BAS02KD空分基本流程.docx

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BAS02KD空分基本流程

基本流程的介绍

PX-OPS-BAS_BP-KD-STD

声明：

该文件仅用于普莱克斯公司内部培训，不能视作SOP，也不能替代COP和CSS。

如对该文件或者你所处普莱克斯公司的某些具体工艺有任何疑问请直接联系你的轮班主管或设备经理。

学习指南

欢迎来到基本流程介绍部分的培训，这些文件是作为培训所用，你可以根据自己的方式来学习该文件。

在知识文件部分你将看到一些信息，并且根据提供的这些信息做一些练习。

当你觉得你已经掌握了这些信息时，你将会参加一些的测试来完成这一部分的培训。

在整个知识文档中部分，你会看到右面的这些标签，他们会帮助明确培训信息的类型。

Keylearningpoint:

关键学习点

Safetyalert:

安全警报

Checkyourknowledge:

检查你的知识

Testyourknowledge:

测试你的知识

在文件的开头部分，你会看到一组学习目的，这些学习目的非常重要，因为他们会告诉你在完成培训后需要掌握哪些知识。

在材料的培训过程中你可能会想将这些学习目的记在脑子里，其实不必这样，因为跟这些学习目标相关的一些信息我们会用关键学习点图标标示出来。

在整个文件中，所有跟安全相关信息都会用安全警报图标标示出来。

在文件中，你可能会碰到一些测试练习（检查你的知识）。

这些练习提供了一个将所学知识和实际工作联系起来的机会。

你应该完成所有的练习测试，因为这样你可以知道你对培训材料掌握了多少。

你可以在知识文件的最后面找到练习材料的答案。

在你读过知识文件和完成了练习材料后，你需要完成与课程有关的笔试部分（测试你的知识），笔试部分完成后，你将会得到一个相应的分数，只有拿到及格的分数才能证明你掌握了该部分的培训。

如果你对该文件里面的内容有任何的疑惑，你应该与你的主管或者设备经理直接联系，他们应该能帮助你了解和掌握关于你所操作设备的一些信息。

目录表

概述1

第一部分：

学习目的1

第二部分：

空气分离工序1

第三部分：

过滤、压缩和净化3

换热器4

第四部分：

透平机和过热器5

上塔和下塔5

第五部分：

过程总结8

第六部分：

双塔流程的功能和操作10

知识检查11

知识检查部分的答案13

结论15

概述

空气分离是指将大气中的空气分离成其基本组成成分，空气中含有78%的氮气、21%的氧气和1%的其他气体。

在空分工厂中，蒸馏法长被用来分离空气。

空气必须液化后才能使用蒸馏法将其各组分分离，该部分将对这一过程的实现做简单的介绍，其他一些更深入知识将会在其它部分罗列出来。

第一部分：

学习目的

在完成这一部分的学习后，你应该能够：

∙解释怎样将空气分离成单一组分

∙明确空分过程所用设备的一些基本知识

第二部分：

空气分离工序

空分工艺流程主要由工厂的类型所决定，一般情况下，影响工厂类型的因素如下：

∙工艺的改变

∙工厂规模的实际大小和产能

∙工厂的产品类型

第三部分：

过滤、压缩和净化

过滤是空分流程的第一步。

空气中含有灰尘和一些大颗粒杂质，空气在流经过滤室（一般由初级过滤和二级过滤部分组成）后将一些灰尘和大颗粒杂质除去，然后通过输送管道进入空气压缩机（BLAC）。

在直接接触后冷却器中，压缩空气被冷却水来水降低到2-3°F

过滤后的空气经过四级压缩过程最终被BLAC压缩到大概90psig，每经过一级，压力都会增加，经过四级后最终达到90psig。

压缩过程中产生的热量在中间冷却器中被移除。

离开BLAC的压缩空气经过后冷却器后其温度降低到2-3°F。

后冷却器的类型有好几种，如单级和两级直接接触式后冷却器（DCA），管壳式后冷却器和双级后冷却器。

从冷却塔流过来的水进入双级直接接触式后冷却器第一级后与空气直接接触，带走周围环境的热量。

从第一级出来的空气进入第二级后，与冷冻水接触，其温度被降低到40–50°F，同时直接接触式冷却器可以将经过压缩机后残留的杂质除掉。

双级后冷却器（DSA）与双级直接接触式冷却器（DCA）相类似，空气在第一级与冷却水接触冷却，在第二级与冷冻水接触冷却，但在DSA里面，水是在管程流动，空气在壳程流动，空气与水不是直接接触的。

换热器

在压缩空气流股进入蒸馏塔之前，有两种基本方法可以将热量从其里面移除。

较老的方法是在逆流换热器前面接一个冷端吸附器或旁滤硅胶吸附器，该方法现在用的比较少，其工作原理我们会在其他章节另作讨论。

目前应用最广泛的方法是在主换热器（PHX）前面接一个纯化器。

当工厂里面用的是纯化器/主换热器（PHX）设备时，空气在进入PHX之前先进入纯化器，纯化器利用分子筛（有时还有一些氧化铝）来除去空气中的CO2、水和其他一些杂质。

纯化器的类型有两种，一种是变温吸附纯化器（TSA），另一种是变压吸附纯化器（PSA）。

目前TSA应用的最广泛，对于PSA的工作原理及操作方法我们会在其他部分另作介绍。

压缩空气离开纯化器后直接进入PHX，在PHX里面压缩空气被污氮和其他一些气体产品冷却。

第四部分：

透平机和过热器

工厂所需要的产品种类（氮气或者氧气）决定了经过膨胀透平机的空气流股是直接流向污氮流股还是直接进入下塔或者上塔。

冷端空气流股直接作为原料进入下塔。

氮气过热器和氧气过热器都是换热器的一种，整个过程中可以有两个氮气过热器，一个用于氮气的生产，一个用于处理污氮。

这些换热器使污氮流股处于过热状态，塔釜流出的液体在经过低比率冷凝器以后变为过冷液体，其作为原料进入上塔。

氧气过热器是用来使从上塔出来的氧气产品处于过热状态，从而带走冷端空气的热量。

过热器里面的所有气体都是用来使冷端空气冷却液化或者达到液化平衡点，从而使进入下塔的原料中含有液体流股。

下塔和上塔

离开冷凝器的液态流股被分成两股，一股回到下塔的管程，里一股在氮气过人气里面被过冷。

进入下塔的空气流股，经过蒸馏以后在塔顶产出纯氮，氧气（35%—40%）在塔釜富集。

液态流股离开下塔塔釜进入氮气过热器成为过冷液体，接着该流股将进入粗氩（低比率）冷凝器，待其在低比率冷凝器里面沸腾后，蒸汽流股和液体流股将一起进入上塔做最后的分离。

从上塔（壳程）顶部流出的一股气态氮在主冷凝器里面液化，这会使沸腾的液态氧含量降低。

离开冷凝器的液氮流股又被分为两条，一条回到下塔的壳程以用作回流流股；另外一条流股（称作壳程流股）在经过氮气过热器过冷后，又被分成两条流股，大的一股进入上塔成为回流流股，剩下的那股将作为高比率氩气精炼流程的制冷剂。

所有在氩气精炼过程中产生的氮气都将进入污氮流股，该流股的冷量在氮气过热器和主换热器中被回收利用。

高纯度的液体流股在接近塔顶的地方进入上塔形成逆流流股，从塔釜出来的液体和蒸汽流股在塔中间考上的部分再次回流进入塔里面。

上塔里面的气态氧气被塔里面的回流流股和主冷却流股浓缩冷凝。

循环吸附器连续的将空气中杂质移除，同时防止CO2和碳氢化合物的富集。

假如系统中没有液氧产品或者从主冷凝器中没有液氧被移除，则应该在该过程加入循环吸附器。

液氧从上塔的顶端排出，经过循环吸附器后再循环回到系统中，液氧在流经循环吸附器的同时，其里面所残留的碳氢化合物（除甲烷和乙烷以外）和CO2杂质将被除去。

循环吸附器在主冷凝器的外部，通过机械泵使液氧在系统中循环。

循环吸附器连续的将液氧里面的污染物除去，同时防止CO2和碳氢化合物等这些可能进入主冷凝器的物质的积聚。

循环吸附器必须具有周期性再生功能，再生标准取决于由主冷凝器里面CO2含量。

气态氧流股流经氧气过热器和主换热器以补充冷量。

气态氧产品在主换热器里面流经低压头（low-pressureheader）系统,在低压头系统中气态氧在氧气压缩机（BLOC）被压缩以后经过管道送给客户。

从上塔顶部来的低压产品氮，经过产品氮过热器、主换热器和氮气吸入集管（nitrogensuctionheader）后进入氮气压缩机（BLNC）,经压缩后进入管道送给客户。

离开上塔的低压污氮在被排出到大气前，使其流经污氮过热器和主换热器以回收其冷量。

从上塔出来进入粗氩（低比率）系统的原料流股，在粗氩系统中经过精馏或者回流过程以使回流流股（从低比率冷凝器）的流量沿着塔板而逐渐降低。

回流流股从粗氩冷凝器中得到部分冷凝的进料气（从低比率塔来的）以降低下塔塔釜的沸腾。

第五部分：

过程总结

经过上面各部分的介绍，在这里我们应该对整个流程进行总结。

下面列出了各个设备的名字和他们的一些功能。

●空气过滤机—除去进料空气中的灰尘和污物。

●空气压缩机（BLAC）—净化后的空气被压缩到90psig，有些生产锅炉的工厂会用一个额外的增压机将空气压缩到650psig。

●后冷却器—压缩空气的温度被进入后冷却器的冷却水降低到2到3°F。

●纯化器—在纯化器里面，空气中的CO2、水和其他一些杂质将被除去。

●主换热器（PHX）—进料空气与出去的产品流股逆向流动，在流经主换热器后直接进入下一个设备。

●空气透平机—补充上塔或者下塔的冷量损失，将过量空气送入污氮流股。

●下塔—冷端空气流股进入下塔，在下塔里面经过精馏或蒸馏过程后，高纯度的氮气蒸汽在塔的顶部产出，液态氧在塔釜富集（下塔塔釜）。

●主冷凝器—使下塔的氮蒸汽冷凝以减少上塔来的沸腾氧。

离开主冷凝器的氮气流股被分成两部分，较大的流股将作为下塔的回流液进入下塔，另一流股在氮气过热器里面被过冷后作为回流流股进入上塔。

这一过程还可以给氩气精炼过程提供一部分冷量，上塔底部的液态氧可以作为主冷凝器的冷凝剂，在主冷凝器里面液态氧沸腾以提供冷量，沸腾变为气态的氧气从主冷凝器的上部被排出作为气态流股进入上塔。

●上塔—氮气蒸汽流股在下塔的顶部被排出，在主冷凝器中被液化。

●氮气过热器—加热污氮和产品氮，同时使下塔塔釜的液体流股过冷进入上塔和低比率冷却器，同时使冷端空气过冷以提供下塔最初的液体进料流股。

●氧气过热器—加热产品氧同时使冷端空气过冷以为下塔提供部分的液体进料流股。

●粗氩（低比率）冷凝器—在进入下塔前使塔釜的氧气富集，同时在经过氮气过热器和低比率冷凝器后直接进入上塔以作为生产高纯氧的最后分离。

●上塔，连续—高纯搁板流体作为回流液从塔的顶部进入，塔釜的富集空气从塔的终点过上的部分进入，氧气蒸汽在塔板间上升时被下降的回流流股冷凝同时在上塔主冷凝器的底部被收集。

气态氧产品从塔板#1和主冷凝器之间被排出。

●循环吸附器（RGT）—液态氧被泵从主冷凝器输送到循环吸附器里面以除去残留在液态氧里面的碳氢化合物和CO2。

●产品蒸发器—有些工厂可能会有产品蒸发器。

在这些工厂里面，所用的氧气都被作为液体移出整个过程，所有的或者部分氧气在产品蒸发器里面蒸发以减少高压空气的进入。

●空气压缩机（BLOC）—上塔来的气态氧产品在经过氧气过热器、主换热器（补充其所需冷量）和低压氮气吸入集管后进入空气压缩机，从空气压缩机出来的产品经过管道直接运送给客户。

●氮气压缩机（BLNC）—使从上塔来的产品氮经过氮气过热器、主换热器（补充其所需冷量）和低压氮气吸入集管后进入氮气压缩机，从氮气压缩机出来的产品经过管道直接运送给客户。

●粗氩（低比率）塔—通过冷凝低比率塔顶部的蒸汽和蒸发低比率塔釜的液体从而实现粗氩气在塔里面的蒸馏过程，达到提高粗氩气纯度的目的。

粗氩气以蒸汽或者液体的形式从塔里面被移出后进入氩气精炼部分，而塔釜的液体和气体将重新回到上塔。

在这个过程中，低比率塔将氩气中大部分氧气所移除。

第六部分：

双塔系统的功能和操作

换热器由精馏塔（上塔和下塔）和主冷凝器（一般被装在塔里面）组成，主冷凝器位于下塔的底部，塔的外层被珠光岩所包裹，这些精馏塔将空气分离生成产品氧、氮、污氮以及作为低比率塔进料的粗氩。

精馏塔一般由两段立式塔体（有些是板式的，有些是填料式的）组成，塔里面的温度和压力都有着严格的控制，空气的分离就发生在上升的蒸汽流股和下降的液体流股相接处这个过程当中。

知识检查

声明：

这里为你提供了一个自我检查的机会，回答下面的问题，并且根据答案部分来检查你的回答结果。

1：

简略描述一下空气分离系统中的净化室的流程图

净化室

2：

左边是设备的名称，右边是对设备功能的描述，将右侧的代号填到与左侧设备名称所对应的空格处。

右边的选线可多次选用或者不用。

设备描述

_______空气透平机A补偿冷量损失

_______BLASB液态氧气从主冷凝器排出，经过循环除去其中所含有的碳氢化合物和CO2

_______PHXC压缩空气被进入的冷却水冷却到2—3°F

_______空气过滤器D净化后的空气经过吸附以其中所含有碳氢化合物和CO2

_______RGTE将灰尘和污物从空气中移除

_______DCAF进料空气被冷却以减少其流出的浪费和产品的生产

_______纯化器G将空气压缩到90psig

知识检测的答案

1：

简略描述一下空气分离系统中的净化室的流程图

净化室

第二页的流程图

2：

左边是设备的名称，右边是对设备功能的描述，将右侧的代号填到与左侧设备名称所对应的空格处。

右边的选线可多次选用或者不用。

设备描述

___A____空气透平机A补偿冷量损失

___G____BLASB液态氧气从主冷凝器排出，经过循环除去其中所含有的碳氢化合物和CO2

___F____PHXC压缩空气被进入的冷却水冷却到2—3°F

___E____空气过滤器D净化后的空气经过吸附以其中所含有碳氢化合物和CO2

___B____RGTE将灰尘和污物从空气中移除

___C____DCAF进料空气被冷却以减少其流出的浪费和产品的生产

___D____纯化器G将空气压缩到90psig

结论

恭喜你完成了这部分的学习，你现在应该能够：

●解释如何将空气分离成单一组分

●明确在空气分离过程中所用到的各种设备部件

在确信自己已经掌握了这部分内容后，请完成该部分的测试。

如果对所学知识存在任何疑问，你应该复习一下这部分知识文件或者请教你的轮班主管

或设备经理。