第一章 制氧流程 ................................................................................................................................. 1
1.1 概述 ........................................................................................................................................... 1
1.1.1 制氧机分类 ..................................................................................................................... 1 1.1.2 制氧机的性能指标 ......................................................................................................... 1 1.1.3 国产空气分离设备的型号规定 ..................................................................................... 4 1.1.4 制氧机的发展 ................................................................................................................. 4 1.2 制氧机的典型流程 ..................................................................................................................... 4
3
1.2.1 150m/h制氧机 ............................................................................................................... 4
3
1.2.2 3200 m/h制氧气机 ....................................................................................................... 5
3
1.2.3 10000 m/h制氧机 ......................................................................................................... 6 1.2.4 KDON-6000/13000增压分子筛净化全低压制氧机 ...................................................... 7 1.3 制氧流程组织 ............................................................................................................................. 9
1.3.1 流程组织要求 ................................................................................................................. 9 1.3.2 制冷系统组织 ................................................................................................................. 9 1.3.3 防爆系统组织 ............................................................................................................... 12 1.3.4 换热器系统组织 ........................................................................................................... 14 1.4 流程比较 ................................................................................................................................... 15 第二章 制冷 ....................................................................................................................................... 19
2.1 空气的液化 ............................................................................................................................... 19
2.1.1 流膨胀效应 ................................................................................................................... 19 2.1.2 膨胀制冷 ....................................................................................................................... 19 2.1.3 节流与等熵膨胀的比较 ............................................................................................... 19 2.2 膨胀机 ....................................................................................................................................... 19
2.2.1 作用和分类 ................................................................................................................... 20 2.2.2 工作原理及基本方程 ................................................................................................... 20 2.2.3 透平膨胀机的损失、产冷量及效率 ........................................................................... 21 2.2.4 拆装说明 ....................................................................................................................... 22 2.2.5 透平膨胀机的调节 ....................................................................................................... 22 2.2.6 透平膨胀机组 ............................................................................................................... 23 2.2.7 操作 ............................................................................................................................... 26 2.2.8 常见故障处理 ............................................................................................................... 28 2.2.9 维护说明 ....................................................................................................................... 29 2.2.10 问题解答 ..................................................................................................................... 29 2.2.11 膨胀机流程简述 ......................................................................................................... 31
第三章 空气的净化 ........................................................................................................................... 33
3.1 固体杂质的清除 ....................................................................................................................... 33
3.1.1 过滤除尘原理及性能指标 ........................................................................................... 33 3.1.2 空气过滤器 ................................................................................................................... 33 3.2 自清除 ....................................................................................................................................... 34
3.2.1 饱和与未饱和 ............................................................................................................... 35 3.2.2 空气中二氧化碳的饱和 ............................................................................................... 35 3.2.3 不冻结条件 ................................................................................................................... 35 3.3 吸附法 ....................................................................................................................................... 36
3.3.1 吸附 ............................................................................................................................... 36
I
3.3.2 吸附剂 ........................................................................................................................... 36 3.3.3 吸附机理 ....................................................................................................................... 37 3.3.4吸附器 ............................................................................................................................ 40 3.4分子筛纯化器 ............................................................................................................................ 41
3.4.1 纯化系统流程 ............................................................................................................... 42 3.4.2 分子筛加热再生温度曲线 ........................................................................................... 43 3.4.3 分子筛吸附器的切换操作 ........................................................................................... 43 3.4.4 分子筛净化系统操作注意事项 ................................................................................... 44 3.4.5 分子筛纯化系统常见故障及处理 ............................................................................... 44
第四章 换热器 ................................................................................................................................... 47
4.1 概述 ........................................................................................................................................... 47 4.2 换热器分类 ............................................................................................................................... 47
4.2.1 换热器原理可分为三大类： ....................................................................................... 47 4.2.2 换热器根据流体状态变化可分为三种： ................................................................... 47 4.3 换热器的结构形式及工作原理 ............................................................................................... 47
4.3.1 空冷塔的作用及工作原理 ........................................................................................... 47 4.3.2 水冷塔的形式及工作原理 ........................................................................................... 47 4.3.3 间壁式换热器种类及形式（工作原理） ................................................................... 48 4.4 板翅式换热器 ........................................................................................................................... 48
4.4.1 翅片的型式及适用场合 ............................................................................................... 48 4.4.2 板翅式换热器的基本组成构件 ................................................................................... 48 4.4.3 板翅式换热器流体换热的实现 ................................................................................... 49 4.4.4 主换热器（非切换式板翅换热器）与切换式换热器的比较 ................................... 49 4.4.5 主换热器的热端温差及中抽温度的控制 ................................................................... 50 4.5 冷凝蒸发器 ............................................................................................................................... 50
4.5.1 冷凝蒸发器在空分设备中的作用 ............................................................................... 50 4.5.2 影响冷凝蒸发器温差的原因分析 ............................................................................... 50 4.5.3 冷凝蒸发器主冷液面高低的原因分析 ....................................................................... 51 4.5.4 冷凝蒸发器的传热面不足对氧产量的影响 ............................................................... 51 4.5.5 在冷凝蒸发器及液化器中装设氖、氦吹除管的作用。 ........................................... 51 4.5.6 冷凝蒸发器全浸的优点 ............................................................................................... 52
第五章 空气的精馏 ........................................................................................................................... 53
5.1 空气的精馏 ............................................................................................................................... 53
5.1.1气液相平衡 .................................................................................................................... 53 5.1.2氧、氮混合物气液相平衡图 ........................................................................................ 54 5.1.3 简单蒸发和简单冷凝 ................................................................................................... 56 5.1.4 部分蒸发和部分冷凝 ................................................................................................... 57 5.2 精馏塔结构 ............................................................................................................................... 58
5.2.1 筛板塔结构 ................................................................................................................... 58 5.2.2 筛板塔的气液流动工况 ............................................................................................... 59 5.2.3 填料塔 ........................................................................................................................... 60 5.2.4 填料塔流动工况。 ....................................................................................................... 61 5.3 分馏塔 ....................................................................................................................................... 61
5.3.1 单级精馏塔 ................................................................................................................... 61
II
5.3.2 双级精馏塔 ................................................................................................................. 62 5.3.3 双级精馏塔各主要点工作参数的确定 ..................................................................... 63 5.4 双级精馏塔的计算 ................................................................................................................. 65
5.4.1 精馏的物料衡算和热量衡算 ....................................................................................... 65 5.4.2 O2 -N2二元系精馏过程的计算 ................................................................................ 67
第六章 离心式空气压缩机 ............................................................................................................... 73
6.1 H型离心压缩机 ........................................................................................................................ 73
6.1.1 结构： ........................................................................................................................... 73 6.1.2 启动操作 ....................................................................................................................... 75 6.1.3 停机 ............................................................................................................................... 75 6.2 空气透平压缩机 ....................................................................................................................... 76
6.2.1 压缩机的结构 ................................................................................................................. 76 6.2.2 机组的检修 ............................................................................................................... 77 6.3 氧气透平压缩机 ................................................................................................................... 78
6.3.1 结构 ............................................................................................................................... 78 6.3.2 轴封装置 ....................................................................................................................... 80 6.3.3 气体冷却器 ................................................................................................................... 80 6.3.4 润滑系统 ....................................................................................................................... 80 6.3.5 保护及安全措施 ............................................................................................................. 80 6.3.6 启动及停车操作 ........................................................................................................... 81 6.3.7 防喘振装置 ................................................................................................................... 84 6.3.8 维修和检修规程 ........................................................................................................... 84 6.3.9 解体及重新组装 ...................................................................................................... 85 6.4 液氩泵 ....................................................................................................................................... 86
6.4.1 结构 ............................................................................................................................... 86 6.4.2 工作原理 ....................................................................................................................... 87 6.4.3 技术性能 ....................................................................................................................... 87 6.4.4 常见故障判断及处理 ................................................................................................... 87 6.4.5 检修规程 ....................................................................................................................... 87
第七章 活塞式压缩机 ....................................................................................................................... 89
7.1 立式压缩机 ............................................................................................................................... 89
7.1.1 结构及工作原理 ........................................................................................................... 89 7.1.2 工作原理 ....................................................................................................................... 90 7.1.3 技术性能及正常工艺参数 ........................................................................................... 90 7.2 卧式压缩机 ........................................................................................................................... 99
7.2.1 结构 ............................................................................................................................... 99 7.2.2 工作原理： ................................................................................................................. 101 7.2.3 技术性能及正常工艺参数 ......................................................................................... 101 7.2.4 常见故障判断及处理见表7-9 .................................................................................. 102 7.2.5 检修规程 ..................................................................................................................... 103
第八章 空分装置的生产与操作 ..................................................................................................... 105
8.1 空分设备的启动 ..................................................................................................................... 105
8.1.1 空分设备启动的技术准备工作 ................................................................................. 105 8.1.2 空分设备启动的前提条件 ......................................................................................... 106
III
8.1.3 启动步骤 ..................................................................................................................... 106 8.2 加温、吹刷分馏塔系统管路 ................................................................................................. 107
8.2.1 吹刷操作要点 ............................................................................................................. 107 8.2.2 分馏塔吹刷流路 ......................................................................................................... 107 8.2.3 吹刷阶段注意事项 ..................................................................................................... 108 8.3 冷却阶段 ................................................................................................................................. 108
8.3.1 精馏塔冷却前的必备条件 ......................................................................................... 108 8.3.2 启动增压透平膨胀机 ................................................................................................. 108 8.3.3 冷却精馏塔系统 ......................................................................................................... 108 8.4 积液阶段 ................................................................................................................................. 109
8.4.1 膨胀机后温度控制 ..................................................................................................... 110 8.4.2 下塔液氮回流阀的调节 ............................................................................................. 110 8.4.3 进上塔液氮节流阀的调整 ......................................................................................... 110 8.4.4 下塔液空调节阀的调整 ............................................................................................. 110 8.4.5 积液阶段注意事项 ..................................................................................................... 110 8.5 调纯阶段 ................................................................................................................................. 110
8.5.1 建立精馏工况阀门调整的步骤 ................................................................................. 110 8.5.2 主塔各项工艺分析指标 ............................................................................................. 111
第九章 氩的制取 ............................................................................................................................. 112
9.1 氩的性质与用途 ..................................................................................................................... 112 9.2 氩在空分塔内的分布情况 ..................................................................................................... 112 9.3 全精馏无氢制氩工作原理 ..................................................................................................... 113 9.4 全精馏无氢制氩的操作 ......................................................................................................... 114
9.4.1 氩系统设备的冷却 ................................................................................................ 114 9.4.2 工艺液压泵的操作 ................................................................................................ 114 9.4.3 主塔工况的调整 .................................................................................................... 115 9.4.4 粗氩塔工况的调整 ................................................................................................ 115 9.4.5 精氩塔工况的调整 ................................................................................................ 115 9.5 氩系统常见故障及处理 ......................................................................................................... 116
9.5.1 粗氩塔轻微氮塞 .................................................................................................... 116 9.5.2 粗氩塔严重氮塞 .................................................................................................... 116 9.5.3 精氩塔氩固化 ......................................................................................................... 116
第十章 仪控系统 ............................................................................................................................. 117
10.1 空分设备仪控系统的构成 ................................................................................................... 117
10.1.1 检测仪表 ............................................................................................................... 117 10.1.2 显示仪表 ............................................................................................................... 121 10.1.3 控制仪表 ............................................................................................................... 122 10.1.4 执行器 .................................................................................................................... 122 10.2 仪表的性能指标 ................................................................................................................... 123
10.2.1 精确度 .................................................................................................................... 124 10.2.2 灵敏度 .................................................................................................................... 124 10.2.3 迟滞（回差，滞环） ......................................................................................... 124 10.2.4 重复性 .................................................................................................................... 124 10.2.5 量程比 .................................................................................................................... 124
IV
10.3 空分设备上典型仪表的回路构成 ....................................................................................... 124
10.3.1 温度显示回路、压力显示回路 ....................................................................... 124 10.3.2 压力显示回路 ...................................................................................................... 125 10.3.3 流量显示控制回路 .............................................................................................. 125 10.4 智能仪表 ............................................................................................................................... 126 10.5 集散控制系统（DCS） ......................................................................................................... 126
10.5.1 集散控制系统的基本概念 ................................................................................ 126 10.5.2 集散控制系统的硬件构成 ................................................................................ 127 10.5.3 集散控制系统的控制功能 ................................................................................ 129
第十一章 制氧分析 ......................................................................................................................... 130
11.1 气体分析 ............................................................................................................................ 130
11.1.1 产品氧的分析 ........................................................................................................... 130 11.1.2 产品氮的分析 ........................................................................................................... 131 11.1.3 污氮含氧量的分析 ................................................................................................... 132 11.1.4 液氧中乙炔的分析 ................................................................................................... 133 11.1.5 气体中CO2含量的分析 ........................................................................................... 135 11.1.6 液氧中碳氢化合物的分析 ....................................................................................... 136 11.1.7 工艺氩中微量氧、氮的分析 ................................................................................... 137 11.2 试油的分析 ........................................................................................................................... 139
11.2.1 粘度的测定 ............................................................................................................... 139 11.2.2 开口杯法测定闪点 ................................................................................................... 140 11.2.3 油品酸值的测定 ....................................................................................................... 141 11.2.4 油中水分的测定 ....................................................................................................... 142 11.3 水质指标的测定 ................................................................................................................... 144
11.3.1 PH值测定 ................................................................................................................ 144 11.3.2 总硬度测定方法 ....................................................................................................... 145 11.3.3 钙离子测定方法 ....................................................................................................... 146 11.3.4 镁离子测定（计算法） ........................................................................................... 146 11.3.5 碱度测定法 ............................................................................................................... 146 11.3.6 氯离子测定法 ........................................................................................................... 147 11.3.7 悬浮物测定法 ...................................................................................................... 148 11.3.8 正磷酸盐、总磷酸盐、总铁和浊度测定 ............................................................... 149
第十二章 水泵 ................................................................................................................................. 153
12.1 常用泵的分类 ....................................................................................................................... 153
12.1.1 叶片泵 ....................................................................................................................... 153 12.1.2 容积泵 ....................................................................................................................... 153 12.1.3 其它类型泵 ............................................................................................................... 153 12.1.4 泵的型号表示方法： ............................................................................................... 153 12.2 离心泵的工作原理 ............................................................................................................... 153
12.2.1 物体产生离心力 ....................................................................................................... 153 12.2.2 泵利用离心力出水和吸水 ....................................................................................... 153 12.3 离心泵的分类 ....................................................................................................................... 154
12.3.1 按叶轮的吸入方式分 ............................................................................................... 154 12.3.2 按叶轮数目分 ........................................................................................................... 154
V