PX-OPS-AIR_INTRO-ILT-STD_空气分离的介绍

空气分离的介绍修订日期:2007.1目录基本介绍空气压缩和冷却净化换热透平膨胀机液化流程热集成主冷凝器精馏多塔流程氩精制2第一部分:基础理论空气分离的介绍修订日期:2007.1培训目标明确空气中的组分和杂质质量守恒原理回顾热力学基本理论4空气的构成空气的组分%体积含量氮气（N2）78.10%氧气（O2）20.96%氩气（Ar）0.94%空气中的杂质%体积含量水0.1to2.8%二氧化碳（CO2）350-500PPM碳氢化合物1-6PPM5质量守恒原理物质即不能创造，也不能消失，只能以一种状态转换成另一种状态热力学第一定律总的物质输入=总的物质输出对空分单元(ASU’s)总输入气流=总流出气流(气态氮,液态氮,污氮气,氩,气态氧,液态氧)该原理同样适用于整个空分装置里的每个单独的单元O2输入量=0.20946*空气的流量=O2输出量6基本流程图7主压缩机再生气风机再生加热器纯化器直接接触冷却器粉尘过滤器冷却水来水污氮ColdBox管道氮气氮气压缩机管道氧气氧气压缩机液氧液氮液态氩气空气压缩空气冷却杂质的移除分离和液化产品蒸发冷却器空气过滤器冷箱冷却水来水基本的热力学观点绝对压力绝对温度显热汽化热潜热冷凝露点凝结热热力学属性之间的关系气液之间体积和温度的关系8绝对压力压力标定用PSIGPSIG表示的是仪表压力，而不是绝对压力(PSIA)表压和绝对压力之间的转化公式如下:绝对压力(PSIA)=表压(PSIG)+标准大气压9绝对温度大部分温度标定都是用华氏温度（F）或者摄氏度（C）来表示的两种温标有其各自的优点在低温过程中，最好使用绝对温度(K或R)来表示下面是换算公式:degK=degC+273.15degR=degF+459.6710显热比热是指质量为1磅（lb）的物质升高1华氏度（F）所需要的热量水的比热=1BTU/lb/F11汽化热当我们给液体加热时，在达到该液体的沸点之前，其温度会一直上升在达到沸点时，该物质的温度不会随着加热而继续上升此时该物质的状态会有所变化，将会由液态变为气态物质从液态变为气态时所需热量就称作该物质的汽化热12潜热汽化潜热是指将一磅重的液体转化成一磅重的气体所需要的总热量水的汽化潜热=970BTU/lb13冷凝冷凝和蒸发是两个相反的过程在达到露点温度前，气体放热，其温度会降低在达到露点温度时，放热不会降低该流体的温度此时流体由气态变为液态14露点和凝结热露点纯物质的露点=沸点对于水来说,沸点=露点=212°F,100°C凝结热对于所有物质而言，汽化热和凝结热的数值是一样的15纯液体和纯气体的特性Sub-cooledSaturatedSuperheatedSub-cooledSaturatedSuperheated16流体可能存在下面三种状态过冷液体饱和液体/蒸汽过热蒸汽纯液体和纯气体的特性流体@14.696PSIA沸点汽化热氮气（N2）77.4K85.6BTU/LB氩气（Ar）87.3K69.6BTU/LB氧气（O2）90.2K92.0BTU/LB水（H2O）373.2K970.2BTU/LB17热力学属性之间的关系对一个给定的物质，下列属性间存在一定的关系压力（P）温度（V）体积（T）18水的体积和温度的关系19液体和气体的温度压力之间的关系当一个物质由液态变为气态时，它的体积会变的非常大同时它的密度相应的会变的很小(质量/立方英尺)20安全原理:当体积一定时，流体由液体转变为气体，它的压力会变的很大流体@14.696PSIA液体密度(LB/ft3)气体密度(LB/ft3)膨胀因子@低温膨胀因子@环境温度氮气50.50.28180697氩气87.10.36244842氧气71.20.28254860基本的热力学观点举例盲短泄压阀（LineBlock）是用来防止被聚积在两个阀门之间的液体，由于气化而造成管路爆破利用膨胀因子，在没有盲段泄压阀（LineBlock）时，我们可以知道聚积在两个手动阀之间的液氧气化后的压力值。假设两个阀门间液体的压力为5PSIG，所有的压力都由管路承担且管路没有爆破假设我们处在海平面液体的最初压力=5PSIG+14.696PSI=19.696PSIA气体的最终压力=19.696PSIA*254=5000PSIA21小结了解空气的组分以及其他杂质描述了质量守恒原理了解了热力学的基本理论22第2部分:空气压缩和冷却空气分离的介绍修订日期:2007.1培训目标空气压缩机（BLAC）的部件描述离心压缩机结构和特点空气压缩机的控制组件空气冷却技术及其特点24空气压缩机用途：在空气分离单元（ASU）中用来压缩空气压缩机的部件ASFH—入口空气过滤器离心式压缩机空气端设备机械端设备排气阀和消音器控制系统空气冷却25压缩系统整体结构图26离心压缩机分解图27压缩机导流叶片28全开式的导叶半开式导叶环境的影响离心式压缩机是设计用来压缩气体的比容积。一定体积的气体的分子个数是由温度决定的当空气温度升高时通过第一级的流量下降冷却剂的温度升高中间冷却器的出口温度同时上升随后各级的流量下降空气中的含水量可能上升压缩机必须压缩更多的水分空气中的水分占据了压缩空气空间，造成空气流量下降29压缩机的使用限制流量范围喘振限定了其最低流量导叶片全开限制最大流量压缩机的压力和流量之间的关系系统阻力曲线喘振脉冲流体倒流导致不稳定状态喘振原因压力增加流量下降防喘振的控制方法喘振控制线喘振停车线当工作点进入喘振控制区时，喘振控制将会打开放空阀。30压缩机控制系统导叶的控制JIC—功率控制FIC—流量控制HIC—手动控制放空阀的控制PIC—压力控制UIC—喘振控制HIC—手动控制31空气冷却技术空气冷却的优点低温时，分子筛的吸附性更好(TSA)降低了空气中的水分含量空气冷却技术中间冷却器后冷却器冷冻机(TSASystems)使空气温度降到40–50°F空气直接冷却系统DSA—双级冷却器DCA—直接接触式后冷却器32空气冷却工艺冷却器管壳式换热器空气在壳程水在管程冷却剂使空气温度降低3-15°F趋近温度:冷却器的出口气体温度减去水的进口温度温升：冷却器出口水温减去其进口水温33级间冷却器34空气压缩和冷却除水35Water,GallonsTemperature,°F空气直接冷冻系统第一步:后冷却器是用冷却水来冷却空气的第二步:接着冷冻机直接使空气冷却(如：空调)热量在冷冻机里面由空气转移给制冷剂第三步:将空气中的水用水分离器去除36CWSCWRAIR附连水冷冻机水分分离器后冷却器冷却水进冷却水出电机双级后冷却器在冷却器壳里面进行冷却和冷冻在两个换热器中，水都是用来作为换热的载体用泵将冷冻水在DSA系统打循环(闭合环路)冷动机将水冷却到40°F37CWSCWR双级后冷却器冷冻机冷冻水空气泵除水器附连水冷却水进冷却水出电机空气冷冻去除水分38Water,GallonsTemperature,°F冷冻机去除水分（GallonsperMillionCubicFeet）小结BLAC的各组件掌握离心压缩机的分解图和其特点BLAC控制系统空气冷却技术及其特点39第3部分:空气净化空气分离的介绍修订日期:2007.1培训目标普通杂质定义净化工艺及其特点描述41净化空气中的杂质像H2O、CO2和N2O这些杂质会凝结堵塞冷箱碳氢化合物达到一定浓度时会有燃烧的危险乙炔轻组分—甲烷，乙烷，丙烷空气净化技术的分类TSA—变温吸附纯化器PSA—变压吸附纯化器RHX—可逆式换热器CEGT—冷端吸附器(较旧的工艺)RGT—循环吸附器(较旧的工艺)42变温吸附纯化器概述变温吸附纯化器的操作变温吸附纯化器的设备阀门2个或者3个净化床加热器粉尘过滤器变温吸附纯化器的控制系统纯化器的循环步骤和定时器COPSA-40-3变温吸附纯化器的的性能冷吹峰值温度曲线43变温吸附纯化器的操作循环时间~4to8hours吹扫/进料比例~6to15%进料温度在40Fto60FTinTout因为有吸附热的存在44变温吸附纯化器的设备45从PHX来的污氮再生加热器滤尘器去冷箱的空气纯化器容器40–60°F300–575°F孔板变温吸附纯化器的设备4620筛孔13X1/2”球面支座1/4”AluminaB.S.1”球面支座D2012”球面支座TCTCItemWeight#13X40,500A20112,9001/4ABS8,8001/2B.S.10,1701B.S.4,6802B.S.8,010*1500TPD立式复合床变温吸附预净化器的设备47变温吸附纯化器的设备48床层里填充特定的吸附剂氧化铝吸附剂97%H2O13X分子筛吸附剂3%H2OCO2乙炔C4+大部分的C3再生加热器用加热污氮去再生床层可以设计使用下列方式来加热：天然气电力蒸汽出口温度取决于床的类型复合床=400°F全分子筛床=600°F49粉尘过滤器去除纯化器出来的筛尘，保护冷箱有一个压差表指示器高的压差表明筛网穿透了。导致筛网穿透的原因原料质量很差高流速造成的流化现象长时间的磨损50变温吸附纯化器的控制纯化器循环工作的步骤当一个床再生时，另一个是在工作的控制系统来控制整个循环，每一步都是时间控的51变温吸附纯化器的控制管道气空分设备都配备了CO2分析仪直接测量床层下游的CO2浓度如果存在CO2，则说明床层已经超负荷运作CO2报警点是1PPM关键运行参数(COP)SA40-3以下状况可能会造成设备停车CO2浓度高于2PPM的时间超过2小时CO2浓度高于3PPM的时间超高30分钟5个连续循环，每次循环末端CO2浓度超过3PPM瞬间浓度高于10PPM或者更高52变温吸附纯化器的性能53变温吸附纯化器的性能54TopofBedBottomofAluminaBottomofSieveVentPipe小结普通杂质净化技术及其特点55第4部分:换热空气分离的介绍修订日期:2007.1培训目标定义换热原理描述了换热在空分单元中有哪些应用明确了换热技术及其设备57换热的综述换热的原理在空气分离单元中的应用主换热器液化器产品过热器和过冷器换热技术和设备控制系统58换热原理换热方法热辐射热对流热传导热力学第二定律(释义)热量总是由高温物体转移到低温物体59换热原理传热速率的基本计算公式如下所述在换热过程中，传热推动力是温差60传热速率=推动力阻力T1-T2R=主换热器(PHX)在精馏过程中，产物一般处于其露点温度原料进入精馏塔时，它的温度应尽可能的接近其露点温度换热器的主要作用是使产品复热，使进料空气冷却61过热器由于上塔的压力小于下塔，所以它的产品温度比进入下塔的空气低得多，因此，在进入主换热器之前产品必须预热过热器通过内部介质流提高产品的温度。62过热器63过热器64液态氮气污氮产品氧气上塔透平膨胀机空气产品氮气上塔下塔氮气过热器PHX液态氩气粗氩塔液态氧气液化器换热进入液化器换热器有两股进料高压、常温的N2(700PSIG)低压、低温N2(60PSIG)N2，已经膨胀冷却流体在换热器中实现热交换低压流复热至常温；高压流从常温冷却至深冷温度随着高压氮气冷却，它也被液化。65液化换热器66铝合金换热器(BAHX)高效的换热设备多种用途能应付高压和低温即使是温差很小时也能使用由于其接触面是一个很薄的铝层，所以其热阻很小在表面增加翅片来增强换热效果67#1:BAHX流程配置#2:BAHX基本结构铝合金换热器(BAHX)应用广泛主换热器和过热器液化器主冷凝器（旧工艺）和粗氩冷凝器换热器单元的大小是有限的,所