带规整填料塔及全精馏制氩技术的新一代大中型空分流程
7500m3空分设备氩系统投运机操作要点
7500m3/h空分设备氩系统投运及操作要点制氧分厂李江河1．制氩系统流程简介7500m3/h空分设备采用全低压常温分子筛吸附净化、增压透平膨胀机、上塔及氩塔采用规整填料塔、全精馏无氢制氩、氧气和氮气外压缩的工艺流程。
从上塔抽出氩馏分气体约7500m3/h，氩含量为7%~10%。
氮含量小于0.06%，氩馏分直接从粗塔II塔的底部导入。
粗氩I塔底部排出的粗液氩经循环氩泵加压到约0.81Mpa 后直接进入粗氩II塔上部作为回流液，其余约185m3/h的粗氩气（其组分为98%~99%Ar ≤2×10-6O2）被导入粗氩液化器进行液化，然后进入精氩塔中继续精馏。
粗液氩从精氩塔中部进入，与此同时精氩塔蒸发器利用下塔顶部来的压力氮气作为热源，促使精氩塔底部的液氩蒸发成为上升蒸汽，而氮气被冷凝成液氮后节流，返回上塔。
来自液氮过冷器并经节流的液氮进入精氩塔冷凝器作为冷源，使精氩塔顶部产生回流液，以保证塔内的精馏，使氩、氮实现分离，从而在精氩塔底部得到纯液氩。
2．制氩系统投运2．1 全精馏无氢制氩系统的启动全精馏无氢制氩系统的启动时间比传统的加氢除氧制氩启动时间要长得多，从投运粗氩塔到生产出合格的纯氩产品大约需要50小时，甚至更长。
这是因为氧和氩的沸点比较接近，要建立稳定的氧、氩精馏工况的时间比较长，而且这个过程还必须排除氮的干扰。
全精馏无氢制氩系统的启动大致可分为粗氩塔的启动和精氩塔的启动两个阶段。
2．1．1 粗氩塔的启动在制氩系统全面冷却结束后，主冷液氧液位到设计液位3/4以上时，根据主塔精馏工况及时投运制氩系统。
粗氩塔投运应具备以下4个前提条件：（1）主塔工况基本稳定。
主塔工况稳定是粗氩塔投运和调整的基础，从理论上讲，适当降低夜空的氧含量，有利于氩气的提取；（2）产品氧、氮气的产量及纯度达标且稳定，氧纯度要达到99.4%以上，但也不宜将氧纯度控制过高；（3）冷量充足，也就是主冷液氧液位稳定；（4）可以加大膨胀机制冷量。
空分工艺流程一-中国气体分离设备商务网
5）流程进行优化设计。 充分的利用富余的氮气和污氮气回收其冷量，根据要求配置冷水机 组；利用节能型蒸汽加热器取代传统的蒸汽加热器，蒸汽消耗量得到 有效降低，冷凝液充分回收。
空分设计原则
6)原料空气压缩机和增压机特点:
采用先进的透平压缩机组产品，可充分保证机器具有先 进的性能指标，降低系统总体能耗；
水 冷 水冷塔 塔
分子筛
下 塔 过 冷 器
空分工艺流程
空分装置为分子筛净化空气、空气增压、膨胀空气进下塔、液氧内压 缩流程，带中压空气增压透平膨胀机，采用规整填料上塔、增效氩塔 工艺； 原料空气自吸入口吸入，经自洁式空气过滤器除去灰尘及其它机械杂 质。过滤后的空气进入离心式空压机，经原料空气压缩机压缩后进入 空气冷却塔冷却。冷却水为经水冷塔冷却后的低温水。空气自下而上 穿过空气冷却塔，在冷却的同时，又得到清洗； 经空冷塔冷却后的空气进入切换使用的分子筛纯化器，空气中的二氧 化碳、碳氢化合物和水分被吸附。分子筛纯化器为两只切换使用，其 中一只工作时，另一只再生。纯化器的使用周期约为240分钟，定时 自动切换；净化后的空气分为两股：一股进入低压板式换热器，与
杭氧大中型空分设备流程技术发展综述
杭氧大中型空分设备流程技术发展综述【关键词】空分流程；变革；蓄冷器；切换式换热器；分子筛净化；增压膨胀；规整填料；全精馏制氩；内压缩；大型空分设备【论文摘要】回顾了近五十年来我国大中型空分流程技术发展的历程，对七次空分流程优胜劣汰的变革作了评述，阐明了实现我国大中型空分流程再次变革的目标应是进一步提高单元设备部机技术水平、控制水平的节能和智能型的大型内压缩流程。
五十年来，我国大中型空分流程已经历了铝带蓄冷器冻结高低压空分流程、石头蓄冷器冻结全低压空分流程、切换式换热器冻结全低压空分流程、常温分子筛净化全低压空分流程、常温分子筛净化增压膨胀空分流程、常温分子筛净化填料型上塔全精馏制氩流程。
目前正在实现大型内压缩空分流程的变革，旨在使我国空分设备总体水平能紧跟世界先进水平，服务于广大用户，自立于世界空分之林。
每次大中型空分流程的变革，都是空分技术不断发展和科研成果相继被采用的必然结果；每次大中型空分流程的变革，都以其独具的技术闪光点将空分设备的技术水准推上了一个又一个新的台阶。
以下对大中型空分流程技术的发展历程作一回顾，并就每个流程的优点和不足逐一评述，希望能了解过去，开拓未来，使大中型空分流程的发展迎来一个又一个技术的春天，在技术的百花丛中永葆鲜艳。
1 铝带蓄冷器冻结高低压空分流程(简称第一代空分)1956年4月，为了适应冶金工业、化肥工业等方面迫切需要大中型空气分离设备的新形势，杭州通用机器厂(杭氧集团有限公司前身)承担了设计试制高低压流程3350m3/h空分设备的艰巨任务，在参观、剖析了吉林化肥厂从苏联进口的3350m3/h空分设备的基础上，通过近两年的努力，于1958年4月30日试制成功第一套3350m3/h空分设备。
铝带蓄冷器冻结高低压空分流程(见图1)是我国最早的大中型空分设备的主导流程，标志着我国在空气分离设备的制造已实现了从小型向大型的飞跃发展。
典型产品：3350m3/h(20℃状态)空分设备，这是我国第一代空分产品，流程碱洗、氨预冷、膨胀组织较为复杂，主要由空气过滤压缩、高压空气压缩、C02制冷、换热、精馏等系统组成。
空气低温分离技术发展的历程一份非常好的专业资料,有很好的参考价值】
空气低温分离技术发展的历程内容摘要：自人们发现空气以来，通过人们的努力探讨和科学实践已达到最新的现代技术，现将主要历程作一回顾，展示现代空分技术的核心，为今后发展再努力。
关键词：空气成分、制冷、液化、精馏，中国空分发展，现代空分核心技术。
一、空气成分的发现1、1756年我国唐朝炼丹家马和最早提出空气主要有“阳气”（氧气）组成。
1769年瑞士科学家杜勒称它为“火空气”。
1779年法国化学家拉瓦锡建议命名为“氧”。
2、1772年，英国天科学家拉瑟福特发现氮。
3、1868年，英国天文学家洛克耶在允测日全食黄色谱线时发现氮。
4、1894年，英国物理学家莱列和英国化学家拉姆塞发现氩。
5、1898年，英国化学家拉姆塞发现氖、氪、氙气。
二、制冷和气体液化1、1823年，英国科学家法拉弟用加压和冷却的方法得到液氯、液氨、液态二氧化碳等，成为世界上第一个冲破低温禁区的人。
2、1852年，英国科学家焦耳和汤姆逊在科学实验中发现气体节流后温度降低，产生了著名的“焦耳汤姆逊效应，奠定了气体液化的重要基础，人们称之谓低温技术发展的第一个里程碑。
3、1877年，法国凯利代特和瑞士皮克代特用压缩与预冷单级绝热膨胀液化了氧。
4、1880年，德国卡尔·林德博士开发了世界第一套林德技术的制冷装置。
5、1885年，波兰罗勃莱金和奥斯捷尔斯基液化了空气和氮气。
6、1895年，德国卡尔·林德博士利用“焦耳”—汤姆逊效应制成世界上第一台3t/d空气液化装置，建立了“林德节流液化循环”。
7、1920年，法国工程师克劳特发明了活塞式膨胀机，建立了“克劳特液化循环”改善了林德的高压节流液化循环。
人们称之一谓低温技术发展的第二个里程碑，并建立了“法国液化空气公司。
8、1928年，德国工程师法兰克尔发明了蓄冷器，并在中型制氧机中应用为大规模气体液化和分离打下基础。
9、1939年，前苏联科学家卡皮查发明高效率径向流向心反击式透平膨胀机是近代各国膨胀机发展的基础，也是卡皮查低压液化循环“空分设备”发展的基础，人们称之谓低温技术发展的第三个里程碑。
内压缩流程是近期国内大型空分国产化的最佳选择
2007年 增刊85通一、国内大型空分的需求情况随着我国经济的高速发展，特别是近几年冶金、石化、石油、化肥等领域的持续稳定发展，给大型空分设备行业带来难得的发展机遇。
业内人士分析认为，这些领域在未来几年内对大型空分设备的需求将迎来新一轮高峰。
从冶金行业的发展情况来看，国家对于一些高技术含量、高附加值的钢铁产品是重点发展的。
中国冶金行业专家杨涌源曾对“平衡钢产量”进行过分析，他认为，“平衡钢产量”是一个国家的钢产量增长到一定程度后达到平衡（饱和）时的钢产量。
中国达到“平衡钢产量”的时间预计为2015年左右，到那时中国的钢产量将达到4.5亿～5亿t。
按照100万t钢产量需要1万～1.5万m 3/h氧气的规模计算，近10年中，冶金行业对空分设备的需求量将在150万～225万m 3/h。
再加上旧空分装置的更新和改造，10年之内钢铁工业对空分装置的总需求将达到300万～375万m 3/h。
因各钢铁企业情况不同，如果以3万等级空分设备为界，大型空分设备与中小型空分设备制氧量各占一半的话，3万等级及以上空分设备需要50～60套，3万等级以下各类中小型空分设备估计为150～180套。
目前，钢铁行业正在进行兼并重组，从长远来看对大空分设备的需求将会增加，但从近期来看，可能会因为企业之间资产、设备的共享，而搁置一些原本计划内的设备采购。
作为替代能源之一的煤制油项目，按目前在建项目计算，其投资比例约为1.1亿元人民币/万t煤制油品。
根据现有规划，2015年将形成3 000万t/a的煤制油规模，近10年期间，该领域将投入3 500亿元人民币。
根据现有工艺水平，煤制油项目对空分设备的需求比例为1.35万～1.4万m 3氧气/10万t煤制油品。
按照这个比例，到2015年，该领域对空分设备的需求量将达到415万～420万m 3。
近年来，我国甲醇产量逐年提高，特别是近3年来年增速都在两位数以上。
按照规划，到2015年甲醇产量将达到3 000万t，为此内压缩流程是近期国内大型空分国产化的最佳选择开封空分集团有限公司设计处 刘永军 朱耀成AbstractIt introduces to domestic requirement of large-scale Air Separate Equipment, compares to the capability of the inner compressing p r o c e s s a n d t h e o u t e r c o m p r e s s i n g p r o c e s s , indicates that the inner compressing process ought to be adopted to large-scale air separate equipment localized at present.通用机械将新增配套空分装置能力约253万m3/h。
4000M3空分塔检修注意事项
4000M3空分塔检修1.前言：我永通特钢4000Nm3/h制氧机为开封黄河制氧机厂产品，采用全低压分子筛净化，规整填料技术及全精馏无氢制氩的外压缩流程，是动力厂生产的重要核心机组，直接关系到该公司的生产全局。
该套机组在2009年10月23日因冷箱内漏液而被迫停机扒珠光砂检修，通过对这次空分塔的检修，大家提高了大型空分塔检修工艺技术水平，增强了检修管理上的认识，也为确保今后空分塔安全稳定运行积累了宝贵的经验。
现就空分塔检修中的一些工艺技术要求及工艺管理与大家进行交流。
2检修过程概述：2009年10月23晚上19：00进行空分塔吹扫加温10月24日下午15:00加温结束空分装置转入制氧状态，10月25日凌晨3：20板式冷端温度达到-171度关小液空节流阀进行下塔积液，但是液空液面一直不出现（同时在冷却状态时操作人员在调节板式温差时发现板式上部冷箱有结霜现象）凌晨5：00开始反充液氧主冷液面上涨至2000mm下塔液空上涨至300mm（正常500mm）就不再上涨，主冷液位持续下降，在对对现场进行检查发现在V3阀下面有严重并结霜现象，打开冷箱观察孔发现大量带压冷气朝外涌出，冷箱也出现大面积结霜现象。
此时我们初步判断是液空进粗氩塔V3阀管道漏液，为避免事态的进一步恶化我们进行紧急停止制氧并排空下塔液体发现此时下塔已经没有液体。
同时开封空分厂技术人员咨询，等到空分厂家来到后经过现场观察后确定空分此时必须进行扒砂检修，得到公司允许后我们下午开始加温。
10月26日下午13：10在确认安全的前提下开始扒砂。
10月28日下午扒砂结束我们和洛阳的技术人员进入检修，这次检修主要是对1.因这次事故的原因就是液空进粗氩塔V3阀高压侧变径处应力疲劳导致焊缝裂开所致，所以此次检修重点就是对冷箱内低温管道的整改；2、对空分塔进行全面检漏；10月31日下午检修结束此次检修共改进工艺管道8根、查出问题仪表管线6处。
10月31日下午18：30开始打压检漏，11月2日开始装砂11月4日下午开机吹扫，11月5日下午制氧，11月6日凌晨3：30主冷出现液氧上午10：10启动氮压机随后中午13：00启动氧压机。
介绍杭氧
87%
95%
6000
10000
15000
2000030000
杭氧在三万以上空分国产化方面的技术贮备
1. 引进国外先进技术为三万以上空分国产化打下 了艰实的基础徳 19781985年，全面引进林德大型空分设计、 制造技术和镇海28000m3/h 内压缩流程全套 技术资料 1994年10月，杭氧法国空气液化公司空分专 用的空冷系统和分子筛系统的设计软件包， 并与杭氧在规整填料塔技术上进行了广泛地 交流与合作 与瑞士的苏尔寿公司在规整填料及分布器技 术 上 进 行 了 合 作 |
杭氧创造了许许多多的国内第一
杭氧产品的市场占有率
杭氧已生产了4000多套空分设备
其
中 大 中 型 空 分 设 备 2 3 0 多 套 ---市场占有率70%以上 ----市场占有率89%以上
10000m3/h以上空分设备116套
承接新一代空分设备86套
杭氧拥有国内最大的空分市场占有率
质量取证 公司九十年代初贯彻ISO9000族标准
1995年，取得挪威船级社（DNV）和浙江省质量体系审 核中心（ZQAC）ISO9001-1994质量体系认证证书 1998年，通过了DNV换证审核 | 公司通过了每一次的DNV的审核，一如既往地贯彻 ISO9001标准，保持质量管理体系的有效运行并不断完善
国家重点技改单位之一 中国石化总公司认定的大型乙烯冷箱国产化基地
国内空分行业率先取得ASME压力容器授权证书和U、U2 规范钢印（1988年）
国内空分行业率先取得DNV和ZQACISO9001质量认证 （1995年）
杭氧的质量保证体系
质量方针：
以技术领先、质量可靠、服务优良、信守合同、用户满意 为宗旨，确保质量管理体系的持续有效。
五、2.空分流程.
五、2.空分流程
适用于大型煤气化技术的内压缩空分装置的流程图
2．流程特点
① 属于常温分子筛净化增压膨胀流程，流程简单， 操作维护方便，采用DCS集散系统，切换损失少，碳氢 化合物清除彻底，空分设备的操作安全性好，连续运行周 期大于两年。 ② 采用规整填料型上塔代替筛板型上塔，由于上塔 阻力只有相应筛板塔的1／4～1／6，使空压机的出口压 力降低，空压机的能耗下降5%～7%。 ③ 由于上塔操作压力降低、操作弹性大，空分设备 的氧提取率进一步提高，精馏塔的氧提取率可达99.5%， 空分设备氧提取率达97%～99%。
(3)分子筛纯化系统
采用长周期、双层净化技术及切换系统无冲击切换技 术，其作用是吸附空气中的水分、乙炔、二氧化碳和氧化亚 氮（部分吸附）等。
(4)精馏塔系统
这是本套空分设备的核心系统，其作用是利用低温 精馏来分离原料空气中的氧、氮及氩。
① 下塔、主冷凝蒸发器及上塔复合布置
② 本套空分设备有低压、高压两组换热器，为便于 检修，分别设置单独冷箱，与主冷箱隔开，为防止与主冷 箱连接处型钢在低温下冷缩变形，换热器冷箱与主冷箱分 开布置，采用过桥连接。 ③ 本套空分设备备共6台，保证了运行的连续性。 ④ 对部分重要的高压、低温液体阀门采用独立隔箱， 方便维修。
④ 精氩的制取采用低温精馏法直接获得，即全精馏
无氢制氩技术。
⑤ 采用了高效空气预冷系统。 ⑥ 分子筛纯化系统采用活性氧化铝一分子筛双层床 结构，大大延长了分子筛的使用寿命，同时可使床层阻力 减少。 ⑦ 采用了高效增压透平膨胀机技术，膨胀机效率可 达到83%～88%。 ⑧ 采用先进的DCS计算机控制技术，实现了中控、 机房和现场一体化的控制，成套控制系统具有设计先进可 靠、性能价格比高等特点。 (1)原料空压机和空气增压机
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现行规范中许多规定 引用了国外一些似是而非的内
容， 国内的一些试验， 局限性 比较大。 由于上述诸多向 极大地影响了防烟系统的效果， 题 因 此． 虽然高层建筑在防烟工程上花费了巨额的资金， 但很难
收到应有的回报。笔者认为在防烟方面应走中国人自己的 路， 从研究上述课题入手， 而提出了防烟楼梯间及其前室 （ 包括合用前室） 只对着火层前室加压防烟的方案。这样就
具有国外先进水平的绕管式换热器， 实现国产化。 １９ 年， ９５ 宁夏化工厂将原计划从国外订购的 ３ 万 ｔ ０ ／ ａ 合成氨低温甲醇洗工段的 ４１Ｅ 两股流绕管式换热器改 １５ ７
控制在较低的水平； 整体设备可靠性高， 操作方便。本文还
介绍了 新一代大中型空分设备流程的整体流程设 计、 计算
防烟楼梯间及其前室｛ 包括合用前室） 只对着火层前室加压防烟的研究
刘朝贤 本论文系高层民用建筑防烟研究的系列论文之一， 论
文 共六篇。根据高层用民建筑防火设计规范中一些重要课
题， 如防烟系统可靠性、 火灾时开门规律、 加压气流流动模 型、 防烟机理、 加压防烟技术条件、 疏散用防火门的开关特
要求我公司于１％ 年底向用户提供一台４１Ｅ 绕管式换 ９ １５７
热器。要求满足装置安全、 可靠运行， 并在原引进设备的基
方法， 提出了流程计算模型及计算程序， 以保证计 算的准确 度； 提出氧氢相平衡模型、 氧氢分离的精馏计算量及组分的控制等间题作了 分析研究， 提出了 可行 的解决方案汉 规整填料塔设计、 寸 填料的性能确定及填料形 式的选择等问题作了深入的分析。本文还介绍杭州制氧机 集团有限公司在开发新一代大中型空分流程过程中所做的
可以 摆脱许多复杂因素和不定因素的困扰。使加压风量能 得到有效利用卜 大大提高了防烟系统的可靠性和经济性， 将
为防烟工程节省大量资金。
料塔的４ ％一１０ ０ ２ ％左右； 制氢流程简化， 可靠性高． 氛产
品质量高， 不需要配备氢气， 控制简单卜 氢产品的含氧量 可
９ ４ ４
作奢简介 刘朝贤． １３ 年 １ １日十。中国建 男．９４ 月３
及控制技术， 提出了一些有效的控制方案， 以保证精馏塔的
工作压力不随分 子 筛切换而发生大的波动 ， 保证上塔 下况 的稳定． 从而保证氢馏份 的稳定， 提高氢的提取率； 根据试
车的经验数据及国外 有关信息资料． 不断修 正 自己的计算
为国产设备， 由我公司承担研制， 会同西安交通大学、 兰州
石化设计院组成 了“ 两股流绕管式换热器工业应用” 课题 组， 并列入中国石化总公司技术开发中心的科技开发项 目，
面向２ 世纪的科技进步与社会经济发展 １
置， 其中的低温甲醇洗工艺流程中的换热器的总传热面积 为 ８１． ， ０４ ２ 而仅六台绕管式换热器的传热面积就达 ６４＿ ， ３０ ２它对装置的冷量回收及产量有着重要的影响。经 历了若干年的运行， 就其中的绕管式换热器而言． 已进入部 分设备的更换期。为厂 节约外汇， 避免重复进口， 急需研制
绕管式换热器的突出优点， 使得这种结构型式的换热 器在大化肥、 空气分离、 天然气液化、 煤气化、 乙烯工程等领 域中得到广泛的应用。据此， 要求我们采取措施， 寻求国家
立项支持， 加快大型化、 高参数、 各种结构型式的绕管式换
热器的研制进度。我公司高压绕管式换热器项 目已于 １９ 年被国家经贸委列入国家级技术创新项目， ９８ 给于较大 投资， 希望尽快建成我国此类产品的生产基地。 作者简介 李建伟， １６ 年 ９月１ 男，９４ ３日生。开封空 分集团有限公司换热器室主任， 主任工程师。地址： 开封空 分集团有限公司设计处。邮编 ４５０ ７０２
超压问题不仅存在还与防火门的技术条件等许多因素有关
等等。
本文介绍了代表当前我国自 行设计开发的最先进的大
中型空分设备流程— 以规整填料塔及全精馏制氢为核心 技术的新一代大中型空分设备流程， 该流程的主要优点在 于： 梢馏上塔采用规整填料， 上塔阻力只有相应筛板塔的 １４ ／， ／－１６上塔阻力的大幅度下降使得上塔的不可逆性降 低， 最终表现在能耗比原流程下降一５ 规整填料塔分离 ％； 效率高， 可以使氧、 氢产品的提取率提高 一般情况下氧的 提取率可以提高 １ ％一３ 达 ９％一９ ％， ％， ７ ９ 氢的提取率可 以提高５ ％一１％， ６％一７％； ０ 达 ５ ５ 操作弹性大， 变工况迅
性及制作要求以及超压问题等进行了 研究。
带规整填料塔及全精馏制氢技术 的新一代大中型空分流程
毛绍融
研究表明： 防烟楼梯间及其合用前室分别加压， 其可靠 性不是提高而是降低、 火灾时同时开启门的数量不是２ －３ 的关系而是一个与许多因素有关的分布函数规律且加压空 气不只是单向流动、 加压防烟不能用静态技术条件来描述、
达到或超过 了 计 设 要求， 了用户的好评。 赢得
了用户的好评， 产生了巨大的社会效益和经济效益． 以及该
代产品推向市场并广泛被国内外公司所接受的情况。
作者简介 毛绍融， １６ 年 １ 男，９３ 月８日生。杭州制 氧机集团有限公司总工程师。地址： 杭州市东新路 ９ 号 ０
邮编 ３００ １０４
础上作合理改进， 满足装置增产 １％的要求。 ０
为此， 找公司投入了大量的人力和物力， 研制了大型绕
主要工作， 并成功地把这些技术应用到实际产品中， 前已 目
有多套新一代大中型空分产品顺利投产并通过考核， 得到
管机和各种工装胎具， 制订了制造及验收规怪， 并进行了大 量的工艺试验 在课题组及公司各方人员的共同努力下， 按 期完成了设计、 制造任务。经国内有关专家评审， 达到了制 造质量验收标准。现经２ 年多的运行考核， 产品性能指标