【正文】 氧機(jī)的換熱和雜質(zhì)清除凈化有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。其中上塔的液氧和下塔氣氮換熱，液氧蒸發(fā)后一部分作為產(chǎn)品氣體引出，另一部分為上塔提供上升蒸汽，氣氮冷凝后為上下塔提供回流液。短管式用于中壓小型制氧機(jī)，因其傳熱系數(shù)較低，所以需要取較大的主冷溫差，通常為2～℃；長(zhǎng)管式、板式用于中、大型全低壓制氧機(jī)。在全低壓流程中主冷溫差取的較小，～℃。如我公司現(xiàn)運(yùn)行的所有設(shè)備的主冷都是板式冷凝器。過(guò)冷器的作用是使下塔來(lái)的液空、純液氮、污液氮和從上塔抽出的氧、氮、污氮?dú)鈸Q熱，使液體過(guò)冷。同時(shí)回收了從上塔出來(lái)的純氮?dú)?、污氮?dú)獾睦淞?，因此，高、中、全低壓流程中均采用。就其結(jié)構(gòu)來(lái)講，有板翅式及管式兩種。膨脹前、后換熱器在流程中有的設(shè)置膨脹前換熱器，有的設(shè)置膨脹后的換熱器。膨脹后換熱器的作用能夠降低膨脹后氣體的過(guò)熱度又保持膨脹量不變。因此，目前全低壓流程大都采用膨脹后換熱器。為此，在本節(jié)內(nèi)對(duì)全低壓切換式換熱器凍結(jié)流程與增壓分子篩凈化流程進(jìn)行詳細(xì)比較。而在增壓分子篩凈化流程中，只需少量污氮?dú)庾鳛榉肿雍Y純化器的再生氣。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，進(jìn)入上塔空氣量大為減少，參與一次精餾的加工空氣量增加，氮提取率提高。降低能耗切換時(shí)間比切換式換熱器切換時(shí)間大為延長(zhǎng)，從而大大減少了切換損失 ，％－4％，％。％－2％。而分子篩凈化器增壓流程，幾乎能夠完全清除二氧化碳，即使臨近純化器切換時(shí)，空氣中二氧化碳含量小于1106, 因而運(yùn)轉(zhuǎn)周期可達(dá)兩年以上。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，因而板翅式切換式換熱器的使用壽命短。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?？s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。經(jīng)過(guò)對(duì)比得知，安裝周期可縮短4～6個(gè)月，并節(jié)省了安裝費(fèi)用。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工況穩(wěn)定，有利于提高氧、氮、氬等產(chǎn)品產(chǎn)量。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℃，這樣的空氣是相當(dāng)干燥和干凈的空氣，完全可以作為解凍氣體使用，因而不需要專門(mén)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。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。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要求，受自清除工況的約束。（2） 制冷：空氣的液化為使空氣液化，需要獲得低溫，工業(yè)上常用兩種方法，即空氣通過(guò)節(jié)流閥或膨脹機(jī)的膨脹制冷獲得低溫，甚至液化。 空氣的液化 流膨脹效應(yīng)通常把高壓流體流經(jīng)管道中的小孔后壓力顯著降低的過(guò)程稱為節(jié)流。在實(shí)際工作中，為了調(diào)節(jié)，通常用節(jié)流閥代替節(jié)流孔。這是節(jié)流過(guò)程的基本特點(diǎn)，因此節(jié)流過(guò)程可看作是近似的絕熱過(guò)程。這種現(xiàn)象叫節(jié)流效應(yīng)（焦耳－湯姆遜效應(yīng)）。節(jié)流特點(diǎn)：節(jié)流效應(yīng)與節(jié)流前的壓力和溫度有關(guān)。節(jié)流前的壓力增高，節(jié)流效應(yīng)變小。 膨脹制冷氣體對(duì)外做功的機(jī)器稱為膨脹機(jī)。高壓氣體等熵膨脹時(shí)向外輸出機(jī)械功，這樣消耗了大量的氣體內(nèi)能（焓值減?。?。這樣氣體分子的內(nèi)能和動(dòng)能在等熵膨脹時(shí)大量消耗，從而降低了氣體溫度。氣體等熵膨脹產(chǎn)生的溫差，不但隨著膨脹前后的壓力比值增大而增加，而在膨脹前后壓力不變的情況下，還隨著膨脹前的溫度的變化而變化。但不是無(wú)限制的，而是在合理的等熵效應(yīng)范圍內(nèi)進(jìn)行。但節(jié)流過(guò)程用節(jié)流閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，并且可以工作在氣液兩相區(qū)內(nèi)。而作為用來(lái)使氣體膨脹輸出外功以產(chǎn)生冷量的膨脹機(jī)，則是能夠?qū)崿F(xiàn)接近絕熱等熵膨脹過(guò)程的一種有效機(jī)械。對(duì)于空分設(shè)備來(lái)說(shuō)，低溫精餾裝置冷量損失的及時(shí)補(bǔ)充、產(chǎn)品產(chǎn)量的有效調(diào)節(jié)等都使得為其提供充足冷量的膨脹機(jī)顯得尤為重要。工質(zhì)在透平膨脹機(jī)的流通部分中膨脹獲得動(dòng)能，并由工作輪軸端輸出外功，因而降低了膨脹機(jī)出口工質(zhì)的內(nèi)能和溫度。按工質(zhì)在膨脹過(guò)程所處的狀態(tài)，可分為氣相透平膨脹機(jī)和兩相透平膨脹機(jī)。根據(jù)透平膨脹機(jī)的軸承不同形式，可分為油軸承透平膨脹機(jī)、氣體軸承透平膨脹機(jī)和磁軸承透平膨脹機(jī)?，F(xiàn)代空分設(shè)備普遍采用的是向心徑－軸流反動(dòng)式透平膨脹機(jī)，它具有焓降大、允許轉(zhuǎn)速高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和熱效率高的特點(diǎn)。它由膨脹機(jī)通流部分（由蝸殼、噴嘴、工作輪、擴(kuò)壓器組成）、制動(dòng)器及機(jī)體三部分組成。膨脹工質(zhì)由進(jìn)氣管進(jìn)入蝸殼，被均勻地分配進(jìn)入噴嘴；經(jīng)過(guò)噴嘴膨脹，降低了壓力和溫度后進(jìn)入工作輪，在工作輪中工質(zhì)進(jìn)一步膨脹做功；然后經(jīng)由擴(kuò)壓器排入膨脹機(jī)的出口管道，而膨脹功則由工作輪相連的主軸向外輸出。以使透平膨脹機(jī)有一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行條件。pv=ZRT式中：p－絕對(duì)壓力，Pa； v－氣體比體積，m3/kg； R－氣體常數(shù)，J/（kg壓縮性系數(shù)可由Z－p圖表中查得。式中：－質(zhì)量流量（膨脹氣量），kg/s； －氣體密度，kg/m3； 、－氣體在兩個(gè)狀態(tài)下的速度，m/s； －垂直c的流道截面積，m2；從上式中可看出，當(dāng)流體體積流量一定時(shí)，流道截面積和氣體速度成反比關(guān)系。（）=ZRT1上式適用于有摩擦的不可逆的絕熱流動(dòng)過(guò)程。內(nèi)部損失影響膨脹機(jī)的等熵效率；外部損失只對(duì)膨脹功的回收和利用率有影響。在氣流流經(jīng)的通道中，因氣流與壁面、氣流與氣流之間的摩擦和沖擊而引起的損失等統(tǒng)稱為流道損失。綜合起來(lái)，影響透平膨脹機(jī)等熵效率的主要損失有5種。它與氣體流動(dòng)速度、噴嘴葉片葉型、葉片高度，葉片表面粗糙度及葉片出口邊緣（尾部）厚度等因素有關(guān)。當(dāng)氣體流經(jīng)葉輪流道時(shí)，由于葉片型線、表面粗糙度等因素引起的摩擦損失，氣體流動(dòng)時(shí)的渦流和沖擊損失等。實(shí)際上，氣體在擴(kuò)壓器中的流動(dòng)是一種壓縮過(guò)程，需要消耗部分能量。這兩部分能量的損失稱余速損失。緊靠輪背、輪蓋的那部分氣體附著在葉輪上，以和輪背、輪蓋相同的圓周速度運(yùn)動(dòng)，而緊靠殼體的那部分氣體則和殼體一樣，是靜止不動(dòng)的，在這個(gè)間隙中形成了一個(gè)速度梯度。這部分摩擦功又轉(zhuǎn)換成熱量，通過(guò)葉輪把熱量傳給氣體，提高了工作氣體出工作輪時(shí)的比焓值，因而降低了制冷量。對(duì)閉式葉輪，在輪蓋處采用迷宮密封，有一小股工作輪前未經(jīng)噴嘴的氣流，經(jīng)密封器與葉輪間的縫隙漏出，它與經(jīng)工作輪噴嘴后的低比焓氣體在葉輪出口處匯合，從而使葉輪出口處氣體的比焓升高，降低了膨脹機(jī)的制冷量，這種損失稱為內(nèi)泄漏損失。工作輪的一小股氣流，經(jīng)輪盤(pán)外側(cè)與殼體之間的縫隙，沿軸向外界泄漏，這種損失稱為外泄漏損失。透平膨脹機(jī)組 透平膨脹機(jī)的調(diào)節(jié)性能曲線 將透平膨脹機(jī)中一些主要參數(shù)之間的相互關(guān)系用曲線形式表示出來(lái)，稱為透平膨脹機(jī)的性能曲線。制動(dòng)器作用是消耗透平膨脹機(jī)的功，控制其轉(zhuǎn)速，維持膨脹機(jī)在最高效率點(diǎn)運(yùn)行，同時(shí)也防止透平膨脹機(jī)“飛車”。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，機(jī)組緊湊，造價(jià)低，維護(hù)操作方便。⑵ 電機(jī)制動(dòng)是在工作輪同軸裝上發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，將膨脹機(jī)的功轉(zhuǎn)換為電能送入電網(wǎng)。缺點(diǎn)是設(shè)備成本高。優(yōu)點(diǎn)是增加單位制冷量。在調(diào)節(jié)過(guò)程中，有時(shí)質(zhì)和量同時(shí)發(fā)生改變，不易區(qū)分。是質(zhì)和量同時(shí)改變的一種調(diào)節(jié)方法。這種調(diào)節(jié)不改變氣體在膨脹機(jī)進(jìn)出口的狀態(tài)參數(shù)，在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)冷量時(shí)，仍然保持機(jī)器較高的等熵效率。 透平膨脹機(jī)組透平膨脹機(jī)組由主體、制動(dòng)器、潤(rùn)滑系統(tǒng)、氣封系統(tǒng)、自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)組成。透平膨脹機(jī)主要由膨脹機(jī)蝸殼、噴嘴環(huán)、轉(zhuǎn)子、出口擴(kuò)壓器、軸承箱、密封系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)等組成。主軸的一端裝有膨脹機(jī)工作輪，另一端裝有增壓機(jī)葉輪或風(fēng)機(jī)葉輪等。共振時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。典型的結(jié)構(gòu)如下圖23：圖 23 ⑵軸承在透平膨脹機(jī)中，一般采用滑動(dòng)軸承。⑶ 密封密封一般分為內(nèi)密封和軸密封。在工作輪背面，低溫氣體會(huì)沿軸間向外泄漏，減少了透平膨脹機(jī)的制冷量；另外，由于冷量的泄漏還會(huì)導(dǎo)致軸承潤(rùn)滑油的固化，造成事故，因此需要設(shè)置可靠的軸密封。對(duì)于反動(dòng)式透平膨脹機(jī)，約有50％的比焓降在噴嘴內(nèi)完成。潤(rùn)滑系統(tǒng)包括油箱、齒輪油泵、油過(guò)濾器、油壓容器等。油壓容器的作用是貯存一定壓力的潤(rùn)滑油，一旦發(fā)生油泵停轉(zhuǎn)時(shí)可以供油3～5分鐘，以此保護(hù)膨脹機(jī)。潤(rùn)滑油循環(huán)使用，在軸承處除起潤(rùn)滑作用外，還可以冷卻軸承，將高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量帶走，因此潤(rùn)滑油需要冷卻，確保軸溫低于65℃。自動(dòng)（聯(lián)鎖）保護(hù)系統(tǒng)為保證膨脹機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)，透平膨脹機(jī)組設(shè)有相應(yīng)的保護(hù)系統(tǒng)。⑴ 防喘振系統(tǒng)本系統(tǒng)主要由流量監(jiān)測(cè)儀表、轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)、繼電器、電磁閥、氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥組成。⑵ 油壓保護(hù)系統(tǒng)本系統(tǒng)由油壓監(jiān)測(cè)儀表、齒輪油泵、繼電器、電控部分等組成。當(dāng)由于某種原因?qū)е掠蛪航档瓦_(dá)到聯(lián)鎖值時(shí)，輔助油泵就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，保證了膨脹機(jī)供油的穩(wěn)定。正常情況下，密封氣通過(guò)迷宮密封，保證了增壓機(jī)的潤(rùn)滑油不會(huì)泄漏進(jìn)入氣路，同時(shí)也防止了膨脹端冷量沿軸串漏。⑷ 自動(dòng)停車系統(tǒng)當(dāng)監(jiān)測(cè)參數(shù)（油壓、軸溫、轉(zhuǎn)速）發(fā)生變化達(dá)到聯(lián)鎖停車值時(shí)，膨脹機(jī)的入口電磁閥、增壓機(jī)回流電磁閥會(huì)失電，在3秒內(nèi)，所控氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥會(huì)在彈簧的作用下自動(dòng)回到初始位置，即回流閥全開(kāi)，進(jìn)口閥全關(guān)。一般增壓機(jī)制動(dòng)透平膨脹機(jī)組的控制聯(lián)鎖要求項(xiàng) 目報(bào) 警連 鎖說(shuō) 明供油壓力低△設(shè)定啟動(dòng)條件供油壓力過(guò)低△△間隙與出口間差壓高△△軸承溫度高△軸承溫度過(guò)高△△膨脹機(jī)密封氣壓力低△設(shè)定油泵啟動(dòng)條件增壓機(jī)密封氣壓力低設(shè)定油泵啟動(dòng)條件轉(zhuǎn)速高△轉(zhuǎn)速過(guò)高△△增壓機(jī)出口壓力控制自動(dòng)調(diào)節(jié)增壓機(jī)出口壓力高△自動(dòng)全開(kāi)回流閥油箱油溫控制≤15℃加溫，≥25℃加溫終設(shè)定啟動(dòng)條件油泵失電△膨脹機(jī)密封氣與間隙差壓自動(dòng)維持回流閥位全開(kāi)為啟動(dòng)條件軸振動(dòng)大△軸振動(dòng)過(guò)大△⑸ 安全保護(hù)系統(tǒng)在增壓機(jī)出口、膨脹機(jī)出口都設(shè)有安全閥，當(dāng)相應(yīng)的氣路部分出現(xiàn)壓力升高，而且超過(guò)安全閥的整定值時(shí)，安全閥起跳，把壓力降到安全范圍內(nèi)。加溫注意事項(xiàng)：確保密封氣暢通，潤(rùn)滑油壓力正常；先打開(kāi)緊急切斷閥和噴嘴葉片后才可通加溫氣體，以免損壞機(jī)器；膨脹機(jī)加溫完畢后進(jìn)出口閥門(mén)必須關(guān)嚴(yán)，使得加溫后的膨脹機(jī)在長(zhǎng)期停車期間避免冷氣體進(jìn)入潤(rùn)滑油腔，使軸承過(guò)冷損壞。這些雜質(zhì)隨空氣進(jìn)入空壓機(jī)與空氣分離裝置中會(huì)帶來(lái)較大的危害。而水蒸氣和二氧化碳在加工空氣冷卻的過(guò)程中會(huì)首先凍結(jié)析出，將堵塞設(shè)備及氣體通道，致使空分裝置無(wú)法生產(chǎn)?？諝鈨艋饕盖宄諝庵械臋C(jī)械雜質(zhì)、水分和二氧化碳。過(guò)濾法是利用過(guò)濾材料把空氣中顆粒狀雜質(zhì)清除的方法。 固體雜質(zhì)的清除 過(guò)濾除塵原理及性能指標(biāo)過(guò)濾作用對(duì)于大的塵粒用其重力或慣性力、離心力使之沉降。空分裝置加工空氣污染中的塵粒是微小的，通常小于10μm，所以空氣污染過(guò)濾器多采用擴(kuò)散粘附的原理，相應(yīng)的過(guò)濾器有表面式或內(nèi)部過(guò)濾式過(guò)濾器，表面過(guò)濾的濾料為布、網(wǎng)等織物或過(guò)濾紙。除塵效率的定義是過(guò)濾器所捕集的塵量占?xì)怏w帶入過(guò)濾器總塵量的百分比。一般規(guī)定，%，就需要更換濾料。干式過(guò)濾器屬于表面式過(guò)濾器，靠織物網(wǎng)眼阻擋塵粒；濕式過(guò)濾器靠油膜粘附灰塵?？諝鈴捻敳窟M(jìn)入，經(jīng)分配器后流入袋內(nèi)，經(jīng)濾袋過(guò)濾后由下部流出。當(dāng)灰塵在濾袋上積累到使壓差達(dá)到1200Pa時(shí)，反吹羅茨風(fēng)機(jī)及反吹環(huán)自動(dòng)啟動(dòng)，反吹空氣通過(guò)膠皮軟管進(jìn)入過(guò)濾器內(nèi)的反吹裝置，并設(shè)有限位開(kāi)關(guān)，能上下來(lái)回移動(dòng)，反吹空氣經(jīng)過(guò)分配管至反吹環(huán)局部反吹濾袋，不需停止或切換過(guò)濾器就使整個(gè)濾袋均能被反吹干凈。被反吹下來(lái)的灰塵落入 底部灰斗，定時(shí)由星形閥排出。并且過(guò)濾后的空氣中不含油分，操作方便。其缺點(diǎn)是過(guò)濾速度較高，阻力較大，高達(dá)1200Pa；對(duì)濕度太大的地區(qū)或季節(jié)，濾袋易被堵塞。自潔式過(guò)濾器由高效過(guò)濾筒、文氏管、自潔專用噴頭、反吹系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、凈氣室和出風(fēng)口、框架等組成。當(dāng)空氣穿過(guò)高效濾筒時(shí)，粉塵由于重力、靜電和接觸等被阻留在濾筒外表面，凈化空氣進(jìn)入凈氣室，然后經(jīng)出風(fēng)管引出。（3）清灰過(guò)程有3種方式：定時(shí)定位，可任意設(shè)定間隔時(shí)間和自潔時(shí)間；差壓自潔，當(dāng)壓差超指標(biāo)時(shí)，進(jìn)入自動(dòng)連續(xù)自潔；手動(dòng)自潔，當(dāng)電控箱不工作或粉塵較多時(shí)，可采用手動(dòng)自潔。自潔式過(guò)濾器核心部件過(guò)濾筒，采用進(jìn)口RK300高效防水濾紙，經(jīng)特殊工藝生產(chǎn)而成。采用電腦控制機(jī)電一體化，安裝簡(jiǎn)單便捷，只需配管通電、通氣即可工作。② 過(guò)濾效率比一般過(guò)濾器提高5％～10％。④ 耗氣少，～，電容量約為100～500W。⑥ 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備輕，為同容量的布袋式過(guò)濾器及其它過(guò)濾器的1/2左右。外表面采用高級(jí)防腐船用漆，保證室外環(huán)境下長(zhǎng)期不受腐蝕。 自清除在全低壓切換式換熱器的流程中，切換式換熱器在換熱的同時(shí)凍結(jié)清除空氣中的水分及二氧化碳，這稱之為自清除。經(jīng)一定時(shí)間間隔，自動(dòng)切換并讓低壓的干燥返流氮?dú)馔ㄟ^(guò)該通道，使這段凍結(jié)在通道內(nèi)的水分和二氧化碳在該氣流中蒸發(fā)、升華而被帶走，保證通道暢通，再次自動(dòng)切換，空氣再次通過(guò)，水分和二氧化碳又被凍結(jié)在通道內(nèi)，為此，自清除是水分、二氧化碳凍結(jié)與蒸發(fā)升華交替進(jìn)行的過(guò)程。 飽和與未飽和空氣中水蒸氣的含量隨著時(shí)間、地點(diǎn)和環(huán)境條件的不同會(huì)發(fā)生變化。通常把水蒸氣含量已達(dá)到最大值的空氣叫“飽和空氣”，把水蒸氣含量尚低于最大值的空氣叫“未飽和空氣”。例如空氣溫度在20℃，在30℃。在一定溫度下空氣的最大含水量所對(duì)應(yīng)的水蒸氣分壓力，稱作飽和蒸氣壓，水蒸氣分壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度為“露點(diǎn)”。絕對(duì)濕度只表示空氣中所含水分量的多少，但不足以表明空氣是否還有繼續(xù)吸收水分的能力，因此，常用相對(duì)濕度來(lái)表示空氣中水蒸氣的相對(duì)含量，即空氣的潮濕程度。因?yàn)槊縨3空氣中飽和水分含量?jī)H與溫度有關(guān)，所以當(dāng)壓力提高而溫度不變時(shí)，每m3空氣中飽和水分含量不變，但壓力越高，空氣的重度越大，即每m3空氣質(zhì)量越大。對(duì)于未飽和空氣，空氣中的水蒸氣尚處于過(guò)熱狀態(tài)，在一定溫度下提高壓力，則水蒸氣分壓力達(dá)到飽和蒸氣壓力時(shí)，就變成飽和空氣。如果空氣中二氧化碳的分壓力等于飽和蒸氣壓，就會(huì)有二