【文章內容簡介】 技術方案目前“深冷法”制取氧氣的空分裝置流程主要有兩大類：全低壓外壓縮流程和液氧內壓縮流程。內壓縮流程是相對于外壓縮流程而言的。外壓縮流程就是空分沒備生產低壓氧氣，然后經氧壓機加壓至所需壓力供給用戶，也稱之為常規(guī)空分。近年來由于冶金、化肥和石化工業(yè)的迅速發(fā)展，空分設備的容量和需求量不斷增加，空分設備正朝著大型化、氣體產品壓力等級高、液體產品多、產品純度高、運行成本低、設備操作穩(wěn)定可靠、占地面積少等方向發(fā)展。由此，促使國內內壓縮流程空分設備應運而生。內壓縮流程空分設備是在第六代空分設備流程的基礎上，采用液氧泵對氧產品進行壓縮的一種流程形式，就是取消氧壓機，直接從空分設備的分餾塔生產出中高壓的氧氣供給用戶。該流程與常規(guī)外壓縮流程的主要區(qū)別在于，產品氧的供氧壓力是由液氧在冷箱內經液氧泵加壓達到，液氧在高壓板翅式換熱器與高壓空氣進行熱交換從而汽化復熱。與外壓縮流程相比，內壓縮流程主要的技術變化在兩個部分：精餾與換熱。外壓縮流程空分是由精餾塔直接產生低壓氧氣，再經主換熱器復熱出冷箱；而內壓縮流程空分是從精餾塔的主冷凝蒸發(fā)器抽取液氧，再由液氧泵加壓至所需壓力，然后再由一股高壓空氣與液氧換熱，使其汽化出冷箱作為產品氣體?？梢院唵蔚卣J為，內壓縮流程是用液氧泵加上空氣增壓機取代了外壓縮流程的氧壓機。 內壓縮流程技術主要有以下幾個特點： 1）、內壓縮流程取消了氧壓機，因而無高溫氣氧，火險隱患小、安全性好。 2）主冷大量抽取液氧，保證碳氫化合物的積聚可能性降到最低程度。產品液氧在高壓下蒸發(fā)，使烴類物質積累的可能性大大降低。 3）特殊設計的液氧泵自動啟動與運行程序可有效地保證裝置的安全運行與連續(xù)供氧。 4）內壓縮流程的低溫高壓液氧泵均采用進口產品，且在線冷備用，若運行泵出故障，則備用泵在10秒鐘內自動達到工作負荷，所以，內壓縮流程的可靠性較高。 5）對于化工和石化用戶一般要求氧氣壓力很高，氧壓機在設計制造中需要考慮的安全因素較多，價格就非常昂貴，采用內壓縮流程所需的液氧泵加上空氣增壓機成本相應就低得多； 6）高壓液氧泵操作方便，維修工作量極少。而氧壓機則需要有足夠多的安全距離，占地面積大，且基建費用高。 7）裝置主要供氣的同時，若還產出大量的液體產品，在這樣的情況下，內壓縮流程空分就在運行成本上有較大的優(yōu)勢。內壓縮流程根據循環(huán)增壓機壓縮的介質不同，流程形式可分為空氣循環(huán)和氮氣循環(huán)兩種流程。根據液體產品產出量的要求不同，膨脹后空氣進塔位置的也不同，可分為膨脹空氣進上塔流程和膨脹空氣進下塔流程。綜上所述，針對本項目產品氧氣量較大、壓力高，無壓力氮要求，液體產品全、相對產量大的特點，本空分裝置為分子篩凈化空氣，空氣增壓，氧氣內壓縮流程，帶中壓增壓透平膨脹機，膨脹空氣進下塔，采用規(guī)整填料上塔和全精餾制氬工藝。壓力產品氧氣出塔直接供用戶，常壓產品氮氣則由上塔供出，送至氮壓機壓縮后供用戶。設置液體貯槽及槽車充裝系統(tǒng)，裝置產出液氧、液氮、液氬產品貯存供外銷。本裝置不設氮氣壓縮機，由工廠原已有的氮壓機加壓氮氣供用戶。裝置純化系統(tǒng)再生氣加熱熱源利用工廠現有的低壓蒸汽，可節(jié)省1000多KW的電耗。預冷系統(tǒng)需要的低溫水冷源，利用裝置干燥的富裕污氮氣及純氮氣的吸水性，使水蒸發(fā)降溫制取低溫水，若在夏季時冷量不足，可加設置小型冷水機組，補充冷量。為了縮短再次開車啟動時間，流程設置液氧倒灌分餾塔系統(tǒng)。本裝置采用先進可靠的DCS控制系統(tǒng)，具有控制器電源、通訊總線的冗余結構，可靠性高。裝置各機組設備流程參數的顯示與主要操作調節(jié)功能均可在中控室通過計算機完成。 工藝流程簡述原料空氣在過濾器中除去了灰塵和機械雜質后,進入空氣透平壓縮機,壓縮后空氣送入空氣冷卻塔進行清洗和預冷?？諝鈴目諝饫鋮s塔的下部進入,從頂部出來，在冷卻的同時，又得到清洗。空氣冷卻塔的給水分為兩段，冷卻塔的下段使用經用戶水處理系統(tǒng)冷卻過的循環(huán)水，而冷卻塔的上段則使用經氮—水冷卻塔冷卻后（或經旁路設置的冷水機組進一步降溫）的低溫水，從而使空氣冷卻塔出口空氣溫度降低。空氣冷卻塔頂部設有絲網除霧器，以除去空氣中的機械水滴。經空冷塔冷卻后的空氣進入切換使用的立式徑向流分子篩純化器，空氣中的二氧化碳、碳氫化合物和水分被吸附。分子篩純化器為兩只切換使用，其中一只工作時，另一只再生，定時自動切換。凈化后的空氣分成二股。一股空氣進入低壓板式換熱器，被返流污氮氣冷卻后直接進入下塔。另一股空氣去增壓空壓機，這股空氣分成二部分：一部分空氣經增壓空壓機第一段增壓后進入膨脹機的增壓風機中增壓，然后被冷卻器冷卻至常溫后進入板式換熱器，再從板式換熱器下部抽出進入膨脹機去膨脹。膨脹后的空氣送入下塔。另一部分空氣在增壓空壓機的第二段繼續(xù)增壓，經冷卻后進入高壓板式換熱器，用來與高壓液氧換熱。高壓空氣經節(jié)流后進入下塔?？諝饨浵滤醪骄s后，獲得液空、純液氮和污液氮，并經過冷器過冷后節(jié)流進入上塔。經上塔進一步精餾后，在上塔底部獲得液氧，并經液氧泵壓縮后進入高壓板式換熱器，復熱后出冷箱，進入氧氣管網。同時抽取部分液氧作為產品供給用戶。從下塔頂部抽取液氮作為產品供給用戶。從上塔上部引出污氮氣經過冷器、高壓板式換熱器和低壓板式換熱器復熱出冷箱后分成兩部分：一部分進入分子篩系統(tǒng)的蒸汽加熱器，作為分子篩再生氣體，其余污氮氣去水冷塔。從上塔中部抽取一定量的氬餾份送入粗氬塔，粗氬塔在結構上分為二段，第二段粗氬塔底部的回流液體經液氬泵加壓后送入第一段頂部作為回流液；氬餾份經粗氬塔精餾得到粗氬，并送入純氬塔中部，%Ar的精液氬。 空分設計主要標準規(guī)范GB5003091 氧氣站設計規(guī)范JB/T86931998 大中型空氣分離設備JB/T59022001 空氣分離設備用氧氣管道技術條件JB/T644392 離心壓縮機GB1511999 鋼制管殼式換熱器GB150—1998 鋼制壓力容器質技監(jiān)局鍋發(fā)[1999]154號 壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程HTA101294 空分設備通用油漆技術條件HTA11072003 大型空分設備安裝技術規(guī)范HTA54112001 鋁制空分設備安裝焊接技術條件JB/T590592 真空多層絕熱 低溫液體容器JB/T763294 空氣分離設備用13X分子篩 驗收技術條件JB/T805896 空氣分離設備用活性氧化鋁 驗收技術條件JBJ2996 壓縮機、風、泵安裝工程施工及驗收規(guī)范GB5027498 制冷設備、空氣分離設備安裝工程施工及驗收規(guī)范JT5383 空分設備絕熱通用技術條件GBJ8785 工業(yè)企業(yè)噪聲控制設計規(guī)范HG20592—97 鋼制管法蘭、墊片、緊固件 裝置主要組成設備1）空氣壓縮系統(tǒng)：空氣過濾器、原料空壓機組、空氣增壓機組等2）空氣預冷系統(tǒng)：空氣冷卻塔、水冷卻塔、常溫冷卻水水泵、低溫冷卻水水泵、冷水機組等3）空氣純化系統(tǒng)：分子篩吸附器、切換蝶閥組、蒸汽加熱器、放空消聲器等4）分餾塔系統(tǒng)： 低壓板式換熱器、高壓板式換熱器、上塔、主冷凝蒸發(fā)器、下塔、液氮液空過冷器、液氧泵、粗氬塔Ⅰ、粗氬塔ⅠⅠ、粗液氬泵、精氬塔、蒸汽噴射器、儀空、氧、氮放空消聲器等5）增壓膨脹機系統(tǒng)增壓透平膨脹機、供油裝置、增壓后冷卻器等6）液體貯存、充車系統(tǒng) 液氧貯槽、液氧充車泵、液氮貯槽、液氮充車泵、液氬貯槽、液氬充車泵等以上設備規(guī)格數據詳見設備表。 自動化控制方案本項目根據裝置的規(guī)模、生產特點、生產控制要求、投資情況及業(yè)主的要求，本著技術先進、經濟合理、安全可靠的原則確定各裝置的自動化水平。DCS系統(tǒng)由空分成套設備廠家設計，設計單位向成套設備廠家提供公用工程需要進入DCS的信號點數及信號類型，DCS的機型應與轉化、凈化的DCS一致。在控制室設置儀表柜，將超速保護裝置、軸振動軸位移監(jiān)測器、調速器等儀表安裝在儀表柜內，并將監(jiān)測信號送入DCS。該儀表柜由成套設備廠家設計。新空分裝置公用工程的儀表信號進入DCS系統(tǒng).各機組均設有就地盤，以便于實現必要的操作和監(jiān)控。就地盤由成套設備廠家設計。中控室輔助操作臺裝有緊急停車按鈕和報警指示燈。 總則儀表選型在滿足過程測量介質工況條件和過程監(jiān)控要求下，選用安全可靠﹑技術先進﹑安裝維護方便、經濟合理的儀表設備。本設計選用的主要儀表設備為電子式。 儀表傳輸信號變送器選用二線制智能型(4～20mA+HART,24V DC)。熱電阻為直接信號輸入。 工程單位所有儀表選用的測量單位及刻度均采用SI單位制： 流量: 蒸汽 kg/h T/h 液體 kg/h m3/h 氣體 kg/h Nm3/h (0℃，1atm) 壓力: Pa kPa MPa 溫度: ℃ 電導率: μS/cm 儀表刻度 溫度 直讀刻度（線性） 壓力 直讀刻度（線性） 差壓 直讀刻度（線性） 流量 直讀刻度（方根，現場變送器開方處理）－溫度儀表：正常測量值為滿刻度的１/２左右.－壓力儀表：測量穩(wěn)定壓力時，正常操作壓力值為滿刻度的2/3~1/3；測量脈動壓力時，正常操作壓力值為滿刻度的1/2~1/3；測量高中壓力時，正常操作壓力不超過滿刻度的1/2。－流量儀表：采用方根刻度時，正常測量值為滿刻度的70%~85%。 儀表防爆及防護空分裝置處于安全區(qū)域，儀表選用非防爆儀表－儀表防護等級為IP65以上. 控制室儀表 DCS選用原則： 可靠性高：具有冗余、容錯、自診斷技術； 開放性強：采用國際開放技術和標，易與其它系統(tǒng)連接，擴展功能強； 用戶界面友好：便于用戶組態(tài)和操作； 操作室有2個DCS機柜。1個電源及繼電器柜，一個儀表柜。配置2臺帶21”液晶CRT的操作站。1臺打印機，1個輔助操臺，1個工程師站 現場儀表 溫度儀表1) 溫度保護套管熱電阻、雙金屬溫度計檢測元件須用溫度保護套管，溫度保護套管的材質為316SS。2) 就地溫度指示一般選用萬向型雙金屬溫度計,。3) 公用工程的介質溫度不高，集中檢測溫度元件根據使用場合,選用IEC國際分度號的Pt100熱電阻（三線制）。溫度元件的保護盒采用不銹鋼或防鹽霧腐蝕的特殊鋁合金。熱電阻應用類型 操作溫度范圍℃ 標準RTD 200~350 IEC7514) 管道尺寸小于DN50時，溫度元件首先考慮安裝在彎管處（逆流安裝），若彎管安裝有困難，管道擴大到DN80后安裝。溫度儀表的插入深度應在管道介質具代表性的區(qū)域。 壓力儀表1)就地壓力測量一般選用彈簧管不銹鋼壓力表,表盤直徑為Φ100mm。2) 壓力儀表測量元件的耐壓值至少為量程范圍的130%。另外測量元件必須能夠承受所安裝管線和設備的設計壓力，否則須安裝過壓保護設備。3) 。4) 壓力變送器的本體采用不銹鋼，外殼采用鋁合金外殼。5) 壓力變送器與過程連接一般采用1/2”NPT錐管螺紋。1) 流量的測量一般采用差壓式流量儀表,節(jié)流裝置一般采用法蘭取壓，材質一般為316SS。2)重要場合的氣體和蒸汽流量應進行溫度、壓力補償.3)差壓等流量變送器的本體采用不銹鋼，外殼采用鋁合金外殼。差壓變送器帶三閥組。1）就地儀表選用磁浮子液位計。2）遠傳液位儀表選用雙法蘭差壓變送器或差壓變送器。關鍵部位的調節(jié)閥選用進口氣動調節(jié)閥，其余可選用國產知名品牌的氣動調節(jié)閥。 分析儀表及在線分析室 空分裝置單獨設計1個在線分析室。分析儀設置在成套供貨的分析儀柜內。在線分析室應有通風系統(tǒng)，空氣調節(jié)系統(tǒng)，考慮現場的冷/熱氣候條件，能對在線分析室的溫度進行調節(jié)?？辗盅b置的主要分析儀器（由成套設備廠家設計）有：CO2分析儀，微量氧分析儀，微量水分析儀，純氧分析儀，氧分析儀，熱導式氬分析儀，總烴分析儀，電導分析儀等。,氣源 儀表電源：220VAC 50HZ,配UPS，儀表配電柜將220AC電源以雙回路送至DCS,配電柜還將220AC電源以單回路形式送至其它需要供電的控制系統(tǒng)和儀表，各回路設開關。儀表氣源：儀表空氣由空分壓縮機供給。來自空分裝置的儀表空氣經過濾、干燥后，達到以下儀表空氣質量標準：含塵量小于1mg/m3，含塵粒徑不大于3um，含油量小于10mg/m3以下,儀表空氣壓力400kPa.5. 原料、輔助材料供應及公用工程消耗 原料、輔助材料供應空分產品的原料來自大氣。本裝置需要的輔助材料主要有：潤滑油、分子篩及氧化鋁、珠光砂。用于純化系統(tǒng)的分子篩及氧化鋁的數量分別為36t和25t，由空分廠商提供首次量；潤滑油主要用于空壓機、增壓機、膨脹機等動設備，可由廠商提供首次量，亦可用戶自行備置，其用量有廠商提出；珠光砂數量為~300t，用于填充空分冷箱絕熱用。 公用工程消耗 循環(huán)水 ~1730m3/h 電 ~16950KW低壓蒸汽 ~(G)，（連續(xù)，再生氣加熱用） ~(G)， 5t/h（間斷，排放分餾塔液體時用） 儀表空氣 ~500Nm3/h（空分開車用）6 廠址概況 工廠的地理位置本工程為甘肅XXXX有限責任公司18000Nm3/h內壓式空分裝置可行性研究報告項目，位于甘肅省臨夏回族自治州永靖縣縣城西北角10公里處，屬太極鎮(zhèn)管轄范圍。地理坐標：東經103176。17′，北緯：35176。58′；永靖縣位于甘肅中部的西南方，蘭州市西側，臨夏回族自治州北部。甘肅XXXX(集團)有限責任公司