【文章內(nèi)容簡介】 技術(shù)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(nèi)壓縮流程。內(nèi)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(chǎn)低壓氧氣，然后經(jīng)氧壓機(jī)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(shè)備的容量和需求量不斷增加，空分設(shè)備正朝著大型化、氣體產(chǎn)品壓力等級高、液體產(chǎn)品多、產(chǎn)品純度高、運(yùn)行成本低、設(shè)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(nèi)內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備是在第六代空分設(shè)備流程的基礎(chǔ)上，采用液氧泵對氧產(chǎn)品進(jìn)行壓縮的一種流程形式，就是取消氧壓機(jī)，直接從空分設(shè)備的分餾塔生產(chǎn)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(chǎn)品氧的供氧壓力是由液氧在冷箱內(nèi)經(jīng)液氧泵加壓達(dá)到，液氧在高壓板翅式換熱器與高壓空氣進(jìn)行熱交換從而汽化復(fù)熱。與外壓縮流程相比，內(nèi)壓縮流程主要的技術(shù)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(chǎn)生低壓氧氣，再經(jīng)主換熱器復(fù)熱出冷箱；而內(nèi)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(chǎn)品氣體。可以簡單地認(rèn)為，內(nèi)壓縮流程是用液氧泵加上空氣增壓機(jī)取代了外壓縮流程的氧壓機(jī)。 內(nèi)壓縮流程技術(shù)主要有以下幾個特點： 1）、內(nèi)壓縮流程取消了氧壓機(jī)，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?xì)浠衔锏姆e聚可能性降到最低程度。產(chǎn)品液氧在高壓下蒸發(fā)，使烴類物質(zhì)積累的可能性大大降低。 3）特殊設(shè)計的液氧泵自動啟動與運(yùn)行程序可有效地保證裝置的安全運(yùn)行與連續(xù)供氧。 4）內(nèi)壓縮流程的低溫高壓液氧泵均采用進(jìn)口產(chǎn)品，且在線冷備用，若運(yùn)行泵出故障，則備用泵在10秒鐘內(nèi)自動達(dá)到工作負(fù)荷，所以，內(nèi)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(jī)在設(shè)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(nèi)壓縮流程所需的液氧泵加上空氣增壓機(jī)成本相應(yīng)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(jī)則需要有足夠多的安全距離，占地面積大，且基建費(fèi)用高。 7）裝置主要供氣的同時，若還產(chǎn)出大量的液體產(chǎn)品，在這樣的情況下，內(nèi)壓縮流程空分就在運(yùn)行成本上有較大的優(yōu)勢。內(nèi)壓縮流程根據(jù)循環(huán)增壓機(jī)壓縮的介質(zhì)不同，流程形式可分為空氣循環(huán)和氮?dú)庋h(huán)兩種流程。根據(jù)液體產(chǎn)品產(chǎn)出量的要求不同，膨脹后空氣進(jìn)塔位置的也不同，可分為膨脹空氣進(jìn)上塔流程和膨脹空氣進(jìn)下塔流程。綜上所述，針對本項目產(chǎn)品氧氣量較大、壓力高，無壓力氮要求，液體產(chǎn)品全、相對產(chǎn)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(nèi)壓縮流程，帶中壓增壓透平膨脹機(jī)，膨脹空氣進(jìn)下塔，采用規(guī)整填料上塔和全精餾制氬工藝。壓力產(chǎn)品氧氣出塔直接供用戶，常壓產(chǎn)品氮?dú)鈩t由上塔供出，送至氮壓機(jī)壓縮后供用戶。設(shè)置液體貯槽及槽車充裝系統(tǒng)，裝置產(chǎn)出液氧、液氮、液氬產(chǎn)品貯存供外銷。本裝置不設(shè)氮?dú)鈮嚎s機(jī)，由工廠原已有的氮壓機(jī)加壓氮?dú)夤┯脩?。裝置純化系統(tǒng)再生氣加熱熱源利用工廠現(xiàn)有的低壓蒸汽，可節(jié)省1000多KW的電耗。預(yù)冷系統(tǒng)需要的低溫水冷源，利用裝置干燥的富裕污氮?dú)饧凹兊獨(dú)獾奈?，使水蒸發(fā)降溫制取低溫水，若在夏季時冷量不足，可加設(shè)置小型冷水機(jī)組，補(bǔ)充冷量。為了縮短再次開車啟動時間，流程設(shè)置液氧倒灌分餾塔系統(tǒng)。本裝置采用先進(jìn)可靠的DCS控制系統(tǒng)，具有控制器電源、通訊總線的冗余結(jié)構(gòu)，可靠性高。裝置各機(jī)組設(shè)備流程參數(shù)的顯示與主要操作調(diào)節(jié)功能均可在中控室通過計算機(jī)完成。 工藝流程簡述原料空氣在過濾器中除去了灰塵和機(jī)械雜質(zhì)后,進(jìn)入空氣透平壓縮機(jī),壓縮后空氣送入空氣冷卻塔進(jìn)行清洗和預(yù)冷?？諝鈴目諝饫鋮s塔的下部進(jìn)入,從頂部出來，在冷卻的同時，又得到清洗?？諝饫鋮s塔的給水分為兩段，冷卻塔的下段使用經(jīng)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(jīng)氮—水冷卻塔冷卻后（或經(jīng)旁路設(shè)置的冷水機(jī)組進(jìn)一步降溫）的低溫水，從而使空氣冷卻塔出口空氣溫度降低?？諝饫鋮s塔頂部設(shè)有絲網(wǎng)除霧器，以除去空氣中的機(jī)械水滴。經(jīng)空冷塔冷卻后的空氣進(jìn)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?xì)浠衔锖退直晃?。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(jìn)入低壓板式換熱器，被返流污氮?dú)饫鋮s后直接進(jìn)入下塔。另一股空氣去增壓空壓機(jī)，這股空氣分成二部分：一部分空氣經(jīng)增壓空壓機(jī)第一段增壓后進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓風(fēng)機(jī)中增壓，然后被冷卻器冷卻至常溫后進(jìn)入板式換熱器，再從板式換熱器下部抽出進(jìn)入膨脹機(jī)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(jī)的第二段繼續(xù)增壓，經(jīng)冷卻后進(jìn)入高壓板式換熱器，用來與高壓液氧換熱。高壓空氣經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入下塔?？諝饨?jīng)下塔初步精餾后，獲得液空、純液氮和污液氮，并經(jīng)過冷器過冷后節(jié)流進(jìn)入上塔。經(jīng)上塔進(jìn)一步精餾后，在上塔底部獲得液氧，并經(jīng)液氧泵壓縮后進(jìn)入高壓板式換熱器，復(fù)熱后出冷箱，進(jìn)入氧氣管網(wǎng)。同時抽取部分液氧作為產(chǎn)品供給用戶。從下塔頂部抽取液氮作為產(chǎn)品供給用戶。從上塔上部引出污氮?dú)饨?jīng)過冷器、高壓板式換熱器和低壓板式換熱器復(fù)熱出冷箱后分成兩部分：一部分進(jìn)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?dú)馊ニ渌?。從上塔中部抽取一定量的氬餾份送入粗氬塔，粗氬塔在結(jié)構(gòu)上分為二段，第二段粗氬塔底部的回流液體經(jīng)液氬泵加壓后送入第一段頂部作為回流液；氬餾份經(jīng)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(shè)計主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范GB5003091 氧氣站設(shè)計規(guī)范JB/T86931998 大中型空氣分離設(shè)備JB/T59022001 空氣分離設(shè)備用氧氣管道技術(shù)條件JB/T644392 離心壓縮機(jī)GB1511999 鋼制管殼式換熱器GB150—1998 鋼制壓力容器質(zhì)技監(jiān)局鍋發(fā)[1999]154號 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程HTA101294 空分設(shè)備通用油漆技術(shù)條件HTA11072003 大型空分設(shè)備安裝技術(shù)規(guī)范HTA54112001 鋁制空分設(shè)備安裝焊接技術(shù)條件JB/T590592 真空多層絕熱 低溫液體容器JB/T763294 空氣分離設(shè)備用13X分子篩 驗收技術(shù)條件JB/T805896 空氣分離設(shè)備用活性氧化鋁 驗收技術(shù)條件JBJ2996 壓縮機(jī)、風(fēng)、泵安裝工程施工及驗收規(guī)范GB5027498 制冷設(shè)備、空氣分離設(shè)備安裝工程施工及驗收規(guī)范JT5383 空分設(shè)備絕熱通用技術(shù)條件GBJ8785 工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范HG20592—97 鋼制管法蘭、墊片、緊固件 裝置主要組成設(shè)備1）空氣壓縮系統(tǒng)：空氣過濾器、原料空壓機(jī)組、空氣增壓機(jī)組等2）空氣預(yù)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(jī)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(jī)系統(tǒng)增壓透平膨脹機(jī)、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(shè)備規(guī)格數(shù)據(jù)詳見設(shè)備表。 自動化控制方案本項目根據(jù)裝置的規(guī)模、生產(chǎn)特點、生產(chǎn)控制要求、投資情況及業(yè)主的要求，本著技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)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(shè)備廠家設(shè)計，設(shè)計單位向成套設(shè)備廠家提供公用工程需要進(jìn)入DCS的信號點數(shù)及信號類型，DCS的機(jī)型應(yīng)與轉(zhuǎn)化、凈化的DCS一致。在控制室設(shè)置儀表柜，將超速保護(hù)裝置、軸振動軸位移監(jiān)測器、調(diào)速器等儀表安裝在儀表柜內(nèi)，并將監(jiān)測信號送入DCS。該儀表柜由成套設(shè)備廠家設(shè)計。新空分裝置公用工程的儀表信號進(jìn)入DCS系統(tǒng).各機(jī)組均設(shè)有就地盤，以便于實現(xiàn)必要的操作和監(jiān)控。就地盤由成套設(shè)備廠家設(shè)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(zhì)工況條件和過程監(jiān)控要求下，選用安全可靠﹑技術(shù)先進(jìn)﹑安裝維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)合理的儀表設(shè)備。本設(shè)計選用的主要儀表設(shè)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(dǎo)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(xiàn)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(hù)空分裝置處于安全區(qū)域，儀表選用非防爆儀表－儀表防護(hù)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(shù)； 開放性強(qiáng)：采用國際開放技術(shù)和標(biāo)，易與其它系統(tǒng)連接，擴(kuò)展功能強(qiáng)； 用戶界面友好：便于用戶組態(tài)和操作； 操作室有2個DCS機(jī)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(jī)，1個輔助操臺，1個工程師站 現(xiàn)場儀表 溫度儀表1) 溫度保護(hù)套管熱電阻、雙金屬溫度計檢測元件須用溫度保護(hù)套管，溫度保護(hù)套管的材質(zhì)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(zhì)溫度不高，集中檢測溫度元件根據(jù)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(hù)盒采用不銹鋼或防鹽霧腐蝕的特殊鋁合金。熱電阻應(yīng)用類型 操作溫度范圍℃ 標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)大到DN80后安裝。溫度儀表的插入深度應(yīng)在管道介質(zhì)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(shè)備的設(shè)計壓力，否則須安裝過壓保護(hù)設(shè)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(zhì)一般為316SS。2)重要場合的氣體和蒸汽流量應(yīng)進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)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(yuǎn)傳液位儀表選用雙法蘭差壓變送器或差壓變送器。關(guān)鍵部位的調(diào)節(jié)閥選用進(jìn)口氣動調(diào)節(jié)閥，其余可選用國產(chǎn)知名品牌的氣動調(diào)節(jié)閥。 分析儀表及在線分析室 空分裝置單獨(dú)設(shè)計1個在線分析室。分析儀設(shè)置在成套供貨的分析儀柜內(nèi)。在線分析室應(yīng)有通風(fēng)系統(tǒng)，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，考慮現(xiàn)場的冷/熱氣候條件，能對在線分析室的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)?？辗盅b置的主要分析儀器（由成套設(shè)備廠家設(shè)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(dǎo)式氬分析儀，總烴分析儀，電導(dǎo)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(shè)開關(guān)。儀表氣源：儀表空氣由空分壓縮機(jī)供給。來自空分裝置的儀表空氣經(jīng)過濾、干燥后，達(dá)到以下儀表空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：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(yīng)及公用工程消耗 原料、輔助材料供應(yīng)空分產(chǎn)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(shù)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(jī)、增壓機(jī)、膨脹機(jī)等動設(shè)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(shù)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(zé)任公司18000Nm3/h內(nèi)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(biāo)：東經(jīng)103176。17′，北緯：35176。58′；永靖縣位于甘肅中部的西南方，蘭州市西側(cè)，臨夏回族自治州北部。甘肅XXXX(集團(tuán))有限責(zé)任公司