【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 之比高達(dá) :1，氮?dú)猱a(chǎn)量增加3050%。 對(duì)于氮?dú)猱a(chǎn)量，因?yàn)榉肿雍Y切換周期很長(zhǎng)，精餾塔工況波動(dòng)小，且膨脹空氣量小，拉赫曼進(jìn)氣量大為減少，參與一次精餾的加工空氣量增加，氮提取率提高，氮?dú)猱a(chǎn)量可增加 %左右，氧氣產(chǎn)量增加約 2%。 （二）降低能耗 分子篩純化器的切換時(shí)間為 24 小時(shí)，比切換式換熱器的切換時(shí)間 34秒大為增長(zhǎng)，從而大大減少了切換損失。通常切換式換熱器流程切換損失為 %,而增壓分子篩凈化流程的切換損失小于 %,進(jìn)下塔的加工空氣汴杭制氧機(jī)成套 公司 4500m3空分設(shè)備生產(chǎn)液氧、液氮、液氬項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 17 量相對(duì)增加 ,又由于增壓膨脹 ,膨脹量減少 ,拉赫曼進(jìn)氧量減少 ,精餾的氧提取率上升 ,氧產(chǎn)量增加 ,單位能耗降低 ,即便扣除出污氮作為再生氣而使上精餾塔操作壓力稍有升高 (約 20Pa)的因素 ,增壓分子篩純化器流程比切換式換熱器流程的能耗低 %。 （三）運(yùn)轉(zhuǎn)周期延長(zhǎng) 切換式換熱器流程，出切換式換熱器加工空氣中的二氧化碳含量為 12 106，運(yùn)轉(zhuǎn)周期為一年。而分子篩純化器用吸附法凈除水分 \二氧化碳、乙炔及其它碳?xì)浠衔?，幾乎能夠完全清除二氧化碳，即?臨近純化器切換時(shí)，空氣中二氧化碳含量小于 1 106，因而運(yùn)轉(zhuǎn)周期可達(dá)兩年以上。 （四）提高設(shè)備安全性 由于分子篩對(duì)乙炔及碳?xì)浠衔镉袠O強(qiáng)的吸附能力，可以有效地避免主冷凝蒸發(fā)器的“微爆”故障發(fā)生。 對(duì)于板翅式換熱器在切換式流程中一直處于交變載荷之中，易于疲勞破壞，同時(shí)換熱器的熱段易于進(jìn)水凍裂，還會(huì)加速對(duì)鋁制換熱器的腐蝕，因而板翅式換熱器的使用壽命短。而增壓分子篩凈化流程的主換熱器不切換，板翅式換熱器處于恒壓工作狀態(tài)，其壽命可延長(zhǎng) 1 倍之多。 （五）冷箱內(nèi)設(shè)備簡(jiǎn)化 分子篩流程可以取消保冷箱中的液空吸附器、液氧吸附 器、液化器、切換系統(tǒng)、自動(dòng)閥箱等設(shè)備，減少了許多低溫閥和常溫閥；同時(shí)減少了約40%的保冷箱內(nèi)管道、儀表及儀控設(shè)施，縮小了保冷箱的體積及保冷材料的消耗，減少了跑冷損失，占地面積也大為減少。 （六）縮短安裝時(shí)間 正因?yàn)槔湎鋬?nèi)設(shè)備減少，流程簡(jiǎn)化，所以安裝難度降低。雖然分子篩凈化流程增加了分子篩純化器系統(tǒng)和冷凍機(jī)組，但這些常溫設(shè)備易于安裝。經(jīng)過(guò)對(duì)比得知，安裝周期可縮短 46 個(gè)月，并節(jié)省了安裝費(fèi)用。 （七）簡(jiǎn)化操作、維修 增 壓分子篩流程啟動(dòng)制氧操作，沒(méi)有建立自清除工況的約束，一次冷卻直至出氧，啟動(dòng)操作簡(jiǎn)化而且縮短了啟 動(dòng)時(shí)間，減少了消耗。 在正常操作中，剔除了液氧、液空吸附器的倒換操作， 既減少了操作的麻煩又確保了精餾塔的穩(wěn)定工況，有利于提高氧、氮、氬 等產(chǎn)品產(chǎn)量。 汴杭制氧機(jī)成套 公司 4500m3空分設(shè)備生產(chǎn)液氧、液氮、液氬項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 18 由于冷箱內(nèi)易發(fā)生故障，需要維修的設(shè)備、閥門(mén)、儀表大大減少，因此維修簡(jiǎn)便。 （八）取消加溫解凍系統(tǒng) 通過(guò)分子篩純化器后的空氣露點(diǎn)不大于 70℃ ，空氣溫度大于 10℃，這樣相當(dāng)干燥和干凈的空氣，完全可以作為加 溫解凍氣體使用，因而不需要特殊設(shè)置加溫解凍系統(tǒng)來(lái)提供裝置加溫解凍操作所需要的氣體。這樣既減少了設(shè)備，也簡(jiǎn)化了操作。 （九）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 增壓 分子篩凈化流程，啟動(dòng) 操作簡(jiǎn)化，設(shè)備溫度變化連續(xù)，給自動(dòng)控制提供了方便。在短期或較長(zhǎng)時(shí)間停車(chē)后，在冷態(tài)下再啟動(dòng)，也不必顧及乙炔的積聚威脅，也可以采用自動(dòng)控制操作；此外，能夠用自動(dòng)控制，迅速地進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，因?yàn)椴挥每紤]像可逆式換熱器那樣的溫度梯度要求，受自清除工況的約束。 （十）設(shè)備費(fèi)用降低 冷箱內(nèi)設(shè)備減少，主換熱器傳熱面積縮小了 1/3，閥門(mén)、管路等也相應(yīng)減少，使分子篩凈化流程的設(shè)備費(fèi)用比切換式換熱器流程的設(shè)備費(fèi)用降低23%，相應(yīng)的設(shè)計(jì)費(fèi)、安裝費(fèi)都下降，因而總工程費(fèi)用大為下降。 切換式換熱器流程與增壓分子篩流程洋細(xì)比較見(jiàn)表 41。 表 41 切換式換熱器流程與增壓分子篩流程詳細(xì)比較 汴杭制氧機(jī)成套 公司 4500m3空分設(shè)備生產(chǎn)液氧、液氮、液氬項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 19 序號(hào) 流程 項(xiàng)目 切換式換熱器流程 增壓 分子篩凈化流程 1 產(chǎn)品氧氣與氮?dú)庵? 1: 2 所需加工空氣量的相對(duì)值 1 3 消耗同樣能量時(shí)其產(chǎn)品產(chǎn)量的相對(duì)值 O2 1 N2 1 Ar 1 4 加工空氣壓力凈增值mX105 0 150 5 空壓機(jī)能耗相對(duì)值 1 6 分子篩再生功 率消耗 K/wm3 0 () 103 7 冷凍機(jī)功率消耗 0 103 8 消除水分、 CO2及有害烴類(lèi)物質(zhì)的能力 良好 徹底 9 熱交換器工作條件 壓力交變易被空氣中水分 腐蝕 ,為保證不凍結(jié)性 ,冷端要有精確的溫度控制 無(wú)壓力交變 ,空氣干燥 ,冷端溫差不需嚴(yán)格控制 10 對(duì)提氬影響 精餾塔隨壓力交變而頻繁波動(dòng) ,影響氬的提取 精餾塔隨 壓力交變 ,工作穩(wěn)定 ,有利于氬的提取 11 啟動(dòng)時(shí)間 考慮通過(guò)水分和 CO2凍結(jié)區(qū)問(wèn)題 ,操作需謹(jǐn)慎 ,膨脹機(jī)負(fù)荷需慢慢增加 ,啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng) ,約 48小時(shí) 無(wú)須考慮凍結(jié)問(wèn)題 ,操作簡(jiǎn)便 ,膨脹機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn) ,啟動(dòng)時(shí)間較 短 ,約 1830小時(shí) 12 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的難易 由于啟動(dòng)四個(gè)階段 ,實(shí)現(xiàn)安全自 可以相當(dāng)簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)汴杭制氧機(jī)成套 公司 4500m3空分設(shè)備生產(chǎn)液氧、液氮、液氬項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 20 動(dòng)化相對(duì)困難和復(fù)雜一些 安全的自動(dòng)化 ,甚至空分從冷態(tài)或熱態(tài)的啟動(dòng) 13 對(duì)空分變負(fù)荷調(diào)節(jié)的適應(yīng)速率 需要有一定的溫度梯率 ,以解決自清除問(wèn)題 ,調(diào)節(jié)速度較慢 較迅速 工藝流程概述 （ 1）空氣壓縮 空氣在進(jìn)入空氣壓縮機(jī)（ TC）前，經(jīng)空氣過(guò)濾器（ AF1）過(guò)濾，以除去塵埃和微粒，然后被吸入空氣壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，經(jīng)過(guò) 四級(jí)壓縮三級(jí)冷卻，然后送入空冷塔 AC。 （ 2）空氣凈化和冷卻 進(jìn)入空氣冷卻塔的空氣經(jīng) 常溫水和冷凍水二級(jí)冷卻，冷凍水由氟利昂冷水機(jī)組（ RU）提供。出空冷塔空氣進(jìn)入分子篩吸附器，分子篩吸附器（ MS1/MS2）為單 床式，用來(lái)清除空氣中的水分、二氧化碳和一些碳?xì)浠衔?，從而可以獲得干凈而又干燥的空氣。兩臺(tái)吸附器交替使用，即一臺(tái)吸附器進(jìn)行工作，另一臺(tái)吸附器用污氮?dú)膺M(jìn)行再生。 凈化后的空氣經(jīng)過(guò)濾器（ AF2）后，經(jīng)主換熱器（ E1）被冷卻到飽和溫度狀態(tài)下進(jìn)入下塔（ C1）；從下塔來(lái)的壓力氮?dú)饨?jīng)主換熱器（ E1）復(fù)熱后進(jìn)入循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)加壓后分為兩路，一路氮?dú)饨?jīng)主換熱器冷卻后從主換熱器上部抽出，進(jìn)入高溫透平膨脹 中 進(jìn)行膨脹，膨脹后的氮?dú)饨?jīng)主換熱復(fù)熱后進(jìn)循環(huán)壓縮機(jī)入口，另一部分 經(jīng)高、低溫膨脹機(jī)增壓并冷卻后送入主換熱器冷卻，其中一部分從主換熱器中部抽出，進(jìn)入低溫透平膨脹機(jī)進(jìn)行膨脹。 膨脹后的氮?dú)饨?jīng)主換熱器復(fù)熱后循環(huán)壓縮機(jī)入口，另一部分繼續(xù)冷 卻并液化后進(jìn)入下塔頂部參加精餾。 （ 3）下塔（ C1） 已冷卻的空氣，液 氮進(jìn)入下塔初步分離，利用上升氣體和下流液體的濃度差和組分差進(jìn)行熱質(zhì)交換，高沸點(diǎn)的氮被蒸發(fā)，低沸點(diǎn)的氧被冷凝，經(jīng)過(guò)多級(jí)塔板的冷凝和蒸發(fā)在塔釜形成富氧液空。 在塔 項(xiàng) 形成高純度氮?dú)?，大部分氮蒸汽?jīng)過(guò)冷凝蒸發(fā)器（ K），與上 塔汴杭制氧機(jī)成套 公司 4500m3空分設(shè)備生產(chǎn)液氧、液氮、液氬項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 21 底部液氧進(jìn)行熱交換，液氧被蒸發(fā)，而氮蒸氣被冷凝，部分冷凝的液 氮再回到下塔作回流液。 另一部分液氮，在過(guò)冷器（ E4）中進(jìn)行過(guò)冷，然后送入上塔作為上塔的回流液和作為產(chǎn)品送出。從下塔上部抽出部分氮?dú)猓椭辆珰逅?C4）蒸發(fā)器作為熱源，維持精氬塔精餾。 從下塔底部抽出富氧液空，在過(guò)冷器（ E4）中過(guò)冷，其中一部分富氧液空提供給粗氬塔（ C1）作為冷源，另一部分液空送入上塔。 （ 4）上塔（ C2） 液氧從上塔底部提取。 污氮?dú)膺M(jìn)入主換熱器前，在過(guò)冷器中與液氧和富氧液空進(jìn)行熱交換，復(fù)熱后去分子篩吸附器作為再生氣。 從上塔抽 出來(lái)的純氮?dú)庠谶^(guò)冷器中與液氮和富氧液空進(jìn)行熱交換后，經(jīng)主換熱器復(fù)熱，純氮?dú)庾鳛榈蛪旱a(chǎn)品送出。 （ 5）粗氬塔（ C3）及（ C5） 氬餾分從上塔中部送入粗氬塔 C5，經(jīng)過(guò) C5，再送入粗氬塔 C3，上升氣體在粗氬塔 C3 上部分為兩路，大部分氣體在粗氬塔冷凝器中和液空進(jìn)行換熱而冷凝并作為粗氬塔的回流液，返回粗氬塔，另一部分作為工業(yè)氬送入精氬塔（ C4），粗氬塔 C3 的回流液經(jīng)液氬泵送入粗氬塔 C5 的上部作為 C5的回流液，并最終返回上塔。 （ 6）精氬塔（ C4） 氣體沿塔上升到精氬塔并在冷凝器中冷凝，不凝氣被送出，冷凝液體向塔底， 在精氬塔蒸發(fā)器中蒸發(fā)，液氬產(chǎn)品從塔底部抽出排出冷箱。 （ 7）設(shè)計(jì)參數(shù)的選取 由于分子篩純化器的切換周期比可逆式換熱器的切換周期長(zhǎng)得多，所以切換損失減少?？赡媸綋Q熱器流程的切換損失取加工空氣量的 24%。而分子篩純化器的切換損失只有加工空氣量 %。進(jìn)主換熱器的加工空氣溫度，在可逆式換熱器流程通常取常溫 30℃ （ 303K）。而在分子篩純化器流程，因吸附溫度較低，故加工空氣時(shí)主換熱器溫度為 1015℃（ 283K288K）。出主換熱器的加工空氣溫度，在切換式換熱器流程中比飽和溫度高 ；而分子篩 凈化流程，加工空氣在主換熱器冷端狀態(tài)是飽汴杭制氧機(jī)成套 公司 4500m3空分設(shè)備生產(chǎn)液氧、液氮、液氬項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 22 和而且少量含濕。 加工空氣的壓力，在可逆式換熱器流程是由輔塔頂純氮?dú)馔扑愕模兊獨(dú)獬霰＠湎涞挠鄩鹤钌贋?。對(duì)于分子篩凈化流程，由于污氮?dú)庖鳛榧兓髟偕募訜釟怏w，至少具有 10Kpa 的余壓，因而加工空氣的壓力時(shí)是 污氮所決定的。 對(duì)于平均氮純度的確定，也就是污氮純度的選取，由 于采用增壓透平膨脹機(jī)，膨脹量減少，拉赫曼進(jìn)氣對(duì)上塔的干擾減弱，精 餾的提取率提高，所以污氮純度，在產(chǎn)品產(chǎn)量及純度不變的前提下，應(yīng)取值高一些。 工藝流程圖 工藝流程圖見(jiàn)附件 5。 本項(xiàng)目由空氣凈化、空氣壓縮、液化、精餾、灌裝、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)妊b置組成。為了保證裝置和全廠的安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期、滿(mǎn)負(fù)荷和高質(zhì)量運(yùn)行，要求自動(dòng)控制系統(tǒng)的 硬件設(shè)備和軟件都應(yīng)具有先進(jìn)性、高可靠性和高安全性。根據(jù)工藝過(guò)程控制的要求，確定以集中控制為主，設(shè)置中央控制室。 自動(dòng)化水平 (1)儀控系統(tǒng)應(yīng)能有效地監(jiān)控成套空分設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程 ,確保設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行 ,操作維護(hù)方便。 （ 2）儀表和 DCS 系統(tǒng)必須是可靠和先進(jìn)的，在考慮先進(jìn)性的同時(shí)，以可靠性為主。 （ 3）所有聯(lián)鎖回路按 ISA 標(biāo)準(zhǔn)，采用失電及斷 線(xiàn)安全的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證在失電及斷線(xiàn)狀態(tài)下的安全停機(jī)。 （ 4）儀控系統(tǒng)采用中央控制室（ DCS）、機(jī)旁盤(pán)儀表和就地儀表控制相結(jié)合的原則，所有的連鎖（啟動(dòng)聯(lián)鎖和保護(hù)聯(lián)鎖）及主要的控制均在 DCS里完成，以確保整個(gè)儀控系統(tǒng)可靠、先進(jìn)、操作維護(hù)方便。 （ 5）在中控室建議設(shè)置空氣系統(tǒng) DCS2 臺(tái)，對(duì)空分裝置的過(guò)程參數(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，具有顯示、操作、記憶、報(bào)表打印及維護(hù)等功能。 （ 6） DCS 的控制器采用冗余或容錯(cuò)結(jié)構(gòu)，具有控制器、電源及通迅總線(xiàn)的冗余以保證系統(tǒng)的可靠性，控制器具有在線(xiàn)修改功能，所有的 I/O 卡汴杭制氧機(jī)成套 公司 4500m3空分設(shè)備生產(chǎn)液氧、液氮、液氬項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 23 件可以帶電插拔。 （ 7）設(shè)置緊急按鈕操作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)空分和單機(jī)設(shè)備突發(fā)事故或計(jì)算機(jī)故障下的緊急停車(chē)，確?？辗值陌踩浴?DCS 停機(jī)信號(hào)與緊急停車(chē)信號(hào)分別由兩路獨(dú)立的停車(chē)信號(hào)送到電控的停車(chē)回路，以保證停車(chē)回路的可靠性。 （ 8）設(shè)置在線(xiàn)分析室，分析儀設(shè)置在成套供貨的分析儀柜內(nèi)（包括預(yù)處理裝置），主要分析儀采用進(jìn)口，在線(xiàn)分析的工藝參數(shù)進(jìn)入 DCS 系統(tǒng)，進(jìn)行顯示、記錄、報(bào)警等處理。分析儀均帶 420mA 輸出信號(hào)，其中參與連鎖的分析儀帶有“測(cè)量”、“校對(duì)”開(kāi)關(guān)，此開(kāi)關(guān)帶干觸點(diǎn)送給中控 DCS，以避免校對(duì)儀表時(shí)人為 聯(lián)鎖停車(chē)。設(shè)置手工分析閥架 。 （ 9）進(jìn)口機(jī)組（包括循環(huán)空壓機(jī)、高 溫膨脹機(jī)、低溫膨脹機(jī)）自帶一次檢測(cè)及變送儀表、執(zhí)行器及信號(hào)轉(zhuǎn)接箱 ，符合 API 或廠商標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（ 420mA、 Pt100、干觸點(diǎn)）進(jìn) DCS 系統(tǒng)進(jìn)行顯示、報(bào)警、聯(lián)鎖、控制，由機(jī)組供貨商向 設(shè)計(jì)人員提供完整的工藝流程圖、邏輯聯(lián)鎖控制圖、防喘振控制方案、進(jìn) DCS 的 I/O 清單等（由進(jìn)口機(jī)組廠家在現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn) DCS 的組態(tài)是否符合機(jī)組的安全 聯(lián)鎖及控制要求） （ 10）儀控系統(tǒng)電源： 220V/50HZ 和 24VDC；空分裝置供電系統(tǒng)由配電盤(pán)統(tǒng)一分配。儀控系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)時(shí)采用兩路 220VAC 供（ 一路常規(guī)供電、一路 UPS 供電），常規(guī)供電出現(xiàn)故障時(shí)由 UPS 備用供 電 。 （ 11）現(xiàn)場(chǎng)儀表的防護(hù)等級(jí)原則上采用 IP55 及 以 上等級(jí)，主要儀表備件（變送器、電磁閥、接近開(kāi)關(guān)、鉑熱電阻）按 10%考慮。 （ 12）公用工程需要進(jìn) DCS 的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，買(mǎi)方應(yīng)在初步設(shè)計(jì)會(huì)審后十五天內(nèi)提出具體的 I/O 點(diǎn)數(shù)和數(shù)據(jù)類(lèi)型。 儀表選型 （ 1） DCS 系統(tǒng)選用浙 大中控的產(chǎn)品（含