空分設(shè)備預(yù)冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

蔣 旭，江楚標(biāo)，徐偉民，丁友勝，趙小瑩

（中空能源設(shè)備有限公司，浙江杭州310052）

空分設(shè)備預(yù)冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

蔣 旭，江楚標(biāo)，徐偉民，丁友勝，趙小瑩

（中空能源設(shè)備有限公司，浙江杭州310052）

介紹了預(yù)冷純化系統(tǒng)的重要性，對一般空分裝置的除雜、預(yù)冷系統(tǒng)性能的設(shè)計(jì)加以詳盡闡述?？辗衷O(shè)備預(yù)冷在成套流程中有舉足輕重的作用，所以組織設(shè)計(jì)合理的預(yù)冷系統(tǒng)不僅可以滿足流程需要，還可以使成套裝置的投資與運(yùn)行費(fèi)用保持較好的合理性與經(jīng)濟(jì)性。

空分設(shè)備；預(yù)冷系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1 前言

當(dāng)前空分設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已日趨成熟，隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，特別是國內(nèi)冶金、石化、煤化工等行業(yè)的迅猛發(fā)展，對大型空分裝置的需求迅速增長，使得空分設(shè)備不斷向大型，更加精細(xì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加準(zhǔn)確的方向發(fā)展，分系統(tǒng)保障設(shè)計(jì)的理念已經(jīng)為廣大技術(shù)人員所認(rèn)同。而不管大小每個(gè)系統(tǒng)對整套空分設(shè)備來說都是牽一發(fā)而動(dòng)全身，一個(gè)系統(tǒng)出問題或者不合格，則會導(dǎo)致后續(xù)工藝一系列不合格或者無法進(jìn)行，甚至產(chǎn)生較大的安全影響。預(yù)冷和純化系統(tǒng)作為原料氣體進(jìn)入冷箱內(nèi)的常溫處理工藝，在空分裝置中的地位舉足輕重，只有滿足裝置要求，低溫精餾工藝才能順利進(jìn)行，任何一個(gè)系統(tǒng)出問題，都會影響空分設(shè)備正常運(yùn)行甚至導(dǎo)致故障停車。預(yù)冷系統(tǒng)的流程組織及單體設(shè)備的性能對整套空分裝置的性能影響重大，在設(shè)計(jì)中不容忽視。

2 預(yù)冷系統(tǒng)性能的設(shè)計(jì)

由于空分設(shè)備一般是面向冶金、化工及石化等行業(yè)，空氣當(dāng)中化學(xué)物質(zhì)較多，這也是空分設(shè)備需要解決的問題。

大氣中二氧化硫、氧化氮、硫化氫、氯化氫、氯、氨等雜質(zhì)經(jīng)空冷塔后被水洗滌，而一氧化氮不能被水洗滌清除，也不能被分子篩吸附。

（1）0.595 MPa(A)下不同溫度出氣含水（為摩爾分?jǐn)?shù)，除以1.6即為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，飽和氣態(tài)）及空塔頂端筒體出口流速見表1。

表1 飽和（氣態(tài)）及空塔頂端筒體出口流速

（2）12℃時(shí)不同壓力下進(jìn)氣含水（飽和氣態(tài)）及空塔頂端筒體出口流速見表2。

由此可以看出一定壓力下，隨著氣體溫度的升高，7℃時(shí)的含水量（氣態(tài)飽和）是10℃時(shí)的82.5%，12℃時(shí)的含水量（氣態(tài)飽和）是10℃時(shí)的117.5%，15℃時(shí)的含水量（氣態(tài)飽和）是10℃時(shí)的142.5%，21℃時(shí)的含水量（氣態(tài)飽和）是10℃時(shí)的207%。

表2 12℃時(shí)不同壓力下進(jìn)氣含水（飽和氣態(tài)）及空塔頂端筒體出口流速

一般分子篩純化器設(shè)計(jì)進(jìn)氣溫度要求小于15℃，一般以12℃以下為設(shè)計(jì)點(diǎn)，但是裝置在運(yùn)行過程中，如果外加冷源出現(xiàn)故障，或者冷凍水泵量小甚至停機(jī)時(shí)，導(dǎo)致空冷塔出口溫度時(shí)常達(dá)到21℃左右，這樣將導(dǎo)致出口空氣中含水量（氣態(tài)）幾乎是設(shè)計(jì)溫度10℃的2倍。

而在12℃時(shí)，隨著壓力的降低（從595 kPa(A)降低至450 kPa(A)，含水量（氣態(tài)）增大30%，而流速此時(shí)由0.72 m/s增大到0.95 m/s，空冷塔的水氣比為0.41，阻力600 Pa/m，而空冷塔用散堆填料覫50鮑爾環(huán)的比表面積a為112 m2/m3；孔隙率ε為0.901，填料因子120 L/m，堆積密度75 kg/m3，對于填料流體力學(xué)和傳質(zhì)性能的最基本特性為比表面積和孔隙率，a/ε常稱為干填料因子，其值小表明它的處理能力較大。而隨著空塔汽速的增大，向上流動(dòng)的汽體對液膜流動(dòng)產(chǎn)生了牽制作用，隨著空塔汽速的增長，液膜下降逐漸減小，因此床層中液體持有量持續(xù)增加，這時(shí)阻力隨著氣速的增加增大得更快，當(dāng)增加到一定程度時(shí)，氣體流動(dòng)和液體流動(dòng)之間產(chǎn)生了嚴(yán)重的交互作用，最后，液相轉(zhuǎn)變成連續(xù)相，氣相成為分散相，鼓泡通過床層，與此相對應(yīng)的空塔汽速為液泛汽速。液泛汽速是空塔汽速的上限。由美國化學(xué)工程師手冊中?？颂?970年版的通用壓降關(guān)聯(lián)圖，查圖并計(jì)算各值后得到，在此壓力及水氣比之下，泛點(diǎn)汽速為：0.9618 m/s，要求空塔汽速超過此值時(shí)停車，以防止發(fā)生液泛造成大量水涌出，同時(shí)阻力值增大，而阻力增大大約是汽速增大的2.5倍，當(dāng)流速增大至0.95 m/s時(shí)，阻力值為1080 Pa/m，即（（0.95/0.72-1)×2.5+1)×600 Pa，一般推薦鮑爾環(huán)每米阻力500～800 Pa，當(dāng)阻力值大于800 Pa時(shí)，傳質(zhì)傳熱效率急劇下降（汽體影響液膜流動(dòng)），此時(shí)對應(yīng)汽速為0.816 m/s，即（（800/600-1)/2.5+1)×0.72（也叫載點(diǎn)汽速，到達(dá)或者在此值以下應(yīng)設(shè)置報(bào)警值），通常最大操作能力比填料允許阻力最大值對應(yīng)汽速（即載點(diǎn)汽速）小5%～10%，即設(shè)計(jì)汽速要求為0.775 m/s以下。

而對于氣體出口段，氣體通過分布器通道截面一般會減小至1/3，導(dǎo)致流速增大3倍，本例中為3×0.72 m/s=2.16 m/s，上升氣離開填料時(shí)速度上升，大于液泛點(diǎn),肯定會導(dǎo)致帶液，一般設(shè)置一段上升氣液分離段（液滴先做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，當(dāng)液滴表面推動(dòng)力與重力相等時(shí)，做勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)表面推動(dòng)力小于重力時(shí)，做減速運(yùn)動(dòng)開始?xì)庖悍蛛x，一般以除去1000滋m直徑以上的液滴為臨界值，分離空間高度為0.8 m，以100μm直徑以上的液滴為臨界值，分離空間高度為2.285 m），出口設(shè)置除霧器除去液態(tài)水滴（氣液分離空間不足，會致使除霧器處理負(fù)荷增大）。而除霧器的最佳操作氣速為1.1 m/s～1.6 m/s，分離大于5μm直徑以上的液滴，以此粒子直徑計(jì)算，以10%的除霧器出口截面積上（直徑3 m，氣速1.1 m/s，筒體直徑3.5 m）布滿液膜，則每小時(shí)進(jìn)入的液態(tài)水質(zhì)量為9 m2×0.785×5μm（厚度）× 1000 kg/m3×0.1×3600=127.18 kg，占空冷塔出口總質(zhì)量的0.07%，效果不好則會大于此值。

由此可知，氣體總流量140000 m3/h（質(zhì)量流量181439 kg/h）595 kPa(A)時(shí)的空氣當(dāng)中所含氣態(tài)水為：0.235%/1.6=0.1469%，質(zhì)量為266.5 kg；帶出的液態(tài)水質(zhì)量為：127.18 kg；液態(tài)水為氣態(tài)水一半左右。

而空塔流速增大，會導(dǎo)致液體霧沫化（液體表面膜擾動(dòng)）程度加大，進(jìn)而導(dǎo)致出口帶粒子水截面積比例值上升，從而帶水量激增。所以實(shí)際上空冷塔帶水由飽和氣態(tài)和微小直徑液態(tài)水兩部分組成，而飽和氣態(tài)水由壓力與溫度決定，微小直徑液態(tài)水則是由氣體流速、分布器氣體通道率、上升氣氣液分離空間高度、出口除霧器效果等幾個(gè)因素決定。

影響預(yù)冷系統(tǒng)降溫效果的因素很多，如：噴淋水量、噴淋設(shè)備的結(jié)構(gòu)、設(shè)備的傳熱傳質(zhì)效率等等。其中關(guān)鍵的因素是水—?dú)獗龋磭娏芩颗c氣體流量的比值。因?yàn)榈獨(dú)獾娘柡秃渴怯幸欢ㄏ薅鹊模栽谒渌兴疁啬軌蚪档偷某潭?，首先取決于水—?dú)獗取Ｋ獨(dú)獗却髸r(shí)，水的溫降數(shù)值小，因而空氣不可能被冷卻到比較低的溫度；水—?dú)獗刃r(shí)，水氣之間的接觸面積小，傳熱、傳質(zhì)條件差，空氣溫度也難以降低。因此應(yīng)有最佳水—?dú)獗却嬖?，此時(shí)空氣被冷卻后的溫度達(dá)最低值，若忽略了這個(gè)原理，水冷塔的噴啉水量在設(shè)計(jì)中沒有優(yōu)化到最佳值，將降低氮水預(yù)冷系統(tǒng)的降溫效果。水冷塔的降溫效果越好，空分裝置的能耗越低。

3 預(yù)冷系統(tǒng)外加冷源的選取

空氣分離設(shè)備的進(jìn)氣溫度取決于季節(jié)、氣候、安裝地點(diǎn)及對空氣的預(yù)冷程度。冷箱內(nèi)進(jìn)氣溫度升高將使得：（1）對于外壓縮流程來說，先進(jìn)溫節(jié)流效應(yīng)下降，膨脹空氣量增大，產(chǎn)品能耗增加，內(nèi)壓縮則影響不大；（2）純化系統(tǒng)吸附器工作條件惡化，清除H2O的負(fù)荷加重；（3）主換熱器熱負(fù)荷增大，換熱面積增大；（4）空氣分離設(shè)備的工況趨于不穩(wěn)定，采取措施降低空氣分離設(shè)備的進(jìn)氣溫度，具有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，所以設(shè)置預(yù)冷系統(tǒng)降低進(jìn)氣溫度是一項(xiàng)有效的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能措施。

大型空分的預(yù)冷系統(tǒng)一般均采用氮水預(yù)冷系統(tǒng)，且與壓縮機(jī)的末級冷卻器合并，即取消末級冷卻器，將其熱負(fù)荷移到空冷塔中，空氣在空冷塔下部被常溫冷卻水冷卻，再經(jīng)上部低溫冷凍水進(jìn)一步冷卻低溫冷凍水來自水冷塔，在水冷塔中，水被空分返流的干燥污氮?dú)猓ú糠炙?，使污氮?dú)怙柡停├鋮s。這就是直接接觸式氮水預(yù)冷系統(tǒng)的工作原理。

在流程組織型式上，氮水預(yù)冷系統(tǒng)可分為兩類：即有外加冷源和無外加冷源的預(yù)冷系統(tǒng)，其中有外加冷源的預(yù)冷系統(tǒng)又可按冷源的不同種類分為：冷水機(jī)組提供外加冷源和液氨蒸發(fā)提供外加冷源兩種，而液氨蒸發(fā)提供冷源適合于有液氨條件的化工行業(yè)廠家（設(shè)計(jì)時(shí)要求滿足無氨工況運(yùn)行）。對于大型空分裝置的預(yù)冷系統(tǒng)是否需要外加冷源，即當(dāng)?shù)獨(dú)猱a(chǎn)品量與氧氣產(chǎn)品量之比小于1時(shí)，僅靠水冷塔降低水溫，就能將出空冷塔空氣溫度降至12℃左右時(shí)，可采取無外加冷源的預(yù)冷系統(tǒng)，而當(dāng)無外加冷源的前提下出空冷塔空氣溫度較高時(shí)，雖然亦可采用增加分子篩用量，加大主換熱器的換熱面積等措施組織流程，但與增加外加冷源的流程相比有以下不足之處：首先從制冷的基本理論而言，有外加冷源的低溫制冷循環(huán)，由于進(jìn)氣溫度降低而循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性提高，因?yàn)槠湓谳^高溫度下的制冷量通過低溫制冷循不被轉(zhuǎn)移到低溫下，而同樣數(shù)量的冷量在低溫下的品質(zhì)更高，即獲得同樣多的冷量，溫度越低消耗的功越多（當(dāng)然還與制冷機(jī)組的COP值有關(guān)）。其次，無外加冷源的條件下，由于進(jìn)純化系統(tǒng)吸附器的溫度較高，分子篩吸附劑用量提高，再生氣量增加，去水冷塔的污氮量減少，出空冷塔的空氣溫度上升，預(yù)冷、純化系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)影響，在夏季氣溫較高的惡劣條件下，若無外加冷源，預(yù)冷、純化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，將缺乏有力的保障。

一般有外加冷源有以下幾種：

（1）制冷劑為氟利昂

氟利昂在低壓下到達(dá)飽和溫度后蒸發(fā)吸熱，制冷機(jī)組就是利用這一特性進(jìn)行制冷。采用氟利昂為工質(zhì)的制冷機(jī)組的壓縮機(jī)有活塞機(jī)和螺桿機(jī)和離心式三種?；钊竭m合小型機(jī)組，價(jià)格較為便宜；離心式適合較大型機(jī)組，在空分當(dāng)中應(yīng)用不多；螺桿機(jī)工作時(shí)間長，制冷量范圍較大，應(yīng)用范圍最廣。對于螺桿機(jī)來說，雙螺桿需要噴油潤滑，壓縮工質(zhì)與潤滑油是混合在一起的，采用內(nèi)置油分離器將其與制冷劑分離；單螺桿只需少量要冷凍機(jī)油即可，其制冷劑是干凈的，價(jià)格較占優(yōu)勢；蒸發(fā)器有干式和滿液式兩種，同時(shí)可增加熱回收。

氟利昂工質(zhì)的制冷機(jī)組在空分設(shè)備中的應(yīng)用主要有三種，即氣量小無氮水預(yù)冷系統(tǒng)時(shí)采用冷氣機(jī)組，有氮水預(yù)冷系統(tǒng)且需要配置外加冷源時(shí)選擇冷水機(jī)組，在空分裝置流程換熱需要配置外加冷源時(shí)選擇低溫冷氣機(jī)組。

其中冷水機(jī)組要求蒸發(fā)器冷凍水和冷凝器冷凍水運(yùn)行時(shí)水量不能增長太大，否則壓力損失較大，一般壓力損失為30～90 kPa，且機(jī)組越小阻力越大；同時(shí)機(jī)組啟動(dòng)要求冷凝器冷卻水溫不低于25℃，這點(diǎn)對于北方地區(qū)冬天啟動(dòng)時(shí)需要設(shè)置外來熱水。冷水機(jī)組對水質(zhì)要求也較高，蒸發(fā)側(cè)冷凍水污垢系數(shù)0.018 m2·℃/kW，冷凝器冷卻水的水質(zhì)要求污垢系數(shù)0.044 m2·℃/kW；水質(zhì)差時(shí)會影響換熱，從而影響制冷機(jī)組的COP，一般螺桿式冷水機(jī)組制冷范圍為41.86萬kJ/h～837.36萬kJ/h。

低溫冷氣機(jī)組制冷工質(zhì)為氟利昂（主要成分為CCl2F2），采用真空泵抽真空壓力一般為80 kPa(A)，溫度可以到238 K（蒸發(fā)溫度）,一般制冷最低溫度只能到243 K，當(dāng)然為了有調(diào)節(jié)余量，可以對廠家提出適當(dāng)?shù)? K左右的要求。

（2）制冷劑為液氨

液氨一般是1700 kPa(G)，45℃節(jié)流到500 kPa(G)左右（蒸發(fā)溫度5℃左右），如果100 kPa(G)左右的話蒸發(fā)溫度會到-20℃，這樣會導(dǎo)致冷凍水凍結(jié)在氨蒸發(fā)器內(nèi)。所以應(yīng)用氨蒸發(fā)器最重要的是控制好壓力。同時(shí)要滿足無氨工況運(yùn)行（即設(shè)置空冷塔節(jié)流去水冷塔流路），制冷量可大可小，對于有液氨的業(yè)主液氨制冷較為經(jīng)濟(jì)劃算。

（3）制冷劑為溴化鋰水溶液

溴化鋰吸收式冷水機(jī)組，有蒸汽，熱水和直燃型。根據(jù)熱水或者蒸汽溫度高低，分為低溫水系（88℃～83℃），高溫水系（130℃～110℃），根據(jù)利用次數(shù)，分為單效（熱水進(jìn)口溫度88℃）和雙效（進(jìn)口熱水溫度120℃以上）兩種。單效即只利用一次，適合溫度在88～120℃時(shí)的熱水或者120℃以下的蒸汽，一般壓力在800 kPa(G)以下；雙效即利用兩次，第一次利用完后熱源溫度依然能夠滿足要求，還可以利用第二次（即兩個(gè)蒸發(fā)器，兩個(gè)冷凝器串聯(lián)），一般蒸汽要求130℃以上，同時(shí)量要求大，對于有工廠廢氣余熱的業(yè)主應(yīng)用溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組的較為劃算，其制冷量范圍為：251.2萬kJ/h～2512.1萬kJ/h。

溴化鋰吸收式制冷其特點(diǎn)是使用壽命比壓縮式短；節(jié)電不節(jié)能，耗汽量大，熱效率低；機(jī)組長期在高真空下運(yùn)行，外氣容易侵入，若空氣侵入，造成冷量衰減，故要求嚴(yán)格密封，給制造和使用帶來不便；機(jī)組排熱負(fù)荷比壓縮式大，對冷卻水水質(zhì)要求較高；溴化鋰溶液對碳鋼具有強(qiáng)烈的腐蝕性，影響機(jī)組壽命和性能。

但是利用低品位的廢熱制冷，是溴冷機(jī)的優(yōu)勢。

（4）裝置低溫氣體冷源

空分裝置本身就是制冷機(jī)（膨脹制冷），只不過冷量品位較高，能耗也較大，所以一般不會成為常溫制冷的首選，但是一些情況下會出現(xiàn)冷量浪費(fèi)或者閑置，利用空分裝置冷源也可以節(jié)省投資，在量不大的情況下也是可以利用的。例如對于內(nèi)壓縮流程當(dāng)?shù)蛪喊迨降牧髁枯^小時(shí)，采用混合式板式（均為高壓，純化器后空氣在286 K進(jìn)入，這樣利用了一部分熱源，換熱更充分），但是污氮?dú)庖鬂M足再生氣體條件，則是需要在283 K時(shí)中抽，這樣會給裝置帶來一部分換熱不足冷損；再如外壓縮流程無冷水機(jī)組的流程，膨脹機(jī)增壓端需要一股冷源將增壓空氣冷卻到15℃，這種情況下采用一股5℃的氮?dú)饣蛘呶鄣獨(dú)馀c之換熱（有一定冷損由膨脹機(jī)補(bǔ)償，當(dāng)然一般這種裝置產(chǎn)液比例?。纯蓾M足裝置運(yùn)行，也不需要外設(shè)冷源。

4 常見預(yù)冷系統(tǒng)故障

4.1 低溫水垢的形成

在pH值為8.8的條件下冷卻水中將有大于10的碳酸氫根轉(zhuǎn)化為碳酸根。在這種情況下冷卻水中的碳酸根離子含量將大于25 mg/L，超過水質(zhì)控制指標(biāo)5 mg/L的5倍，致使水中的CaCO3含量在0℃至40℃范圍內(nèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其溶解度而以價(jià)穩(wěn)狀態(tài)存在于水中，這時(shí)水質(zhì)和外界條件的微小變化將導(dǎo)致CaCO3的結(jié)晶析出。因此長期使用的水冷卻塔塔內(nèi)壁、塔內(nèi)件表面以及附屬管道中將附著大量的低溫水垢阻塞冷卻水通道影響水冷卻塔的換熱效果。

處理方法為：

（1）正常情況下水質(zhì)穩(wěn)定劑是通過對鈣、鎂離子、離子組合物作用和對碳酸鈣的微晶核的分散作用擴(kuò)大了碳酸鈣的介穩(wěn)區(qū)而保持運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的水質(zhì)穩(wěn)定。由于阻垢劑均為水溶性高分子化合物基鈣、鎂離子組合物在水溫降低時(shí)溶解度均下降有關(guān)實(shí)驗(yàn)早已證明有機(jī)磷型藥劑在高鈣低溫冷卻水中會發(fā)生藥劑沉淀。因此在水處理藥劑在低溫條件下，其鈣鎂化合物發(fā)生沉淀。另外碳酸鈣在0℃時(shí)溶解度為20℃的兩倍，碳酸鈣的低溫溶解提高了低溫水的鈣離子含量，進(jìn)一步強(qiáng)化了水處理藥劑的沉淀作用。

（2）采用離子靜電水處理器。通過分析進(jìn)出水冷卻塔的水中的鈣離子含量調(diào)整靜電處理器電流大小，在靜電場的作用下在結(jié)垢系統(tǒng)中能破壞分子之間的結(jié)合，改變晶體結(jié)構(gòu)、促使硬垢疏松增加水的偶極距，提高了水垢的溶解速率，使已經(jīng)生成的水垢逐漸剝離、脫落，達(dá)到除垢的目的。

4.2 空冷塔帶水原因

一般空冷塔帶水原因有：

（1）壓力變化導(dǎo)致流速過快，過快的調(diào)節(jié)閥門。

（2）操作不當(dāng)(或者誤操作原因)，當(dāng)用空氣做加熱氣體時(shí)候。

（3）水質(zhì)不好，在水處理時(shí)加藥不當(dāng)，造成冷卻水含有大量泡沫，其根本原因是在于循環(huán)水加藥后產(chǎn)生大量泡沫，水中的泡沫附著在填料上，減少了傳熱面積，增加了塔的阻力，另外水泡的密度遠(yuǎn)小于水滴，在從上而下的氣流托持下很難下落，從而加劇了霧沫夾帶，使得帶水更加嚴(yán)重。

（4）空冷塔水位偏高液位計(jì)失靈造成空冷塔出水閥門關(guān)閉。

（5）冷卻水或冷凍水進(jìn)水量過大。

帶水情況判斷：

（1）空冷塔出水溫度變化。

（2）分子篩CO2迅速超標(biāo)。

（3）分子篩阻力增大，分子篩前后壓差增大。

（4）換熱器阻力增大，表現(xiàn)為下塔壓力下降，空壓機(jī)壓力不變，在這個(gè)時(shí)候操作工會誤以為空壓機(jī)跟不上而去采取開大進(jìn)口導(dǎo)葉等措施。

（5）純化系統(tǒng)放空消音器有水滴噴出，下部排放閥有大量水或下塔排放閥有水噴出內(nèi)壓縮空分中，由于分子篩之后設(shè)置一臺增壓機(jī)，及冷箱內(nèi)下塔一般設(shè)置一個(gè)液空節(jié)流去上塔的閥門，所以更應(yīng)該小心仔細(xì)。

處理措施：

（1）打開分子篩進(jìn)行檢查，如果白色失效的顆粒過多，或者分子篩被浸泡時(shí)間過長，及粉碎顆粒過多，則應(yīng)考慮更換新分子篩。

（2）如果沒有過分粉碎則可以進(jìn)行干燥再生，一般經(jīng)過幾個(gè)周期能恢復(fù)到正常情況?；罨瘯r(shí)要注意先用大氣流冷吹，或者首先用低溫度干燥，把水吹干凈時(shí)再活化。

為防止空冷塔帶水進(jìn)分子篩吸附器事故的發(fā)生，應(yīng)該做到：

（1）空分啟動(dòng)后，要盡早把各種保護(hù)性聯(lián)鎖投入使用，以便能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

（2）進(jìn)空冷塔的水量要嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，不要隨意加大進(jìn)水量，防止因?yàn)榭绽渌冐?fù)荷能力不足帶水。

（3）在啟動(dòng)過程中，要緩慢控制進(jìn)塔空氣量，防止壓力波動(dòng)過大；控制出上塔壓力的閥門也要緩慢開關(guān)，主要有氮?dú)馊ニ渌?、污氮?dú)馊ニ渌y門等。

（4）在啟動(dòng)過程中，要經(jīng)常進(jìn)行巡檢，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)外面的異常情況，建議半小時(shí)或一小時(shí)一次。

（5）循環(huán)水的處理要由專業(yè)廠家來進(jìn)行，要避免水中出現(xiàn)大量泡沫及其他雜質(zhì)，造成空冷塔的堵塞。

（6）循環(huán)水的壓力要盡量保持穩(wěn)定，如需切換循環(huán)水泵要及時(shí)通知空分操作人員注意監(jiān)控。

（7）空分停車時(shí)要及時(shí)關(guān)閉空氣冷卻塔水排放閥門，防止因止回閥質(zhì)量不好，使回水管路倒灌空氣空冷塔及空壓機(jī)管道。

（8）如果有條件，可以考慮增加一套現(xiàn)場監(jiān)視系統(tǒng)，以便在主控室能及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場異常情況。

（9）要考慮在分子篩下部管道的最低處增設(shè)排放閥門，能夠經(jīng)常排放分子篩析出的水。

（10）空冷塔設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用槽式布水器，并有足夠的分離空間，以增加空冷塔變負(fù)荷的能力。

5 結(jié)束語

當(dāng)前一般空分設(shè)備設(shè)計(jì)當(dāng)中，對于預(yù)冷系統(tǒng)，空冷塔采用直接接觸空冷塔，降低空氣溫度，改善分子篩的工作環(huán)境，同時(shí)洗滌空氣中的機(jī)械雜質(zhì)和酸性氣體；采用高效低阻散堆填料塔，既保證了塔的換熱性能，又減少了阻力，降低了空壓機(jī)出口壓力，從而降低了能耗；液體分布裝置采用新型、高效、先進(jìn)的分布器，使水與空氣充分的接觸，保證塔的換熱性能，減少冷凍水量，從而降低了能耗；分布器采用三位一體防帶水結(jié)構(gòu)，使液體分布更加均勻，而氣體通量在50%以上，大大降低了帶水可能性；分布器上端設(shè)有兩段自由分離游離水空間；在頂部設(shè)有絲網(wǎng)除霧器，確保空氣出空冷塔不帶水。水冷塔采用高效規(guī)整填料塔，充分回收污氮的冷量。冷凍水泵、冷卻水泵采用國內(nèi)可靠產(chǎn)品，且均為一用一備，保證裝置的可靠性。

圖4 保冷箱密封氣裝置示意圖

在2013年8月份，制氧機(jī)系統(tǒng)檢修時(shí)為了驗(yàn)證加裝密封氣裝置的效果，打開了保冷箱的頂端人孔，并未發(fā)現(xiàn)保冷箱內(nèi)珠光砂有結(jié)冰和潮濕現(xiàn)象。

3 總結(jié)

通過40000 m3/h制氧機(jī)組實(shí)施的一些小改進(jìn)，沒有再出現(xiàn)因油溫高聯(lián)鎖故障而影響機(jī)組正常運(yùn)行，有力地保證了生產(chǎn)的安全穩(wěn)定長周期經(jīng)濟(jì)供應(yīng)。截至目前，該套大型空分設(shè)備一直運(yùn)行穩(wěn)定，沒有進(jìn)行過機(jī)組大修，各方面經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也位于全國同類機(jī)組的前列。

[1]湯學(xué)忠，顧福民.新編制氧工問答[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2007．

[2]胡聲輝.150 m3/h制氧機(jī)的幾點(diǎn)改進(jìn)[J].深冷技術(shù)，2002，(3)：37-39．

[3]程大雪.淺談空分裝置的長期穩(wěn)定運(yùn)行[J].一重技術(shù)，2006，(2)：56-57.

收稿日期：2013－12－30

作者簡介：侯成濤（1977－），男，1999年畢業(yè)于華東冶金學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)及制造專業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事設(shè)備管理與檢修工作。

The Design of Precooling System for Air Separation Unit

JIANG Xu,JIANG Chubiao,XU Weimin,DING Yousheng,ZHAO Xiaoying
(Zoko Energy Equipment CO.,Ltd.,Hangzhou,Zhejiang 310052,China)

The importance of precooling purification system is introduced and the design of impurity removal and precooling performance for general air separators is described in detail.As precooling of air separators plays a paramount role in the complete process flow,organizing and designing suitable precooling system can not only meet the needs of process but also reduce investment and operation costs as well as bring economic benefit.

air separator;precooling system;design

TB657.7

B

1006-6764(2014)04-0023-05

2013－11－25

蔣旭（1983－），男，2009年畢業(yè)于西安交通大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事大型空分設(shè)備的設(shè)計(jì)及研究工作。