精馏系统
(1)液氧泵系统,高压氧气送出压力高于1.1倍的设计压力时,打开放空阀;低于0.9倍的设计压力时,启动备泵。
(2)一般规定充气管路设置在11米高度位置进入液体去粗氩塔冷凝器管路。要求下塔去上塔液体全液体液柱静压不足时,不进过冷器或者过冷度小些(防止节流阀前有汽化),这样管路汽化量大,减少充气量(充气量大对于精馏不利,尤其对于制氩系统)。一般充气管路的两相竖直管路分为3种相态:全液相段,开始汽化段但发生气液分离;汽化(或者有充气)开始发生气液夹带,气体能够夹带液体上行。对于液柱静压分为两部分,即以开始发生气液分离为分界点,以下为全液柱静压段,之上为两相混合段(按照平均密度计算)。一般调节阀位置在6米左右,液体大概在2barA左右开始汽化,所以这样设置实际上较为保守。
(3)上塔分为两段的布置有四种:第一种为在主冷处分开,优点是主冷可以做的很大,可以完全不考虑上面塔布置的稳定性,采用循环液氧泵连接两塔。由于上塔坐落在地,与上塔连接的粗氩塔高度可以增高,这样与冷凝器相连部分高度可以降低,使得富氧液空去冷凝器有足够的压力头上行。粗氩塔两塔之间采用循环泵连接。
第二种为自氩馏分抽口处分开,缺点是主冷不能采用横置等方式。上塔坐落在地,粗氩塔采用一段塔布置,氩循环泵与上塔循环泵两泵合一(两塔液体汇集后)。粗氩塔由于高度较高,采用设置充气管路以使得液空进入粗氩塔冷凝器。可以节省两台泵。
第三种为自氩馏分抽口处分开,缺点是主冷不能采用横置等方式。上塔坐落在地,采用循环液氧泵连接两塔。粗氩塔采用两段塔布置,由于上塔坐落在地,与上塔连接的粗氩塔高度可以增高,这样与冷凝器相连部分高度可以降低,使得富氧液空去冷凝器有足够的压力头上行。粗氩塔两塔之间采用循环泵连接。
第四种为自氩馏分抽口处分开,缺点是主冷不能采用横置等方式。上塔坐落在地,采用循环液氧泵连接两塔。粗氩塔采用两段塔布置,由于上塔坐落在地,与上塔连接的粗氩塔直接坐落于分开段上塔之上,这样塔的稳定性较好,但是与冷凝器相连部分高度不能降低,使得富氧液空去冷凝器可能没有足够的压力头上行,一般也需要充气。粗氩塔两塔之间采用循环泵连接,此处4台循环泵不能合并,因为液体纯度不同,进料口也不同。
(4)下塔液体去上塔有以下几种关系:第一种为下塔能提供的背压远小于液体上行所需的静压力头(全液相),这样如果充气,量较大(有液体未发生汽化或者发生汽化两种),对精馏不利(相当于膨胀空气进上塔),采用液体泵加压输送。第二种为下塔能提供的背压小于液体上行所需的静压力头(全液相),液体到顶部发生汽化或者未发生汽化,如果充气,量较小,对精馏不利因素有限(相当于膨胀空气进上塔),采用充气。第三种为下塔能提供的背压略小于液体上行所需的静压力头,液体上行过程发生汽化,两相流开始发生气液夹带,不进过冷器,恰好能够满足液柱静压,不需要设置充气。第四种为下塔能提供的背压大于液体上行所需的静压力头(全液相),液体上行过程发生汽化或者未发生,能够满足液柱静压,采用液体进过冷器,以减少汽化,避免两相流扰动而发生管路震动及影响上塔液体分布。
(5)过冷器的作用一方面为主换热器的入口冷流体使之冷端温差较小,另一方面回收冷量去上塔,防止抽气体中夹带液体,这样会使板式过冷,不利于换热,以降低不可逆损失。产品液氮一般需要过冷后进贮槽,因为其压力高,或者采取在上塔顶部分离罐抽,一般过冷度大3℃左右。产品液氧可以过冷,也可以不过冷,因为其压力低,汽化度小。
(6)粗氩塔冷凝器的温差计算时要留有余量,能够满足组分波动,对于粗氩组分要求含氮0.1%时计算温差;对精氩塔顶部冷凝器要求按照含氮10%进行计算温差。即以发生氮塞工况为分界点,一般含氮0.1%以下运行时均不会发生氮塞。
(7)液体泵的采用双点迷宫密封的密封气:一路进轴热端,同时放空;一路进迷宫密封(位于轴冷端),节流后为一次进气压力,从叶轮背后反抽一股为参比压力(第二路),同时放空气(混合气,密封空气或者氮气与液氧液氮的混合气)的压力为第三路;三个压力形成两个密封压差,压差要求10∽20kpa.液氮泵的密封气压力要求高于7barG(液氮入口压力高),液氧泵的密封气压力要求5barG。
(8)液体泵对于流程泵,循环泵以及压力较高的后备离心氧泵,氮泵需要设置变频器;一般后备离心泵,活塞泵不需要设置变频器,活塞泵也可以采用电磁调速。液体泵离心式立式泵有回气管(高进低出),通入主冷(或者上塔)或者液氮量筒内(回氮气进主冷的管道),卧式泵无回气管(低进高出,气体直接沿着进液体管路上行,但是流速要求要低于0.5m/s),直接管道排气。活塞泵有回气管,用于泵体预冷。
(9)大空分下塔用填料塔主要原因是节省能耗,空压机排压减少10kpa(能耗减小0.93%左右,六万等级的空压机能耗2700kw,节省260kw),下塔设置5kpa阻力,筛板塔15kpa,排压提高10kpa。
(10)循环液氩泵扬程:65米9bar排压,进入粗氩塔塔顶有汽化,要考虑管道以及液体分布器的流速,流速高时,对于液体二次分布的液面有冲击,影响小孔分布。所以对于有气液混合的液体,一定要有气液分离器,或者闪蒸盒,防止气液夹带,影响液体分布。
(11)液体泵进出口均需要留2bar的余量。换热时高压产品也应该留有一定余量,一般也是要高2barG.
(12)流程计算时液体泵的效率对冷量影响较大,一般0.5左右。
(13)粗氩塔与主塔连接部分要求高度1.5∽2.0米,液体流速0.5m/s,气体流速8m/s;液氮回下塔液封高度3∽5米(依据伯努力方程)。
(14)抽气体时尽量侧向抽气,不易夹带液体;顶部抽气体容易带液体,主要是液滴受自重影响较大。
(15)对于氩冷凝器一般需要氦检漏,防止泄露导致产品纯度不达标。同时板式最好做气阻试验,以均匀匹配。
(16)大型的在粗氩1塔与2塔之间设置氩馏分流量计,小型的不设置,不准确。内压缩要设置气氧放空调氩管路,冷箱外配套调节阀和流量计。当设置污液氮管路时需要设置流量计,用以调节其流量(流量小,难调节)。
(17)液体节流阀阀后有汽化,一般在液氮去上塔的V2阀后设置分离罐,以使气液分离,由于节流后流速快(有大量气体),防止气液混合,气体涡动,导致液体分布不均;同时起到缓冲作用,液体的流速会被汽化后的气体流速赶快(气体体积膨胀,导致液体无流通空间,假如液体有1%汽化,则占用通道1%×200=2倍,给液体几乎无流道空间,导致液体流速会增大)。办法是加设气液分离罐(气液分离和缓冲作用)或者增大管道直径,经过过冷器后液体一般过冷:液氮:12K;富氧液空:贫液空3K;富氧液空5K(指不设置充气阀时)。
(18)汽化会发生闪蒸(即组份分离),对于冷凝器内蒸发组分要注意,对于气液分离罐(高压液空,液氧自增压蒸发器),冷凝蒸发器(主冷,粗氩塔冷凝器,精氩塔冷凝器),膨胀机后带液体等会发生闪蒸。
(19)液体泵要设置排气阀,安全阀和排液阀;液体管路上只需要设置安全阀和排液阀。充车泵不需要设置排液阀,只需要安全阀和排气阀(启动时先排气)。密封气管路要在末端设置吹除阀,防止杂质进去。
(20)低温精馏塔的塔体接管流速: