空分双层主冷优劣分析
关于空分装置主冷的安全运行及防爆措施研究
关于空分装置主冷的安全运行及防爆措施研究发布时间：2022-10-24T00:53:11.792Z 来源：《科学与技术》2022年6月12期作者：虎学平[导读] 空分发展至今已近120年虎学平国家能源投资集团宁夏煤业烯烃一分公司宁夏银川 750000摘要：空分发展至今已近120年，其技术成熟度、安全性、可靠性等都已非常高。
伴随着煤化工的快速发展趋势，空分技术取得长足进步，成套机械设备的运行规模不断扩大，能源消耗不断降低，自动化技术的技术实力和操作过程的安全系数不断提高。
在煤化工厂的生产过程中，几乎所有新型气化炉，如：Lugi气化炉、Texaco气化炉、壳牌气化炉或现在的GSP气化炉，都与氧气紧密耦合。
所有的气化气都需要氧气作为气化气。
目前，在我国未完成区域制氧和社会制氧的情况下，煤化工生产企业只能自己建设空分装置进行制氧。
因此，如何保障煤化工生产制造中空气分离装置的安全运行对煤化工企业来说非常重要。
随着整个煤化工产业链的扩张，对空分装置运行安全、性能稳定的要求也越来越高。
关键词：空分装置主冷；安全运行；防爆措施引言空分装备大型化是煤化发展趋势的一个显着特征。
随着煤化工企业规模的不断扩大，整个煤化工过程对氧气的需求量不断增加。
无论是固定床反应器、生物质锅炉还是旋流床气化技术的应用，都需要大量的氧气才能完成所需的碳转化。
1空分装置爆炸原因分析空分装置爆炸事故中主冷凝蒸发器爆炸占主要因素，主要分为两种，分别是微爆、严重爆炸。
微爆造成的后果并不严重，但也会对空分装置工况产生不良影响，造成氧气纯度降低等问题，给生产运行工作造成制约。
严重爆炸则后果十分严重，保冷箱甚至会出现倒塌，造成严重的人身上亡及重大经济损失。
（1）可燃物：较危险的爆炸可燃物存在于空分装置的主冷凝蒸发器周围，比如乙炔气体、碳氢化合物等，给其应用造成安全隐患。
（2）引爆源：在空分装置中存在爆炸性的杂质固体颗粒。
这些颗粒会互相摩擦，在摩擦的过程中，爆炸的可能性变大。
空分双层主冷的工作原理
空分双层主冷的工作原理
空分双层主冷是一种常用于冰箱、空调等制冷设备中的制冷循环系统。
其工作原理如下：
1. 压缩机：制冷循环的第一步是通过压缩机将制冷剂（例如氨、氟利昂等）压缩成高温高压气体。
压缩机通过运转，并使压缩剂流动。
2. 冷凝器：高温高压气体进入冷凝器后，与外界的空气或水进行交换热量。
这样，高温高压气体会冷却并转化成高压气体。
3. 一级膨胀阀：从冷凝器出口进入一级膨胀阀后，高压制冷剂将通过膨胀阀的窄缝进一步减压。
在减压过程中，制冷剂的温度会急剧下降，部分液态制冷剂会汽化成气体。
4. 蒸发器：制冷剂进入蒸发器，在内部与空气或水接触，从而吸收热量并冷却周围环境。
在过程中，制冷剂从液态逐渐转化为气态。
5. 二级膨胀阀：气态制冷剂从蒸发器出口进入二级膨胀阀后，再次减压，使制冷剂温度继续下降。
6. 吸收器：减压后的制冷剂进入吸收器，由吸收剂（例如溶解于水中的溴化锂）吸收。
吸收过程产生的化学反应会释放出吸热，使溶液中的溴化锂结晶。
这样，制冷剂从气态变回液态。
7. 一级发生器：溴化锂在一级发生器中被加热，结晶变回溶液，
这个过程会吸收热量，通过加热而产生的溶液蒸汽使溴化锂溶液气化。
8. 二级发生器：溶液蒸汽进入二级发生器，进一步加热并将汽化的溴化锂溶液蒸汽释放到蒸发器中，再次循环。
通过上述循环，制冷剂不断在压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、吸收器、发生器之间流动，完成制冷循环。
该循环利用了制冷剂的相变过程（液态到气态的汽化和气态到液态的液化），以及吸收剂的化学反应，使得热量从环境中吸收并释放出来，从而实现冷却的效果。
关于空分装置主冷的安全运行及防爆措施研究
关于空分装置主冷的安全运行及防爆措施研究摘要：本文以空分装置为例，对空分装置主冷的安全运行及防爆措施进行深入探讨。
这两套空分装置都是运用分子筛吸附净化双级精馏技术，自投产以来，由于该装置附近大气中的烃含量严重超标，导致其主冷液氧里的碳氢化合物也相应超标。
即使运用了很多方法，包括将主冷完全浸没式操作、液氧定期排放等，却只减少了部分碳氢化合物含量，乙烷含量依然严重超标，甚至有时超过停车值。
因此对空分装置主冷的安全运行及防爆措施展开分析有助于进一步实现安全生产目标。
关键词：空分装置主冷；安全运行；防爆措施1造成爆炸主要因素对于空分装置来说，其可燃物主要为乙炔等碳氢化合物以及油分等，助燃物主要为液氧。
引爆源主要有四种：1.爆炸性杂质固体微粒之间互相摩擦以及和器壁相互摩擦碰撞导致；2.静电放电，如果液氧里带有少量的冰粒以及固体二氧化碳，就会形成静电荷，当二氧化碳的含量增加到200～300ppm的时候，会形成3000V的静电位；3.气波冲击，因为流体冲击以及气蚀情况会导致压力脉冲，使局部的压力变大、温度变高；4.当具有化学活性极强的物质存在时，例如臭氧以及氮氧化合物，会导致液氧中的可燃物爆炸敏感性变强。
不论是哪种因素造成的爆炸，为了保证空分装置的安全生产，主冷防爆是空分工作中的重中之重，必须清除所有危险因素，保证空分装置的安全稳定运行。
3爆炸源产生的原因分析大气中不仅含有氧气、氮气和氩气，还含有水蒸气、二氧化碳、碳氢化合物以及灰尘等，这就需要用大中型的分子筛净化流程，将空气里的水分、二氧化碳、碳氢化合物等杂质吸附干净，常用的吸附剂为硅胶或分子筛。
分子筛可将空气里的水分、二氧化碳、碳氢化合物等杂质吸附于吸附剂的表面，经过加热再生将其去除，最终实现空气净化的效果。
本文所研究的某空分装置应用的吸附剂是13X分子筛，因为13X分子筛具备对孔径相似极性分子的吸附能力，因此空气里的水分、二氧化碳、碳氢化合物等杂质几乎都能用分子筛吸附器进行清理。
双层主冷液位控制浅析
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近些 年 ，市场 上 出现 了一种新 型 双层 主冷结 构 （ 如 图 １所示 ） ， 旨在解 决这个 问题 。
当空分设 备 临时停 车 时 ，如 果上层 壳 体 内液氧
较多 （ 即液位高于浮球至密封锥面 的高度 ） ，溢流 孔将关闭，上层壳体内的液氧只能通过降液管注入 下层壳体中。当上层壳体内的液氧高度 降至与降液 管上端高度相同时，液氧将停止流人下层壳体 ，从
【空分知识】3500空冷塔空气两段冷却改单段冷却
【空分知识】3500空冷塔空气两段冷却改单段冷却摘要：本文通过对空冷塔试车及试生产过程中空气两段与单段冷却的实践进行了详细的论述与对比, 从而肯定了空气单段冷却的合理性和经济性。
正文：平顶山尼龙66盐公司3500m'h/ o2空分设备,系开封空分设备厂设计制造,1998年7月试车成功并转入试生产。
该空分设备自试车以来,性能相对比较稳定、可靠。
但在空冷塔试车及试生产过程中,采用两段冷却的空气冷却系统曾出现过空气冷却程度不够、空冷塔液位波动较大、分子筛带水等一些技术问题,对空分正常生产产生了一定影响。
为确保空分正常运行,我们经过深入调查,仔细研究,通过改变运行方式,圆满解决了上述问题。
1、问题概述1.1工艺流程简介自空压机压缩后温度约98℃的压缩空气,在进入空冷塔冷却的上升过程中,与塔中部和上部喷淋的两段冷却水—循环冷却水和低温冷冻水进行直接接触换热,从而将空气冷却至6～8 C后送入分子筛净化系统(见图1)。
1.2存在问题(1)空气两段冷却,使空冷塔液位波动较大,空气出空冷塔气温波动相应增大,极易造成分子筛纯化器带水事故。
1998年8月1日、8月4日、9月17 日和1999年2月9日在空分短期停车后再启动时,先后四次由于两段冷却的自动调节阀调整步调不一致,使得进塔水量忽大忽小,出空冷塔气温忽高忽低,空冷塔液位时高时低,无法及时调节控制,曾不同程度地将水带进分子筛系统。
1999年2月16日,因空分主换热器堵塞严重,热端温差日趋增大,冷损加剧,主冷液位无法维持生产(详见表1),不得不停车进行空分主换热器大加温。
(2) 空气两段冷却, 导致冷却水和冷冻水“冷量”过剩,水耗和电耗过大(见表2)。
其中,低温水泵水量包括进塔二段水量和去膨胀机冷却器水量(约12t/ h)。
1.3 制定对策针对上述状况,我们经过数据统计、认真研究、详细分析,决定以下改进措施:(1)取消空气一段常温水冷却,保留二段低温水冷却:(2)将常温水泵2台和低温水泵2台进、出口串联,以相互备用;(3)在水泵启动之前,空冷塔充气压力不能过高,应保持在0.30～0.40MPa(G),既要保证能将塔内水压入循环水系统,使其液位稳定;又要防止塔内空气通过水泵出口管倒流至水泵泵体使水泵产生气蚀。
空分设备冷量损失分析
空分设备冷量损失分析一、引言空分设备是现代工业生产和生活中常用的设备，主要用于将空气中的氮气、氧气、氩气等气体进行分离和提纯。
空分设备具有高效、节能、环保等优点，被广泛应用于化工、石油、钢铁、医药等行业。
在空分设备的运行过程中，会产生一定的冷量损失。
准确分析和评估空分设备的冷量损失，对于提高设备的运行效率、降低能源消耗具有重要意义。
二、空分设备的冷量损失来源1. 原料气体的温度空分设备的冷却效果主要依靠原料气体的温度进行。
如果原料气体的温度过高，会导致冷却效果不佳，冷量损失增加。
2. 空分设备的冷却方式空分设备的冷却方式一般有水冷和空冷两种。
水冷方式需要消耗大量的冷却水资源，而空冷方式则会受到环境温度的影响。
如果选择的冷却方式不合理，也会导致冷量损失增加。
3. 设备的密封性设备的密封性对于冷却效果和能源消耗具有重要影响。
如果设备的密封性差，会导致冷量从设备内部泄漏出去，增加冷量损失。
4. 设备的结构和材料空分设备的结构和材料对于冷量损失也有一定影响。
设备结构的设计是否合理，设备材料的导热性能是否良好，都会影响到设备的冷却效果和冷量损失。
三、冷量损失的评估方法1. 理论计算法理论计算法是根据空分设备的工作原理和参数，利用数学模型进行计算，得出冷量损失的理论数值。
这种方法可以提供较为准确的冷量损失评估结果，但需要具备一定的数学和物理知识。
2. 实验测试法实验测试法是通过对空分设备进行实际操作，测量相关参数，如冷却水的温度、设备内部的温度等，然后根据实验数据进行冷量损失的评估。
这种方法可以直接观测到冷量的损失情况，但需要较大的实验设备和实验成本。
3. 综合分析法综合分析法是将理论计算法和实验测试法相结合，综合考虑不同因素对冷量损失的影响。
通过理论计算得出大致的冷量损失范围，然后再通过实验测试进行验证，进一步优化和调整评估结果。
这种方法可以综合考虑各种因素，提供较为全面和准确的冷量损失评估结果。
四、冷量损失的控制方法1. 提高原料气体的温度通过提高原料气体的温度，可以减少冷量损失。
深冷空分预冷系统存在的问题分析与改进
深冷空分预冷系统存在的问题分析与改进摘要：深冷空分系统中主要的几种因素是水、油和电，在深冷空分系统中常见的几种问题分别是冷结垢、水循环污染、以及水高温等，这些问题会影响深冷空分系统的稳定性，因此本文问通过分析这些问题的成因，并提出相应的解决措施，供相关人员参考。
关键词：深冷空分；冷结垢；预冷系统0引言油、水、电是深冷空分生产中最关键的3个因素，其中任何一个因素出现问题，都会造成空分生产装置的不稳定或停车，甚至会造成设备破坏。
水冷塔、水冷机组、空冷塔是空气预冷系统最主要的装置，这些深冷部位的“冷结垢”是深冷空分生产过程中水系统存在的主要故障。
深冷空分企业冷结垢这一问题是现如今一直存在的问题，各种解决方式层出不穷，常见的几种解决方法也是需要耗费较大的成本，使用时间越长，出现故障的次数就越多，基于此，本文主要阐述了几种深冷空分系统中常见的故障问题。
1深冷空分预冷系统常见故障分析1.1冷结垢冷结垢的主要几种原因，其一为循环水的水质问题，水质如果是以高硬度，高碱度的形式存在，那么就非常容易形成冷结垢，也可能出现热结构，从而影响空分装置的使用性能；其二为温度的影响，在空分系统中，循环水的温度逐渐从高到低，从32℃一直下降到13℃，在这个过程中，循环水中的晶体就会逐渐饱和，从而析出，附着在空分系统的装置上，随着温度的再次变化，在常温条件下，这种亚稳态的碳酸钙晶体就会逐渐脱水，最终形成碳酸钙硬垢附着在装置的表面，从而影响装置的使用；其三为滞留层速度的影响，循环水的初始速度是比较高的，但是在经过壳程的时候，循环水的速度会直接下降，从而导致循环水中的一些杂质及悬浮物被截取，从而沉淀下来逐渐形成垢质；其四为坑分系统中的过滤导致，空分系统中的一些铜质列管的间隙较小，循环水在经过这个部分的时候，就会将循环水中的一些悬浮物及杂质过滤，从而加速了垢的形成；其五为循环水在水冷塔以及空冷塔中的二次蒸发以及浓缩，循环水在经过填料层的时候，是以薄膜状的形态经过的，因此容易出现二次蒸发和浓缩，晶体饱和度再次出现，从而形成了垢质。
分析和探讨优化空分冷量的对策
分析和探讨优化空分冷量的对策肖其【摘要】通过现有的空分运行装置对标,定性和定量的分析影响空分装置冷量的主要因素.探讨优化空分冷量,降低冷损的相应对策,并提出需要进一步改进和优化的措施.【期刊名称】《石油化工应用》【年(卷),期】2016(035)009【总页数】4页(P145-148)【关键词】空压机打气量;冷量;冷量损失;压缩节流循环制冷;膨胀机制冷【作者】肖其【作者单位】中国石油宁夏石化公司,宁夏银川750026【正文语种】中文【中图分类】TE962深冷空气分离装置主要生产氧、氮产品以及其他产品。
以宁夏石化公司合成氨空分装置为例，采用分子筛吸附、膨胀机制冷、全低压精馏内压缩流程，设计能力为28 000 m3/h。
主要任务是生产高压用氧（9.8 MPa）和高压用氮（7.8 MPa）；同时，为全厂提供公用低压氮气等［1-4］。
为保证生产出合格足量的气体产品，空分装置的冷量平衡是关键。
夏季气温、空压机打气量、主要制冷设备空气膨胀机制冷效果、冷量耗损等因素，都是影响空分冷量的平衡和氧产量的重要因素。
为了保证并提升设备的安全可操作性，此空分相继进行了分子筛改造、预冷系统改造、空压机防喘振控制系统的改造。
然而，经过各项改造后的装置运行过程中，冷量平衡和优化问题仍然是空分夏季高负荷生产下需要探讨的问题［5-8］。
1.1 空分装置的物料平衡（见表1）由表1可知：（1）原料空气进气量为设计的89.2%；（2）产品氮气总量提高到453 000 m3/h，原设计值为36 700 m3/h；氮气供给量增加，主要是低压氮气管网用量增加；（3）产品氧气量，污氮气都较设计值相应减少。
物料平衡数据说明：空气压缩机流量偏低，进入空分工段的总原料空气减少，而与此同时，合成氨系统公用类氮气供给量增加，产品氧气和污氮气都相应减少。
产品气的增加导致精馏塔负担加重，从而使得产品氧气的纯度略有下降；这在正常运行过程中通过分析产品氧纯度和造气工段氧/气比均能体现出来（见表2）。
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参考其它资料总结了一下，顺便画了张双层主冷示意图：
A：下塔气氮去主冷中心筒气氮腔
B：中心筒气氮进板式氮侧
C：液氮去中心筒液氮腔
D：不凝气引至主冷筒体外
双层主冷一般由4个（或更多个）板式单元和中心筒、外筒等组成，中心筒气氮腔与下塔顶部连通，四个板式单元围绕中心筒呈十字形对称布置。
每个板式单元的氧通道被分隔成上下两段，上端板式单元的两侧设置了横截面为梯形（或平底）的液氧槽，与板式单元一起构成上层主冷；下段板式单元与外筒一起组成下层主冷；主冷的氧液面指示设在下层主冷的筒体上。
每个板式氮通道是连通的。
来自上塔底部接液盘的液氧，通过分流器罐入上层主冷液氧槽的一侧，槽内液氧通过下方的通道与另一侧液氧槽沟通，并进入板式单元的氧侧。
液氧一部分蒸发，另一部分却从上层主冷溢流而下，使下层主冷的板式单元的底部进入氧侧，气氧从下段板式单元两侧上方出口流向上塔。
该板式单元的氮侧仍为上下贯通，气氮由上封头处进入，冷凝液氮从下封头处流向中心筒液氮腔，不凝气排放点也设在下封头上。
双层主冷的优越性：1、通过双层布置，同样的换热面积条件下，液氧液位约下降一半（由两个板式单元的高度降到了一个板式单元的高度）；上下层主冷的底部液氧，其所受的液柱静相应减小，液氧平均沸腾温度随之下降，从而使主冷温差缩小、下塔压力降低，最终达到空压机排压下降，气量增加的目的。
2、板式单元中，每两个氮通道之间安排两个氧通道，即两个氧通道单独夹着一个氮通道，尤其是氧侧翅片的高度和节距均小于普通型的主冷的参数，从而形成独特的狭缝式结构，使主冷在强化换热的同时，又增加了板式单元的比表面积。
3、上层主冷的液氧在沸腾溢流过程中，同时对氧通道进行冲刷和清洗，使乙炔等杂质难以集聚；下层主冷仍采用全浸操作，因而可以认为，双层主冷的防爆措施要好于普通型主冷。
4、在正常运行时，氧液面在板式单元上端面以下范围内波动，对上层主冷的工况没有任何影响，这对稳定主塔及氩塔的工况，也是一个有利因素。
双层主冷的弊端：双层主冷在空分塔启动阶段出现液体的时间有所推迟，但这是正常的，原因是：上层主冷首先出现液体，但该处的液体无法计量显示，要等到上层主冷液体积满并外溢至下层主冷后，液面计才能接到差压信号。
此外，由于下段板式单元的氮侧受到上段通道冷凝液的直接冷却，故下层主冷一旦出现液体，其以后的积液速度要明显加快。
可不可以做成三层或更多层，以此来更多地降低液位？双层主冷板式每层高度一般大约要大于等于2m，这是为了要保证氧通道的液体对碳氢化合物大地冲刷量，避免碳氢化合物在氧通道的集聚。
因此不可能做得再短，分成更多的层，具体的推算在《新编制氧工问答》上面有说明。