执行器上的刻度盘给以指示。IGV的自动控制装置可以实现在不同空气流量要求下，保证压缩机在出口恒压条件下运行。蜗壳是整体铸造结构，用螺栓与齿轮箱联接，蜗壳横截面为圆型。
叶轮在密闭的蜗壳内旋转，把转动的能量传递给介质，介质从叶轮流出时进入叶片扩压器，把动能转化成压力能，提高了介质的压力；最后介质进入蜗室，经冷却器冷却至设计要求温度后，进入下一级叶轮压缩。最后压缩空气经过末级蜗壳出口到用户管网。
机壳与齿轮箱体把合的法兰中分面上有调整垫块，通过调整垫块调整机壳垂直方向位移；法兰的侧面有顶丝孔，通过顶丝孔调整机壳横向位移。调整好位移后，法兰上有径向定位键，这些键能防止机壳位移，保持机器的良好对中。并能适应因温度变化而引起机壳热膨胀变形。
压缩机轴端密封为碳环密封，碳环密封属于浮动密封的一种。碳环密封的结构包括环形密封腔体和环形轴套，密封腔体内有环形槽，槽内至少装有二个截面为矩形的环形石墨密封环，石墨密封环的内径与环形轴套之间有0.01～0.04mm的间隙，轴套外表面涂有耐磨层。本产品所用的碳环密封增加有隔离气，以保证更好的避免压缩机气体外泄。
本机组齿轮箱是4轴结构，中分面三根轴，顶部一根轴，相当于齿轮箱有两个中分面，这样的话对齿轮箱的结构设计，力学性能分析，转子稳定性等都存在相当高的要求。在做扭振分析时，6级叶轮均要避开其频率，需要有丰富的齿轮箱轴系设计经验，这样才能设计出合理高效的齿轮箱。齿轮箱的油封是靠挡油环和迷宫密封来实现的。首先，通过轴承的润滑油经回油孔流回齿轮箱，而从挡油环和迷宫密封泄露的少量润滑油则通过迷宫密封齿间的排泄槽流回齿轮箱。密封材料为铝合金，其齿尖已经经过机加工。
在整个机组装置设计过程中，尽可能的减小占地面积，降低厂房高度，减小天车吨位，在满足产品性能的同时，全力减小用户成本。
目前本机组已经完成各项试验并准备发往用户现场，该机组的成功研制，不仅打破了国外公司在中等流量空分装置中组装式压缩机的市场垄断，同时为6-10万等级空分组装式压缩机国产化奠定了坚实的基础。
空分工艺论文 篇3
目前,对空分装置的节能措施还是以其工艺流程各部件的结构和状态的改进为主,这样的措施在某一个层面上可以较有效地应用并且带来一定的效果,但对于内部机理复杂的空分系统来说并不能达到长久的收益。同时对于不同的空分系统,各工艺的改进也各有不同,也就是说不能达到共性。但在控制领域就涉及不到不同系统的情况,具有一定的共性。如果运用较好的控制系统就可以达到长期的运行状态,维护起来也较为方便,同较繁琐的工艺改造系统涉及的问题相比具有一定的优势[1]。当然,如果可以将先进的控制理论与较好的工艺改造过程相结合就会使系统性能更加稳定,更好地实现节能降耗的效果。笔者针对空分装置各工艺流程的生产状况,把工艺流程中的每一部分都加以优化控制,来协调整个控制系统,最终实现节能降耗的目的。
1 空分系统的组成及现有节能措施的不足
1.1 空分系统工艺流程概述
空气分离技术目前使用最广泛的方法是采用低温精馏来制取氧、氩、氮和其它稀有气体。其原理是:先将气体混合物(空气)冷却冷凝成液体,然后根据氧、氮、氩各组分蒸发温度的不同,将其精馏分离。该方法技术成熟,经济性好,产品多而纯度高,易实现工业化和规模化生产。因此,低温精馏方法是实现空气分离制取氧、氮及氩等产品最主要的方法,其工艺流程如图1所示[2]。
1.2 现有节能系统存在的不足
空分设备是许多个单元设备和部机组成的成套机组,主要由空气压缩机、空气预冷系统、分子筛纯化器、主换热器、精馏塔、低温液体泵及阀门等组成。现有节能系统多以工艺的改造来实现设备的检修和维修,并降低配件材料的费用,从而实现节能。然而空分设备最主要的消耗还是以电能为主,仅靠设备改造和单一的控制不能实现空分系统的高效节能,该系统在控制领域内还是以独立分散的方式进行控制,难以形成各过程和各工作点的协调优化,作为主要耗能设备的空气压缩机,其励磁仍是常规控制方式,电能浪费严重,节能潜力巨大[3,4];空气滤清器不论负载需求与否都按恒速连续运转,造成空压机运行效率低;预冷系统的拖动电机没有调速,大量的能量浪费在阀门挡板上,而且各系统不能作为一个有机的整体运行,生产线上的任何一台设备出现故障停机,都会影响整个生产线的运行,给安全生产带来很大的隐患。因此,有必要对上述所列项目进行合理的节能控制,使整个系统达到有效的节能降耗目的。
2 能耗优化系统的研究与设计
2.1 除尘系统的节能控制
空气通过湿式滤清器时,其中的灰尘和机械杂质粘附在丝网和拉西环的油膜上或纸质过滤器微孔处,随着粘附物的增多,吸入阻力增大,这样负载发生了变化。如果湿式滤清器不论负载需求与否都按恒速连续运转,势必会给系统带来影响,如果阻力变大,在单位时间内吸入的气体量就会减少,这样继续按原有的速度运转就会增加空压机的能耗。因此,可以根据阻力大小,通过对电机进行变频调速来实现滤清器的间歇节能控制。
变频调速拖动系统是由变频器供电的电动机带动生产机械运转的系统,是描述转速n与转矩T之间的关系,表达式n=f(T)称为机械特性。电力拖动系统的稳态工作取决于电动机和负载的机械特性。由三相异步电动机转速公式n=(1-s)60f/p可知,调节三相交流电的频率也就调节了同步转速和异步电动机转子的转速[5,6]。变频调速的最大特点是:电动机从高速到低速,其转差率始终保持最小的数值,因此变频调速时异步电动机的功率因数都很高,使系统容易控制且实现有效节能。
2.1.1 湿式滤清器变频调速方案分析
2.1.1.1 滤清器改造前运行状况
湿式滤清器主要由浸过机油的金属滤网组成,其工作原理是:经油浴滤清后的空气在通过浸过机油的金属滤网时细小的尘粒被阻留、黏附,部分尘粒随机油一起滴落到油盘中。原有滤清器的操作过程是按照一定的时间和顺序重复运行的,无论负载大小都按恒速连续运转,具有一定的间歇性。然而在不同的情况与环境中,所吸附的杂质量会有所不同,如果按统一标准运行,势必会影响空分的正常运行,不利于节能。
2.1.1.2 变频节能改造方案
选取一台容量相当的变频器驱动异步电动机,通过检测空压机的入口压力p,实现系统的压力闭环控制,自动调节异步电机的转速。系统工作时,压力变送器将空压机入口压力p转变为电信号传送到智能调节仪与压力设定值p0比较,并根据差值按既定控制模式进行运算,产生的控制信号送变频调速器,通过变频器控制电机的转速,使入口压力p始终接近设定压力p0(图2)。在负载很小时,通过变送器返回的信号经变频器调速,可以控制电机低速运行,继而降低电量损耗,达到节能的效果;在阻力变大时,通过变送器返回的信号经变频器调速,可以控制电机高速运行,以确保压缩机在单位时间内可以吸入足够量的空气,以维持正常运转。
在进行变频改造的同时,可以增加微机监控功能,将空气压缩机的入口温度、压力及流量等主要参数通过传感器进行检测,再经过变送、转换电路转换成标准信号送计算机系统处理,并进行实时显示、定时打印和报警提示。由温度、压力和流量传感器检测出的参数经信号转换电路转换成电压信号与相应参量设定的报警值作比较,若越限则输出报警信号(指示灯指示),同时在显示器画面上进行报警提示;若连续越限,则自动停机并声响报警。
2.1.2 节能效果
通过上述改造,系统将具有如下特点:
a. 除尘后进入空压机的压力变化幅值变小;
b. 节约空气滤清器的润滑油;
c. 操作简便;
d. 提高运行可靠性;
e. 延长设备使用寿命;
f. 改善工作环境。
2.2 空气压缩过程中的优化控制
空气压缩机现有的优化控制方法有:提高功率因数,改善和提高供气系统的效率,变频技术的应用。这些方法在很大程度上实现了节能降耗,并且得到了普及应用。
随着DCS技术的发展,空气压缩机可以实现在线检测与控制(图3)[7],解决了空气压缩机组操作间噪音大、环境温度高及灰尘大等问题,更重要的是随着工况点的不断变化,可以实时地对空气压缩机组进行调节,以适应新的工况状态参数要求。
在实际生产过程中,空压机更为耗能的一种情况是喘振现象。喘振的发生使压缩机不能正常工作,同时机械运转特性发生变化,不但对设备有所损坏,而且能耗也随之增加[8,9]。因此必须对空压机进行有效的防喘振控制。常规的防喘振控制方法有固定极限流量法和可变极限流量法。在采用固定极限防喘振控制时,即决定了它只是以防喘振为目的,而不是根据工艺状况调整负荷的大小,一般适用于定转速或转速变化范围较小的机组。如果机组转速在较低的范围运行,会造成流量裕度过大,能量浪费严重。而可变极限流量控制方法则是建立一条安全操作控制线,留出一定的安全裕度。固定极限流量控制和可变极限流量控制都是不精确的近似方法,通常都提供一个很大的额外安全空间,保证机组在理想的工况下运行,这种额外安全空间可能导致压缩机回流过多,降低了效率。
通过运用模糊自适应PID控制方法可以实时地对流量进行控制,保证实际流量都不小于喘振极限所对应的最小流量。在线运行过程中,控制系统通过对模糊逻辑规则的结果处理、查表和运算,完成对PID参数的在线自校正[10]。根据压缩机的实际参数建立如下传递函数:
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图4所示为普通PID控制的单位阶跃响应曲线,图5所示为模糊自适应PID控制的单位阶跃仿真曲线。由仿真曲线对比可以看出,基于模糊自适应PID的仿真曲线响应速度快、波动小,系统状态稳定;而普通PID控制的响应时间较长,波动较大。通过使用模糊自适应PID控制策略代替常规PID的控制方法可以很好地改进系统性能,使系统更加稳定。将模糊自适应PID控制运用到防喘振系统中,既降低了喘振的发生几率,也降低了系统的能耗。
2.3 预冷系统的优化控制
预冷空气在冷却塔内经过温水和冷却水两次冷却,以保证进入精馏系统的温度达到要求。如果冷却水的流量太大,浪费能源,并可能引起冷却塔液位超高,造成分子筛带水事故发生;如果流量太小,冷却效果不佳,不能满足工艺要求。因此,需要通过调节流量实现预冷系统的最优控制。
由于预冷系统的作用是将空气冷却到工艺加工所需要的温度,故流量调节就需根据系统的温度进行控制。对预冷控制系统进行Simulink仿真,其输入量为进入预冷系统的温度值(30～50℃),输出量为进入纯化系统的温度值(3～5℃)。主调节器采用PID控制,取kp=3.50、ki=0.59、kd=0.10;副调节器采用P控制,取kp=200。干扰为正弦信号,通过切换开关的切换可以实现常规PID控制和串级控制,其中串级控制系统输出响应如图6所示,常规控制系统响应如图7所示。从仿真图可以看出,该串级控制系统可以对流量进行实时控制,使输出温度维持在规定的3～5℃之内。而普通PID控制效果存在明显的超调,且响应时间长,有一定的滞后,控制效果不能很好地满足工艺过程的需求。
3 结束语
笔者根据空分系统各工艺流程状况和现有空分系统节能措施存在的不足,运用变频调速技术对湿式空气滤清器进行优化控制,保证进入空压机的参数稳定,以降低空压机的能耗。另外,还采用串级控制系统对预冷系统的流量和温度进行优化控制。经过对吉林铁合金有限公司空分装置现有运行状况的分析研究得出的结论是:空分系统实际的能耗标准还是以电能为主,如果能够将上述研究合理设计,同时把相应的优化参数整理拟核出来,并运用到空分系统中,是能够把电能损耗降到最低的。
摘要：空分系统的工艺流程可分为除尘、压缩和冷凝以及精馏,每一部分都有各自的节能控制策略。在除尘过程中,根据空气滤清器的阻力采用变频调速控制,实现对空压机入口参数的优化调节;在预冷过程中,通过调节流量来实现预冷系统的节能控制。通过对各部分的优化控制,最终实现整个系统的节能降耗。
关键词：空分系统,节能控制,变频调速,空压机入口参数,流量调节
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空分工艺论文 篇4
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
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空分工艺论文 篇5
天然气是清洁燃料, 在大气压下, 冷却至约-162℃时, 由气态转变为液态, 称为液化天然气 (简称LNG) 。2011年世界天然气消费量已达32229亿立方米。根据BP公司2012年6月发布的世界能源统计报告显示, 2011年底, 全球天然气探明储量增长3.1万亿立方米, 达到208.4万亿立方米, 全球储产比增加到63.6年。近年来, 我国天然气需求呈爆炸式增长。到2020年全国天然气需求可望超过2000亿立方米, 天然气在能源消费结构中的比例也将由2004年的2.8%-3%增长为10%;预计2020年天然气供需缺口为800亿立方米, 天然气的对外依存度将超过40%。
我国在东南沿海建设有多个LNG接收站, LNG通常用专用运输船从产地输出终端运输到目的地接受终端, 经气化后外输至用户[1]。生产LNG的动力及公用设施耗电量约为850k Wh/t。LNG气化过程中会放出大量冷能, 约为833k J/kg[2]。传统的气化方法为海水加热, 即通过与海水换热的方式达到LNG气化的目的。但这种方法不仅浪了LNG中所蕴含的巨大高品质冷能, 且排出的废水会对周边环境造成“冷污染”。因此如何对LNG中的冷能进行合理运用一直是近些年来科学家关注的热点问题。
同时, 冷能的利用不仅要看其能量的回收大小, 更为重要的是品位的利用。在经济合理安全可靠的情况下, 依据温度对口、梯级利用的总能系统原则我们可以知道, LNG冷能用于空气分离装置时, 由于工艺温度 (90~100 K) 比LNG温度 (111 K) 还要低, 与用于冷藏冷冻、低温发电、制取干冰、低温粉碎等场合相比, LNG的冷量火用得到最大程度的利用, 是目前技术上最为合理的方式。
2 典型LNG冷能利用的空气分离流程
空气分离装置利用LNG冷能有多种流程, 可根据工程的实际情况选用。目前国内外典型的空分流程如图1。
1.空气过滤器2.空气压缩机3.空气预冷器4.电加热器5.空气净化器6.低温换热器7.高压分馏塔8.低压分馏塔9.氢罐10.氩净化器11.氩提纯塔12.氮节流阀13.循环氮压缩机14.主换热器15.天然气加热器16.液氩储罐17.液氮储罐18.液氧储罐
3 LNG冷能利用的热力学分析
我们就以上流程从广义的角度进行简单热力学概括性分析
本算例的计算依据:
(1) 物料各组分质量、能量守恒;
(2) 假设空分装置原料空气量为1mol/s, 空气组分按氧的摩尔分数2 0.9%、氮7 9.1%计, 空分产品为环境状态的气态纯氧、纯氮和常压下的纯液氧、液氮。
(3) LNG的成分看做纯甲烷, 初始状态为111K和环境压力。
(4) 环境状态T1=3 0 0 K, P1=101.3k Pa。
(5) 不考虑由设备原因造成的跑冷损失。
(6) 氮气液化采用林德液化循环。
空气经压缩和冷却后到状态2 (P2, T2=300K) , 压缩空气如采用L N G预冷, 可使其温度在等压下降温至T3。考虑传热温差的存在, 取T3至少比LNG初始温度高4K, 同时天然气复温至T1=250K。这样随着LNG流量的增长, 3T可由下面的热平衡方程求出:
式中:下标A代表空气, 下标G代表天然气;n, Aq为空气摩尔流量;n, Gq为天然气摩尔流量;r为气化潜热。
图2所示为预冷温度随L N G流量的变化。受L N G温度的限制, 若L N G流量为0.41m o l/s时, T3达到最低。因此, 受L N G温度的限制, LNG与空气的流量比例不宜超过0.41, 否则将形成冷量的浪费。
4 LNG冷能利用的优化设计
在以上分析过程中, 与循环氮气进行换热后的LNG温度升至T1’=250K, 仍旧不能达到天然气进气站的要求最低温度T=280K, 热量不足部分还需要天然气加热器进行补充调节。而空气经过空气压缩机后, 压力由常压升至0.6MPa, 温度由常温升至T4=310K, 还需要进入空气预冷器中冷却至T5=283K。因此, 可以考虑将这部分天然气与空气换热, 从而达到高效节能的目的。
又由之前的分析, 当空气与LNG流量比为1:0.41时, 由热平衡方程可以求出换热后LNG的温度T:
得到T=271K。
很显然, 通过上述改进, 节约了能量219Kw·h/t, 装置整体效率提高了2.8%, 结构也得到了优化。
5 结论
我国的能源消费结构正在逐渐改变, 对天然气等清洁能源的需求将持续增长。大量LNG潜在的冷能资源非常可观。因此, 在LNG接收站合理安排LNG冷能回收配套设施从而效利用LNG冷能, 可以收到很好的经济效益和社会效益。
由于空气分离装置所需要达到的温度比LNG温度还要低, 因此在空分装置中利用L N G冷量应是目前技术上最合理的方式。不但大幅降低了能耗, 而且简化了流程, 减少了建设费用。
相关设计生产单位可以根据上述的分析, 根据需要, 使装置进一步优化从而提高冷能利用效率。
摘要：液化天然气由于其特殊的存储方式会在气化时将放出巨大的冷能。如何将这些冷能有效应用到空气分离工艺中是本文研究的重点。本文简要介绍了LNG冷量用于空分工艺的实际例子及其节能效果, 对利用LNG冷量的空分装置进行了热力学分析, 提出了一种改进现有操作流程的办法, 可达到节省投资和运行费用的效果。对实际设计生产单位提出了合理化的建议。
关键词：液化天然气,空分工艺,热力学分析,结构优化
参考文献
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空分工艺论文 篇6
1 凝汽器简介
凝汽器属于多程管壳式设备, 属于汽轮机中的能量回收设备, 在实际运行中凝汽器要是出现任何问题, 对于汽轮机运行会造成严重影响, 甚至可能造成生产线的全面停产。
本文在对于化工空分汽轮机凝汽器检漏及堵管工艺研究中, 就以某化工企业所拥有的凝汽管作为案例。该化工企业凝汽管所能够承受的压力为0.6Mpa, 外壳所能够承受的压力为0.2Mpa, 整个凝汽管长度大约在10m左右, 管内直径为3.2m, 化工企业一共拥有这个型号的管凝汽器换热管一共有将近5000根, 总共换热面积超过2700平方米。
1.1 凝汽器的检漏
凝汽器在实际运行过程中, 管内压力要是高于壳外的压力, 同时所需要的水资源数量增加, 凝汽器管内液体体积增加, 真空度下降, 这样就可以确定凝汽器出现了泄漏问题。
1.2 凝汽器检漏方法与评价
1.2.1 水压检漏
水压检漏的主要目的就是通过眼睛对于凝汽器进行检查, 整个检漏过程中并不需要使用任何专业性设备。水压检漏的步骤为:首先将凝汽器壳内充满液体, 在注水过程中对于凝汽器进行检查, 要是出现明显水流, 就需要先使用临时堵堵住换热管, 然后在逐渐增加换热管内压力, 在升压过程中对于管板进行检查, 要是出现明显水流, 也需要使用堵头将其堵住, 最后将凝汽器内谁让设定为10.5Bar, 把凝汽器外表擦拭干净, 对于凝汽器仔细观察, 要是凝汽器还有流水问题, 应该立即将有关位置标记好, 方式堵管工作的下一次开展。
这种检漏方法在实际应用中十分简单方便, 但是检漏精准性较低, 仅仅能够将会换热管上面较大的泄漏检漏出来, 并且在对于管板与换热管接头处检漏效果并不是十分理想。
1.2.2 气压检漏
气压检漏主要目的就是通过使用眼睛对于凝汽器检查, 整个检查过程并不需要使用任何先进仪器。气压检漏步骤:首先就需要将凝汽器内部全部充满气体, 在充气过程中对于管板进行检查, 要是换热管出现明显控制, 就使用堵头将其堵住, 在逐渐提高管板内压力, 要是还拥有明显控制, 还需要使用堵头加工换热管堵住, 最后将凝汽管内部压力设计到5Bar, 将凝汽管擦拭干净, 在凝汽管表面都涂上检漏液, 将漏液位置表示好, 方便正是开展堵管。
气压检漏方式在实际应用中精准性要高于水压检漏方式, 但是整个检漏过程较为复杂。
1.2.3 氦气检漏
氦气检漏方法在实际应用中就是通过氦气检测, 对于凝汽器检漏率进行分析。氦气检漏步骤:首先就是启动氦气检漏检测仪, 将仪器探头方面需要检测的地点, 同时对凝汽器内氦气进行分析, 通过氦气数值的变化分析出凝汽器是否有泄漏问题。
氦气检漏方法是在原有水压检漏方法上开展的, 氦气检漏方法拥有较高的精准性, 同时将换热管与管板接头位置上面的泄漏问题也能够反映出来。现在氦气检漏方法已经广泛应用在凝汽器检漏中。
2 凝汽器堵管方法
2.1 换热管与管板接头处泄漏处理方法
按照凝汽器维修专业手册, 换热管与管板接头处泄漏出息方式就是通过使用补胀器进行维护。维护步骤为:将没有补胀之前换热管内部直径检测出来, 进而在需要补胀位置上涂抹润滑剂, 通过补胀专业设备对于换热管开展补胀操作, 对于补胀之后换热管内部直径进行检测。补胀操作需要注意的问题就是, 补胀前后混热管直径差距不能够大约0.1mm。
2.2 缺陷换热管堵管方法
2.2.1 修复系统
修复系统在对于凝汽器内管进行修复过程中, 主要利用的就是一个直径小于凝汽器内部直径的管子, 通过修复系统对于换热管缺陷的地方进行修复。这种堵管方法主要应用在换热管要是出现破口或者是断裂的情况下。
这种方式在实际应用中主要优势就是保证换热管还能够应用, 同时将换热管所存在的冲蚀问题解决, 对于换热管性能并不造成任何影响, 还能够有效减少换热管内堵头数量, 降低循环水流动速度。但是这种方式主要缺陷就是需要使用一整套的修复系统, 经济成本较高, 在长时间应用之后才能够显著出修复系统所具有的优势。
2.2.2 不锈钢长棒
在凝汽器上面使用不锈钢长棒进行堵漏, 这种方式在实际应用中就是在换热管上面焊接上一个不锈钢。这种方式主要应用在换热管破口或者是断裂位置上面。
应用不锈钢长棒主要优势就是换热管位置不需要调整, 换热管不会受到水流的腐蚀, 泄漏问题不会进一步扩大, 但是这种方法在实际应用中主要缺点就是换热管不可能再次利用, 换热效果显著下降。
凝汽器要是出现泄漏问题之后, 需要及时进行处理, 进而确定凝汽器出现泄露的位置选, 选择合理的堵管方式, 保证整个机组的稳定运行。
摘要：本文对于汽轮机凝汽器的构建及工作原理等内容简单分析, 进而分析几种检漏方式在实际中的应用, 同时对于堵管工艺进行分析, 保证设备的稳定运行。
关键词：汽轮机凝汽器,堵漏方法,堵头选用
参考文献
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空分工艺论文 篇7
海南炼化空分装置于2006年3月开始试运投产, 该工艺流程由空气压缩机系统、空气净化系统、膨胀制冷系统、空气精馏分离系统组成, 另外与液氮贮存、液氮增压汽化系统和氮气压缩机组组成供氮部分。主换热器和冷凝蒸发换热器均为板翅式换热器, 本装置净化系统采用分子筛吸附净化系统、制冷系统采用污氮反流膨胀制冷、分离系统采用单级精馏流程, 整套装置采用DCS控制系统。
原料空气经压缩机压缩后, 温度不大于140℃, 进入水和空气直接接触换热的空气冷却塔AC1101空冷塔, 压缩后空气经AC1101喷淋冷却后, 将空气温度冷却至16℃以下, 然后进入分子筛纯化器, 利用活性氧化铝和分子筛的选择吸附性特点, 除去空气中的H2O、CO2、C2H2, 然后经主换热器E1进入入冷箱。分子筛纯化器两台交换使用, 一台吸附工作, 另一台解析再生。再生污氮气经过加热炉以后, 被加热至180℃, 对纯化器内活性氧化铝和分子筛进行再生。如果分子筛再生效果不好时, 它的吸附深度就会减弱, 空气夹带超量气态水分子和CO2便会在分馏系统主换热器通道和筛板塔内凝结, 堵塞进气通道和塔盘, 导致正常分馏工况无法持续。
该装置自投产运行以来, 分子筛纯化器再生效果不理想时有发生, 导致装置临时停工处理, 严重威胁到空分装置的正常安全生产, 并直接影响了全厂各生产装置的安全运行。因此, 有必要对分子筛纯化器再生不好的故障进行一番总结, 详细分析故障机理, 并提出有效的解决方案。
2 故障A:加热炉2次跳停, 导致纯化器再生效果不好。
2006年4月6日凌晨2点, 纯化器B再生进行到加热一步时, 加热炉B加热8分钟后, 再生温度TIAS1212升到94℃时, 加热炉突然跳停, 由于发现不及时, 当加热程序进行到58分钟时才发现加热炉B运行信号变白, 表示加热炉停止加热, 正常加热应该显示红色, 温度在180℃左右, 此时温度已降为冷箱出口污氮的温度, 为16℃左右, 所以判断加热炉跳停, 立即将再生程序暂停, 派人赴现场切换加热炉A运行, 恢复再生, 此次再生纯化器出口温度TI1202最高温度达到81℃, 正常时应加热到180℃, 纯化器B没有达到预期的再生效果。
6日上午9点, 电气人员将加热炉B检修结束后, 当班人员将加热炉切换回B运行, 上午10点纯化器B又进入再生程序 (一个周期8小时) , 加热刚开始不久, B加热炉再次跳停, 这次由于发现比较及时, 加热开始16分钟, 立即将A炉又切回运行。到目前为止, 空分系统还没有受到大的影响, 主换热器压差PDI2为4.51kpa, 分馏塔塔阻PDI1为21.8kpa, 一切正常。
下午5点多钟, 分馏塔塔阻开始出现波动, 塔阻开始出现持续上涨的态势, 最后上升高达53kpa, 进气量减少, 氮气纯度不合格, 精馏工况被破坏。
2.1 故障原因分析
由于加热炉B故障跳停, 使得纯化器再生气没有达到设计的再生温度, 分子筛再生解析效果不好, 没有将吸附的杂质完全排放出来。
纯化器A延长工作时间, 吸附容量超过设计值, 再生时间和再生条件都没有变化, 所以再生的效果也会降低。
出现故障处理不及时, 在故障发生后一些工艺指标异常, 如再生气加热炉出口温度低、加热炉运行信号停止等产生了明显的变化, 但未能准确判断故障并采取相应的措施。
2.2 故障应急措施及解决方案
紧急停运装置, 对空分系统做加温吹除处理。对两台纯化器重新进行活化再生处理。对加热炉的跳闸故障进行处理。加强对职工的操作培训工作, 对DCS监控系统各参数发生异常情况时能够及时作出反应并采取有效措施。操作人员应密切关注各项工艺参数的变化, 一旦出现异常, 必须迅速与车间技术人员取得联系。
此次停工, 因为主要生产装置没有开工, 对全厂没有造成直接的影响。
3 故障B:再生气量减少, 导致纯化器再生时间延长
2006年8月7日上午10:30分纯化器A冷吹时间延长30分钟, 当班人员怀疑温度指示出现错误, 联系仪表处理。晚5:30, 当班人员再次发现纯化器B冷吹时间无故延长了37分钟, 经过分析查找原因发现, 污氮气的压力PI1206指示值比正常时小了约一半, 正常情况在10~20kpa之间, 最低时为5~6kpa, 当晚通过查询历史趋势发现, PI1206最高指示压力仅为5~6kpa, 最低为2~4kpa。据此分析纯化器冷吹时间延长的原因:污氮气压力表现异常低, 冷吹的气量减少, 导致冷吹时间延长。 (注:冷吹程序如果时间已到, 但温度还没有达到冷吹温度得话, 程序自动延长冷吹时间)
3.1 分析气量减少的原因:
加热炉再生温度高达190℃, 与正常设计值180℃比较偏高。车间管理人员怀疑流量计FICS1201调节有问题, 致使阀V1226关小, 立刻联系仪表人员到现场校验流量计, 仪表人员初次校验检测结果为流量计正常, 没有问题。流量计没问题, 整个问题的焦点投到阀V1219上, 分析结果怀疑阀V1219关不死或者阀门损坏。经过多方联系汇报, 准备对V1219进行拆卸检查。如果这样, 将导致整个空分装置停工。车间工艺人员一边查工艺, 另外一边仪表人员继续检查仪表, 经过再次检验, 仪表人员发现, 由于刚下过雨, 流量计FICS1201变送器漏进雨水, 导致内回路短路, 流量计指示值偏大, 使得V1226阀门关小, 实际流量小于正常再生气量, 污氮压力偏低。
3.2 故障应急措施及解决方案
对流量计FICS1201进行处理, 污氮气压力恢复正常, 再生气量恢复正常值。纯化器B延长工作时间, A再生不彻底, 但对空分系统没有造成很大的影响, 使损失降到了最低。
结束语
空分站是我厂为实现8Mt/a炼量上马的第一套配套装置, 而纯化系统又是空分装置负责吸附空气中的水分、二氧化碳和部分碳氢化合物的关键设备, 其运行状况决定了空分装置的安全与否。因此, 针对我单元分子筛纯化器各类导致再生不好的故障, 总结出一套有效的应急处理与解决方案, 对提高空分装置运行的安全性和经济效益是大有裨益的。最后值得指出的是, 在日常的工艺操作中, 特别应注意以下几点:
严格执行工艺纪律、按时巡检, 密切注意关键性工艺参数 (如纯化器出口空气中CO2含量、再生气阀门的开启度、切换时吸附筒压力、再生时再生气出口温度等) , 尽可能提早发现故障, 避免事故的发生。
定期校验分析仪表, 确保仪表调节系统完好。
判断故障要及时、准确, 要找到故障的根本原因, 并采取相应措施。
故障严重时, 应果断紧急停工, 处理好了故障再重新开工, 不能带病运行, 致使问题扩大化。
论空分后备氮系统改造 篇8
关键词：密封氮气,水浴式气化器,空浴式气化器,压力自调
1 概述
本装置后备氮气是由低压氮泵将液氮加压后经过水浴式气化器气化, 再进入氮气外送管网。现用的水浴式气化器, 气化量为15600NM3/H, 其中15000 NM3为外送氮气量, 600 NM3为空分装置自用, 这部分自用氮气是作为装置的密封气。
当遇到全厂停机或者锅炉停机的情况下, 蒸汽无法供应则液氮水浴式气化器也无法运行, 这时整个装置将会面临着没有密封气的危险。密封气对于空分装置是非常重要的, 冷箱密封氮气, 储槽夹层密封氮气, 压缩机组密封氮气, 膨胀机密封氮气, 低温液体泵等都需要密封气。如果没有密封气则冷箱, 液体储槽夹层内无法保持正压, 会使外界湿空气进入, 使保温层内珠光砂冻结, 严重时会压坏管道, 造成更大损失;压缩机组, 膨胀机等, 动设备如果没有密封气, 则会导致润滑油漏进设备中, 造成设备污染;严重时油进入分馏系统中, 可能会导致空分系统爆炸, 造成更大的损失。
所以保证密封气长期稳定的供应是非常必要的, 特别是在全厂停机时保证重要设备的密封气更为重要。
2 空浴式气化器
空温式汽化器一般是用带翅片的铝管制作的, 当“冰冷”的液态气体流入汽化器时, 汽化器周围的空气跟翅片铝管内的冰冷液态气体产生热交换, 温度降低。从而造成空气的流动, 有新的“相对较热”的空气涌到汽化器周围继续发生新的热交换。
空浴式气化器的优点是直接吸收空气中的热量, 不消耗水, 电, 蒸汽等, 运行成本低;缺点是气化器体积大, 在冬季气化器出口氮气温蒂较低, 且易结冰。所以在气化器的选型上要根据需求来选择。
3 选型
装置用密封氮气量约为600NM3/H, 压力0.45MPa, 温度20℃。根据工作压力, 流量温度等条件选择了此型号:VAO-1200-160气化器。此气化器的设计流量为1200 NM3/H, 压力为1.6 MPa, 都可以满足装置需求。
VAO-1200-160气化器是高效节能产品, 相对蒸汽加热气化器, 水浴式气化器, 电加热气化器可以起到节省大量能源的作用。此气化器所采用的是星型铝翅片管材, 具有优良的换热效果、抗腐蚀、使用寿命长、操作和维修方便等优点。它采用国际流行的无框架菱形连接, 翅片间不需要焊接, 通过专用的工具固定, 应力小, 结构紧凑坚固, 排列整齐, 美观大方, 而且翅片与翅片间的间距大, 通风效果良好, 化霜速度快, 管道及管道之间采用氩弧焊焊接, 焊缝均匀无气孔。而且这款气化器主要由星型翅片管、连接弯管、连接结构件、吊装装置、底座、运输框架及进出口接头等组成, 安装固定非常方便。
这次改造我们选用的是压力自调控制气化器的运行, 所以压力自调阀的选择也很重要。由于此管道的介质是液氮, 要选择耐低温的阀门, 氮气供应也非常重要, 所以阀门的可靠性非常重要。经过仔细的对比我们选择了DN25低温液体阀门, 定位器选择了SAMSON3707-3型数字式定位器。
4 改造内容
本次改造是要将空浴式气化器与水浴式气化器并联, 当水浴式气化器不能投用或者供应量不足时, 空浴式气化器可以投用, 以保证氮气正常供应。
空浴式液氮气化器采用压力自调方式控制, 这种方式不但能节省人力去调节氮气压力及用量, 而且能在平时供应少量氮气来稳定外送氮气的压力。
5 实施过程
此改造施工比较方便, 只需要在装置正常运行不需要后备氮系统启动的情况下, 将后备氮系统的进出口阀门关闭, 打开排液阀门将系统里残余的液体排出, 进行加温处理, 置换合格后就可以施工了。施工中要注意阀门的清洁及管道的清洁, 避免杂质进入导致阀门卡涩。
气化器在安装前要在规划位置提前预制好水泥基础, 基础一般要高于地面200—300mm, 便于排水, 与周围障碍物相聚2米以上。安装时至需要将气化器底部与水泥基础用地脚螺栓或膨胀螺栓固定。在安装配管前需要对管道、进出口接头及法连进行脱脂处理, 用干燥氮气吹扫并密封。在配管的过程中也要注意清洁, 配管完成后要进行吹扫及试压, 保证系统的密封性。
6 实际效果
经过改造后, 空浴式气化器与水浴式气化器并联, 在系统停机后后备系统投用, 氮气供应的压力及流量都达到了稳定的效果。特别是在无蒸汽时, 水浴式气化器无法运行, 空浴式气化器投用后保证了装置密封气的供应, 增加了装置的可靠性。
经过计算1200NM3/H液氮气化至20℃需要低压蒸汽2T左右, 也就是说我们在小流量下使用空浴式气化器可以节省2T左右的蒸汽, 这可也为我们节省一些运行成本, 这对一些气体公司来说也是一个很好的节能降耗的项目。
7 结语
本单位后备氮系统经过此次的改造, 不但在运行的可靠性上得到了很大的提高, 也为公司运营节省了运行成本。所以这个改造项目值得在一些稳定性要求较高的空分装置中推广。
参考文献
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