1.    氧化亚氮对空分设备有何危害?

    答：氧化亚氮的分子式为N₂O，也叫一氧化二氮，俗称“笑气”。大气中的氧化亚氮浓度约为3×10^-9。随着生态环境的恶化，它的含量以每年0.2%～0.3%的速度增加。

    土壤微生物在土壤及海洋中的氧化和脱氮活动生成的氧化亚氮占大气中氧化亚氮含量的1/3，另外2/3是人为生成的。例如：矿物燃料、生物体、废弃物的燃烧、污水处理、发酵源、汽车废气等都会导致N₂O的生成。在N2O生成源附近，大气中N₂O的含量可达到3×10^-6以上。虽然N₂O的化学性质不活泼，既不会产生腐蚀，也不会发生爆炸，但是它的物理性质对空气分离具有危害。它的临界温度为309.7K，临界压力为7.27MPa，其三相点是182.3K、0.088MPa。在空气分离装置的压力和温度的条件下，它具有升华性质。在常压下，其沸点为185K，比N₂、O₂、Ar的沸点都高，因而，在氧、氮分离过程中，它将浓缩于液氧中。

    N₂O在水中的溶解度很小，N₂O随加工空气经过空气过滤器、压缩机、冷却器、水分离器后不能将其分离、除去。大部分N₂O都会带入分子筛纯化器，分子筛对N2O的吸附能力小于对CO₂的吸附能力。N₂O先穿透吸附床层而进入精馏塔，而且在分子筛对H₂O、CO₂、C₂H₂等碳氢化合物的共吸附过程中，CO₂能够将分子筛已吸附的N₂O分子置换出来。所以，分子筛也不能清除N₂O。在主换热器中，加工空气被冷却到接近液化温度，N₂O首先冷凝成固体，会造成空气通道阻塞。在加工空气压力为0.6MPa，N₂O含量为1×10^-6时，N₂O的凝结析出温度为113K。

    在精馏塔中，因为N2O相对N₂、O₂、Ar组分为高沸点组分，故它将溶解在液氧中，致使在上塔底无法获得高纯度的液氧和气氧产品。据测定，氧产品纯度为99.5%时，N2O的平均含量为1.4×10^-5。并且，在液氧排放不充分时，N₂O在液氧中不断积累，当液氧中的N₂O含量大于50×10^-6时，就会呈固态析出，阻塞主冷凝蒸发器通道。

    在稀有气体氪、氙的生产中，随着氪、氙的浓缩，N₂O也浓缩。N₂O的含量可达100×10^-6～150×10^-6。N₂O本身不燃烧，但可以热分解。这将影响对粗氪、氙中CH₄的催化燃烧的清除以及利用分子筛对生成的水和二氧化碳的吸附。

    由于环境的问题，空气中的N₂O的浓度不断增加。况且电子等行业对氧产品的纯度要求越来越高(99.99%～99.9999%)，因此，对加工空气中的N₂O的清除比过去更重要。较好的清除方法是寻找合适的分子筛，在分子筛纯化器中将加工空气中的H₂O、CO₂、C₂H₂、N₂O共吸附而清除。 

 

2.    空分设备对冷却水水质有什么要求?

    答：空分设备一般用江河湖泊或地下水作为冷却水。这种水中通常都含有悬浮物(泥沙及其他污物)以及钙、镁等重碳酸盐[-Ca(HCO₃)₂和Mg(HCO₃)₂]，称为硬水。悬浮物较多时，易堵塞冷却器的通道、过滤网及阀门等。钙、镁等重碳酸盐在水温升高时易生成碳酸钙(CaCO₃)、碳酸镁(MgCO₃)沉淀物，即形成一般所说的水垢。一般水温在45℃以上就要开始形成水垢，水温越高越易结垢。水垢附着在冷却器的管壁、氮水预冷器的填料、喷头或筛孔等处，不仅影响换热，降低冷却效果，而且有碍冷却水或空气的流通，严重时会造成设备故障，例如氮水预冷器带水，使蓄冷器(或切换式换热器)冻结。水垢比较坚硬，附在器壁上不易清除。因此，冷却水最好是经过软化处理。采用磁水器进行软化处理较为简便，效果尚可。清除悬浮物应设置沉淀池。如果冷却水循环使用，有利于水质的软化，但占地面积较多，基建投资较大。

    对压缩机冷却水，温度一般要求不高于28℃，排水温度小于40℃。对水质要求为：

    pH值    6.5～8.0

    悬浮物含量    不大于50mg/L

    暂时硬度    不大于17°dH

    含油量    小于5mg/L

    氯离子(C1^-)  (质量分数)    小于50×10^-6

    硫酸根(SO₄^-2)  (质量分数)    小于50×10^-6

    氮水预冷系统供排水为独立循环系统。因为冷却水在塔内温升大，排水温度高，结垢严重，所以要求该系统的补充水尽可能采用低硬度水或软水，其暂时硬度一般应不大于8.5°dH，其他要求与压缩机冷却水相同。

    充瓶用高压氧压机气缸的润滑水，应采用蒸馏水或软水。

 

3.    气站对周围的空气有什么要求?

    答：为了保证氧气生产的安全，对空压机吸风口处空气中烃类的可燃杂质有一定限制。根据GBl6912—1997《氧气及相关气体安全技术规程》的规定，其杂质含量应低于表5规定的允许极限含量。

表5吸风口处空气中烃类等杂质的允许极限含量

 

烃类等杂质名称	允许极限含量(碳含量)/mg·m-3
	空分塔内具有液空吸附净化装置	空分塔前具有分子筛吸附净化装置
乙  炔	0.5	5
炔衍生物	0.01	0.5
C5、C6饱和与不饱和烃类杂质总计	0.05	2
C3、C4饱和与不饱和烃类杂质总计	0.3	2
C2饱和与不饱和烃类杂质总计	10	10
硫化碳(CS2) 氧化氮(NO) 臭氧(O3)	0.03 1.25 0.215

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.    我国对氮气产品的质量标准有何具体规定?

 

答：根据不同的用途，氮产品分为工业用气态氮、纯氮和高纯氮3种。

工业用气态氮一般作为保护气用，技术指标按GB3864--83规定，如表3所示。

 

表3工业用气态氮技术指标

 

纯氮用于化工、冶金、电子等行业的置换气或保护气，技术要求按GB8979--88规定；高纯氮主要用于电子行业或制备标准混合气等，技术要求按GB8980--88规定。具体指标见表4所示。

 

表4纯氮及高纯氮的技术要求

 

注：1.表中的纯度中包含微量惰性气体氦、氩、氖；

      2.液态氮不规定含水量。

 

 

 

5.    我国对氧气产品质量有何规定?

答：在GB3863--83中对工业用氧的产品质量作了具体规定。根据产品中水分的含量分为两类，产品氧纯度又分为两级，如表1所示。

 

    表1工业氧拔术要求

指  标  名    称		指    标
		I类	Ⅱ类
			1级	2级
氧含量(体积分数)/%(≥)		99.5	99.5	99.2
水分	每瓶游离水/mL(≤)		100
	露点/℃(≤)	-43

 

    瓶中的水分含量测定方法有两种：1)露点法，用露点仪测定含水少的情况，测量误差不应大于土1℃；2)倒置法。将充满氧气的气瓶垂直倒置10min，微开瓶阀，让水流至清洁干燥的容器内。当氧气喷出时，立刻关闭瓶阀，用量筒计量流出的水量。一等品应无游离水。

    对气瓶采取随机抽样检查。抽样数如表2所示。当有一瓶为不合格时，应加倍抽样检验。仍有一瓶不合格时，该批产品为不合格产品。

 

  表2瓶装工业氧抽的样数

产品批量/瓶	1～8	9～15	16～25	26～50	>50
抽样数量/瓶	2	3	4	5	6

 

 

 

 

6.    氧气有什么用途?

  答：氧是地球上一切有生命的机体赖以生存的物质。它很容易与其他物质发生化学反应而生成氧化物，在氧化反应过程中会产生大量热量。因此，氧作为氧化剂和助燃剂在冶金、化工、能源、机械、国防工业等部门得到广泛应用。

    (1)钢铁企业最大的氧气用户是转炉炼钢车间，利用吹入高纯氧气，使铁中碳及磷、硫、硅等杂质氧化，氧化产生的热量足以维持炼钢过程所需的温度。纯氧(>99.2%)吹炼大大缩短了冶炼时间，并且提高了钢的质量。

    电炉炼钢时吹氧可以加速炉料熔化和杂质氧化，节约电能消耗，逐渐成为固定的氧气用户。

    高炉炼铁采用富氧鼓风可以加大煤粉的喷吹量，节约焦炭，降低燃料比。虽然富氧的纯度不高(含氧24%～25%)，但是，由于鼓风量很大，氧气消耗量也相当可观，接近炼钢用氧的三分之一。因此，也成为主要氧气用户。

    有色金属冶炼。重金属冶炼中，火法冶炼占主要地位，除靠硫和铁氧化放热外，还需靠燃料燃烧提供热量。为了强化冶炼过程，降低能耗，减少有害烟气量，采用富氧代替空气进行熔炼，同时可提高设备的生产能力。氧浓度在35%～90%。对年产3600t/a铜的闪速炉，需配置生产能力为3000m³/h、氧纯度为95%的制氧机。对100000t/a铅锌的冶炼厂，需配置生产能力为1500m³/h、氧纯度为95%的制氧机。由于它要求的氧纯度不高，相对来说，所需制氧机的容量较小，可以采用分子筛吸附制氧装置。

    (2)化学工业，在合成氨的生产化肥过程中，除氮是主要原料气外，氧气用于重油的高温裂化、煤粉的气化等工序，以强化工艺过程，提高化肥产量。一般，一套10万t/a的合成氨装置需配一套10000m³/h的制氧机。

    此外，在天然气重整生产甲醇、乙烯、丙烯氧化生产其氧化物，脱硫及回收时，也均需要消耗大量氧气。吨产品耗氧在300～1000m³/t的范围，应配置10000～30000m³/h的制氧机。

    (3)能源工业，在煤加压气化时，为了保持炉内氧化层的温度，必须供给足够的氧气。氧气纯度不低于95%，每千克煤的氧气消耗量随煤种、煤质不同而变化。对褐煤，在0.14～0.18m³/kg的范围；对烟煤为0.17～0.22m³/kg。氧气压力由生产工艺要求确定，压力越高，氧气消耗量越少。

    对煤气化联合循环发电(IGCC)装置，1kw约需氧气5.6m。。

    (4)机械工业，主要用于金属切割和焊接。氧气作为乙炔的助燃剂，以产生高温火焰，使金属熔化。

    (5)国防工业，液氧常作为火箭的助燃剂。可燃物质浸泡液氧后具有强烈的爆炸性，可制作液氧炸药。

    此外，在医疗部门，氧气也是病人急救和辅助治疗不可缺少的物质。因此，氧气生产已是国民经济中不可缺少的重要环节。

 

 

7.    钢铁生产中对氧气的数量和质量有什么要求?

    答：(1)转炉炼钢，要求高纯度的氧气，含氧大于99.5%。同时，对压力也有一定要求，工作压力大于1.3MPa。冶炼吨钢的氧气消耗量在50～60m³/t。

    (2)高炉富氧鼓风。提高高炉鼓风中的含氧，可以增加煤粉的喷吹量，提高生铁产量。当吨铁喷煤量达200kg/t时，要求鼓风含氧量在25%---29%。鼓风中含氧量提高1%，生铁产量增加3%，每吨铁的喷煤量可增加13kg。目前，富氧含量一般为23%～25%，最高达27%。高炉鼓风量很大，每吨铁需12000m³的空气，虽然富氧程度不高，氧气的消耗量也是相当大的。含氧提高1%，对每吨铁约需16～18m³/t的氧气。虽然炼铁对氧气纯度没有什么特殊要求，但是，如果专门为炼铁配置单独的制氧系统，与炼钢用氧不能相互调配，所以一般仍由高纯氧系统供氧。氧气一般从鼓风机进口吸入，所以对氧气压力没有要求。

    (3)熔融还原炼铁。它用煤对铁矿石进行还原，要求氧气纯度在95%以上，每吨铁的氧消耗量为500～550m³/t

 

 

8.    空分设备的型号表示什么意思?

    答：空分设备的产品由于产量、品种、形式不同，规格繁多。为了便于辨认，国内编制了统一的产品型号代号。它由拼音字母与数字组成，如图1所示。第一个(或一、二个)字母表示产品类别；第二个字母表示流程、结构特点；继后是产品化学元素符号；数字表示各种产品的产量，对气体，都是指标准状态下(0℃，0.101325MPa)的体积；最后为变型设计号。

    与空分设备配套的设备也编制了相应的型号。例如，分馏塔的型号：FON-6000/13000表示：F-分馏塔：ON-氧氮产品；6000-氧产量，m³/h；13000-氮产量，m³/h。液化设备的型号：YPON--200/300表示Y-液化装置；P-膨胀机；ON-氧氮产品；200-液氧产量L/h；300-液氮产量L/h。

 

 

 

9.    制氧机(空分设备)有哪几种类型?

 

  答：制氧机又叫空气分离设备(简称空分设备)，它的种类很多，根据不同的分类方法，有许多不同的类型。

    按产品纯度不同，可分为生产氧纯度在99.2%以上的高纯氧的装置；生产氧纯度为95%左右的低纯氧(也叫工艺氧)的装置；生产纯度低于35%的富氧(也叫液化空气)的装置。

    根据产品种类不同，可分为单纯生产高纯氧的单高产品装置；同时生产高纯氧和高纯氮的双高产品装置；附带提取稀有气体的提氩装置或全提取装置。

    根据产品的形态，可分为生产气态产品的装置；生产液态产品的装置和同时生产气态、液态产品的装置。

    按产品的数量不同，可分为800m³/h以下的小型设备；1000～6000m³/h的中型设备；10000m³/h以上的大型设备。

    按分离方法不同，可分为低温精馏法；分子筛吸附法和薄膜渗透法。

    按工作压力高低，可分为压力在10.0～20.OMPa的高压装置；工作压力为1.0～5.0MPa的中压装置；压力为0.5～0.6MPa的全低压装置。

    分类方法是人为的，还可以有其它的分类方法。

 

安全技术

 

10.    主冷发生爆炸的事故较多是什么原因，应采取什么防患措施?

 

    答：空分设备爆炸事故中，以主冷爆炸居多。产生化学性爆炸的因素是：

    1)可燃物质；

    2)助燃物质；

    3)引爆源。

    在主冷中有充分的助燃物质--氧，为碳氢化合物的氧化、燃烧、爆炸提供了必要条件。爆炸严重的会造成整个设备破坏，甚至人员伤亡；轻微的爆炸在局部位置产生，使氧产品纯度降低，无法维持正常生产。爆炸都与易燃物质--碳氢化合物在液氧中积聚有关。

  引爆源主要有：

  1)爆炸性杂质固体微粒相互摩擦或与器壁摩擦；

  2)静电放电。液氧中有少量冰粒、固体二氧化碳时，会产生静电荷。当二氧化碳的含量为2×10^-4～3×10^-4时，所产生的静电位可达3000V；

    3)气波冲击。产生摩擦或局部压力升高；

    4)存在化学活性特别强的物质(臭氧、氮氧化物等)，使爆炸的敏感性增大。

    主冷中有害杂质有乙炔、碳氢化合物和固态二氧化碳等。它们随时都可以随气流进入主冷。为了安全，预先在净化装置中，例如分子筛吸附器中，其杂质予以清除。但是对切换式换热器自清除流程就做不到这一点。为此，在流程设计和操作中采取以下措施：

    1)规定原料空气中乙炔和碳氢化合物的体积分数分别不得超过0.5×10^-6和30×10^-5；

    2)安装液空吸附器，吸附其中有害杂质；

    3)采用液氧循环吸附器吸附进入液氧中的杂质，并定期切换；

    4)如果液氧中乙炔或碳氢化合物含量超过标准，就开始报警。除规定每小时排放相当于气氧产量的1%的液氧外，再增加液体排放量；

    5)板式主冷采用全浸式操作；

    6)主冷应有良好的接地装置。

    即使如此，主冷仍然有可能产生爆炸，并且往往是在事先没有迹象的情况下发生的。这一方面，实际上只有对主冷的液氧才有分析仪表和杂质限量指标，以及规定报警排液和停车制度。对空气、液空等没有进行分析，也没有规定指标。另一方面，对液氧的分析不准确。很可能乙炔在局部死角位置积聚而发生微爆。加之液氧的排放量没有计量，难以掌握。有的是液氧循环吸附系统未能正常地投入运转，有的是接地装置不合要求等原因造成的。

    总之，主冷发生爆炸的原因是多方面的。一旦发生爆炸将在经济上及人身安全上带来重大损失。要思想上重视，防患于未然。建议采取以下措施：

    1)采用色谱仪连续分析乙炔和碳氢化合物含量。在没有条件分析原料空气时。要经常注意风向。在原料空气处于乙炔站附近的下风向时，要采取缩短液空吸附器的切换周期等措施。液氧中杂质含量至少8h要分析一次。规定指标见表51；

表51空分装置中乙炔和碳氢化合物的控制值

杂质名称	含量单位	正常值	报警值	停车值
乙炔	体积分数	0.01×10-6	0.1×10-6	1.0×10-6
碳氢化合物	液氧中碳含量/mg·L-1		30	100

 

    2)减少二氧化碳的进塔量。将分子筛吸附器后空气中二氧化碳的含量控制在0.5×10^-5以下；

    3)要制定吸附器前后的杂质含量指标。液空中乙炔含量应小于2×10^-6。吸附器后乙炔含量应小于0.1×10^-6。超过规定时吸附器要提前切换再生。要避免吸附剂粉碎：

    4)要保证液氧循环吸附系统的正常运转。采用液氧自循环系统较为简单、可靠；

    5)板式主冷改为全浸式操作，以免在换热面的气液分界面处产生碳氢化合物局部浓缩、积聚；

    6)液氧排放管应保温，以保证1%的液氧能顺利排出，并有流量测量仪表。液氧中杂质超过警戒点时应增加液氧排放量；

    7)主冷必须按技术要求严格接地，并按标准进行检测和验收。接地电阻应低于10Ω；氧管道上法兰跨接电阻应小于0.03Ω；

    8)在设计时要改善主冷内液体的流动性，避免产生局部死角。例如，将上塔的液氧由相错180°双管进入主冷中部，以改善主冷中液氧的混合；主冷底部液氧抽出口由相差120°的三抽口组成，以防止有害杂质在局部区域沉积；

    9)要严格执行安全操作规定，以防止杂质在主冷内过量积聚。特别要注意停车后的再启动操作，避免由于液氧因大量蒸发而产生杂质的积聚，在加温启动时发生爆炸。要减少压力脉冲。升压操作必须缓慢进行。 

 

 

11.    液氧贮罐在使用时应注意什么安全问题?

 

    答：液氧是一种低温、强助燃物质。液氧罐内贮存有大量的液氧，除了要防止泄漏和低温灼伤外，更应对其爆炸的危险性有所警惕。因为虽然来自空分设备的液氧应该是基本不含碳氢化合物的，但是，经过长期使用，微量的碳氢化合物还有可能在贮罐内浓缩、积聚，在一定的条件下，就可能发生爆炸事故。因此，在使用时应注意以下问题：

    1)液氧罐内的液位在任何时候，均不得低于20%；

    2)罐内液氧中的乙炔含量要按规定期限(例如半个月一次)进行分析，发现异常要及时采取措施解决；

    3)罐内的液体不可长期停放不用，要经常充装及排放，以免引起乙炔等有害杂质的浓缩。

 

12.    在接触氮气时应注意哪些安全问题?

 

    答：氮气为无色、无味、无嗅的惰性气体。它本身对人体无甚危害，但空气中氮含量增高时，就减少了其中的氧含量，使人呼吸困难。若吸入纯氮气时，会因严重缺氧而窒息以致死亡。

    为了避免车间内空气中氮含量增多，不得将空分设备内分离出来的氮气排放于室内。在有大量氮气存在时，应戴氧呼吸器。检修充氮设备、容器和管道时，需先用空气置换，分析氧含量合格后方允许作业。在检修时，应有人监护，对氮气阀门严加看管，以防误开阀门而发生人身事故。

 

 

13.    在接触氧气时应注意哪些安全问题?

 

    答：氧气是一种无色、无嗅、无味的气体。它是一种助燃剂。它与可燃性气体(乙炔、甲烷等)以一定比例混合，能形成爆炸性混合物。当空气中氧浓度增到25%时，已能激起活泼的燃烧反应；氧浓度到达27%时，有个火星就能发展到活泼的火焰。所以在氧气车间和制氧装置周围要严禁烟火。当衣服被氧气饱和时，遇到明火即迅速燃烧。特别是沾染油脂的衣服．遇氧可能自燃。因此，被氧气饱和的衣服应立即到室外通风稀释。同时，制氧机操作工或接触氧气、液氧的人不准抹头油。

 

 

14.    低温液体气化器在使用中应注意哪些安全问题?

 

   答：液氧、液氮、液氩等低温液体气化器广泛应用于液体气化站，直接供气或充瓶。为了保证气化器安全运行，应设置安全控制点，并注意下述事项：

    1)设置低温液体出气化器的低温控制联锁点。将气体出口温度控制在5～30℃。当出口

温度低于0℃时，自动切断液体泵，中止液体进入气化器。不带液体泵的气化器则发出声光报警；

    2)设置气化器水温控制联锁点。控制水温在40～60℃。当水温低于30℃时自动切断液体泵，中止液体进入气化器；

    3)设置气化气体出口压力控制联锁点，将压力控制在设定值。当出口气体压力高于设定值时，会发出声光报警；压力继续升高则会自动切断液体泵，中止液体进入气化器；

    4)在液体泵两头设有截止阀的部位应装设安全阀和放空阀，以保证误操作时的安全；

    5)气化器配套的压力表、安全阀应定期校验；

    6)用水浴加热的气化器使用前必须先将水槽的水充满，并加热到40～60℃后才能供入液体。在停气化器之前，则应先切断输液阀，热后再切断加热电源。气化过程中应经常注意水位，及时补充水量；

    7)工作过程中由于流量的改变，会影响气化后的温度，所以要及时调整水温；

    8)若发生水温降至30℃以下，应检查电热管是否损坏。必要时应减少输出流量，确保气化后的温度。气化器至充装的管道发现结冰或结霜时应停止充装。

 

15.    低温液氧气化充灌系统应注意哪些安全问题?

 

   答：液氧是强烈助燃物质，在气化充瓶时压力很高，所以在系统配置时，应采取特殊的安全措施：

    1)在泵与贮槽相连的进液管和回气管路上，要分别装有紧急切断阀，并与泵联锁，以便在发生意外事故时，可远距离及时切断液体和气源，紧急停止液体泵运转；

    2)液氧泵出口处应设置超压报警及联锁停泵装置；

    3)高压气化器后氧气总管上应设有温度指示和温度报警装置，以防液氧进入钢瓶，发生意外事故；

    4)在液氧泵周围应设置厚度在5mm以上的钢板组成防护隔离墙；

    5)在液氧泵的轴封处，要设置氮气保护气管；   

    6)充灌汇流排应采用新型的带防错装接头的金属软管进行充灌，严禁用其他材质的软管。高压阀门与管道应采用紫铜丝做的0型密封圈；

    7)汇流排上应接有超压声光报警装置；

    8)汇流排的充瓶数量由泵的充灌量、充灌速度来决定，要防止流速过高。

 

 

16.    在使用再生用电加热器时，应注意哪些安全问题?

 

    答：电加热器作为一种电气设备，在操作时应注意人身安全和设备安全。具体有：

    1)严格按操作规程进行操作。在加温时，应先通气后通电，并密切注意气体流量是否正常。在停止加温时，应先停电后断气。严禁在不通气或气量很小的情况下通电。

    此外，要谨慎操作，防止开错阀门，将高压气通入电炉。安全薄膜因损坏需要更换时，应用同一规格，严禁随意替代；

    2)当电路发生故障而出现自动跳闸或熔断器熔断，或通电后温度不上升等情况时，应请电工检查修理；

    3)温控仪表应定期校验，以保证其灵敏度和准确性。要避免因仪表失灵而造成炉温失控。继电器等要定期进行清洁除尘，并避免受潮；

    4)电炉的非带电金属部分(外壳、支架等)均应可靠接地；

    5)注意不使炉壳温度过高(温升超过60℃)，以免使电源线老化或绝缘破坏；

    6)长期不使用的电炉在使用前必须检查绝缘电阻，用500V兆欧表测量，不应低于0.38MΩ。每年雷雨季节前也应测量绝缘电阻；

    7)操作人员应经过安全用电知识培训。

 

17.    制氧车间遇到火灾应如何抢救?

 

    答：造成火灾的原因很多，有油类起火、电气设备起火等。氧气车间存在着大量的助燃物(氧气和液氧)，具有更大的危险性。灭火的用具有灭火器、砂子、水、氮气等。对不同的着火方式，应采用不同的灭火设备。首先应分清对象，不可随便乱用，以免造成危险。

    当密度比水小，且不溶于水的液体或油类着火时，若用水去灭火，则会使着火地区更加扩大。应该用砂子、蒸汽或泡沫灭火器去扑灭，或者用隔断空气的办法使其熄灭。

    电气设备着火时，不可用泡沫灭火器，也不可用水去灭火，而需用四氯化碳灭火器。因为水和泡沫都具有导电性，很可能造成救火者触电。电线着火时，应先切断电源，然后用砂子去扑灭。

    一般固体着火时，可用砂子或水去扑灭。

    氧气管道着火时，则首先要切断气源。

    身着衣服着火，不得扑打，应该用救火毯子将身体裹住，在地上往返滚动。

    在车间危险的部位，可预先准备些氮气瓶或设置氮气管路，以供灭火用。

 

18.    在检修空分设备进行动火焊接时应注意什么问题?

 

    答：当制氧机停车检修，需要动火进行焊接时，应注意下列问题：

    1)制氧机生产车间如需要动明火，应得到上级的批准，并化验现场周围的氧浓度，加强消防措施。当焊接场所的氧浓度高于23%时，不能进行焊接。对氧浓度低于19%时要防止窒息事故；

    2)对有气压的容器，在未卸压前不能进行烧焊；

    3)对未经彻底加温的低温容器，不许动火修理，以免产生过大的热应力或无法保证焊接质量。严重时，如有液氧、气氧泄出，还可能引起火灾；

    4)动火的全过程要有安全员在场监护。

 

19.    在检修氮水预冷系统时，要注意哪些安全事项?

 

    答：氮水预冷系统的检修，最需注意的是防止氮气窒息事故的发生。国内已发生过几次检修工人因氮气窒息而死亡的教训。在检修时，往往同时在对装置用氮气进行加温，而加温的氮气常会通过污氮三通阀窜入冷却塔内，造成塔内氮浓度过高。

    因此，在对装置进行加温前，要把空冷塔、水冷塔用盲板与装置隔离开；要分析空冷塔、水冷塔内的氧含量。当氧含量在19%～21%之间，才允许检修人员进入；若在含氧量低于19%的区域内工作，则必须有人监护，并戴好隔离式面具(氧呼吸器、长管式面具等)。

20.    在扒装珠光砂时要注意哪些安全事项?

 

    答：目前，空分设备的保冷箱内充填的保冷材料绝大多数都是用珠光砂。

    珠光砂是表观密度很小的颗粒，很容易飞扬。会侵入五官，刺激喉头和眼睛，甚至经呼吸道吸入肺部。因此，在作业时要戴好防护面罩。

    珠光砂的流动性很好，密度比水小，人落入珠光砂层内将被淹没而窒息，因此，在冷箱顶部人孔及装料位置要全部装上用8～10mm钢筋焊制的方格形安全铁栅，以防意外。

    在需要扒珠光砂时，都是发现冷箱内有泄漏的部位。如果是氧泄漏，会使冷箱内的氧浓度增高，如果动火检修就可能发生燃爆事故；如果泄漏的是氮，冷箱内氮浓度很高，可能造成窒息事故。因此，在进入冷箱作业前，一定要预先分析冷箱内的氧浓度是否在正常范围内(19%～21%)。

    此外，保冷箱内的珠光砂是处于低温状态(-50～-80℃)，在扒珠光砂时要注意采取防冻措施。同时要注意低温珠光砂在空气中会结露而变潮，影响下次装填时的保冷性能。

 

21.    空分设备在停车排放低温液体时，应注意哪些安全事项?

 

    答：空分设备中的液氧、液空的氧含量高，在空气中蒸发后会造成局部范围氧浓度提高，如果遇到火种，有发生燃烧、爆炸的危险。某化肥厂曾由于将大量液氧排到地沟中，又遇到电焊火花而发生爆炸伤人事故。因此，严禁将液体随意排放到地沟中，应通过管道排至液体蒸发罐或专门的耐低温金属制的排放坑内。

    排放坑应经常保持清洁，严禁有有机物或油脂积存。在排放液体时，周围严禁动火。

    低温液体与皮肤接触，将造成严重冻伤。轻则皮肤形成水泡、红肿，疼痛；重则将冻坏内部组织和骨关节。如果落入眼内，将造成眼损伤。因此，在排放液体时要避免用手直接接触液体，必要时应戴上干燥的棉手套和防护眼镜。万一碰到皮肤上，应立即用温水(45℃以下)冲洗。

 

22.    为什么乙炔含量没有超过标准，主冷也可能发生爆炸?

 

    答：有的厂定期化验液氧中的乙炔含量并未超过许可极限，但仍多次发生爆炸事故，这是什么原因呢?据分析，可能有以下几方面的原因：   

    1)主冷的结构不合理或某些通道堵塞，液氧的流动性不好，造成乙炔在某些死角局部浓缩而析出；

    2)液氧中二氧化碳等固体杂质太多，加剧液氧中静电积聚；

    3)对其他碳氢化合物含量未做化验，而硅胶对其他碳氢化合物的吸附效率较低。当大气中碳氢化合物的含量较高时，有可能在液氧中积聚而形成爆炸的根源。因此，对较大的全低压制氧机，应加强对碳氢化合物的分析。每1L液氧中碳的总含量控制在：

    报警极限    30mg/L

    停车极限    100mg/L

 

23.    为什么在空分设备中乙炔是最危险的物质?

 

    答：因为乙炔是一种不饱和的碳氢化合物，具有高度的化学活性，性质极不稳定。固态乙炔在无氧的情况下也可能发生爆炸，分解成碳和氢，并放出热量。产生的爆炸热量为

8374kJ/kg，形成的气体体积为0.86m³/kg，温度达2600℃。如果乙炔在分解时存在氧气，则生成的碳和氢又与氧化合，发生氧化反应而进一步放出热量，从而加剧了爆炸的威力。

    此外，乙炔与其他碳氢化合物相比，它在液氧中的溶解度极低，如表53所示：

表53乙炔在液氧中的溶解度

温度/K	104	99.4	98.6	83
溶解度/cm3·L-1	13 22.8×10-6	10.4 13.5×10-6	9.9 12.9×10-6	3 3.6×10-6

 

24.    乙炔在液氧内以固态析出的可能性最大。

    为了保证安全，乙炔在液氧内的极限许可含量一般控制在其溶解度的1/3～1/50的范围内，即在每升液氧内的含量控制在0.1～2mg/L以下。在每天进行分析液氧中乙炔含量时，国内一般规定：

    报警极限0.4mg/L

    停车极限    1.0mg/L

 

 

 

25.    为什么分子筛纯化器的加热炉会发生爆炸事故，如何防止?

 

    答：分子筛纯化器加热炉用于加热分子筛再生用的氮气。氮气是低压气体，加热炉的设计工作压力也是低压的。在实际运转中，加热炉发生过几例爆炸的事故。分析其爆炸的原因，都是由于高压空气串入而造成的。

    高压空气串入加热炉的原因有两个：一是在切换时阀门没有关严。如果正在工作的吸附筒的氮气进口阀关闭不严，高压空气就会串入加热炉；如果正在再生的吸附筒的高压空气进口阀和出口阀关闭不严，高压空气会进入吸附筒，从而串入加热炉。二是阀门维护不好，检修质量差。若吸附筒氮气进口阀门及高压空气进、出口阀门的密封面密封不好或密封面上有杂质，使阀门关不严，也有可能使高压空气串入加热炉。

    如果高压空气串入加热炉，加热炉上又没有装安全阀，就可能发生爆炸。一旦发生爆炸，不仅会损坏加热炉，影响正常生产，而且高压空气还可能串入上塔，造成上塔超压。

    防止发生加热炉爆炸的安全措施有：

    1)在加热炉上应装设安全阀；

    2)在切换时，吸附筒的氮气进口阀门和高压空气进、出口阀门一定要关严；

    3)在安装、检修时，应将空气管路和阀门吹扫干净。要检查阀门的密封情况，研磨损坏了的密封面，以保证其密封性；

    4)吸附筒试压时，应将加热炉氮气出口管路上的阀门打开。

 

 

26.    氧气管道发生爆炸有哪些原因，要注意哪些安全事项?

 

    答：企业内的氧气输送管道为3MPa以上的压力管道，曾经发生过多起管道燃烧、爆炸

的事故，并且多数是在阀门开启时。氧气管道材质为钢管，铁素体在氧中一旦着火，其燃烧热

非常大，温度急剧上升，呈白热状态，钢管会被烧熔化。其反应式为

  

    分析其原因，必定要有突发性的激发能源，加之阀门内有油脂等可燃物质才能引起。激发能源包括机械能(撞击、摩擦、绝热压缩等)、热能(高温气体、火焰等)、电能(电火花、静电等)等。

    气体被绝热压缩时，其温度升高与压力升高的关系为   

  

    如果初温T1=300K，(p2/P1)=20，则压缩后的温度可达T2=704K。当突然打开阀门时，压力为P2=2MPa的氧气充至常压的管道中，会将内部压力为P1=0.1MPa的氧气压缩，温度升高。

    如果管道内有铁锈、焊渣等杂物，会被高速气流带动，与管壁产生摩擦，或与阀门内件、弯头等产生撞击，产生热量而温度升高。

    如果管道没有良好的接地，气流与管壁摩擦产生静电。当电位积聚到一定的数值时，就可能产生电火花，引起钢管在氧气中燃烧。

    为了防止氧气管道的爆炸事故，对氧气管道的设计、施工作了以下规定：

    1)限制氧气在碳素钢管中的最大流速。见表52；

表52碳素钢管中氧气的最大流速

氧气工作压力/MPa	≤0.1	0.1～0.6	0.6～1.6	1.6～3.0
氧气流速/m·s-1	20	13	10	8

 

    2)在氧气阀门后，应连接一段长度不小于5倍管径、且不小于1.5m的铜基合金或不锈钢管道；

    3)应尽量减少氧气管道的弯头和分岔头，并采用冲压成型；

    4)在对焊的凹凸法兰中，应采用紫铜焊丝作O型密封圈；

    5)管道应有良好的接地。接地电阻应小于10Ω，法兰间总电阻应小于0.03Ω；

    6)车间内主要氧气管道的末端，应加设放散管，以利于吹扫和置换；

    7)管道及附件应严格脱脂，并用无油干空气或干氮气吹净。

    在操作、维护时，应注意以下事项：

    1)对直径大于70mm的手动氧气阀门，只有当前后压差小于0.3MPa以内才允许操作。氧气阀门的操作必须缓慢；

    2)氧气管道要经常检查、维护。除锈刷漆3至5年一次。应与氧气贮罐相配合。3至5年测一次壁厚。管路上的安全阀、压力表每年要作校验，以保证其正常工作；

    3)当氧气管道系统带有液氧气化设施时，切忌低温液氧进入常温氧气管道，以免气化超压；

    4)保证氧气管道的接地装置完善、可靠；

    5)要有氧气管网完整的技术档案、检修记录。

 

 

27.    在使用脱脂剂时应注意什么问题?

 

    答：管道和设备的脱脂溶剂通常采用四氯化碳或二氯乙烷，二者均具有毒性。因为二氯乙烷还有燃烧和爆炸的危险，所以最常用的溶剂是四氯化碳。

    四氯化碳对人体是有毒的。它是脂肪的溶剂，有强有力的麻醉作用，且易被皮肤吸收。四氯化碳中毒能引起头痛、昏迷、呕吐等症状。四氯化碳在500℃以下是稳定的。在接触到烟火，温度升至500℃以上时，四氯化碳蒸气与水蒸气化合可生成光气。在常温下四氯化碳与硫酸作用也能生成光气。光气是剧毒气体，极其微量也能引起中毒。此外，四氯化碳与碱发生化学反应，会生成甲烷而失效。所以在使用四氯化碳脱脂时应注意以下几点：

    1)脱脂应在露天或通风良好的地方进行。工作人员应有防毒保护措施，戴多层口罩和胶皮手套，穿围裙与长统套靴。浓度大时还应戴防毒面具。

    在连续工作8h的情况下，空气中的四氯化碳含量不得超过0.05mg/L。

    2)脱脂现场严禁烟火。

    3)溶剂严禁与强酸接触。

    4)溶剂应保存在密封的容器内，不得与碱接触，以防变质。

    5)需要脱脂的部件，在脱脂前不应沾有水分。

    6)阀门脱脂时，应解体在四氯化碳溶液中浸泡4～5min，不宜过久。

    7)脱脂后的零部件要用氮气或干燥空气吹干后才能组装使用。否则易发生腐蚀、生锈。

    8)管式冷凝蒸发器脱脂时，要严防四氯化碳积存在换热管内。特别是换热管被焊锡等杂物堵塞时更要注意。在脱脂后应用热空气将其吹除到无气味为止。若在管内有四氯化碳积存，投入运行后会冻结、膨胀，将管胀裂。同时，解冻后有水分存在时，会产生强烈的化学腐蚀，能把0.5mm厚的管蚀穿。

 

28.    空分设备内部产生泄漏如何判断?

 

    答：空分塔冷箱内产生泄漏时，维持正常生产的制冷量显得不足，因此，主要的标志是主冷液面持续下降。如果是大量气体泄漏，可以观察到冷箱内压力升高。如果冷箱不严，就会从缝隙中冒出大量冷气。而低温液体泄漏时，观察不到明显的压力升高和气体逸出，常常可以测出基础温度大幅度下降。

    为了在停机检修前能对泄漏部位和泄漏物有一初步判断，以缩短停机时间，许多单位在实践中摸索了一些行之有效的方法。其中之一是化验从冷箱逸出的气体纯度。当氮气或液氮泄漏时，冷气的氮的体积分数可达80%以上；氧气或液氧泄漏时，则可化验到氧的体积分数显著增高。

    第二种方法是观察冷箱壁上“出汗”或“结霜”的部位。这时要注意低温液体产生泄漏时，“结霜”的部位偏泄漏点下方。

    第三种方法是观察逸出气体外冒时有无规律性。主要判断切换式换热器的切换通道的泄漏。对交替使用的容器，则可通过切换使用来进一步判断泄漏的部位。

    以上的这些判断方法往往是综合使用的。为了提高判断的准确性，应当熟悉冷箱内各个容器、管道、阀门的空间位置，并注意在实践中不断积累经验。

 

 

29.    空分设备发生内泄漏时，对冷损有什么影响，如何估算?

 

    答：空分设备内的气体和液体都处于很低的温度。低温气体在环境温度以下，直至-193℃；液态空气为-173℃，液氧为-180℃，液氮为-177～-193℃。这些低温气体和液体都是花费了代价(压缩机消耗的电能)得来的，它们的冷量应尽可能在换热器中加以回收利用。如果管道、阀门甚至设备的局部位置发生泄漏，外漏的那部分低温气体或液体的冷量无法加以回收，不但大大增加了其他冷损项Q1，还会在保冷箱内外结露、结冰，增大跑冷损失Q3。这部分冷损在设计时是未加考虑的，要弥补这部分冷损，将破坏装置的正常工作，甚至无法维持生产，被迫停机。因此，泄漏是空分装置的大敌，在安装和试压检漏时，必须严格把关，不能马虎、凑合。泄漏往往是越发展越严重，最后达到不可收拾的地步。

    液体泄漏与气体泄漏相比，危害性更大，因为它的单位冷量比相同温度的气体要大一倍左右，并且液体的密度又是气体的数百倍。以液氧为例，如果以1L/min的速度外漏，则增加的冷损量为27200kJ/h=7.6kw，相应地需要增加600m3/h的膨胀量来弥补，这时空分设备实际已无法正常工作。因此，对液体管路绝对不允许出现泄漏现象。

 

30.    跑冷损失与热交换不完全损失在总冷损中分别占多大的比例?

 

    答：单位跑冷损失随着装置容量增大而减小，而大型空分设备设计的热端温差一般均在3℃左右，不同装置的单位热交换不完全损失变化不大。因此，随着装置容量增大，单位热交换不完全损失在总冷损中的比例有所增加。不同容量的空分设备，单位热交换不完全损失占总冷损的大致比例如表16所示：

    表16不同容量的空分设备中热交换不完全损失所占的比例

装置容量/m3·h-1	1000	3200	6000	10000	20000
热交换不完全损失所占的比例/%	34.2	39.3	46.0	47.0	52.4

 

    由表可见，大容量空分设备，在3℃的热端温差的情况下，热交换不完全损失已占总冷损的一半左右。如果温差扩大1℃，将使总冷损增加16%左右。为了弥补增加的冷损，就要求增大膨胀机的膨胀量，这会影响整个装置的工作。因此，在运转过程中，要注意热端温差的变化，采取相应的措施，防止温差扩大，避免超过设计值，是操作人员的一项重要工作。

 

31.    跑冷损失的大小与哪些因素有关?

    答：跑冷损失取决于由装置周围环境传入内部的热量。跑冷损失的大小与以下因素有关。

  (1)绝热保冷措施

  在保冷箱内，充填有导热性能差的保温材料，例如珠光砂、矿渣棉等，以减少从外部传入热量。其保冷情况除与保温材料的性能、充填层的厚度、支座的绝热措施等因素有关外，还与充填的情况有关。例如，保冷箱内的死角位置保冷材料是否充满；设备运转后保冷材料有否下沉，使上部产生空隙。影响更大的是保冷材料是否保持干燥。因为干燥的珠光砂的热传导率只有0.03～0.04W/(m·℃)，而水的热传导率为它的15～20倍，冰的热传导率为它的60倍。因此，保冷材料受潮将大大降低绝热性能，增加跑冷损失。如果保冷箱密封不严，保冷箱内部温度降低后，外部湿空气侵入，内部就可能出现结露，甚至结冰。因此要保证保冷箱的密封，并充以少量干燥气体，保持微正压。

    (2)运转的环境条件

    传热量与传热温差成正比。如果周围的空气温度升高，与装置内部的温差就扩大，跑冷损失会增加。因此，跑冷损失在夏天大于冬季，白天大于晚间。

    (3)空分设备的型式与容量

    因为传热量与传热面积成正比，而保冷箱的表面积并不与装置的容量成正比，所以，随着装置容量的增大，相对于每立方米加工空气的跑冷损失(单位冷损)是减小的。对一些采用管式蓄冷器的旧型空分装置，相同容量的制氧机在保冷箱内的设备多，相对来说表面积要大，跑冷损失也会大一些。

    对不同容量和型式的空分设备，相对于每立方米加工空气的单位跑冷损失q3大致如下：

    小型设备    8～12kJ/m³

    1000m³/h板式    7.5kJ/m³

    3200m³/h管式    6.3kJ/m³

            板式    6.1kJ/m³

    6000m³/h管式    5.1kJ/m³

            板式    4.6kJ/m³

    10000m³/h板式    4.4kJ/m³

    20000m³/h板式    3.6kJ/m³

    30000m³/h板式    3.2kJ/m³

 

32.    如何减少热端温差造成的冷损?

    答：要使热端温差为零，就要将换热器做成无限大，实际上是不可能的。在设计空分设备

时，综合考虑设备投资和运转的经济性，是按选定的热端温差设计的。对大型空分设备，一般允许的热端温差为2～3℃；对小型中压空分设备，允许温差为5～7℃。

    在实际运转中，换热器的传热面积已经一定。如果热端温差扩大，说明返流气体的冷量在换热器内没有能够得到充分回收。这可能是由于换热器的传热性能下降，在同样的传热面积下能够传递的热量减少；也可能是由于气流量、气流温度的变化造成的。对不同的流程和不同的换热器结构需要具体分析。

    对分子筛吸附流程的主换热器，造成传热性能下降的原因主要是吸附器的操作不当。由于分子筛吸附器进水，或者由于受到气流冲击，分子筛粉化，将粉末带入热交换器，粘附在换热器通道表面，影响传热性能，造成热端温差扩大。此外，当吸附器没有将空气中的水分和二氧化碳清除干净就进入热交换器就会冻结在传热面上，使传热系数减小，传热能力减弱。这种情况还往往会伴随着换热器的阻力增高。例如，某6000m³/h制氧机热端温差从3℃增至6℃，主热交换器阻力也从10kPa升至22kPa。这时，就需要对主换热器进行加温吹扫，才能使其恢复正常。

    当进空分设备的空气温度不正常地升高时，要将气体冷却到一定的温度，需要在换热器中放出更多的热量。而换热器的传热面积一定，只有靠扩大传热温差才能达到，表现在热端温差增大。例如，某3350m³/h制氧机，由于空气进装置的温度从设计值30U增高到51.5℃，造成氮气与空气的温差从设计的4℃扩大到6.5℃，氧气与空气的热端温差从设计的5℃扩大到18.5℃。这时应检查空气进塔温度升高的原因，予以消除之。

    对于切换式换热器，造成热端温差扩大的原因之一是返流气体的冷量太多。例如环流气体量或中抽量太大，会使冷量在热交换器中不能充分回收，出热交换器的返流气体温度降低，使热端温差扩大。这时，应将环流或中抽量调整适当。

 

33.    热端温差对热交换不完全损失有多大影响?

    答：热交换不完全冷损是返流低温气体在出主热交换器的热端时，不能复热到正流空气进热交换器的温度而引起的。因此，返流气体与正流空气换热器的热端温差越大，说明复热越不足，未被利用的冷量越多，热交换不完全冷损失就越大。因此，热交换不完全冷损失Q2与热端温差成正比。

    返流低温气体由已被分离成产品氧、产品氮及污氮等几股气体组成。它们与正流空气在热端的温差不完全相同，流量及比热容也不同，在计算热交换不完全损失时，应分别计算后再相加，得出总的热交换不完全损失。由于污氮量最大，它的热端温差对热交换不完全损失的影响也最大。

    如果各股返流气体的热端温差均相等，它们的气量之和又等于正流空气量。这时，不同的热端温差所产生的热交换不完全损失的大小如表15所示。

    表15热端温差对热交换不完全损失的影响

热端温差/℃	2.0	3.0	4.0	5.0	6.0	7.0
每1m3加工空气的热交换不完全损失/kJ·m-3	2.617	3.927	5.234	6.531	7.838	9.144

 

    由表可见，热端温差扩大1℃，热交换不完全损失将增大1.31kJ/m3，这将使装置的总冷损增加10%以上。因此，尽可能缩小热端温差对减小装置的总冷损有很大的意义。尤其是当发现热端温差扩大，超过规定值时，应注意寻找原因，采取相应的措施。

 

34.    空分设备产生的制冷量消耗在什么地方?

    答：空分设备在启动阶段，冷量首先用来冷却装置，降低温度，产生液态空气，在塔内积累起精馏所需的液体。待内部温度、液面等工况达到正常后，所需的冷量比启动阶段大为减少，主要是为了保持塔内正常的工况。这时，设备处于低温状态，外部必然有热量不断传入，在换热器的热端必然存在传热温差。产生的冷量首先要弥补跑冷和热交换不完全这两项冷损，以保持工况的稳定。当装置有少量的低温泄漏或存在其他冷损时，则所需的冷量增加。此外，当装置生产的部分液态产品输出装置时，低温产品所带出的冷量Q0，也需要生产更多的冷量来弥补。因此，空分设备生产的制冷量Q与各项冷量损失及冷量消耗保持相等，才能维持工况稳定，这叫“冷量平衡”。即

    Q=Q2+Q3+Q1+Q0

    如果冷量消耗大于制冷量，则为“冷量不足”；冷量消耗小于制冷量，则为“冷量过剩”。这两种情况均会破坏冷量平衡，反映在液氧面下降或液氧面上升。这时，均需对制冷量做相应的调整，以便在新的基础上达到新的平衡。

 

35.    什么叫冷量损失，冷量损失分哪几种?

    答：比环境温度低的物质所具有的吸收热量的能力。这种低温的获得是花费了一定的代价——压缩气体消耗功，将气体压缩后再进行膨胀获得的。如果这部分冷量未能加以回收利用，则称为冷量损失。它包括以下几方面：

    1)热交换不完全损失Q2(或q2)。低温气体的冷量是通过装置内的各个换热器加以回收的。在理想情况下，低温返流气体在离开装置时，应该复热到与正流气体进装置时的温度相等。即热端温差达到零，冷量才能全部加以回收。但是，热量只能从高温物体传给低温物体。在换热器内实现从高温物质向低温物质传递热量，必定存在温差。在热端的温差△t反映了出装置的低温气体温度低于进装置的空气温度，即冷量不可能得到充分回收，该冷量损失叫“热交换不完全损失”。它与该温差的大小成正比。

    2)跑冷损失Q3(或q3)。空分设备内部均处于低温状态，虽然在保冷箱内充填有绝热材料，由于外部的环境温度高于内部温度，或多或少会有热量传到内部。外部传入的热量，实际上就是使低温气体的同样数量的冷量没有得到充分利用。因为外部传入热量，会造成低温气体温度升高。如果要使内部温度维持稳定，就要设法将传入的热量带出装置，即要消耗同样数量的冷量，这称为“跑冷损失”。

    3)其他冷损失Q1(或q1)。除上述两种冷损外，在对低温吸附器进行再生和预冷时，在排放液体时，或当装置、阀门发生泄漏时，都需要额外消耗一部分冷量，或损失掉一部分低温液体(或气体)的冷量。这些冷损属于其他冷损之范围。

 

36.    空分设备的节流效应制冷量是否只有通过节流阀的那部分气体(或液体)才产生?

    答：在空分设备中，制冷量包括膨胀机制冷量和节流效应制冷量两部分。中压空分设备的膨胀空气进下塔液化后，还要通过液体节流进上塔，而低压空分设备的膨胀空气不再通过节流阀。那么，是否只有通过节流阀的那部分气体(或液体)才产生节流效应制冷量呢?实际上并非如此。

    节流效应制冷量是由于压力降低，体积膨胀，分子相互作用的位能增加，造成分子运动的动能减小，引起气体温度降低，使它具有一定的吸收热量的能力。对整个空分设备来说，进装置时的空气压力高，离开空分设备时压力降低，理论上温度可复热到进装置时的温度。此时，低压气体的焓值大于进口时的焓值，它与进口气体的焓差就是节流效应制冷量，不论这个压降是否在节流阀中产生。

    气体在膨胀机中膨胀时，计算膨胀机的制冷量只考虑对外作功而产生的焓降。实际上，在压力降低时，同时也增加了分子位能，因而也应产生一部分节流效应制冷量。这部分制冷量并不单独计算，而是按出装置时的低压气体与进装置的压力气体的总焓差，已表示了装置的总的节流效应制冷量。在调节膨胀机的制冷量时，也不影响节流效应制冷量的大小。

 

 

37.    节流阀与膨胀机在空分设备中分别起什么作用?

    答：气体通过膨胀机作外功膨胀，要消耗内部能量，温降效果比节流不作外功膨胀时要大得多。尤其是对低压空分设备，制冷量主要靠膨胀机产生。但是，膨胀机膨胀的温降在进口温度越高时，效果越大。并且，膨胀机内不允许出现液体，以免损坏叶片。

    因此，对于中压空分设备，出主热交换器的低温空气是采用节流膨胀进入下塔的，以保证进塔空气有一定的含湿。

    对低温液体的膨胀来说，液体节流的能量损失小，膨胀机膨胀与节流膨胀的效果已无显著差别，而节流阀的结构和操作比膨胀机要简单得多，因此，下塔的液体膨胀到上塔时均采用节流膨胀。

    由此可见，在空分设备中，节流阀和膨胀机各有利弊，互相配合使用，以满足制冷量的要求。制冷量的调节是通过调节膨胀机的制冷量来实现的；空分塔内的最低温度(-193℃)则是靠液体节流达到的。

 

38.    能否靠多开一台膨胀机来增加制冷量?

    答：膨胀机的制冷量是根据整个空分设备对冷量的需求量来确定的。在装置的启动阶段，为了使装置尽快冷却和积累液体，往往采用多开一台膨胀机，增大膨胀空气量，以增加总制冷量。

    装置在正常运转时，制冷量主要是平衡装置的冷量损失和生产少量液态产品所需的冷量。一般来说，按设计工况开一台膨胀机就能满足要求。当开一台膨胀机不能维持正常液面时，一定是有内部泄漏等非正常的冷量损失。这时，光靠增开膨胀机来增大制冷量并不能解决根本问题。而是应该首先找出冷损增大的原因。

    如果想增加液态产品的产量而在正常生产时多开一台膨胀机，单从冷量平衡的角度是可以的，但是过多的膨胀空气进上塔，将会破坏上塔的精馏工况，降低氧的提取率。同时，多取液体还会影响塔内换热器的工况及精馏塔的回流比等，所以也是受到限制的。

    需要说明的是，膨胀机的制冷量不仅与膨胀量有关，还与膨胀机进、出口的参数有关。也可能出现开两台膨胀机的总制冷量不如一台膨胀机满负荷运转时来得大的情况。例如，一台膨胀量为2700m³/h的膨胀机，在机前参数为：p1=0.55MPa，T1=123K；机后参数为：P2=0.125MPa，T1=85K的状态下运转，则单位制冷量为△h=h1-h2=8270(kJ/kmol)-7264(kJ/km01)=1006kJ/kmol，总制冷量为   

 

如果两台膨胀机同时运转，由于采用机前节流，总膨胀量为3500m³/h，机前参数为：P1=0.50MPa，T1=113K；机后参数为：p2=0.125MPa，T1=83K的状态下运转，则单位制冷量为Ah=h1-h2=7955(kJ/kmol)-7200(kJ/kmol)=755kJ/kmol，总制冷量为

   

    由此可见，在这种情况下还不如停一台膨胀机，既可减小膨胀量对精馏工况的影响，又可使切换式换热器在正常工况下工作，防止冷端过冷或膨胀机后温度过低。

 

 

39.    为什么说主冷液氧面的变化是判断制氧机冷量是否充足的主要标志?

    答：空分设备的工况稳定时，装置的产冷量与冷量消耗保持平衡，装置内各部位的温度、压力、液面等参数不再随时间而变化。主冷是联系上、下塔的纽带，来自下塔的上升氮气在主冷中放热冷凝，来自上塔的回流液氧在主冷中吸热蒸发。回流液量与蒸发量相等时，液面保持不变。

    加工空气在进入下塔时，有一定的“含湿”，即有小部分是液体。大部分空气将在主冷中液化。对于低压空分设备，进下塔的空气是由出主热交换器冷端的空气和经液化器的空气混合而成的；对于中压空分设备，是由膨胀空气和出换热器后经节-1阀节流降压的空气混合而成的。在正常情况下，它们进塔的综合状态都有一定的“含湿量”(液化率)。进塔的空气状态是由空分设备内的热交换系统和产冷系统所保证的。

    当装置的冷损增大时，制冷量不足，使得进下塔的空气含湿量减小，要求在主冷中冷凝的氮气量增加，主冷的热负荷增大，相应地液氧蒸发量也增大，液氧面下降；如果制冷量过多，例如中压装置的工作压力过高时，空气进下塔的含湿量增大，主冷的热负荷减小，液氧蒸发量减少，液氧面会上升。因此，装置的冷量是否平衡，首先在主冷液面的变化上反映出来。

    当然，主冷液氧面是冷量是否平衡的主要标志，并不是惟一标志。因为液空节流阀等的开度过大或过小，会改变下塔的液面，进而影响主冷的液氧面的变化。但是，这不是冷量不平衡造成的，而是上、下塔的液量分配不当引起的，液面的波动也是暂时的。

 

40.    为什么在空分塔中最低温度能比膨胀机出口温度还要低?

    答：空分装置的制冷量主要靠膨胀机产生，但是，空分装置最低温度是在上塔顶部，维持在-193℃左右，比膨胀机出口温度(-180℃左右)要低，这是怎样形成的呢?

    空分装置在启动阶段出现液体前，最低温度是靠膨胀机产生的，精馏塔内的温度也不可能低于膨胀后温度。但是，当下塔出现液体，饱和液体节流到上塔时，压力降低，部分气化，温度也降低到上塔压力对应的饱和温度。例如，下塔顶部-177℃的液氮节流到上塔时，温度就可降低至-193℃。此外，上塔底部的液氧温度为-180℃左右，在气化上升过程中，与塔板上的液体进行热、质交换，氮组分蒸发，气体温度降低，待气体经过数十块塔板，上升到塔顶时，气体已达到纯氮，温度也降到与该处的液体温度(-193℃)相等。因此，塔内最低温度的形成是液体节流膨胀和气液热、质交换的结果。

 

41.    全低压空分设备中膨胀机产生的制冷量在总制冷量中占多大的比例?

    答：全低压空分设备的工作压力在0.6MPa左右，因此，节流效应制冷量很小。对每立方米加工空气而言，只有1.36kJ/m³。而装置的跑冷损失对每立方米加工空气而言在4.2～7.5kJ/m³，热交换不完全损失当热端温差为3℃时，在3.9kJ/m³左右。所以，对不生产液态产品的空分设备，总冷损在8.1～11.4kJ/m³。由此可见，在总冷损中，绝大部分要靠膨胀机制冷来弥补，所需的膨胀机制冷量为6.74～10.04kJ/m³，占总制冷量的83%～88%。一般认为，在正常工况下，对全低压制氧机，膨胀机制冷量约占总制冷量的85%～90%，节流效应制冷量占10%～15%。

    当装置在启动时，或生产部分液态产品时，则全靠增大膨胀机的制冷量来弥补，这时将占更大的比例。

 

42.    膨胀机制冷量的大小与哪些因素有关?

    答：膨胀机总制冷量Qp(kJ/h)与膨胀量V(m³/h)、单位制冷量Ah(kJ/kmol)有关：

    Qp=V△h/22.4=VAht·ηp/22.4

    式中的单位制冷量△^等于单位理论制冷量△ht与膨胀机效率ηp的乘积。而单位理论制冷量取决于膨胀前的压力、温度和膨胀后的压力。因此，膨胀机的制冷量与各因素的关系为：

    1)膨胀量越大，总制冷量也越大。但是，对于低压空分设备，膨胀空气直接送入上塔参与精馏，过多的膨胀空气量会影响精馏效果。这是分离过程所不希望的。

    2)进、出口压力一定时，机前温度越高，单位制冷量越大。例如。当膨胀机前的绝对压力为0.55MPa，机后压力为0.135MPa时，不同的机前温度下的单位理论制冷量如表13所示：

   

表13  膨胀机前温度对单位制冷量的影响

膨胀机前温度T1/K	303	273	243	213	183	163	143
单位理论制冷量△ht/kJ·kmol-1	2850	2470	2300	2010	1720	1 510	1300

 

    但是，机前温度提高，膨胀后的温度也会提高，气体直接进入上塔会破坏精馏工况。在正常生产时，温度提高幅度是有限制的。

    3)当机前温度和机后压力一定时，机前压力越高，单位制冷量越大。例如，当膨胀机的进口温度为160K，出口绝对压力为0.135MPa时，不同进口压力下的单位理论制冷量如表14所示。

  

表14膨胀机前压力对单位制冷量的影响

膨胀机前压力p1/MPa	1.0	0.9	0.8	0.7	0.6
单位理论制冷量△ht/kJ·kmol-1	1970	1890	1800	1605	1570

 

    对于低压空分设备，原先流程的膨胀机进口压力取决于下塔压力，即接近空压机出口压力。采用增压透平流程后，利用膨胀机对外作功来带动增压机，压缩来自空压机的膨胀空气，可将膨胀机的进口压力提高到1.0MPa左右，增大了单位制冷量。在所需的总制冷量一定的情况下，就可以减少膨胀空气量，有利于上塔的精馏。

    4)膨胀机后压力越低，膨胀机内的压降越大，单位制冷量越大。但是，由于膨胀后气体进精馏塔，压力变化的余地不大。

    5)膨胀机绝热效率越高，制冷量越大。

 

43.    什么叫膨胀机制冷量，如何确定?

    答：膨胀机对外输出功造成气体的压力、温度降低，焓值减小。气体减少了能量，使它增加的吸热能力，称为膨胀机的制冷量。因此，膨胀机的制冷量也就是指它在膨胀过程中对外作功的大小，等于气体在膨胀过程减小的焓值。当膨胀机进口的比焓为h1，出口的比焓为h2时，单位数量的气体的制冷量即为h1-h2。已知膨胀机进、出口气体的温度和压力，可以从气体的热力性质图上查到相应的比焓值。

    目前常用的气体的热力性质图有温一熵图(T-s图)或焓-熵图(h-S图)。在温-熵图(图28)上，纵坐标为温度T(K)，横坐标为熵s(kJ/kmol·K)。在图上画有等压线、等焓线。根据两个参数(温度、压力)可确定一个状态点，可查出相应的比焓及熵值。例如，当膨胀机的进口绝对压力P1=3.0MPa，进口温度为-85℃(T1=188K)时，可查到该点的比焓h1=4880kJ/kmol。出口绝对压力为P2=0.6MPa，温度为-125℃(T2=148K)时，比焓为h2=4040kJ/kmol。膨胀机的单位制冷量为△h=(h1-h2)=4880(kJ/km01)-4040(kJ/km01)=840kJ/kmol。

如果利用焓一熵图(图29)也可得到同样的结果。例如，对于低压空分设备，当膨胀机的进口绝对压力p1=0.55MPa，进口温度为T1=131.5K时，可查到该点的比焓h1=3530kJ/kmol。当出口绝对压力为p2=0.135MPa，温度为T2=94K时，比焓为h2=2540kJ/kmol。膨机的单位制冷量为△h=h1-h2=3530(kJ/kmol)-2540(kJ/kmol)=990kJ/kmol。

 

44.    为什么膨胀机膨胀的温降效果要比节流大得多?

    答：空气从0.6MPa节流到0.1MPa的温降只有1℃左右，而通过膨胀机膨胀，理论上温降可达80～90℃，温降效果要比节流好得多。其原因是节流过程不对外输出功，温度降低是靠分子位能增加而引起的。气体在膨胀机内膨胀时，气体要推动叶轮旋转，或推动活塞对外作功，而且膨胀过程进行很快，外界没有能量输入，理想情况下可以看成是一个绝热过程。根据能量守恒定律，输出的功只有靠减少气体的能量(焓)来维持平衡，使得气体分子运动的动能急剧减少，反映在温度大幅度下降。因此，膨胀机膨胀时，气体的温度降低不仅是因为压力降低，造成分子的位能增加，而使分子运动的动能减少引起的，更主要是由于对外作功造成的，所以温降的效果要比节流时大得多。

 

45.    节流效应制冷量与哪些因素有关?

答：节流效应制冷量首先是与节流前后的压差有关，其次与进装置的温度有关。一般说来，节流前后的压差越大，节流温降也越大，所具有的吸收热量的能力也越大，即节流效应制冷量越大。节流后排出装置的压力是接近于大气压力，变化的范围有限。因此，节流压降的大小主要取决于压缩机压缩后的压力。当排出装置的气体压力为0.1MPa，进装置的空气温度为30℃时，不同的进装置压力下的节流效应制冷量如表12所示：

 

    表12进空分装置压力对节流效应制冷量的影响

进装置空气压力/MPa	0.6	3.0	5.0	10.0	15.0	20.0
节流效应制冷量/kJ·kmol-1	30.6	188	285	586	795	938

 

    但是，进装置的空气压力越高，相应地空压机消耗的电能越大，对管路、设备的安全性及强度的要求也越高。并且，随着压力的升高，制冷量增加的幅度也在减小。所以，小型高压制氧机的最高压力一般也不超过20MPa，并且，在正常生产时，要尽量降低工作压力。

    进装置的空气温度提高，节流效应制冷量略有减少。详见103题的解答。

 

46.    空气在等温压缩后能量发生怎样变化，为什么?

    答：空气在压缩过程中，是靠消耗电能来提高空气压力的。同时，气体的温度也会升高。随着气体温度升高，气体体积要膨胀，压缩更困难，要压缩到同样的压力需要消耗更多的能量。因此，为了减少压缩机的耗能量，在压缩过程中应尽可能充分地进行冷却，一般设置有中间冷却器和气缸冷却水套，用冷却水进行冷却。在最理想的情况下，空气压缩后温度不升高，与压缩前的温度相等，称为“等温压缩”。

    在等温压缩时，由于温度不变，气体分子运动的动能没有变化。而压力升高后的质量比体积缩小，分子之间的距离缩小，分子相互作用的位能减小。所以，空气等温压缩后内部的能量反而是减少的。从空气的热力性质图可查到，在同样温度下的空气比焓随压力升高而减小。

    为什么空气在压缩时消耗了大量的电能，空气压力提高，空气的能量反而减小了呢?这是否违反能量守恒定律呢?实际上，空气在压缩过程中，除了从外界得到能量，对空气做功外，还向冷却水放出了大量的热，被冷却水带走。根据能量平衡，如果能量的支出大于收入，则只能靠减少内部积余来弥补。空气在等温压缩时就是属于这种情况，放给冷却水的热大于压缩机消耗的功。

 

47.    为什么膨胀机膨胀的温降效果要比节流大得多?

    答：空气从0.6MPa节流到0.1MPa的温降只有1℃左右，而通过膨胀机膨胀，理论上温降可达80～90℃，温降效果要比节流好得多。其原因是节流过程不对外输出功，温度降低是靠分子位能增加而引起的。气体在膨胀机内膨胀时，气体要推动叶轮旋转，或推动活塞对外作功，而且膨胀过程进行很快，外界没有能量输入，理想情况下可以看成是一个绝热过程。根据能量守恒定律，输出的功只有靠减少气体的能量(焓)来维持平衡，使得气体分子运动的动能急剧减少，反映在温度大幅度下降。因此，膨胀机膨胀时，气体的温度降低不仅是因为压力降低，造成分子的位能增加，而使分子运动的动能减少引起的，更主要是由于对外作功造成的，所以温降的效果要比节流时大得多。

 

48.    什么叫节流，为什么节流后流体温度一般会降低?

    答：当气体或液体在管道内流过一个缩孔或一个阀门时，流动受到阻碍，流体在阀门处产生漩涡、碰撞、摩擦，如图24所示。流体要流过阀门，必须克服这些阻力，表现在阀门后的压力P2比阀门前的压力P1低得多。这种由于流动遇到局部阻力而造成压力有较大降落的过程，通常称为“节流过程”。

    实际上，当流体在管路及设备中流动时，也存在流动阻力而使压力有所降低。但是，它的压力降低相对较小，并且是逐渐变化的。而节流阀的节流过程压降较大，并是突然变化的。例如，空气流经主热交换器的压降约在0.01MPa左右，而液空从下塔通过节流阀节流到上塔时，节流前后的压降可达0.45MPa。

    在节流过程中，流体既未对外输出功，又可看成是与外界没有热量交换的绝热过程，根据能量守恒定律，节流前后的流体内部的总能量(焓)应保持不变。但是，组成焓的三部分能量：分子运动的动能、分子相互作用的位能、流动能的每一部分是可能变化的。节流后压力降低，质量比容积增大，分子之间的距离增加，分子相互作用的位能增大。而流动能一般变化不大，所以，只能靠减小分子运动的动能来转换成位能。分子的运动速度减慢，体现在温度降低。在空分设备中，遇到的节流均是这种情况，这也是节流降温制冷要达到的目的。

 

49.    什么叫制冷量?

    答：制冷就是要从比环境温度低的装置内取走热量，以平衡由外部传入的热量，使装置保持低温状态，或使内部温度不断降低，直至不断积累起低温液体。

    热量只能从高温物体传给低温物体，要从低温物体取走热，首先要用人工的方法，造成一个更低温度的状态，使它具有吸收、并带走热量的能力。理论上讲，制冷量就是指这个带走热量能力的大小。根据制冷造成低温的方式不同，制冷量可分为以下三种，如图22所示。

    (1)节流效应制冷量

    进入空分装置压力较高的空气，在装置内经过节流阀及管路、设备等压力降低而膨胀。通常，节流过程将造成温度降低，气体所具有的带走热量的能力，就是低压气体在离开装置时恢复到进口温度相同时所能带走的热量。这说明，在同样的温度下，压力高的气体具有的能量(焓)比低压时要小，二者能量(焓)的差值就是所能吸收的热量，即叫做节流效应制冷量。

    (2)膨胀机制冷量

    压力较高的气体经过膨胀机膨胀时，由于气体推动叶轮旋转，对外输出功，因而气体本身的能量(焓)减小，温度显著降低。它所具有的带走热量的能力，就是吸热后恢复到膨胀前的能量。因此，膨胀机膨胀前后的能量(焓)之差就是膨胀机制冷量。

    (3)冷冻机提供的制冷量

    采用分子筛净化的空分设备，往往用冷冻机的低温工质来预冷空气，以提高吸附净化效果。这是由空分设备外部提供的制冷量，就是指冷冻水从空气带走的热量，它可使

所需的节流效应和膨胀机制冷量减少。

    制冷量与冷量两个概念有区别又有联系。制冷量是装置的属性，冷量是物质的属性。通过制冷机(包括空分设备的空气压缩、膨胀)制冷，能使物质温度降低；物质在温度降低后具有了吸热的能力，即通过装置制冷，使物质具有了冷量。

 

50.    节流膨胀及膨胀机膨胀的温降有限，空气在空分设备中是如何被液化的?

    答：在空分装置中要实现氧氮分离，首先要使空气液化，这就必须设法将空气温度降至液化温度。空分塔下塔的绝对压力在0.6MPa左右，在该压力下空气开始液化的温度约为-172℃。因此，要使空气液化，必须有一个比该温度更低的冷流体来冷却空气。

    我们知道，空分设备中是靠膨胀后的低温空气来冷却正流压力空气的。空气要膨胀，首先就要进行压缩，压缩就要消耗能量。

    空气膨胀可以通过节流膨胀或膨胀机膨胀。但是，这种膨胀的温降是有限的。对20MPa、30℃的高压空气，节流到0.1MPa时的温降也只有32℃。空气在透平膨胀机中从0.55MPa膨胀至0.135MPa的温降最大也只有50℃，还远远达不到空气液化所需的温度。

    空分设备中的主热交换器及冷凝蒸发器对液体的产生起到关键的作用。主热交换器是利用膨胀后的低温、低压气体作为换热器的返流气体，来冷却高压正流空气，使它在膨胀前的温度逐步降低。同时，膨胀后的温度相应地逐步降得更低，直至最后能达到液化所需的温度，使正流空气部分液化。空分设备在启动阶段的降温过程就是这样一个逐步冷却的过程。

    膨胀后的空气由于压力低，所以在很低的温度下仍保持气态。例如，空气绝对压力为0.105MPa时，温度降至-190℃也仍为气态。它比正流高压空气的液化温度要低。对于小型中、高压制氧机，在启动阶段的后期，在主热交换器的下部，就会有部分液体产生，起到液化器的作用；对于低压空分设备，另设有液化器，利用膨胀后的低温低压空气来冷却正流高压(0.6MPa左右)低温空气，使之部分液化。同时，冷凝蒸发器在启动阶段后期也起到液化器的作用。膨胀后进入上塔的低温空气在冷凝蒸发器中冷却来自下塔的低温压力气体，部分产生冷凝后又节流到上塔，进一步降低温度，成为低温、低压返流气体的一部分，使积累的液体量逐步增加。

 

51.    冷凝蒸发器中为什么液氧温度反而比气氮温度低才会吸热蒸发?

    答：在冷凝蒸发器中，来自上塔底部的液氧被来自下塔顶部的气氮加热而蒸发，部分作为氧产品而引出，部分作为上升气参与上塔的精馏；气氮则放出热而冷凝成液氮，部分作为回流液参与下塔的精馏，部分节流至上塔顶部参与上塔的精馏。这说明在冷凝蒸发器中，气氮的温度是高于液氧的。

    我们知道，在同样的压力下，氮的饱和温度是比氧的饱和温度要低。在标准大气压(0.1013MPa)下，氮的液化(气化)温度为-195.8℃，氧的液化(气化)温度为-183℃。但是，该饱和温度是与压力有关的，随着压力提高而提高。由于下塔顶部的绝对压力在0.58MPa左右，相应的气氮冷凝温度为-177℃；上塔液氧的绝对压力约为0.149MPa，相应的气化温度为-179℃。所以，在冷凝蒸发器中，气氮与液氧约有的2℃的温差。热量是由气氮传给液氧。

    需要注意的是，1kg液氧的蒸发潜热与lkg气氮的冷凝潜热是不相等的。在上述温度下，氧的气化潜热为207kJ/kg，氮的冷凝潜热为168kJ/kg。因此，热量由气氮传给液氧后，氮的冷凝量约为氧的蒸发量的1.23倍。

 

52.    为什么液氮过冷器中能用气氮来冷却液氮?

    答：液氮过冷器利用上塔引出的低温气氮来冷却从下塔引出的液氮，以减少液氮节流进入上塔时的气化率。

    为什么气氮的温度反而会比液氮温度低呢?这是因为对同一种物质来说，相变温度(饱和温度)与压力有关。压力越低，对应的饱和温度也越低(见图8)。在上塔顶部，处于气氮和液氮共存的饱和状态，二者具有相同的饱和温度。氮气出上塔的绝对压力在0.13MPa左右，对应的饱和温度为-193℃，出塔的氮饱和蒸气的温度也为该温度。而下塔顶部的绝对压力为0.55MPa左右，对应的氮饱和温度为-177℃左右。抽出的饱和液氮也为该温度。该液氮的温度要比上塔气氮的温度高16℃左右，因此，两股流体在流经液氮过冷器时，经过热交换，液氮放出热而被冷却成过冷液体，气氮因吸热而成为过热蒸气。

53.    在空分塔顶部为什么既有液氮，又有气氮?

    答：在煮开水时我们可以看到，在大气压力下，温度升高到100℃，水开始沸腾。但是，水不是一下子全部变成蒸汽的，而是随着吸收热量，蒸汽量不断增加。在汽、液共存的阶段，叫“饱和状态”。该状态下的蒸汽叫“饱和蒸汽”，水叫“饱和水”。在整个汽化阶段，蒸汽与水具有相同的温度，所以又叫“饱和温度”。

    精馏塔顶部的情况与此类似，气氮与液氮是处于共存的饱和状态，具有相同的饱和温度。但是，相同温度下的饱和液体及饱和蒸气属于不同的状态。饱和蒸气放出热可冷凝成饱和液体，温度保持不变，这部分热量称为“冷凝潜热”；饱和液体吸收热可气化成饱和蒸气，温度也维持饱和温度不变，这部分热量称为“蒸发潜热”。对同一种物质，在相同的压力下，二者在数值上相等。

 

54.    什么叫热量，什么叫冷量?

    答：两个温度不同的物体相互接触时，温度高的物体会变冷，温度低的物体会变热。这是由于高温物体有能量传递给低温物体。这种能量变化的大小通常用“热量”这个物理量来度量。物体内部能量减少，是因为放出了热量；反之，则是吸收了热量。通常体现在温度或物态的变化。热物体相对于冷物体来说，具有放出热量的能力；冷物体相对于热物体来说，具有吸收热量的能力。因此，热量的单位也就是能量的单位。按照国家标准是采用焦耳(J)为单位，工程上常用千焦(kJ)。   

    “冷量”是在制冷领域的一种习惯用语。因为要获得比环境更低的温度，是要靠制冷机化费电能才能获得的。也就是说，要从低温物体取走热量是要花费代价的。由于它的温度低于环境温度，就具有了自发从环境吸收热量的能力。它所能吸收热量的最大能力，是将它的温度升高到环境温度时所能吸收的热量。这个吸热能力的大小就称为冷量。物体的温度越低，数量越多，则吸收热量的能力越大，就叫具有的冷量越多。

    由此可见，冷量只是对某一种热量的特殊称呼。这种吸热能力是花费代价才得到的，显得更为珍贵。在数量上等于制冷时从低温物体取走的热量，也等于低温物体所能吸收的热量(均以环境温度为基准)。

 

55.    么叫制冷?

  答：在日常生活中我们可以看到，一杯热水会自然地冷却到周围的环境温度为止，一块冰会在0℃以上的环境中自然融化成水。但是水不会自发地降低到比周围空气更低的温度而结冰。这些现象说明自然界的一个基本规律：热只能自发地从高温物体传给低温物体，而相反的过程不能自发地进行。

    用人为的方法获得比环境更低的温度，是可以实现的。但是，这需要花费一定的代价，即消耗一定的能量(功，电能等)才能实现。这种人为地获得低温的过程，就叫“制冷”。

    我们常见的冰箱、空调机就是靠制冷机实现制冷过程而获得低温的。它必须要消耗电能，带动压缩机工作。制冷机中循环工作的物质叫“制冷剂”。它是一种低沸点的物质，常用的有氨、氟里昂等。将这些工质在气态压缩后，在常温下就能在冷凝器中放出热量而冷凝成液体。再通过节流膨胀降压，使其饱和温度降低到比环境更低的温度。它就可以通过在蒸发器中蒸发吸热，来冷却别的物质(空气、水、食物等)，达到制冷的目的。工质本身则在蒸发器中吸热气化后，又返回到压缩机中再次压缩。如此循环地工作，实现连续制冷。

    在制氧机中，要将空气温度降低到液化温度，这也是一个制冷过程，因此，必须有压缩机，并以消耗电能为代价。只是制氧机中是以空气为工质，靠将空气先压缩、再膨胀的方法达到降温的目的。然后再来冷却空气本身，直至达到液化温度而被液化。

 

56.    冷状态下的全面加温与热状态下全面加温有何不同，操作方法有什么区别?

   

答：冷状态下的全面加温是停车后的加温操作。主要目的是清除残留的水分、二氧化碳、乙炔等杂质，为下周期的长期运转或检修做好准备。

    热状态下的全面加温是开车前的加温操作。其主要目的是清除水分和一些固体杂物。

    热状态下的全面加温，塔内温差较少，一般小于60℃；而冷状态加温，温差大于200℃。为了防止塔内容器、管道的热应力过大而损坏，冷状态下的全面加温与热状态下的全面加温在操作程序上是有区别的。

    冷状态下的全面加温程序是停机-排液-静置-冷吹-加温-系统吹除。加温终点是加温气体出口温度达到常温为止。热状态下的全面加温操作程序分加温和吹除两步。为彻底清除水分达到干燥的目的，加温气体的出口温度要高于常温。为了清除固态杂物，热状态下的全面加温操作中吹除的环节显得更为重要。

 

 

57.    空分设备的保冷材料有几种，分别有何特性?

   

答：常用的保冷材料有碳酸镁、玻璃棉、珠光砂及矿渣棉，其特性如表45所示：

表45保冷材料的性能

 

名称牌号		体积质量 /kg·m-3	热导率 /W(m·K)-1	比热容/ kJ(kg·K)-1	其他特性
碳酸镁		400 130	0.05～0.07 0.03～0.04	1.00 1.00	要求含水率不大于2.5%
玻璃棉		130	0.047	0.84	直径3～30μm
膨胀珍珠岩 (珠光砂)		≤80(一级) 150(二级)	0.04～0.058 0.04～0.05	0.67 0.84	晶粒1mm以下90%；1～2mm晶粒10%； 含水率不大于0.5%
矿 渣 棉	100号 150号 200号	≤100 ≤150 ≤200	0.044 0.038～0.047 0.033～0.052	0.75 0.84 0.84	含水率不大于2%

 

    由于珠光砂重量轻，保冷性能好，价格较便宜，流动性好，易于装填，目前设备主要用它作保冷材料。在箱体底部可装一层矿渣棉，对经常需要检修的局部隔箱中也宜装矿渣棉或玻璃棉。

 

 

58.    充填保冷材料时要注意什么问题?

  

 答：1)充填之前，应烘干保冷箱基础上面的水分；

    2)充填时，空分设备内的各设备、管路均应充气，充气压力为0.045 0.05MPa，并微开各计器管阀门通气。同时使各铂电阻通电，随时监视计器管和电缆是否发生故障；

    3)注意保冷材料内不得混入可燃物，不得受潮；

    4)不宜在雨、雪天装填；

    5)装填应密实，不得有空区。装填矿渣棉时应用木锤或圆头木棍分层捣实，并在人孔取样检查其密度；

    6)装填保冷材料的施工人员应采取劳保措施，并注意人身安全，在充填口加铁栅；

    7)开车后保冷材料下沉时应注意补充。

 

 

59.    什么叫裸冷，为什么要进行裸冷?

 

   答：塔内管路、阀门及现场安装的空分设备，在全部安装完毕、并进行全面加温和吹除后，在保冷箱内尚未填保冷材料的情况下进行开车冷冻，称为“裸冷”。

    裸冷是对空分设备进行低温考核。其目的在于：

    1)检验空分设备的安装或大修质量。如：检查管道焊缝及法兰连接处是否有漏点；

    2)检验空分设备及管道、阀门在低温状态下冷变形情况及补偿能力；

    3)检验设备和管路是否畅通无误；

    4)在低温下进一步拧紧对接法兰螺钉，确保低温下不泄漏。

    因此，裸冷是对在现场安装的设备，安装完毕后、正式试车前的一项不可缺少的工序，应给予足够的重视。

 

60.    怎样进行裸冷，裸冷后要做些什么工作?

 

    答：在裸冷中应依次把精馏塔、主冷凝蒸发器等主要设备冷却到最低温度，各保持2h。然后冷却整个空分设备，直至达平衡温度，使所有设备管道处表面都结上白霜，并保持3～4h。

    在冷态下应详细检查各部位的变形和泄漏。泄漏点的位置可以根据结霜的情况加以判断，并应做好标记。冷冻后首先应将法兰螺钉再次拧紧，以弥补低温下由于热胀系数不同而引起的螺钉松弛现象。但亦应注意不可拧得太紧，以防预应力太大。然后扫霜，并勿使霜熔化在保冷箱内，影响保冷材料的充填。再加温至常温后作气密性试验。

    若有处理项目，处理后需再次裸冷。裸冷的次数与合格标准视具体情况而定。裸冷合格后各吸附器装上吸附剂，保冷箱装保冷材料。

 

61.    怎样装填分子筛纯化器的分子筛?

 

    答：在充装分子筛前，要检查筛床不能有漏分子筛的问题，否则要进行处理。罐内不能有油及其他杂物；参加充装的人员不能穿有带钉子的工作鞋，以免踩坏筛床；要穿干净的、不能有油的工作服。在中间部位要做几个标准高度标记，先检查环室，并充装铝胶达到标准高度，然后充装分子筛。因分子筛用量大，一般不同窑次生产出的分子筛有些差别，所以，要将同一批窑的分子筛均匀地对两个分子筛罐进行平均充装。充装完成后先用扒平机构扒平，检查分子筛充装是否达到标准高度(环室内已被分子筛埋在下面)。再次对分子筛进行扒平工作，直到筛床上的分子筛平整，没有凹凸问题。检查无问题后可认为充装工作结束。

    对有器外活化条件的用户，按下述步骤进行：

    1)首先将准备装填的分子筛彻底活化、待填；

    2)拆开准备装填分子筛的纯化器顶部的空气进口管和过滤管；

    3)把经活化后的分子筛装入器内，装满为止，并注意记下装填分子筛的数量。为了装填密实，可用木锤在筒体的封头上敲击；

    4)分子筛装完后，再装回管路、过滤管和阀门。并应注意：连接法兰的螺钉应均匀、对称地拧紧；阀门需经脱脂后装好填料；氮气加温阀的填料还应采用耐高温的膨胀石墨或石棉线。

    对没有器外活化条件的用户，可将分子筛筛去粉末后直接入装纯化器内，装填步骤和注意事项与上述2)、3)、4)相同，所不同的仅在于对新换上的分子筛，在装置内还有待进行再生后才能使用。具体的再生方法参看题519。

62.    空分设备的试压和检漏如何进行?

    答：试压和检漏都是空分设备的气密性检查。其目的是考查安装、配管和焊接质量。空分设备的试压有两种：一是强度试压，考验设备安全性，一般是单体设备在制造厂或设备运抵现场后在安装前进行。二是气密性试验，目的是查漏。一般空分设备在安装中的全系统试压均指后一种而言。气密性试验的压力等级与试验方法视所试的对象而不同，应按制造厂的技术文件规定进行。一般空分设备安装后要进行全系统试压并计算残留率。残留率要求到95%以上为合格。残留率的计算方法如下：

  

式中A--残留率，%；

    p1--停压前的气体绝对压力，MPa；

    T1--停压前的气体绝对温度，K；

    P2--停压后的气体绝对压力，MPa；

    T2--停压后的气体绝对温度，K。

 

 

63.    在试压时应注意什么问题?

  

 答：在现场做气压试验主要是检查设备气密性。在试压时应注意下列问题：

    1)严禁用氧气作为试压气源；

    2)对试压后不再脱脂的忌油设备，应用清洁无油的试压气源；

    3)对试压用的压力表应经校验，予以铅封后方得使用。试压前应仔细检查压力表阀是否已经打开；

    4)试压时，不能对试压容器用锤敲击；

    5)试压时，不能拆卸或拧紧螺钉；

    6)用氮气瓶或压力等级较高的气源向较低压力的容器充气试压时，应安装减压阀，严禁直接充气。

7)试压充气达到规定压力后，应将充气管接头拆除。

 

 

64.    管道及设备如何进行脱脂?

 

    答：管道及设备的脱脂首先应选好脱脂剂，对于脱脂剂可参照表43选用。

    常用的脱脂方法有4种：灌注法、循环法、蒸汽冷凝法、擦洗法。空分塔、液氧容器以及管路的脱脂方法及脱脂剂用量列于表44中。脱脂质量可按脱脂后脱脂剂内含油量的相对增加量检定。一般内表面脱脂合格标准为：再次清洗时脱脂剂内含油相对增加量不大于20mg/L。外露表面的脱脂合格标准为：用白色滤纸擦拭脱脂表面，纸上看不出油渍。

    脱脂时需要注意以下几点：

    1)含油量小于50mg/L的脱脂剂可作为净脱脂用，含油量在50～500mg/L范围的脱脂剂，则只能作粗脱脂用，而后必须以净脱脂剂进行再次清洗。含油量大于500mg/L的则必须蒸馏再生，并检验其含油量后才能用来脱脂；

    2)如果管道、阀件和设备在制造后已脱脂、并封闭良好，安装时可不必脱脂；

    3)四氯化碳、水洗涤剂对金属的腐蚀性较强。为抑制其腐蚀性，应采用抑制添加剂如下：每升四氯化碳可添加1.34g酚和0.96g苯甲酸；水洗涤剂可在每升水内添加1g二铬酸钾或2g亚硝酸钠(不适用于有色金属脱脂)；

    4)因脱脂剂具有毒性或爆炸性，使用时必须注意防止中毒和形成爆炸混合气。

表43脱脂剂选用表

脱脂剂名称	适用范围	附    注
四氯化碳	铸铁件，钢、合金钢制件，铜制件	有毒
95%乙醇	铝制件	易燃、易爆
碱性清洗	油污较多的管道	10%氢氧化钠溶液加热至60～90℃，然后用15%硝酸中和，并用清水冲洗

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

65.    液体贮槽在贮存、运输过程中应注意什么问题?

 

   答：液体贮槽在贮存、运输过程中应注意：

    1)贮槽的防护设备及仪表应完好；

    2)贮槽在贮运过程中应有良好的通风，周围不得存放易燃物质，无任何火种；

    3)贮槽的充满率小于95%，严禁过量充装，不得超压；

    4)贮槽内有液体时，严禁动火修理；

    5)设备管道解冻要缓慢加热，不要用过热的工质或明火化冻；

    6)接触低温液体时应戴好防护手套，避免皮肤与低温液体直接接触；

    7)运输过程中要平稳，不要有大的颠簸。

 

66.    液氧、液氮蒸发器在操作上要注意什么问题?

 

   答：低温液体蒸发器有大气式和蒸汽水浴式等型式。大气式蒸发器由带翅片的蒸发管组成，分几组并列放置，体积较大。随着低温液体的流过，蒸发翅片表面会逐渐结霜。该冰霜要覆盖在蒸发器表面。当其厚度增加时，蒸发效率下降，蒸发量随时间急剧递减，如图150所示，一般需采取除霜手段，如用蒸汽吹去或扫帚扫去冰霜，可使蒸发量恢复。

    蒸汽水浴式蒸发器是用热水加热蒸发管内的低温液体，使之蒸发。在低温液体流入前，应先将纯净水(无氯)灌入蒸发筒内至溢流口，再慢慢通入蒸汽，并将温控设定在60℃左右(不宜太高)。先打开气体出口阀，然后慢慢送入低温液体，用流量调节阀调节到所需流量，并控制出口气体温度大于-15℃，防止出口管道结霜。

    在冬季，蒸发器停止使用期间，应注意把蒸发筒内剩水排放完，或吹入少量蒸汽，或保持溢流状态，水温控制在20～40℃，防止水浴结冰。蒸汽管道疏水器应该保持完好的工作状态。液体蒸发器的盘管一般应按压力容器管理。因此要定期按国家对压力容器的规定进行检查，检查合格后方可投入运行。

 

 

67.    空分设备的运转周期与哪些因素有关?

 

    答：空分设备的运转周期的确定，在设计时主要是根据微量二氧化碳带入空分塔后逐步积累，直至因造成堵塞而无法继续运转的时间间隔。在正常情况下，全低压制氧机的连续运转时间应在一年以上，新的分子筛吸附流程连续运转的时间可以长达二年以上。但是，在实际运转中，情况要比设计情况复杂得多。影响运转周期的主要因素包括制氧机设备及运转机械连续工作的能力，启动前加温吹除的好坏，启动阶段及正常运转中操作水平的高低，空气负荷的大小等。

    造成制氧机未到规定周期即需停机检修的原因，大部分是由于运转机械及切换系统的故障。主要是空压机、膨胀机、液氧泵的故障，同时，空分的强制阀、自动阀，某些换热器的内部泄漏，及内部低温阀门的损坏、内部泄漏，管道膨胀节疲劳断裂等，都会使制氧机在中途需要停车检修。

    制氧机启动前的加温吹除及启动阶段的操作，也直接影响运转周期。常常有这种情况发生：由于急于制氧，加温吹除不彻底，塔内残存水分，造成启动后蓄冷器或可逆式换热器阻力过大，有时精馏塔阻力也过大，以致经常发生液泛。在启动阶段中，渡过水分及二氧化碳冻结区的时间拖长，切换式换热器冷端温差没有控制在允许范围(在启动阶段，这个温度范围是随着温度降低而逐渐减小的)之内，都会造成带入空分塔的水分及二氧化碳杂质增多。空分设备的启动过程中断或多次启动，都会造成蓄冷器或切换式换热器温度的回升而使二氧化碳大量带入塔内，从而使运转周期缩短。

    正常操作中，对运转周期影响最大的是切换式换热器冷端温差控制的好坏。这个温度控制不好，一方面会造成切换式换热器的自清除效果不好，二氧化碳在换热器内积累而使其阻力上升；另一方面会使少量的二氧化碳带入塔内。由于气流的冲击作用，蓄冷器和切换式换热器冷端的空气中，二氧化碳的实际含量会超过饱和含量，这也会对运转周期造成影响。尤其是切换式换热器的冷段过短，二氧化碳的析出区缩短，更容易将部分二氧化碳带入塔内，造成精馏塔阻力增加，主冷换热减弱，过冷器堵塞，下塔压力升高，进塔空气量和氧产量下降。

    切换式换热器带水也将使运转周期缩短。通常是由于氮水预冷器操作不当引起的。而轻微进水往往是由于忽视了对水分离器的吹除和进切换式换热器空气总管中冷凝水的排放。

    进空分设备加工空气的状态也是影响运转周期的一个重要因素。因为空气量或进装置空气温度提高，都会使蓄冷器或切换式换热器清除水分的负担加重，换热温差增大。在冷端就表现为自清除不良，阻力上升加快。因此，高负荷生产时运转周期一般也会缩短，而低负荷时运转周期一般可延长。

    延长空分设备的运转周期有很大的经济意义。它可以减少备机、减少检修时间，节省资金，多生产产品氧、氮。因此在操作中应精心管理，精心维护。

 

68.    对上、下塔分置的制氧机当进装置空气压力突然下降时，为什么上塔液氧液面会猛涨，氧气产量、纯度下降?

 

    答：对上、下塔分置的制氧机，上塔底部的液氧靠液氧泵打至下塔顶部的主冷。当进装置空气压力突然大幅度下降时(例如强制阀发生故障)，上塔压力、主冷压力也都先后降低。对液氧泵来说，其进口的液氧应处在过冷状态下，因为如果部分液氧在泵中气化，将使泵的能力下降，不能顺利地向主冷输送液氧。当上塔压力下降太大时，液氧泵进口的液氧温度将超过该压力对应的饱和温度，造成部分液氧气化而产生“带气”现象，使液氧无法送出，造成上塔底部液面上涨。

此外，当空气旁通，下塔表压力突然降到0.2MPa时，使主冷温差减小，主冷的热负荷降低很多，液氧蒸发不出去，甚至可能引起塔板漏液，造成液面猛涨。这时，如果氧产量不及日寸调小，上塔上升的蒸气必然减少，提馏段的液气比增加，液氧纯度变坏。如果塔板漏液，纯度将破坏得更快。

   因此，强制阀发生故障时，将会引起塔内一系列的变化，工况遭到破坏，危害很大，必须引起足够的重视。

 

 

 

69.    对上、下塔分置的制氧机当进装置空气压力突然下降时，为什么上塔液氧液面会猛涨，氧气产量、纯度下降?

 

    答：对上、下塔分置的制氧机，上塔底部的液氧靠液氧泵打至下塔顶部的主冷。当进装置空气压力突然大幅度下降时(例如强制阀发生故障)，上塔压力、主冷压力也都先后降低。对液氧泵来说，其进口的液氧应处在过冷状态下，因为如果部分液氧在泵中气化，将使泵的能力下降，不能顺利地向主冷输送液氧。当上塔压力下降太大时，液氧泵进口的液氧温度将超过该压力对应的饱和温度，造成部分液氧气化而产生“带气”现象，使液氧无法送出，造成上塔底部液面上涨。

此外，当空气旁通，下塔表压力突然降到0.2MPa时，使主冷温差减小，主冷的热负荷降低很多，液氧蒸发不出去，甚至可能引起塔板漏液，造成液面猛涨。这时，如果氧产量不及日寸调小，上塔上升的蒸气必然减少，提馏段的液气比增加，液氧纯度变坏。如果塔板漏液，纯度将破坏得更快。

   因此，强制阀发生故障时，将会引起塔内一系列的变化，工况遭到破坏，危害很大，必须引起足够的重视。

 

 

70.    怎样判断主冷凝蒸发器泄漏?

 

  答：主冷严重泄漏时，压力较高的氮气大量漏入低压氧侧，则上、下塔压力，产品纯度将发生显著变化，直至无法维持正常生产而停车。

    当主冷轻微泄漏时，往往不会引起上、下塔压力的显著变化，也没有引起主冷内液氧纯度的显著降低。普遍现象是主冷气氧和液氧纯度相差较大，气相浓度低于与液氧相平衡的浓度值。例如，某厂化验液氧浓度为99%，气氧浓度为96%，结果在检修时发现有7根主冷管泄漏。

    产生泄漏的原因有以下几方面：

    1)管子因振动而相互磨漏。对长管式冷凝蒸发器，装有上万根管径只有10mm，管长为8m的紫铜管，管间距很小。在运转过程中，由于气流的冲击、振动，很容易在管子中部发生挠曲变形而互相摩擦，时间长有可能磨漏。

    2)管内积水而冻裂。当加温不彻底，特别是小管堵塞而给积存水造成机会，加温时又无法吹除掉时，在低温下水冻结成冰，体积膨胀，就有可能将小管冻裂。

    3)主冷轻微地局部爆炸。当主冷中局部范围由于乙炔或碳氢化合物积聚，在一定条件下可能发生爆炸。这种轻微爆炸发生时，外部没有任何反映，也听不到声音，开始往往无法察觉。只有当氧纯度自动发生变化而又无法调整时，才有发生这种情况的可能。

 

71.    低压空分设备的负荷调节范围与哪些因素有关，当氧气富裕而需要减少氧气产量时在调节上应注意什么问题?

 

    答：低压空分设备的负荷调节范围与原料空压机调节性能、膨胀机的调节性能、精馏塔的结构特点等因素有关。目前设有进口导叶的透平空压机的流量调节范围在75%～100%；设有可调喷嘴的透平膨胀机调节范围可在65%～100%。关键是精馏塔的调节余地如何。目前，采用规整填料的精馏塔的负荷调节范围可达50%～100%，而传统的筛板塔最好的调节范围在70%～100%，负荷再低则可能因蒸气通过筛孔的速度过低而导致漏液。

    当氧气有富裕而需要减少氧产量时，首先要减少氧产品的输出，再相应地减少空气流量，并根据主冷液位调节膨胀空气量。送往上塔的液空、液氮调节阀也要根据精馏工况相应地关小。应该注意的是，整个操作要缓慢和逐步完成，以保持减量过程中精馏工况的稳定。

    如果有液氧贮存系统，减少氧产量可增加液氧的产量，将液氧贮存起来更为便利。可先将氧产量减下来，然后增加膨胀空气量，在保持主冷液位不变的情况下增加液氧的取出量。为保持上塔精馏工况的稳定，必要时可将部分膨胀空气走旁通。

 

72.    如何提高制氧机运转的经济性?

 

    答：制氧机的经济性主要是指生产单位产品(每1m³氧气)所需的成本。成本费中包括电耗、水耗、油耗、蒸汽消耗、辅助物料消耗、维修费及生产管理费用等。为了提高制氧机运转的经济性，应该力求生产更多的产品，降低生产成本。

    在成本费中，电耗占主要部分。而电耗中主要是压缩空气消耗的能量，其次是压缩氧气的能耗。所以，通常以生产1m³氧气所消耗的电能(kW·h)作为衡量制氧机性能的一项指标。而压缩机的能耗与压缩空气量、排气压力及压缩机的效率有关。提高氧气生产的经济性的关键是提高管理水平和人员素质。应从以下几方面着手：

    1)降低制氧机的操作压力，以减少空压机的电耗。为此应尽可能减少设备、管路的阻力，降低上塔压力；应保持一定的主冷液面，使主冷在最佳的传热工况下工作，以缩小主冷温差，降低下塔压力；尽量减少冷损。

    2)提高压缩机的效率。首先要加强中间冷却器管理，使空气得到良好的冷却。

    3)增加空气量。要减少切换损失，杜绝漏损，以便有更多的加工空气进塔参加分离。

    4)增加氧气产量，提高氧的提取率。在调整中应力求降低氮中的含氧。

    5)延长设备的连续运转周期，减少停机检修时间。为此要加强设备的日常维护，定期检修设备。要保证水分及二氧化碳的清除效果。

    6)绝对避免塔内低温液体、低温气体的泄漏。在对单体设备加温时，温度也不宜过高。

    7)综合利用生产多种产品。

 

73.    能否采用往塔内充灌液氧来缩短空分设备启动阶段的时间?

    答：空分设备的启动包括设备的冷却、积液和调纯三个阶段。对一定的设备来说，启动所需要的时间大致是一定的。对低压空分设备，空压机的压力没有什么调节的余地，一般靠配备两台膨胀机同时工作，以增大启动阶段的制冷量，缩短启动时间。即使如此，按最大的制冷能力和装置冷却、积液所需的冷量，装置的启动时间也需要在36h以上。

    大型空分设备一般还配置有液氧储罐，作为紧急备用氧。如果有必要，能否采用往塔内充灌液氧来缩短空分设备启动阶段的时间呢?从理论上来说是完全可能的。例如，如果向主冷内反充1m³的液氧，相当于从外部提供了0.47×10⁶kJ的冷量，约为5000m³的膨胀空气在2h内的制冷量。有的厂曾做过试验，启动时往塔内充灌20m³的液氧，对6500m³/h空分设备可缩短启动时间16.5h；对10000m³/h空分设备可缩短启动时间8h以上。

    当然，往塔内充灌液氧时，一是要注意时机，一定要等装置冷却到开始在主冷内产生液体时，再往里灌，以免因温差过大产生热应力而破坏设备；二是要注意充灌压力。因为只有高于上塔底部压力才能灌入液氧，但又不能超过液氧储罐的安全阀设定压力，以免安全阀动作。

 

74.    如何把氧气产量调上去?

 

    答：影响氧产量的因素，除了尽可能减少空气损失，降低设备阻力，以增加空气量；尽可能减少跑冷损失、热交换不完全损失和漏损，以减少膨胀空气量外，这里主要从调整精馏工况的角度，分析一下调整产量的方法：

    1)液面要稳定。液氧液面稳定标志着设备的冷量平衡。如果液氧面忽高忽低，调整纯度就十分困难。合理调节膨胀量和液空、液氧调节阀开度，使液氧面稳定。

    2)调节好液空、液氮纯度。下塔精馏是上塔的基础。液空、液氮取出量的变化，将影响到液空、液氮的纯度，并且影响到上塔精馏段的回流比。如果液氮取出量过小，虽然氮纯度很高，但是，给精馏段提供的回流液过少，将使氮气纯度降低。此时，由于液空中的氧浓度低，将造成氧纯度下降，氧产量减少。因此，下塔的最佳精馏工况应是在液氮纯度合乎要求的情况下，尽可能加大取出量。一方面为上塔精馏段提供更多的回流液；另一方面使液空的氧浓度提高，减轻上塔的精馏负担，这样才有可能提高氧产量。这里需要说明的是，液氮纯度的调节要用液氮调节阀，不能用下塔液氮回流阀。回流阀在正常情况下应全开。

    3)调整好上塔精馏工况，努力提高平均氮纯度。平均氮纯度的高低标志着氧损失率的大小。而平均氮纯度又取决于污氮纯度的高低，因为污氮气量占的比例大。污氮的纯度主要也是靠下塔提供合乎要求的液氮来保证的。当下塔精馏工况正常，而污氮纯度仍过低时，则可能是上塔的精馏效率降低(例如塔板堵塞或漏液)；或是膨胀空气量过大；或是氧取出量过小、纯度过高，使上升蒸气量增多，回流比减小。要改善上塔的精馏工况，主要是控制氧、氮取出量。一方面二者的取出量要合适；另一方面阀门开度要适度，以便尽可能降低上塔压力，有利于精馏，以提高污氮纯度。

 

 

75.    氧产量达不到指标有哪些原因?

 

   答：影响氧气产量主要有下列因素：

    1)加工空气量不足。空气量不足的原因有：

    ①环境温度过高；

    ②大气压力过低；   

    ③空气吸入过滤器被堵塞；

    ④电压过低或电网频率降低，造成转速降低；

    ⑤中间冷却器冷却效果不好；

    ⑥级间有内泄漏；

    ⑦阀门、管道漏气，自动阀或切换阀泄漏；

    ⑧对分子筛纯化流程来说，可能是切换蝶阀漏气。

    2)氮平均纯度过低。原因有：

    ①精馏塔板效率降低；

    ②冷损过大造成膨胀空气量过大；

    ⑧液氮纯度太低，液氮量太大；

    ④液氮量过小；

    ⑤液空或液氮过冷器泄漏；

    ⑧污氮(或馏分)取出量过大；

    ⑦液空、液氮调节阀开度不当，下塔工况未调好。

    3)主冷换热不良。主冷换热面不足，或氮侧有较多不凝结气体，影响主冷的传热，使液氧的蒸发量减少。

    4)设备阻力增加。由于塔板、液空吸附器或过冷器堵塞，液空、液氮节流阀开度过小或被堵塞，将造成下塔压力升高，进塔空气量减少。当切换式换热器冻结时，也将造成系统的阻力增加，进塔空气量自动减少。

    5)氧气管道、容器存在泄漏。

 

76.    为什么全低压空分设备中规定要经常排放相当于1%氧产量的液氧到塔外蒸发呢?

 

    答：以往认为，分馏塔爆炸的原因是乙炔引起的，在防爆系统中设有液空和液氧吸附器，吸附乙炔的效率可达98%左右。国外经过多年实践和研究发现，爆炸源除了乙炔之外，尚有饱和及不饱和的碳氢化合物--烃类，如乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等在液氧中富集。这些物质在吸附器中也能被吸附掉一部分，但是吸附效率只有60%～65%。由于它们在液氧中的分压很低，随气氧一起排出的数量很少(除甲烷外)，剩下的就会在液氧中逐渐浓缩，一旦增浓到爆炸极限就有危险。

    为了避免液氧中烃类浓度的增加，根据物料平衡，需要从主冷引出一部分液氧，把烃类从主冷抽出一部分。抽出的液氧最小量相当于气氧产量的1%再另行气化。还规定把液氧面提高，避免产生液氧干蒸发(在蒸发管出口不含液氧)，防止碳氢化合物附着在管壁上，以增加设备的安全性。在国产全低压空分流程中也已采用了这项措施。

 

77.    空分设备在启动和正常操作中能靠冷凝蒸发器积累液体吗?

 

   答：这个问题要对启动和正常操作两个阶段分别来分析。

    在启动阶段，积累液体的任务是靠液化器来完成的，而不能靠冷凝蒸发器。即使把膨胀空气引入冷凝蒸发器，由于传热效果很差，也不能胜任积累液体的工作。不仅如此，问题还在于冷凝蒸发器的结构上并没有膨胀气体进出的回路。

    在正常操作阶段，表面上看液氧面的升降是从冷凝蒸发器反映出来的，实际上是一系列传热的结果。怎样把冷量转化为产生液体呢?当冷凝蒸发器处在冷量平衡阶段，如果还要液氧面上涨，就得增加膨胀量或提高膨胀机前压力，即增加制冷量。由于膨胀量的增加，进下塔的空气量减少，使冷凝蒸发器的热负荷减少，蒸发的液氧就相对地减少了，表现为液氧面上涨；如果膨胀量未变，只是提高单位制冷量，即提高膨胀前温度(减少旁通量)，则必然使环流气体在切换式换热器中放出的冷量增多，使正流空气进塔的能量(焓值)降低，也将减小冷凝蒸发器的热负荷，液氧蒸发量减少，液氧面上涨。因此，多余的冷量通过换热器转移到塔内，而不是靠冷凝蒸发器积累的。

    此外，在正常运行中，上塔底部主冷液氧面的表压力约为0.04MPa，氧的蒸发潜热为6700kJ/kmol；气氮的冷凝压力约0.48MPa(表压)，氮的冷凝潜热为4815kJ/kmol。氮的冷凝潜热小于氧的蒸发潜热，即把1kmol的气氮冷凝为液氮所需的冷量比蒸发1kmol液氧所放出的冷量少。而冷量是平衡的，所以相应地气氮的冷凝量要大于液氧的蒸发量。这样会有液体积累起来吗?不会的。因为液氮节流到上塔，压力降低，必然有一部分气化，所以流至冷凝蒸发器的量还是等于液氧蒸发量，不会因此而有液体积累起来。

 

 

78.    为什么在积液前预先将主冷冷透与靠液空蒸发来冷却主冷其效果不一样?

 

    答：在全低压制氧机启动时，主冷的冷却需要消耗冷量，将它冷却到工作温度所需的冷量也是一定的。有人认为，在第二阶段用气体预冷主冷与第四阶段用液空来预冷，都是转移一部分冷量给主冷，效果应该相同，因此忽略了对主冷的预冷工作，结果造成在积液阶段切换式换热器过冷。这是什么原因呢?

    这是因为在积液阶段，切换式换热器的温度工况已趋正常，膨胀机的制冷量除弥补冷损外，其余部分应转移给塔内，用来积累液体。它的冷量回收主要是靠液化器来进行的。例如，液化1kg空气约回收174kJ的冷量。如果这部分液体进入上塔，因主冷温度还很高而将全部汽化。虽然也会将一部分冷量转移给上塔，但是，蒸发的蒸气离开上塔后又通过液化器，而低温气体在液化器中的温升是有限的(例如从-189℃复热到-175℃)，因此，它在液化器中所能产生的液空量不到原来的10%，也就是说只有少量的冷量又通过液化器转移给塔内，余下的大部分冷量将转移给切换式换热器，从而造成切换式换热器过冷，中部温度下降，热端温差扩大。

    由此可见，预先将主冷冷透与靠液空来冷却，在冷量分配的效果上是不一样的。在需要将更多的冷量转移到塔内的积液阶段，不应再用液体来冷却主冷设备，以免冷量又从塔内回到切换式换热器中去。

 

 

79.    为什么主冷液面出现之前，上塔下部阻力计先有指示?

 

    答：主冷中液体的产生和积累全靠下塔的液空节流入上塔。当下塔出现液空、并且节流到上塔时，节流后有部分液体气化，而温度进一步降低。靠这些低温液体和气体对上塔继续进行冷却。最初由于塔温较高，液空在下流过程中逐渐全部被汽化，在主冷中尚积累不起液体。随着液空不断从液空进料口逐渐往下流动，塔板自上而下逐渐被冷却，一部分液体将开始在塔板上积累。它靠另一部分下流液气化而产生的蒸气将液体托住。因此，在主冷出现液面之前，首先在液空进料口至主冷的各块塔板上依次地铺上了一层液体，并有不断产生的上升蒸气穿过各块塔板上的液层。从下部阻力计可反映出蒸气穿过塔板时所克服的阻力。在启动阶段，当上塔下部阻力计开始有指示时，就可估计液氧面即将出现。

 

 

80.    全低压制氧机在积累液氧阶段应如何操作才能加速液面的上涨?

 

    答：全低压制氧机在启动时，到了积累液氧的阶段，应将膨胀机富裕的制冷量尽可能地转移到塔内，用于积累液体。由于上塔主冷中的液体全部来自下塔，要使主冷中能积累起液体，首先应发挥液化器的作用，提供尽可能多的液体。

    要使主冷预冷彻底，必须在冷却阶段使主冷通道内的气体畅通。为此，必须开大纯液氮调节阀，关闭液氮回流阀和污液氮调节阀，利用下塔来的冷空气通过主冷的氮通道加以冷却。同时开大液氧侧的吹除阀，利用进上塔的膨胀空气和液空来降低主冷温度，如图148所示。有的设备在液氮管路上加一供主冷冷却用的支管，如图中的虚线所示。在冷却主冷时，可开启阀6，使冷空气流过主冷的氮通道，然后再送至膨胀机或作为吹除气。冷却完毕后关闭阀6。

    当主冷中开始积累起液体时，下塔顶部主冷的氮气通道中的温度已高于液氧温度。如果温差太大，液体蒸发得太快，液氧面上涨就慢，甚至不上涨。这时应关小调-1阀，稍开液氮回流阀，使下塔尽快建立起精馏工况，提高下塔顶部的氮纯度，从而降低氮侧的温度，缩小主冷温差，减少液氧的蒸发，液面的上涨速度就会加快。

    当液氧面上涨到一定程度时，主冷的热负荷逐渐增加。如果调阀-1继续处于关闭状态，则主冷中液氮面会过高，影响主冷的换热，空气量进不来。同时，下塔的回流液过多，不但液空纯度会过低，而且可能造成下塔液泛。因此，这时应开大调阀-1，提高液空、液氧纯度，在液面继续上涨的同时，使上、下塔精馏工况逐渐趋于正常。

    由此可见，在积累液氧时，掌握好几个阀门的开关时机和相互配合，是加快液氧面上涨的重要方法，需在实际操作中很好摸索、掌握。

 

81.    空分设备在启动阶段膨胀空气什么时候送人上塔为宜?

 

    答：膨胀空气何时送入上塔，要根据空分的具体流程来决定。但是所依据的道理都是一样的，这就是尽量发挥膨胀机的制冷能力和合理地分配冷量。

    有的空分流程上塔氮气出口有一个蝶阀，可用关小这个蝶阀的办法来提高上塔压力。同时，膨胀后的空气先进入过冷器，再进入液化器，最后送到切换式换热器复热。对这样的流程就不宜过早地向上塔送气，因为向上塔送气必然会使膨胀机后压力升高，不利于发挥膨胀机的制冷能力。同时，由于过冷器、液化器可以充分回收膨胀空气的冷量，也不必要过早地向上塔送气。待主冷液面积累足够，正常精馏工况建立，停止一台膨胀机后再向上塔送气是适宜的。

    有的空分流程则不同，上塔氮气出口没有蝶阀，同时，膨胀后空气只送入液化器，不经过冷器。对这样的流程可以在积累液体一开始就向上塔送气。因为这样可以充分利用低温气体冷却上塔，从上塔排出的气体的冷量还可以在过冷器及液化器中得到充分回收。同时，返回切换式换热器冷端的气体温度也不会太低，这样既有利于切换式换热器的自清除，也不会造成切换式换热器过冷。并且，膨胀空气送入上塔还会使上塔压力稍稍上升，对积累液体也是有利的。

 

82.    同样的制氧机在启动时为什么积累液体所花费的时间不一样?

 

    答：在精馏塔内积累精馏所必需的低温液体的过程，实际上就是一种“储存冷量”的过程。在这个过程中的冷量平衡关系是：

    总制冷量=总冷损+积液所需的冷量                              

    对同样的制氧机来说，所需积累液体的数量是相同的，因此所需的冷量也是一样的。但是，一台制氧机的总制冷量和总冷损量却与具体条件有关，有时相差甚为悬殊。它与制氧机的安装、检修质量及启动阶段的操作有关。

    影响总制冷量的关键是膨胀机的检修、安装质量及操作水平的高低。在启动阶段，防止水分和二氧化碳在膨胀机内冻结，防止膨胀机过滤器被堵塞，尽量延长膨胀机在较高入口温度工况下运转的时间等等，都是增加总制冷量、缩短启动阶段的措施。

    在启动操作中，必须注意逐渐减小蓄冷器或切换式换热器的热端温差；在没有积累起足够的液体以前，不要急于启动液氧泵或送氧。把冷损限制在最低程度，就可以使更多的冷量用来液化气体，缩短启动时间。

    与“储存冷量”密切相关的还有一个“分配冷量”的问题。我们希望将抵消冷损后余下的冷量尽量留在精馏塔系统(包括过冷器和液化器)内，用于液化空气。但是，如果在操作中不注意发挥液化器及液空过冷器在积液阶段的液化作用，不注意利用液氮过冷器回收冷量，就会造成过多的冷量被返流气体带到蓄冷器(或切换式换热器)，造成蓄冷器“过冷”，并使热端温差扩大，冷损增大。在这种情况下，膨胀机的入口及出口温度都会降得很低，制冷量减少，运转也不安全。同时，液面也会处于“徘徊不升”的情况。这时应减少膨胀量，并充分发挥过冷器及液化器的作用。有的单位将膨胀后空气提前导入上塔，使蓄冷器冷端返流气体温度升高，改变过冷工况。

    积累液体所花费的时间还和启动前设备的加温(包括绝热层的加温)情况及启动后冷却塔内设备及绝热层是否冷却均匀、彻底有关。如果加温终了温度过高，冷却阶段又未冷透，则较早出现的液体打入上塔后将大量蒸发。同时，绝热层中贮存的热量(为冷却绝热层所需冷量往往大于整个积液阶段所需的冷量)继续传入塔内，都会造成液面迟迟不上涨或涨势缓慢，拖长这一阶段所需的时间。

 

 

83.    “开-关-开”操作法的实质是什么，怎样掌握操作要领?

 

    答：“开-关-开”操作法实际上是通过恰当地分配冷量，使主冷尽快积累起液体，从而缩短空分装置启动时间的一种行之有效的操作方法。

    在启动积液阶段，主冷液面涨不上去的原因，一方面是主冷没有预冷透；另一方面是切换式换热器出现过冷，出现冷量过剩。同时解决好这两个问题，冷量才能在塔内积聚，液面才能不断上升。

    “开-关-开”操作是指液氮调节阀在装置启动的不同阶段的开与关。其操作要领是：

    1)在启动的第四阶段一开始，要全开液氮调节阀和上塔吹除阀，以便从主冷中压通道和低压侧导走热量，把主冷冷透。到液氧出现、液面上升时，液氮调节阀继续保持开的位置，吹除阀可断续开关。

    2)当膨胀机满负荷运转，而液面开始停滞时，应逐渐关小液氮调节阀，直至关死。要掌握好关阀的时机和速度。关得太慢或太晚，则板式换热器中部温度会太低，出现过冷，使膨胀机前温度过低而无法调节；过早关死，则可能减少入塔空气量。如果调节得当，膨胀机可保持全开，主冷液面不断上涨。如果关得太慢，切换式换热器出现过冷，则可能不得不停一台膨胀机，以减少分配给切换式换热器的冷量。

    3)当液面上升到规定液面的80%时，再把液氮调节阀逐渐打开，以调节下塔液空纯度和上塔液氧纯度，改善上、下塔精馏工况。这时膨胀机已可减量，切换式换热器已不可能过冷，进入了调纯阶段。

    按照以上的操作，在发挥膨胀机最大制冷能力，而又不致使切换式换热器过冷的情况下，可尽快积累起液体，缩短整个启动时间。

 

 

84.    如何防止氮水预冷器带水事故，带水后应如何处理?

 

    答：所谓氮水预冷器带水，一般是指空气出喷淋冷却塔时带水过多的故障。空冷塔是通过空气与水直接接触对空气进行冷却的。从理论上说，出塔空气所含的水分是当时温度下饱和空气对应的含水量。但是，如果操作不当，有可能将机械水随空气带出，进入分子筛净化器或切换式换热器，破坏装置的正常运转。

    造成这种故障的原因有以下一些原因：

    1)筛板的筛孔部分堵塞。空冷塔的喷淋水通过穿流筛板下流，与空气不断接触。当筛孔被水垢、污物部分堵塞时，空气流速增大，超过一定流速后空气就会带水；

    2)循环冷却水水分配器注水孔堵塞。这时冷却水难以往下流动，水在上部塔板上积聚起来，造成液泛而导致带水；

    3-)冷冻水水分配器注水孔堵塞，导致冷冻水回水槽中水位满溢至升气管口后，部分水被空气带入纯化器；

    4)喷淋水量过多或水分离装置(包括塔顶设置的水捕集层或单独设置的水分离器)分离效果不好也会造成带水；

    5)使用杀菌灭藻剂不当。对水质不佳的冷却水，如果使用了杀菌灭藻剂，会在冷却水中产生大量泡沫，造成空气带水。这时，需注意加入杀菌灭藻剂量，要量少多次，或同时加入消泡剂；

    6)巡检操作不精心。一般喷淋冷却塔都设有水位自动调节装置。当水位过高时，控制排水的气动薄膜阀自动开大。也有些装置由人工控制液位。如果检查不周或仪表、阀门等发生故障，就会使水位升高。当水位高于空气入口管时，水就会被气流冲到塔顶，使大量的水带入分子筛吸附器或空分塔。此外，当空分系统压力突然下降时(如强制阀、自动阀关不严)，通过喷淋冷却塔的空气量猛增。由于气流速度增大，压力降低，回水量减少，喷淋量增多，也会将大量的水带入空分塔。纯化器切换时，由于速度过快，造成气流冲击而出现带水。

    为了防止带水事故，应加强对氮水预冷器的精心管理及操作。喷淋冷却塔填料结垢不仅使出塔空气容易带水，而且还会使出塔空气温度升高，这对空分生产都是不利的。因此，应改善水质，使喷淋水尽可能干净。为防止结垢，要设法降低空气进入喷淋塔的温度。例如在透平空压机末段加一个冷却器，把空气温度降到100℃以下后再进入喷淋塔。对于填料环、水分离装置要定期检查、清洗或更换。液位自调装置要加强维护保养，确保水位计的正常指示，自动水位调节阀动作准确、可靠。即使投入自调，也应经常检查水位高度，严格控制在规定的范围内。

    当空气压力突然降低时，应尽快关闭空气喷淋冷却塔的上水阀门(或停泵)。如果空分系统压力暂时恢复不了，应尽快关闭空气进装置的阀门。在空气送气没有稳定之前，一般不绐水，以免压力波动，造成空气挟带水量增多。

    当发现大量水涌入空分塔时，应在空压机紧急放空的同时，关闭入空分设备空气进口阀门及空气冷却塔的上水阀门。冷端在上、热端在下安装的切换式换热器的进水比较容易排除故障，不容易造成严重的冰冻现象。而热端在上、冷端在下的蓄冷器则很怕进水，一旦进水容易造成冰冻堵塞，这时只有停车加温解冻一条办法可施。因此，应该以预防为主，加强管理。

 

85.    为什么空气冷却塔启动时要求先充气，后开水泵?

 

    答：空气冷却塔投入使用时都要求先导气，后启动水泵。这是防止空气带水的一种措施。因为充气前塔内空气的压力为大气压力，当把压力约为0.5MPa(表压)的高压空气导入塔内时，由于容积扩大，压力会突然降低，气流速度急剧增加，它的冲击、挟带作用很强。这时如果冷却水已经喷淋，则空气出冷却塔时极易带水，所以要求塔内先充气，待压力升高、气流稳定后再启动水泵供水喷淋。

    再则，如果先开水泵容易使空气冷却塔内水位过高，甚至超过空气入口管的标高，使空压机出口管路阻力增大，引起透平空压机喘振。有些设备规定空气冷却塔内压力高于0.35MPa(表压)后才能启动循环水泵。运行中当压力低于此值时水泵要自动停车。

 

 

86.    如何缩短分子筛净化流程空分设备的冷开车时间?

 

    答：通常大型空分设备从启动冷却、积液、调纯到出合格产品，需要36h以上的时间，其中，冷却约10h，积液约20h，调纯6h。对分子筛净化流程空分设备，没有渡过水分析出、冻结和二氧化碳析出期的问题，但是，整个启动过程，装置所需的冷量是一定的。要缩短冷开车时间，一是要最大限度地发挥膨胀机的制冷能力，二是要缩短调纯的时间。根据一些厂的操作经验，具体可作以下改进：

    1)尽可能降低膨胀机后压力，增大膨胀机的单位制冷量。例如，在冷却阶段，打开上塔的所有排出阀，使上塔的压力(即膨胀机出口压力)从0.065MPa降至0.04MPa，则约可使制冷量增加15%；

    2)在积液过程要提高上塔压力。当设备冷却到液化温度时，开始出现液体。由于液化温度随压力增高而提高，相应的冷凝潜热减小。因此，在积液阶段，将上塔的压力从0.04MPa提高到0.065MPa，氧的液化温度可从-180℃提高到-178.3℃。可加快液化速度；

    3)提前开始调纯阶段。当液面达到正常液面的60%时，实际上在塔板上也已有液体，已在进行着气液的热质交换的精馏过程，因此，可以根据以往的操作经验，提前进入调纯阶段。

    采取上述措施，有的厂将冷开车的时间缩短到20h以下，减少了开车电耗，及时提供氧、氮产品。

 

 

87.    分子筛吸附净化流程的空分设备在短期停车后重新恢复启动时应注意什么问题?

   答：分子筛吸附净化流程的空分设备，在短期停车后重新恢复启动时应注意：

    1)空压机应缓慢升压，防止因压力突然升高，造成对空冷塔的冲击。应先升压后开水泵；

    2)注意空冷塔的水位，防止因水位过高而造成分子筛吸附器进水；

    3)短期停车时如再生的分子筛吸附器已经冷吹即将结束，可以手动切换使用经再生的分子筛吸附器；

    4)在分子筛吸附器再生系统调整到正常工艺条件，且分子筛后分析点的二氧化碳含量小于1×10^-6时，将空气缓慢导入空分塔；

    5)在调整空分工况的同时，缓慢切换分子筛再生气，并改用污氮，保证再生气流量。

 

88.    分子筛吸附器的切换操作应注意什么问题?

    答：分子筛吸附器在切换时，首先要进行均压。由于均压管在出口处，在均压过程中如果均压阀开得过快，势必造成空气量有大的波动，而影响空分的稳定生产；如果均压阀开得过慢，将会延长分子筛的使用时间，对吸附效果不利。

    在卸压时，如果卸压过快，由于卸压阀在分子筛床的下面，分子筛下部的压力卸掉得快，而分子筛床层上面的压力必须通过分子筛层才能卸掉压力。其压力差越大，对筛床的压力也将大大增加，这将对分子筛床的安全不利。

    所以，要密切注意分子筛加热、冷吹等工艺情况。均压和卸压的时间过长和过短都不利。

 

 

89.    冷冻机预冷系统发生故障时，对空分设备的运转有何影响，应该如何操作?

 

   答：分子筛的工作温度适用范围一般在8～15℃，在这个范围内能够正常工作，一旦超出这个范围，将会增加负荷量、降低吸附效果甚至失去吸附作用。

    当冷冻机发生故障时，空气进入分子筛吸附器的温度升高，空气中饱和含水量也增高，若仍按原来的设定吸附周期运转，在吸附周期后期将会有大量二氧化碳未能被清除，而被带入主热交换器和精馏塔，将使主热交换器、液化器堵塞，精馏塔阻力上升。严重时必须停止运转，重新全加温。

    带有加氢制氩的装置，一旦冷冻机停止运转，氩气生产将立即停止。

    为了避免空分系统堵塞，可在冷冻机故障期间，适当减少空气量，以减轻吸附器的负荷；缩短吸附周期，以保证在吸附容量允许的范围内工作；注意监控好吸附器出口空气中二氧化碳的含量在1×10^-6以下。同时适当减少产品氮流量，增加去污氮冷却塔氮气流量，以尽可能降低冷却水的温度；增大普通冷却水的流量等措施。采取这些措施，空分装置在短期内尚可维持运转。

 

 

90.    纯化器再生操作怎样进行?

 

    答：分子筛纯化器在0.5～0.6MPa下吸附达到饱和后应进行再生。再生操作分4个阶段进行：即卸压、加热、冷吹、充压。再生一般在10～15kPa下完成。卸压时，分子筛所吸附的水分、二氧化碳、乙炔等分子会部分解吸出来。因脱附需要能量，故必须吸收热量。这部分热量来自分子筛床层本身，因此床层温度下降，气体出口处温度都随之下降。

    在加热阶段，加热气体通常采用污氮气。污氮通过蒸汽加热器或电加热器。对于单层分子筛纯化器，加热气体的温度为280～300℃；对于双层分子筛纯化器，加热温度为200℃。加热气体进入分子筛床层，一般气体从上部进入，将出口侧及中部床层加热，使之被吸附的杂质解吸，并将足够的热量贮存在床层中。污氮出口温度作为操作的依据。加热阶段刚开始，加热气体使靠近空气出口分子筛床层的温度升高，并供给水分、二氧化碳脱附能，故本身温度又迅速下降，污氮出口温度甚至会降低到-10℃，然后才逐渐升高。当污氮出口温度达到100℃时，停止加热。

    在冷吹阶段所用气体仍然是污氮，污氮不再经过加热。显然，气体进入分子筛床层温度将迅速下降，靠近入口侧的床层温度也随之下降。由于热量向污氮出口侧推移，出口侧床层将继续升高，这部分分子筛将继续再生。污氮出口温度也将逐渐升高，可达到峰值温度一般为160℃，尔后又下降，直到常温。这说明分子筛已再生完毕、待用。冷吹阶段污氮出口温度也可能出现两个或三个峰值，这往往是由于纯化器分子筛床层不平整，有薄、有厚所致。

    在充压阶段，纯化器内通入空气，纯化器内的压力升高。由于空气中的杂质、水分、二氧化碳、乙炔被吸附床层吸附，温度将升高，空气出口温度一般会升高2～4℃。

 

91.    分子筛纯化系统为什么有时会发生进水事故，怎样解决?

 

    答：在分子筛纯化器前，为了降低加工空气进入纯化器的温度，全低压制氧机多设有氮水预冷系统，其中包括空气冷却塔和水冷却塔。在空气冷却塔中，空气自下而入，从塔顶引出，进入分子筛纯化器，水从塔顶喷淋与空气接触、混合而使空气冷却，空冷塔内设置多块穿流筛板或填料，以增加气液接触面积。为了水分离在塔顶设有水捕集层，当空冷塔中空气流速过快，挟带水分过多或者喷淋水量过多，水位自动调节失灵时，就会造成分子筛纯化器进水事故发生。

    例如某厂30000m³/h制氧机，在空压机自动停车后，空气冷却塔内压力下降，空压机再启动时，发生了分子筛纯化器进水事故。分析其原因，是由于水位自动调节阀及回水系统的逆止阀失灵。当空压机自动停车时，空冷塔空气进口至空压机出口逆止阀处积满水，空压机再启动，空气从空气冷却塔下部进入时，将这部分水全部压入空气冷却塔，使空气冷却塔中水位上升至顶部后沿出口管道进入分子筛纯化器。

    分子筛纯化器进水时，分子筛的压力忽高、忽低地波动，吸附器的阻力升高，加热和冷吹后曲线发生变化。其中最明显的是冷吹后的温度下降，并出现平头峰。平头峰的曲线距离越长，表示分子筛进水越多。

    为了防止分子筛纯化器发生进水事故，在操作上注意：

    ①空冷塔应按操作规程操作，先通入气，待压力升高稳定后再通入水；

    ②不能突然增大或减少气量；

    ③保持空冷塔的水位；

    ④水喷淋量不能过大；

    ⑤水质应达到要求，降低进水温度，并减少水垢。

    发生进水事故后，首先应处理空冷塔的工况，停止水泵供水，把空冷塔的水液位降下来，并使之恢复到正常工况。同时对空分设备进行减量生产，以减少分子筛的负荷量，并对分子筛进行活化操作。活化时注意首先用大气流冷吹。在游离水吹净时再加热。如果活化操作不成功，则只能更换分子筛。

 

 

92.    分子筛净化系统的操作对空分设备运行周期有何影响?

 

    答：空分设备在两次大加热之间的运转周期长短与很多因素有关，从操作的角度，主要取决于主换热器的空气通道何时被堵塞。而堵塞的主要原因是进装置的空气中的水分、二氧化碳的含量超标(对水分要求露点低于-65℃，二氧化碳含量小于1×10^-6)，在主换热器内积累、冻结，直至堵塞。

    分子筛净化系统操作不正常，会缩短装置的运转周期。主要由以下几方面原因引起的：

    1)分子筛吸附器床层短路。在开车过程中由于空气气速控制不稳，或切换时两罐压差过大，会对床层产生冲击，使分子筛床层凹凸不平，造成床层短路。严重时会将吸附器的防尘网冲破，将分子筛粉末带进换热器通道，造成堵塞；

    2)喷淋冷却塔带水。空气通过喷淋冷却塔的气速过大，将水雾带进吸附器，使吸附器清除水的负荷大大增加，出口空气中的水分、二氧化碳的含量超标，带入主热交换器而产生冻结，使阻力增大。如果是冷段的阻力增大，则是二氧化碳冻结；如果是热段阻力增大，则是水分冻结；整个换热器阻力增大，则二者都冻结，或是分子筛粉末堵塞；

    3)冷冻机工作不正常，造成冷冻水温度升高，空气不能冷却到正常的温度。一方面使得空气离开喷淋塔时的饱和水含量增加；另一方面使得分子筛的吸附能力下降；

    4)喷淋塔断水或水位过高，将造成分子筛吸附器温度升高，或产生带水事故。

 

 

93.    分子筛吸附净化流程的空分设备在停电后再恢复供电时应如何操作?

 

  答：分子筛吸附净化流程的空分设备在停电后再恢复供电时，操作应按以下步骤进行：

    1)应对突然断电时给空压机等机械设备可能造成的影响作出判断。如没有影响，按空压机的操作规程进行空压机的启动准备；

    2)对连锁停机的设备阀门的开关状态进行检查和确认；

    3)对空分装置的报警连锁项目检查和确认。对断电时失灵的连锁控制进行重新校验和确认；

    4)按规程启动空压机和空气预冷系统；

    5)按规程启动分子筛吸附器。继续完成停机前的进行程序。如果停机时间较长(超过24h)，分子筛吸附器宜循环再生一个周期；

    6)根据停机时间长短、主换热器的冷端温度及主冷液位等情况，按规程确定空分设备的启动步骤启动。

 

 

94.    出分子筛纯化器后空气中的水分和二氧化碳含量超标如何判断，是什么原因造成的?

 

    答：出分子筛纯化器后空气中的水分和二氧化碳含量超标的判断，通常有以下方法：

    1)设在分子筛吸附器后的水分和二氧化碳检测仪表的指示值，在周期末上升很快，并且很快达到报警值；

    2)主换热器内水分和二氧化碳有冻结现象。热端温差明显增大，空分装置的冷量不足，需要增加膨胀空气量。在水分和二氧化碳检测仪表失灵时要特别注意这种情况。

    出现这种情况可能有以下原因：

    1)分子筛长期使用，吸附性能下降；

    2)分子筛再生不完全，或者蒸汽再生加热器泄漏，再生气体潮湿；或者分子筛吸附水分负荷过大，影响对二氧化碳的吸附；

    3)对于卧式分子筛吸附器，由于气流脉动等原因造成床层起伏不平，出现气流短路；

    4)对于立式分子筛吸附器，由于吸附床层出现空隙，造成气流短路。

 

 

95.    在分子筛纯化器再生时，有时冷吹曲线会出现多个峰值是什么原因?

 

    答：在对分子筛纯化器进行再生时，在冷吹阶段之初，氮气的出口温度会继续升高，形成一个峰值。但是，有的吸附器的冷吹曲线会出现两个或三个峰值，如图146所示，或整个峰顶是比较平坦，峰值不明显，这是什么原因呢?

    在冷吹阶段氮气出口温度会继续升高的原因是床层内积蓄的热量将气体及下部的分子筛进行加热。如果床层平坦，同一截面上分子筛的温度均匀，则随着气流通过，温度变化向出口方向的推移过程也大致是相同的，所以在出口同时达到一个最高温度，形成一个峰值。如果床层高低不平，气流在不同的部位通过的床层厚度不同，则在出口不是同时达到最高温度，混合后的峰值可能出现几个，或整个峰顶比较平坦，峰值温度降低，冷吹曲线的形状也会变得“矮胖”一些。出现这种情况，加热及冷吹到指定温度往往需要更长的时间。应查明原因，予以解决。

 

 

96.    怎样判断分子筛的加热再生是否彻底?

 

答：首先要求对分子筛进行加热所需的蒸汽压力、流量等要达到工艺设计要求的条件。

    加热再生过程可通过再生温度曲线来判断，如图145所示。图中，AB为卸压阶段。由于压力下降，分子筛的吸附容量减小，原来被吸附的水分和二氧化碳分子有部分解吸出来，温度下降。

    BC为加热阶段。污氮气进口温度迅速升高，但是出口温度开始还会继续下降，然后才逐渐升高。因为此时的热量首先消耗在解吸所需的热量上，将床层的中上部分子筛解吸，并将热量贮存在床层中。这一阶段对再生效果的影响因素是：氮气流量、加热时间和再生温度。主要是监控污氮进口温度。

    CD为冷吹阶段。污氮出口温度会继续升高。在该阶段之初，是利用贮存在分子筛床层内的热量对下部的分子筛继续进行解吸，直至冷吹曲线的最高占--“冷吹峰值”该温度是整个床层再生是否彻底的标志。因为在出口部位最不容易再生彻底。如果该处的温度能达到要求，内部的温度肯定要超过此温度，表示内部均已再生完毕。因此，在冷吹阶段主要是监视出口的峰值温度。  

 

97.    分子筛纯化器的加热再生采用蒸汽加热和电加热设备各有什么特点，在再生操作中应注意什么问题?

 

    答；蒸汽加热器是用过热水蒸气作为热源，因此在使用过程中易发生泄漏而污染加热介质，所以在制造方面要求严格，设备的造价也比较高；使用蒸汽进行加热，其价格比电要便宜，但冬天要进行防冻处理。从操作上看，电加热不会因蒸汽泄漏而影响吸附器再生的问题，所以设备造价较低。

    分子筛纯化器的加热再生采用蒸汽还是电加热与设备容量及工厂条件有关。一般设备容量较大、而且工厂有充足的蒸汽源的，多采用蒸汽加热；设备容量较小且工厂蒸汽源有困难的，则采用电加热。有的也采用先是蒸汽加热而后是电加热的。

    一般在正常生产中，使用蒸汽加热器进行加热。当蒸汽压力不足或分子筛需要进行活化时，才投入电加热器，以提高加热介质的温度。

    再生操作中应注意以下问题：

    1)无论哪种加热方式，都要注意吸附器再生过程中的加热和冷吹的温度曲线变化。温度曲线的异常变化说明：

    ①再生热源(蒸汽或电)不足或气量不足；

    ②吸附器负荷(尤其是吸附水量)有的变化，应查明原因；

    2)注意吸附器再生时的压力变化。压力升高说明吸附器阻力增大或吸附器的进出口阀没关严，应查明原因；

    3)注意加热时间的变化。加热时间的延长应查明是热源问题还是吸附器的负荷增大的影响；

    4)在操作蒸汽加热器时注意：

    ①要经常检查蒸汽加热器的冷凝水的液位情况。水液位高将会影响换热的温度；

    ②当发生蒸汽换热器漏气时，将影响加热再生的效果。所以要经常检查换热后的气体中的含湿情况，一般水分含量应小于1×10^-6(露点温度-65℃)。否则要检查换热器的工作情况并进行处理。加热器后一般设有露点检测仪，要注意露点的变化；

    5)在使用电加热器时注意加热介质流量不能小于工艺流量要求，否则将会发生烧毁事故。在冷吹时要注意检查是否已断开电源，防止烧坏电热元件。

 

 

98.    如何根据分子筛纯化器的吸附温度曲线判断其工作是否正常?

 

   答：分子筛纯化器典型的吸附温度曲线如图144所示。一般情况下，只要空气预冷系统正常，空气进纯化器的温度不会变化，温度曲线基本上是一条水平的直线。空气出吸附器的温度由于吸附放热的影响，温度略高于进口温度，大部分时间也近似为一条直线。

    空气进出口温度的差值与空气进口温度的高低有关。因为空气进口的温度越高，说明其中的饱和水分含量越大，吸附器的清除负荷越高，产生的吸附热越大，温差也会相应地增大。当空气进口温度为10℃时，其温升约为4℃。

    如果纯化器在使用过程中出口温度突然升高，则表示空气已将空冷塔中的水带入了吸附器，应紧急进行处理。

    由图可见，在切换之初，进出口有较大的温差，甚至高达20℃。这是由于吸附器在切换至充压的过程是一升压的过程，分子筛的吸附容量增大，在充压过程中也有部分分子(包括氧、氮分子)被吸附掉，相应地产生的吸附热在转为使用时再被空气带出。加之吸附器刚开始使用时，分子筛的吸附容量大，所以温度升高显著，这不是由于冷吹不彻底的原因。

 

99.    分子筛净化系统在操作时应注意哪些问题?

 

   答：分子筛净化系统的净化效果的好坏，影响到装置的运转周期。对相同的设备，如果操作不当也可能影响净化效果。在操作时应注意以下问题：

    1)对分子筛吸附器的安装要求：要认真检查上、下筛网有无破损，固定是否牢固；分子筛是否充填满，并且扒平；认真封好内、外筒人孔，防止相互窜气；

    2)分子筛吸附器在运行时，要定期监视分子筛温度曲线和出口二氧化碳的含量，以判断吸附器的工作是否正常；

    3)要密切监视吸附器的切换程序、切换压差是否正常。如遇故障，要及时处理；

    4)要密切注意冷冻机的运行是否正常。如遇短期故障，造成空气出口温度升高时，应及时缩短吸附器的切换周期，并及时排除故障；

    5)空压机启动升压时，应缓慢进行，防止空气气速过大。向低温系统充气，或系统增加负荷(启动膨胀机、开启节流阀等)时，要缓慢进行，防止系统压力波动；

    6)空分设备停车时，应立即关闭吸附器后空气总阀，以免再启动时气流速度过大而冲击分子筛床层。

 

100.              分子筛吸附净化能否清除干净乙炔等碳氢化合物，为保证装置的安全运行，在操作上应注意什么问题?

 

    答：分子筛吸附器在常温条件下吸附水分和二氧化碳同时，能够吸附乙炔等碳氢化合物。根据林德公司提供的资料，分子筛清除乙炔等烃类的吸附效率公式与实验数据如下：

  

式中  ηx--对某种碳氢化合物CnHm的平均吸附效率；

    yci--吸附器出口某种碳氢化合物CnHm的浓度；

    Yji--吸附器进El某种碳氢化合物CnHm的浓度。

    其中，对CH₄，C₂H₆的吸附效率几乎为零；对C₃H₈为89%；C₂H₄为97%；C₃H₆、C₂H₂和C₄H₁₀几乎为100%。从以上数据可见，分子筛净化对乙炔、丙烯等是可以清除的，但对甲烷，乙烷是无效的。

    为保证装置的安全运行，在操作中应注意以下问题：

    1)分子筛吸附器应处于良好的工作状态，解吸再生完全，床层充实平整，无短路气流通过；

    2)保持主冷液氧有一定的排放量(一般不少于产品氧量的1%)；

    3)保持主冷液位的稳定。全浸操作的主冷，液位不得降到全浸位置以下；

    4)设有液氧保安吸附器的，应保持吸附器的正常工作和再生；

    5)注意监视主冷液氧中碳氢化合物的含量，超过规定时应采取相应措施。

 

101.              分子筛吸附净化流程的空分设备在启动上有何特点，操作时应注意什么问题?

 

   答：分子筛净化流程的空分设备，由于空气经分子筛吸附除去了水分和二氧化碳等杂质，与切换净化流程相比，启动操作简单容易控制。它不需要考虑诸如水分和二氧化碳的自清除，膨胀机内水分和二氧化碳析出等复杂影响，启动过程的注意力主要集中在充分发挥膨胀机的制冷能力，合理分配冷量，全面冷却设备上。可分为冷却设备，积累液体，调整精馏工况三个阶段。与切换流程的启动方式相比，它可称做“全面冷却法”或“一次冷却法”。

    在启动操作时应注意以下几点：                   

    1)首次使用的分子筛要进行一次活化再生，目的是清除运输和充填过程吸附的水分和二氧化碳。活化的温度一般应高于200℃，低于250℃。当出口温度达80℃时就可冷吹。活化时间不少于两个切换周期；

    2)分子筛吸附器启动时送气升压过程要缓慢，放空阀关小时要谨慎，防止因压力波动而破坏床层内的分子筛；

    3)需要启动两台膨胀机时，要全开增压机的出口回流阀，将先运转的膨胀机的压力降下来，然后两台膨胀机同时加负荷，防止后启动的增压机发生喘振；

    4)注意主换热器中部温度的控制：

    ①控制单元间的中部温差，一般不大于3～5℃；

    ②中部温度不宜过低，冷量不要过多集中在主换热器，造成热端温差增大。在冷端温度达到空气液化温度后，冷量应向精馏系统转移，使精馏系统充分冷却，尽快积累液体，建立精馏；

    5)注意空气冷却塔的工作，确保预冷后的空气温度达到设计要求。要防止压力和水位波动，以免空气带水，影响分子筛的性能。 

 

 

 

103.              为什么板翅式冷凝蒸发器的液氧面要把板式单元全浸?

 

   答：板翅式冷凝蒸发器的板式单元是否采用全浸操作，这个问题也有一个认识和实践过程。刚从国外引进板翅式冷凝蒸发器时，规定液氧面浸渍率约为70%。当然这样已能满足传热的要求，不影响精馏工况。随着板翅式冷凝蒸发器发生过多次氧通道局部爆炸事故，从安全的角度考虑，国外提出了板翅式冷凝蒸发器的板式单元要全浸操作。随后我国也作了相同的规定。

    采用全浸操作的优点是：

    1)从氧通道流动的角度来看，板式单元外是液氧面，氧通道内是密度较小的气液两相混合物，实际上构成了一个液氧自循环回路。当热负荷一定时，液氧面越高，氧通道内液氧循环倍率越大。即液氧对通道壁面冲刷的能力越好，使得乙炔等碳氢化合物不容易在壁面析出，二氧化碳颗粒也不容易堵塞通道截面；

    2)从传热的角度，由于板翅式冷凝蒸发器的液氧侧的沸腾传热系数与流体的流动有关，流动越好，传热系数越大。当液面提高后，氧通道内的流速加快，不断冲刷壁面的气泡，将使蒸发侧的传热系数提高。对于冷凝侧的传热，由于它的传热系数大于蒸发侧，并且，当板式单元的高度确定时，冷凝传热系数几乎不变，所以，冷凝蒸发器的总传热系数主要取决于蒸发侧的传热情况，液面高对提高传热系数有利。

    虽然提高液氧面会使氧的平均饱和温度略有提高，对传热平均温差不利(略有降低)。但是由于传热系数增高的幅度大，所以不必靠提高下塔的压力来增大传热温差，实际的下塔操作压力还略有下降。这与长管式冷凝蒸发器的传热情况不完全一样，因为管内沸腾传热与槽内沸腾传热的机理有所不同的缘故。板式冷凝蒸发器采用全浸操作既安全，又合理。

 

104.              全低压空分设备的冷凝蒸发器应怎样操作?

 

    答：在正常运行中，冷凝蒸发器的操作主要是保持氧液面在规定的高度上。引起主冷液面波动的原因较多，但归结起来是不外乎是冷量不平衡或液体量分配不当造成的。

    制冷量的多少是整个空分设备冷量平衡所要求的。制冷量大于需要量时，冷凝蒸发器的液面会升高，就应相应地减少制冷量。在液面降到合适高度时，还需要稍增加一点制冷量才能使其平衡、稳定。如果装置的冷损增加或由于其他原因制冷量小于需要量时，则冷凝蒸发器的液面会下降，就应增加制冷量。当液面长到合适的位置时还要稍微减少一点制冷量，才能使液面稳定。这种操作是对指示滞后的人工反馈。

    对全低压空分设备来说，增加或减少制冷量主要是靠增加或减少膨胀机的膨胀量(或改变机前压力和转速)。

    冷凝蒸发器液面过高或过低时，还要看看其他液面是否合适。如果冷凝蒸发器液氧面过高而下塔液空面过低，可能是由于打入上塔的液空量过大。此时应关小液空节流阀。反之，若冷凝蒸发器液氧面过低而下塔液空面过高，则要开大液空节流阀，以保持冷凝蒸发器的液面稳定。

    当冷凝蒸发器液面过高时，可以排放一部分液氧。这不仅能使液面迅速下降，还可以清除一部分杂质，有利于安全运行。

    如果是带氩塔的设备，应事先提高液氧液面，积聚冷量，然后再启动氩塔。

 

105.              冷凝蒸发器温差的大小受什么因素影响?

 

    答：冷凝蒸发器一般是指气氮和液氧的平均传热温差。它是基于氧和氮在不同的压力及纯度下的沸点(即饱和温度)不同而建立起来的。因此，冷凝蒸发器温差的大小受氧、氮的纯度和上、下塔压力变化的影响。

    对于液氧的蒸发过程，当压力一定时，液氧的纯度提高，蒸发温度(沸点)就提高。例如，当绝对压力为0.14MPa时，如果氧纯度从98%提高到99.5%，则蒸发温度从93.1K提高到93.5K。当液氧纯度一定时，压力提高，蒸发温度也提高。例如当液氧纯度为99.55%时，如果绝对压力从0.14MPa提高到0.15MPa，则蒸发温度会从93.5K提高到94.25K。

    对于气氮的冷凝过程，当压力一定时，气氮的纯度提高，则冷凝温度下降。例如当绝对压力为0.57MPa时，氮纯度从98%提高到99.9%，则冷凝温度则从96.1K下降到95.9K。当气氮纯度一定时，压力提高，则冷凝温度也提高。例如氮纯度为99.9%时，绝对压力从0.57MPa提高到0.6MPa，则冷凝温度会从95.9K提高到96.6K。

    由此可见，当上、下塔压力一定时，提高液氧的纯度会缩小主冷温差，提高气氮纯度也会缩小主冷温差。若气氮的纯度和压力不变，在液氧纯度一定的情况下，提高上塔压力可使冷凝蒸发器的温差缩小。在开车的积液阶段，通常用适当提高上塔压力、缩小冷凝蒸发器温差的方法，来降低冷凝蒸发器的热负荷，以加快液体的积累。

    长管式和板翅式冷凝蒸发器的平均温差通常取1.6～1.8℃。正常运行中冷凝蒸发器的温差基本上是不变的。当冷凝蒸发器的传热面不足，或传热恶化时，温差会扩大，反映出下塔压力提高。冷凝蒸发器一般不装设温度计，液氧的温度(取平均值)和气氮的温度，可根据其压力和纯度，由热力性质图查得。实际操作中控制的都是上、下塔的压力和气氮、液氧的纯度以及液氧面的高度，而不是直接测定冷凝蒸发器的温差。

 

106.              板翅式换热器是如何实现几股流体之间换热的?

 

    答：板翅式换热器适应性较大，可用于气-气、气-液、液-液各种不同流体之间的换热，而且通过各种流道的布置和组合，能够适应逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热工况，如图40所示。

    可逆式换热器的冷段一般是氧、纯氮、污氮、环流四股冷流体和一股热流体(空气)之间的换热。各股流体的流量、密度不同，它们的通道数也不相同。在换热器组装时，按不同流体的通道数分配，把冷、热流体的通道相间布置。在通道的两头利用导流片改变流体的流动方向，把同一股流体的出口和入口分别集中在某一侧。例如空气与污氮设在上、下侧，氧、纯氮、环流设在左、右两侧。

通常，冷、热流体采用逆流或错流布置。然后再接上封头，把同一种流体的各个通道集中起来，再焊接好相应的管道，即可实现几股气流之间的换热。

 

107.              板翅式换热器是由哪些基本构件组成的?

 

    答：板翅式换热器属于间壁式换热器。它是一种全铝结构的紧凑式高效换热器，如图39所示。它的每一个通道由隔板、翅片、导流片和封条等部分组成。在相邻的两块隔板之间放置翅片、导流片，两边用封条封住，构成一个夹层，称为“通道”。将多个夹层进行不同的叠置或适当的排列，构成许多平行的通道，在通道的两头，再配上冷、热流体进、出口的导流板，用钎焊的方法将它们焊成一体，就构成一组板束(或称单元)。再配上流体出入的封头、管道接头，就构成完整的板翅式换热器。

    隔板中间的瓦楞形的翅片一方面是对隔板起到支撑作用，增加强度；另一方面它又是扩展的传热面积，使单位体积内的传热面积大大增加，整个换热器可以做得紧凑。流体从翅片内的通道流过。由于在换热器内要实现冷、热流体之间的换热，冷、热流体的通道要间隔布置。

    冷、热流体同时流过不同的通道，通过隔板和翅片进行传热，故称之为板翅式换热器，也叫紧凑式换热器。它是当今空分装置中应用最广泛的换热器(高压的除外)。

 

108.              水冷却塔有哪几种型式?

 

    答：水冷却塔是一种混合式换热器。目的是将冷却空气后温度升高的冷却水在冷却塔中使水温降下来，以便供空气冷却塔循环使用。不同的型式都是力求增强传热，提高冷却效果，同时流动阻力要尽可能小，使水不易结垢。   

    我国大型空分设备选用的水冷却塔的结构大致有如下几种型式：

    1)填料塔。早期是装有瓷质的拉西哥环，它的传热效果尚好，阻力也不大。但是在自清除低压流程上使用，由于切换系统几分钟切换一次，在切换放空时，气流对瓷环的冲击较大，容易引起瓷环破损，阻力增加。也有改成塑料环的以增加强度。目前在6000～0000m³/h的空分设备上使用一种新型的填料塔，采用阿尔法鲍尔环或共轭环及阶梯环。它具有流通量大、阻力小、传热效果好、强度好的优点。热端传热温差在0.5℃左右，出水的负温差(水温低于氮气温度)可达4～9℃，视气液比而定。

    2)旋流板。它由几块金属结构的旋流塔板组成。这种结构阻力很小，不会损坏，曾在相当长的时间作为改进型使用。但传热效果不如填料塔。

    3)筛板塔。塔板采用孔径和孔间距较大的淋降塔板。氮气及水都从筛孔通过。由于水冷却塔不是连续、稳定地工作，冷却效果就不够理想，所以现在已不再采用了。

 

 

109.              空气冷却塔有哪几种型式?

 

    答：空气冷却塔也是一种混合式换热器。为了使冷却水与空气充分接触、强烈混合，以增大传热面积，强化传热，通常采用的是“填料塔”或“筛板塔”。也有用空心喷淋塔的。

    填料塔是钢制圆形容器，塔内充有填料(瓷环、或塑料环等)。冷却水自塔顶喷淋下来，与自下而上流动的空气相混合，进行热、质交换。空气把热量传给冷却水，使本身温度降低，水温升高。为防止空气带出水滴，在塔的上部一般还装有拉西哥环(或不锈钢丝网)填料分离器(亦称捕集层)以及机械水分离器(惯性分离)。由喷淋装置喷出的冷却水经分配器沿填料层向下流动，在填料层每隔一定距离还设有再分配水的溢流圈，不致使水直接沿容器壁下流而影响传热效果。温度升高了的冷却水从下部引出，送往水冷却塔或放掉(对于开式系统)，降温后的空气自塔顶排出送至空分塔或分子筛吸附器。填料塔的缺点是填料易被水垢堵塞，并且将填料结成大块，难以清洗和更换。

    筛板塔与精馏塔的筛板塔类似，不过塔板数较少(一般为5块左右)，筛孔直径和孔间距较大(孔径约5mm，孔间距约9mm)。冷却水自顶部经喷淋装置喷出，沿塔板经筛孔逐层下流，空气自塔底逆流穿过筛孔，鼓泡上升。气液两相在筛板上剧烈运动，形成泡沫层，增加了气液的接触面积和扰动程度，使气液能进行良好的热、质传递，效果比填料塔好。

    空心塔塔内既无填料，也没有筛板。冷却水经喷淋装置分层向下喷淋，空气自下而上流动，气液直接混合。它比填料塔和筛板塔简单，尺寸小，阻力也小，冷却效果较好。空心塔对喷淋装置和水质要求较高，喷淋出来的水必须保证得到良好的雾化，使气液能够充分接触。

    目前我国大型空分设备的空气冷却塔采用上段为填料塔，装新型塑料环；下段为筛板塔(孔径12mm，间距24mm)，取得较好的效果。顶部的传热温差只有0.5℃，并彻底解决了结垢的问题。

    也有将空分设备的氮水预冷器中的空气冷却塔做成非混合式的(管式)，将它和空压机末段冷却器联在一起。例如法国的6500m³/h空分设备的空气冷却塔。

 

 

110.              水冷却塔中污氮是怎样把水冷却的?

 

    答：水冷却塔是一种混合式换热器。从空气冷却塔来的温度较高的冷却水(35℃左右)，从顶部喷淋向下流动，切换式换热器来的温度较低的污氮气(27℃-左右)自下而上的流动，二者直接接触，既传热又传质，是一个比较复杂的换热过程。一方面由于水的温度高于污氮的温度，就有热量直接从水传给污氮，使水得到冷却；另一方面，由于污氮比较干燥，相对湿度只有30%左右，所以水的分子能不断蒸发、扩散到污氮中去。而水蒸发需要吸收汽化潜热，从水中带走热量，就使得水的温度不断降低。这种现象犹如一杯热开水放在空气中冷却一样，热开水和空气接触，一方面将热量直接(或通过容器壁)传给空气，另一方面又在冒汽，将水的分子蒸发扩散到空气中而带走热量(汽化潜热)，使热开水不断降温，得以冷却。必须指出：污氮吸湿是使水降温的主要因素，因此污氮的相对湿度是影响冷却效果的关键。这也是为什么有可能出现冷却水出口温度低于污氮进口温度的原因。

 

 

111.              什么空气经过冷却塔后水分含量会减少?

    答：对低压空分装置，从空压机排出的压缩空气的绝对压力在0.6MPa左右。空气经压缩后，单位体积内的含水量增加，使其水分含量达到当时温度对应的饱和含量。空气在流经空气冷却塔时，随着温度的降低，相应的饱和水分含量减少，超过部分就会以液体状态从气中析出。这部分水蒸气凝结成水，同时放出冷凝潜热，不仅使冷却水量增加，而且水温也会有所升高。但空气出塔温度是降低的，因此，空气在冷却塔中，虽然与水直接接触，但水分含量反而会减少。

    例如，3200m³/h制氧机，加工空气量为19580m³/h，压缩后空气的绝对压力为0.59MPa，空气进空冷塔温度为50℃，出空冷塔温度为30℃，在这种情况下，空气经过冷却塔析出的水量可达220kg/h。

 

112.              为什么空气经压缩和冷却后会有水分析出?

    答：在吹除空压机各级的油水时可以看到，从分离器中总有不断吹出大量水分。这些水是从哪里来的呢?这是由于在每立方米的空气中所能容纳水分量主要是取决于温度的高低，而与空气总压力的大小关系不大。例如，在30℃和0.1MPa压力下，空气中水分的饱和含量为30.3g/m³。如果将空气压缩到0.6MPa，温度仍为30℃，则在每立方米的空气中水分的饱和含量仍为30.3g/m³。但是，当压力提高时，在每立方米的空气中所包含的空气质量增多，水分量也相应增多。而当温度不变时，其饱和含量不变，则多余的水分就会以液体状态析出。对上述情况，1m³压力为0.6MPa的空气是由压力为0.1MPa体积为6m³的空气压缩而成的。在1m³的空气中水分的含量也增加到6倍，即6×30.3(g/m³)=181.8g/m³。如果温度不变，空气中仍只能容纳30.3g/m³水分，则有六分之五的水分将析出。随着压力的提高，析出的水分就越多；冷却效果越好，析出的水分也越多。

    对中压制氧机，工作压力在2.0MPa左右，空气经压缩和冷却后析出的水分可达空气中水分含量的90%以上。因此，必须定期进行吹除，以免增加干燥器(纯化器)的清除水分负担，避免将水分带入分馏塔内。

 

113.              什么叫露点，为什么能用露点表示空气中的水分含量?

    答：在日常生活中我们可以看到，到夜间空气温度降低时，空气中的水分会有一部分析出，形成露水或霜。这说明在水蒸气含量不变的情况下，由于温度的降低，能够使空气中原来未达饱和的水蒸气可变成饱和蒸气，多余的水分就会析出。使水蒸气达到饱和时的温度就叫作“露点”。

    测得露点温度，就可以从水蒸气的饱和含量表(表8)中查得其水蒸气含量。由于温度降低过程中水蒸气含量并没有改变，因此，测定露点实际上就是测定了空气中的绝对湿度。如果露点越低，表示空气中的水分含量越少。

    露点可用专用的露点仪测定。例如，空气经干燥器后的露点为-50℃，由表8可查得：与-50℃对应的饱和水分含量为0.038g/m³，说明空气中尚含有这些水分。如果露点为-60℃，则饱和水分含量为0.011g/m³。露点越低，说明干燥程度越高。

 

114.              什么叫相对湿度?

    答：在许多实际问题中，即使绝对湿度相同，由于温度不同，对应的饱和含量也不同，即在空气中能容纳的水分数量也不同。因此，蒸发的快慢就不一样。为了能表示空气中水分含量离饱和状态的远近，采用了相对湿度的概念。相对湿度是指每立方米空气中的水蒸气含量pw(g/m³)与当时温度下最大允许含量(饱和含量)ρ_s(g/m³)之比}若用ψ表示相对湿度，则

    %

    由于水蒸气的含量与它的分压力成正比，所以相对湿度也可以表示为空气中水蒸气的分压力Pw与当时温度下饱和水蒸气的分压力P。之比。即：

    ×100%

    例如，空气的温度为8℃时，水蒸气的分压力Pw=800Pa(6mm汞柱)，由表8可查得8℃时的饱和水蒸气压力为Ps=1066Pa(8mm汞柱)。这说明水蒸气含量尚未达到饱和，其相对湿度为

    ψ=800/1066×100%=75%

    当空气中水分达到饱和时，则相对湿度为100%；干燥空气的相对湿度为0%。因此，相对湿度是在0%～100%之间。

    由于饱和蒸气压随温度降低而减小，因此，即使相对湿度均为100%，但是，在不同温度下空气中的水分含量(绝对湿度)是不同的。例如，在空分装置的切换式换热器中，空气温度不断降低，虽然空气的相对湿度始终为100%，但是绝对湿度却不断在减少，最终能使空气中的水分全部析出，几乎不含水分。

 

115.              什么叫饱和温度、饱和压力，它们与沸点、蒸发温度、冷凝温度等有什么样的关系?

    答：饱和温度与饱和压力是气液平衡中的术语。如果在一密闭的容器中未充满液体，则部分液体分子将进入上部空间，称为“蒸发”。随着空间内蒸气分子数目增加，它所产生的蒸气压力也提高，到一定的时候，空间内的蒸气分子数目不再增加，此时，离开液体的分子数与从空间返回液体的分子数达到了动态平衡，也叫达到了“饱和状态”。这时蒸气所产生的压力叫“饱和压力”。对同一种物质，饱和压力的高低与温度有关。温度越高，分子具有的能量越大，越容易脱离液体而气化，相应的饱和压力也越高。一定的温度，对应一定的饱和压力，二者不是独立的。因此，在饱和状态下，饱和压力所对应的温度也叫“饱和温度”。通常可从手册中查到各种物质的饱和温度与饱和压力的关系。

    平常见到的水在空气中的气化过程可分为蒸发和沸腾两类。蒸发是在水的表面进行，沸腾是在液体内部同时发生气化的过程。在一定的压力下，当液体温度升高到产生沸腾时的温度叫“沸点ts”。

    对纯物质来说，蒸发与沸腾没有本质的区别，沸点也叫“蒸发温度”。例如对图6中密闭在定压容器内的液体进行加热时，开始液体的温度t低于沸点ts，全部处于液态，叫过冷液体(图6a)；当对液体加热温度升高到沸点时(图6b)，液体将开始气化，叫饱和液体；在气化阶段，蒸气的数量不断增加，温度维持沸点不变(图6c)，直至液体全部气化成蒸气(图6d)，叫饱和蒸气。在气化阶段容器内的气液具有相同的温度。沸点与压力的关系，和饱和温度与饱和压力的关系相同。因此，沸点就是同样压力下的饱和温度。二者具有相同的意义，只是不同的说法。把气液共存的状态叫处于饱和状态。对饱和蒸气继续加热，蒸气的温度才升高，超过饱和温度，叫过热蒸气(图6e)。

 

    冷凝过程是蒸发的反过程。对纯物质，冷凝温度也叫液化温度，它等于相同压力下的蒸发温度。饱和温度则可将二者统一起来。

 

 

 

116.              压力表示什么意义，常用什么单位?

 

    答：单位面积上的作用力叫压力。对静止的气体，压力均匀地作用在与它相接触的容器(气瓶、储气罐)的壁面上；对于液体，由于液体本身受到重力的作用，底部的压力高于表面的压力，而且随深度增加而增大。

    按国家标准，力的单位为牛(N)，面积的单位为m²，则压力的单位为N/m²，叫帕(Pa)。工程上应用此单位嫌太小，实际常用它的10⁶倍，即1MPa=10⁶Pa。

    以前工程上习惯用大气压作为压力单位，并用液柱高度来测量压差。它与MPa的关系为：

    1工程大气压(at)=1kgf/cm²=0.098MPa≈0.1MPa

    1标准大气压(atm)=760mmHg=1.033工程大气压=0.1013MPa

    标准大气压目前是作为确定一些理化数据的基准压力，一般不作为压力的单位使用。工程大气压是作为压力的一种单位，一个工程大气压在数值上接近周围大气产生的压力。

    液柱高度表示液体在重力作用下的力(重量)对单位面积增加的压力。液柱产生的压力还与液体的密度(ρ)有关，计算公式为

    p=ρgh

 

 

117.              温度表示什么意义，常用什么单位?

  答：通俗地说，温度反映物体冷热的程度。从本质上说，温度反映物质内部分子运动激烈的程度。温度降低到一定程度，水可以变成固体，空气也可以变成液体。定量地表示温度的高低有不同的温标。最常用的是摄氏温标℃，取标准大气压下水的冰点为0℃，水的沸点为100℃。将其间分为100等分，每一等分为1度。低于冰点的温度则为负。例如，氧在标准压力下的液化温度为-182.8℃。

    另一种温标为开尔文温标，也叫热力学温标，记为K。它与摄氏温标的分度相同，但零点不同。0℃相当于273.15K。即OK=-273.15℃。他们的关系如图3所示。

    T(K)=t(℃)+273.15

    t(℃)=T(K)-273.15

    因此，采用开尔文温标，温度均为正值。氧在标准大气压下的液化温度为-182.8℃，开尔文温度为

    -182.8℃+273.15=90.35K

 

 

118.              如何制取精氩?

 

    答：粗氩经除氧干燥后得到的工艺氩，此时还需进一步净除其中的氮和过量氢，才能获得精氩(含氩99.99%以上)。一般采用精馏法在精氩塔中除氮和氢，它的原理如图65所示。工艺氩在热交换器中冷却后节流进入精氩塔中部，氩相对于氮是难挥发组分，因此在下流液中的氩含量不断提高，在塔底可得到高纯度液氩。上升蒸气经多次部分冷凝后，氮和少量的过量氢均在塔顶中(氢的液化温度比氮更低，所以不可能冷凝)，其中含氩仍有40%左右。精馏所需的上升气一部分来自塔底蒸发的氩气。液氩的蒸发是用来自下塔的气氮作为热源。精馏所需的回流液是来自上升气在冷凝器中部分被冷凝的液体。冷源采用经节流后的液氮，一部分来自主塔，一部分来自在底部蒸发器中被冷凝的液氮。精氩产品可以以液态方式引出，也可以经加压回收冷量后充瓶。

    精氩塔的操作工况主要取决于冷凝器与蒸发器的工作能否很好配合。如果冷凝器的冷量过多，冷凝量过大，回流液过多，则氮部分蒸发就不充分，底部的氩可能被氮污染，降低氩纯度。如果压力气氮量过少，蒸发器中蒸发的气量减少，使回流比过大，也会出现上述现象。冷凝器压力过低，液氮温度过低，氩还可能冻结成固体而堵塞冷凝器管。因此，在操作中必须控制好压力及阀门开度减少不必要的额外阻力。

 

 

 

 

119.              如何净除粗氩中的氧?

 

    答：氩馏分经粗氩塔精馏后制取的粗氩中含氩95%～98%，含氧1%～3%，含氮3%～5%。为了制取精氩，还需进一步净除其中的氧和氮。粗氩除氧最常用的方法是加入一定数量的氢，通过催化剂使氧和氢化合成水，再经干燥器后达到净除的目的。为使反应进行得完全，氢的加入量应略大于与氧进行化学反应所需的氢气量。这部分多余的氢叫过量氢，一般控制在2%左右。因此，加氢量与粗氩中的含氧量有关。

    加氢除氧所用的催化剂有下面几种：

    1)铜触媒。这种触媒是先使氧与热的铜(400～450℃)化合生成氧化铜，然后被氢还原成水和铜。在开始时需先将铜加热，反应开始后，仅靠反应热就能维持所需的温度。粗氩必须低速通过铜炉，因此催化剂的用量较大。此法的优点是价格便宜，而且当粗氩含氧高时也能适用，经铜炉后含氧小于0.5×10^-6～5×10^-6。

    2)活性氧化铝镀铂。这种催化剂可在常温下直接使氧与氢化合成水，反应后温度升至130～400℃。它的除氧效率较高，净除后含氧小于0.5×10^-6，而且不需要外加热源。但价格昂贵。

    3)活性氧化铝镀钯。这种方法也可使氧和氢直接化合成水，不需要外加热源，能将含氧1%～3%的粗氩降低到0.15×10^-6。而且触媒制作较方便，价格比较便宜。但此法要求对粗氩的含氧量和过量氢都要严格控制，否则将影响除氧效果或烧坏催化剂。

 

120.              为什么带氩塔的空分设备要求工况特别稳定，氩馏分发生变化时如何调整?

 

   答：氩在上塔的分布并不是固定不变的。当氧、氮纯度发生变化时，即工况稍有变动，氩在塔内的分布也相应地发生变化。但氩馏分抽口的位置是固定不变的，因此，氩馏分抽口的组分也将发生变化。经验证明，氧气纯度变化0.1%，氩馏分中含氧量就要变化0.8%～1%。氩馏分中含氩量是随氧纯度提高而降低的。氩馏分组分的改变就直接影响进入粗氩塔的氩馏分量。在粗氩塔冷凝器冷凝量一定的情况下，氩馏分中含氧越高，进入粗氩塔的氩馏分量就越多。反之就少。同时，上塔的液气比也随之变化。这样，粗氩塔的工况就不稳定，甚至不能工作。其具体影响如下：

    如果氩馏分含氧过高，将导致粗氩产品含氧量增高，产量降低，氩的提取率降低。同时也可能引起除氧炉温度过高。

    如果氩馏分含氮量高，使粗氩塔冷凝器中温差减小，甚至降为零。这样，粗氩气冷凝量减少或者不冷凝，使粗氮塔无法正常工作。这将使氩馏分抽出量减少，上升气流速度降低，造成塔板漏液。并且，随着氩馏分抽出量减少，上塔回流比也相应减少，氧纯度提高，使得氩馏分中含氮量也相应减少。于是，冷凝蒸发器温差又会扩大，馏分抽出量将自动增大，氩馏分中的含氮量又随之增大。这样反复变化，使粗氩塔无法正常工作。因此，只有在空分设备工况特别稳定，氧、氮纯度都合乎要求时才能将粗氩塔投入工作。

    当氩馏分不符合要求，含氮量过大时，可关小送氧阀，开大排氮阀。这时，提馏段的富氩区上升，氩馏分中含氮下降；同时含氧量增加，含氩量也有所下降。当馏分中含氩量过低时，关小液氮调节阀，提高排氮纯度，可提高馏分中的含氩量。在操作时，应特别注意液氧面的升降。氧、氮产量的调节，空气量的调整都要缓慢进行，并要及时、恰当，力求液氧液面的稳定。

 

 

121.              空分塔在配置氩塔时，对主塔有什么要求?

 

    答：在空分塔主塔中，氩的分布是随液空进料口的位置不同而变化的。液空进料口位置提高，提馏段氩的富集区最大浓度也提高，同时可使馏分中含氮降低。但是，在下流液中含氩也增高。为了保证氧纯度，在氩馏分抽口以下需要更多的塔板数。因此，在制氩时，液空进料El位置应比不制氩时适当提高。有的设备设置了两个液空进料口位置，分别满足制氩与不制氩的工况。

    在制氩时，为了提高氩的提取率，必须降低氧、氮中的含氩量。当排氮中氩含量超过0.3%，产品氧中含氩为0.7%时，氩的提取率不可能超过60%。因此，在配氩塔时，主塔的塔板数比不配氩塔时要多。增加下塔塔板数，可提高液氮纯度；增加精馏段塔板数，可提高排氮纯度，均可减少氮气带走的氩量，使氩的提取率增加。增加馏分至主冷的塔板数，有利于氩、氧分离，可提高氩馏分中含氩量和减少液氧中含氩量。

 

 

122.              空分塔在制取氩时对主塔的工作有什么影响?

 

    答：空分塔主塔与粗氩塔通过氩馏分抽口位置、液空进料方式和进料口位置有机地联系在一起。

    在抽取氩馏分时，有利于氧、氮的分离，改善上塔的精馏工况，提高氧、氮产品纯度，提高氧的提取率。在抽氩馏分后，对主塔液空进料口以下至馏分抽口的工况影响很大。因为上升蒸气量减少，回流比增加，要保证液氧纯度需要有更多的塔板数。此外，在这一段内由于抽走30%～40%的上升蒸气，流速也相应降低，如果不采取措施，容易产生漏液而降低精馏效果。因此需要适当减小筛孔面积，有的采取泡罩塔板与筛孔板交叉布置。

    此外，在制氩时需要抽主塔的一部分液空、液氮作冷源，同时，由于设备增加，冷损也相应增大。因此要求装置生产更多的冷量来保持冷量平衡。对中压装置，需要提高高压压力；对全低压装置，只能增加膨胀量，从而影响到上塔的精馏工况，降低氮平均纯度。因此，当进塔膨胀空气量受到限制，冷量不足时，只能减少氩馏分量。

 

 

123.              空分塔在制氩时，能抽取多少氩馏分?它受什么限制?

 

   答：氩馏分在粗氩塔中进行氧、氩分离。氩馏分从下部进入，顶部得到含氩约95%的粗氩。由于氧、氩的沸点接近，分离较困难，约有三分之二的氩被洗涤下来。同时，氩馏分从下部进入，底部液体中含氩很高，它又回到主塔参加精馏。因此，氩馏分中的氩只有一部分作为粗氩产品提取，所需的氩馏分量约为粗氩量35～40倍。

    在全低压空分设备上提取粗氩时，由于冷量紧张，膨胀量过大将对上塔精馏带来不利影响，因此氩馏分的抽取量不能太大，约为加工空气量的8%～15%。因此，氩的提取率较低，最高只有30%～35%。而对高、中压装置，冷量较为富裕，增大膨胀量不影响精馏，因此氩馏分抽取量可达25%～28%加工空气量，氩的提取率最高可达60%。分子筛纯化增压全低压空分设备氩的提取率最高可达87%。

 

 

124.              空分设备在提取粗氩时，粗氩塔如何配置?

 

  答：粗氩塔将从主塔抽出的氩馏分经过初步分离，得到含氩95%～98%，含氧1%～3%，其余为氮的粗氩。因此，在粗氩塔内主要是实现氧、氩的初步分离，氩是易挥发组分。它的配置一般如图64所示。在粗氩塔顶部有冷凝蒸发器，以主塔经过液空过冷器的液空作为冷源。从主塔馏分抽口抽出的氩馏分沿粗氩塔上升，在穿过塔板时与下流的回流液进行热、质交换。经过多块塔板进行精馏过程，使得上升蒸气中的氩馏分不断增加，而回流液中的氧组分不断增加。在粗氩塔的顶部得到粗氩，而且大部分在冷凝蒸发器中冷凝成液体。其中大部分作为回流液下流，小部分作为半成品从顶部引出。粗氩塔底部含氧较高的液体返回到主塔馏分抽口的同一块塔板，或者馏分抽口下面的1～2块塔板。

    通过粗氩塔冷凝蒸发器的液空可以有3种配置方法：一种是主塔的液空全部通过它，部分蒸发后将蒸气和液空一起送回上塔。这种方式使冷凝蒸发器的冷源充足，对粗氩的工况有利，但对主塔的影响大；第二种方式是部分液空送入粗氩塔的冷凝蒸发器后全部蒸发，再将蒸气送入上塔，它的特点与第一种相反。因此，一般是采用介于两种方式之间的第三种方式，即部分液空通过粗氩塔，但不是全部蒸发。这样既可保证粗氩塔的正常工作，又能减少对主塔的影响。

 

125.              为什么氩馏分抽口不能设在含氢量最大的部位?

 

    答：从氩在上塔的分布图可以看出，在上塔有两个富氩区：一个在精馏段(液空进料口以上)，一个在提馏段(液空进料口以下)。通常，提馏段富氩区的气相氩浓度比精馏段富氩区的高。从分布图还可看出：在整个精馏段富氩区中均含有氧、氩、氮3种组分；而提馏段富氩区，在上部含有氧、氩、氮3种组分，而在下部仅含氧、氩两种组分。

    由此可见，在制氩时，氩馏分抽出口设在提馏段富氩区是比较有利的。但是，抽口为什么不设在提馏段氩馏分最大的地方呢?这是因为在粗氩塔中进行氧、氩分离，气氩馏分中的氧在上升过程中绝大部分都被冷凝下来，而低沸点的氮组分是不冷凝的，将全部留在粗氩中，致使粗氩中的含氮量将比氩馏分中的含氮量大几十倍。因此，如果氩馏分的含氮量太多，一则使粗氩纯度降低，而且会导致粗氩冷凝器的温差减小，甚至使温差为零(即产生“气塞”)，此时粗氩塔便停止工作。并且，粗氩中含氮过多将给制取精氩带来困难，所以氩馏分的抽口应该设在含氮尽量少的地方。一般含氮不应超过0.06%。从氩在上塔分布图看出，在提馏段富氩区含氩量最高的地方，还含有较多的氮组分。因此宁可将氩馏分抽口设在氩馏分含量最大的位置稍低的地方。氩馏分的含量为：含氩8%～10%，含氧90%～91%，含氮小于0.1%。

 

126.              氩在精馏塔内分布在什么部位，它的分布受什么因素影响?

 

    答：空气中氩的体积分数为0.932%，它的沸点介于氧、氮之间。当它进入下塔并沿塔板逐块上升时，由于氩、氧相对氮来说是难挥发组分，它们要比氮更多地冷凝到液相中去。通常，气相中的氩浓度应逐渐降低，但是，由于空气中含氧量比氩大得多，而且氧与氩相比又是难挥发组分，因此，氧比氩更多地冷凝到液相中去，所以在最初的几块塔板上，气相含氩浓度相对地有所提高。但随着氧的大量冷凝，气相含氧量减少，氩冷凝相对逐渐增加，因此，气相含氩量逐渐减少，到塔顶后只有百分之零点几的含量。由于氧、氩对氮来说是难挥发组分，它们比氮更多地冷凝到液相中去，所以液相的含氧、氩浓度大于气相的含量。氩在下塔的分布如图63a所示。由于液空中氮还占60%左右，因此，氩大部分冷凝在液空中。一般来说，下塔液空中含氩在1.3%～1.6%，液氮中含氩才百分之零点几。

    氩在上塔的分布情况见图63b。由图可见，在液空进料口上、下分别有两个富氩区。原因是含氩1.3%～1.6%的液空从液空进料口下流时，在塔板上遇到上升的蒸气，有部分液体要蒸发出来。其中，易挥发组分氮要比氧、氩更多地蒸发到气相中去，所以液相的氧、氩浓度逐渐提高。但是，经过一定数量的塔板，液相中的氮基本蒸发完了，剩下的仅有氧、氩组分，液体再往下流实际上是进行氧、氩分离了。由于氩对氧来说是易挥发组分，在下流过程中氩比氧蒸发得多，因此液体中含氩量又逐渐减少，这样就形成液空进料口以下的富氩区。

    提馏段的上升蒸气和液空节流后的蒸气中都含有一定数量的氩。蒸气在上升过程中遇到下流的冷液体后，就有部分蒸气要冷凝成液体。其中难挥发组分氧、氩要比氮更多地冷凝到液相中去，因此气相中氩含量本应逐渐减少，但因为气相中氧的含量大于氩，而且氧对氩来说是难挥发组分，所以氧比氩更多地冷凝到液相中去，因而在最初的几块塔板处氩的浓度相对有所提高。随着氧的大量冷凝，氩冷凝量相对增加，气相中氩的含量逐渐减少。这样就形成了液空进料口以上的富氩区。

氩在上塔的分布是随氧、氮产品和浓度的变化而变化。氧产量减少，氧的纯度就要提高，此时富氩区就往上移，即精馏段的富氩区的含氩量要增高，而提馏段富氩区的含氩量减少。这是因为在同一块塔板上气相中氧、氩、氮含量的总和应该是100%，液相中氧、氩、氮含量的总和也是100%。如果产品氧的纯度提高了，也就是说提馏段每塔塔板上气相和液相的含氧浓度增加，而氧、氩、氮三者之和是100%，因此氩、氮含量必然减少。又由于空气中的含氩量是一定的，提馏段的含氩量减少，精馏段的含氩量必然相应增加。如果氮产量减少，氮的浓度就要提高，此时富氩段要下移。即精馏段的富氩区含氩量要减少，提馏段富氩区的含氩量要增加。

 

127.              空分设备在提取稀有气体时，对装置有什么影响?

 

   答：若从空分设备提取稀有气体时，必须附加一些设备。这些设备多数是在低温下工作，这就必然导致冷损增加，因此需要增加冷量。而全低压设备冷量是紧张的，因此，设计时除考虑如何增加冷量外，还要合理地使用冷量和减少冷损。在操作中，亦应十分注意这个问题。应按工艺要求合理地分配冷量，尽量减少因泄漏或温差过大造成的冷损，否则就会因冷量不足而无法生产。

    在提取稀有气体时，必须从精馏塔的相关部位抽取含该稀有气体的馏分气或馏分液体，经过分离后再返回精馏塔。有的还需要抽取液空、液氮或中压气体作为附加设备的冷源或热源。这样一来，必然会使主塔内的回流比发生一定的变化，还会影响有关稀有气体在精馏塔内的分布以及稀有气体塔的工况。因此，除在设计时需考虑选择合理的抽口位置和塔板数外，在使用时一定要使操作尽量地稳定。在主塔各部位参数都稳定地达到要求后，再缓慢地、细心地启动有关提取稀有气体的设备。

 

 

128.              提取稀有气体有哪几种基本方法?

 

   答：提取稀有气体的基本方法主要是利用它们沸点不同和分子的差异。但由于它们的含量非常小，往往需要逐步浓缩，分阶段来提纯，即经过粗制和精制两个阶段，因此工序比较复杂。此外，这些稀有气体的沸点差比氧、氮要大，因而可采用的分离方法也更多一些。目前采用的主要方法有：

    1)精馏法。这是通过多次重复的蒸发和冷凝过程来使组分分离。例如在粗氩塔中进行氧、氩分离。精氩塔中进行的氩、氮分离。氪塔中进行的氧、氪、氙的分离都是精馏法的具体应用。

    2)分凝法。当稀有气体和杂质的沸点差较大时，可以采用分凝的办法将它们分开。例如，可用分凝的方法将氮和氖、氦初步分离，得到粗氖氦气。

    3)冷凝冻结法。当稀有气体间的沸点差很大时，可用此法将其中高沸点的组分冷凝冻结出来。例如，在分离氖氦时，由于氖在24.3K时已凝固冻结，而氦的液化温度为4.178K，所以可用液氢为冷源(它在标准大气压(0.1013MPa)时的沸点为13K)来实现氖、氦分离。

    4)吸附法。利用吸附剂(如分子筛、活性炭等)具有选择性吸附的特性使稀有气体组分分离或者进一步提纯。例如粗氖的净化，氖、氦、氪、氙的提纯都可采用此法。

    5)催化反应法。利用催化剂使杂质发生化学反应，然后加以净除。例如粗氩加氢，经过催化剂使氧与氢发生化学反应而将氧除去。在氪、氙提纯时可通过催化剂去除其中的碳氢化合物。

    应该指出：在提取稀有气体时，实际上并不是采取单一的分离方法，往往要几种方法联合起来使用才能得以分离。例如氖、氦的提取就同时采用了分凝、吸附、冻结等几种方法。

 

129.              稀有气体在空分塔中是如何分布的?

 

   答：稀有气体是指氩、氖、氦、氪、氙气。由于它们的沸点不同，在空气中的含量又相差悬殊，所以各组分汇集在精馏塔中的不同部位，分布情况见图62。氪、氙的沸点最高(在标准大气压下，氪的沸点为：-152.9℃、氙的沸点为：-108.1℃)，随加工空气进入下塔后，氪、氙均冷凝在下塔液空中。再随液空经节流阀进入上塔，逐板下流汇集于上塔底部的液氧及气氧中。因此，若想从空分装置提取氪、氙，通常是将产品氧引入氪塔，用精馏法制取贫氪、氙原料气。

    氖的沸点(-245.9℃)，氦的沸点(-268.9℃)相对氮组分要低得多。所以，加工空气中的氖、氦组分总和低沸点的氮组分在一起。加工空气进入下塔后，氖、氦组分随氮组分一起上升到主冷凝蒸发器的氮侧，气氮被冷凝，而氖、氦由于沸点低，尚不能冷凝，在主冷中成为“不凝性气体”。因此，可从主冷氮侧的顶部引出，作为提取氖、氦的原料气。

    氩的沸点为-185.7℃，介于氧、氮沸点之间，且接近于氧。进入下塔空气中的氩大部分随液空进入上塔，小部分随液氮进入上塔，在上塔的精馏段和提馏均有氩组分的富集区。精馏段的上部主要是氮、氩分离。提馏段的下部主要是氧、氩分离。

 

130.              加工空气量不足对精馏工况有什么影响?

 

    答：当空气量减少时，塔内的上升蒸气量及回流液量均减小，但回流比仍可保持不变。在正常情况下，它对氧、氮产品纯度影响不大。根据物料平衡，加工空气量减小时，氧、氮产量都会相应地减少。

    当气量减小时，蒸气流速降低，塔板上的液量也减少，液层减薄，因此塔板阻力有所降低。同时，由于主冷热负荷减小，传热面积有富裕，传热温差也可减小。这些影响将有利于降低上塔和下塔的压力。

    当气量减少过多时，可能出现由于气速过小而托不住筛孔上的液体，液体将从筛孔中直接漏下，产生漏液现象。下漏的液体没有与蒸气充分接触，部分蒸发不充分，氮浓度较高。这将使精馏效果大大下降，影响到产品氧、氮的纯度，严重时甚至无法维持正常生产。因此，对精馏塔均规定有允许的最低负荷值，这与塔板的结构型式及设计时参数的选择有关。

 

 

 

131.              增加加工空气量对精馏工况有什么影响，需要采取哪些相应的措施?

 

    答：当加工空气量增加时，将使精馏塔内的上升蒸气增加，主冷内所需冷凝的液体量也相应增加，因此对塔内的回流比没有影响。增加的气量在一定范围内，氧、氮的纯度能基本保持不变，而产量将随空气量的增加而按比例增加。

    但是，随着主冷中冷凝液体量增加，主冷的热负荷加大。当传热面积不足时，主冷的温差必然扩大，下塔压力相应升高。同时，由于塔内气流速度增加，下流液体量增加，塔板上液层加厚，使塔板的阻力增加，上、下塔的压力也会相应地提高。这将对氧、氮的分离带来不利的影响，同时也使电耗增加。当气量过大时，塔板阻力及下流液流经溢流斗的阻力均会增大很多，造成溢流斗内液面升高，甚至发生液体无法流下的液泛现象，这时将破坏精馏塔的正常工况。

    此外，由于上升蒸气流速增加，容易将液滴带到上一块塔板，影响精馏效果，氮纯度下降，从而会降低氧的提取率。

    一般的空分塔，增加20%左右的空气量也能正常工作，不需要采取什么措施。当加工空气量过大时，需要加大塔板上筛孔的孔径，以降低蒸气速度。加大主冷的传热面积，以缩小主冷温差，保证精馏塔的正常工作。

 

 

132.              制取双高产品的精馏塔有哪几种型式?

 

    答：同时制取纯氧和纯氮的精馏塔一般有两种型式：

    1)带辅塔段。如图59a所示。它是在上塔顶部加一辅塔，在辅塔下部抽走大量馏分(污氮)，少量蒸气进一步进辅塔分离，在顶部得到99.99%的纯氮。为了保证纯氮纯度，通常在下塔中部抽一部分馏分液氮，并适当增加塔板，保证顶部的纯液氮纯度。它通常用于纯氮与纯氧产品之比大于1.1。这种流程的特点是较简单，但增加塔板数后会使阻力增大，空压机排气压力升高，电耗增加。

2)带纯氮塔。如图59b所示。它是另外单独设置一个纯氮塔，从下塔顶部抽出部分氮气，在纯氮塔内进一步精馏，提高纯度后作为产品引出，氮纯度可达99.99%。它通常用于生产少量高纯氮(氮/氧=0.2～0.5)。由于这种流程对下塔顶部的氮气纯度要求低，保证主冷温差所需的下塔压力也可降低。同时，上、下塔塔板数均可减少，可进一步降低下塔压力，减小电耗。但流程设备稍为复杂些。

 

 

 

133.              临时停车时，液空液面和液氧液面为什么会上升?

 

    答：在正常运转时，上升蒸气穿过小孔时具有一定的速度，能将分馏塔塔板上的液体托住，阻止液体从小孔漏下，而只能沿塔板流动，再通过溢流斗流至下块塔板。停车后，由于上升蒸气中断，塔板上的液体失去上升蒸气的托力，便由各块塔板的筛孔顺次流至底部，积存于冷凝蒸发器和液釜中。因此，临时停车时，液氧、液空液面均会上升，甚至超过膨胀空气、氧气引出管口的位置，在再启动时易造成膨胀机带液或切换式换热器冷端带液的事故。因此，在临时停车时应注意液面位置，必要时可排放掉部分液体。

 

 

134.              精馏塔板有哪几种形式，分别用在什么场合?

 

    答：在空分塔中采用的精馏塔板目前有筛孔塔板、泡罩塔板和浮阀塔板等几种。

    筛板塔的塔板上均匀分布有直径为0.8～1.8mm，间距为2.1～3.25mm的小孔。蒸气由筛孔穿过液层鼓泡而上，塔板上的液体靠一定的蒸气速度而被托持住，只能沿塔板按一定方向流动。这种塔板制造简单，有较高的效率，对负荷的变动有一定的适应性，因此得到最广泛的应用。它的缺点是负荷过低时，液体可能通过筛孔漏下(叫液漏)。在停止进气时，液体就一泻而下，全部流至底部。再启动时，塔板上需重新积累液体。

    泡罩塔板的结构如图57所示。蒸气通过升气管进入泡罩，再通过泡罩的齿缝穿过液层鼓泡而出。这种塔板操作稳定，适应范围广，但结构复杂，设备投资大。在空分塔中一般只用于下塔第一块塔板。这种塔板不会被二氧化碳堵塞，可起到洗涤作用和使气流均匀分布的作用。对带氩塔的空分塔，在氩馏分抽口以上的一段塔板，由于上升蒸气减少而容易产生液漏。为了保证操作的稳定，也有采用泡罩塔板与筛孔塔板交替布置的。

    浮阀塔板如图58所示。它由一些升启高度可以随气速变化的浮阀组成。这种塔板对负荷变化的适应性大。由于制造复杂，在空分塔中也只作为下塔第一块洗涤塔板。

 

 

135.              当大型空分塔产生液悬时，除了采用停止膨胀机、切断气源静置的方法消除外，有无其他不影响正常生产的办法?

     答：采用停止膨胀机、切断气源静置的方法消除液悬，势必造成氧压机、氮压机停运，对正常生产带来损失。为此，可采用适当排放液氮的方法来消除液悬，较为简单可行，不影响正常生产。如果在排液氮的同时，加大膨胀量则效果更佳。具体操作方法如下：

    在将氧气流量关至比正常时稍小些、其他各阀开度不变的情况下，只要将液氮排放阀适当打开，加大膨胀量后(一台膨胀机的最大膨胀量)，从污氮气经过冷器后的温度显示可看到，2～3min就达到正常值，即-173℃左右。接着阻力压差开始下降，主冷液面开始上升。同时，从氧分析仪可以看到氧纯度的变化，开始略有下降，10min后就慢慢上升。待阻力基本达到正常值后，逐渐关小液氮排放阀，直至完全关闭。

    用这种方法处理液悬，也可能一次不行，还需进行第二次处理的情况。这主要是需要根据工况恶化的程度决定液氮排放量。在操作时要注意将进塔空气量控制稳定；调节某项参数时，阀门的开闭要缓慢。

    该操作方法的原理是：在进装置空气量稳定不变、氧气流量比正常值稍小的情况下，排放液氮会使进入下塔的空气量增加。但是，增加膨胀量除为了补充排液的冷损外，由于膨胀空气进上塔，实际进入下塔的空气量反而是减少的。这样，下塔压力会有所降低，使主冷的传热温差减小，同时热负荷也减少(因入下塔空气量减少)，致使主冷中液氧蒸发量减少，从而使上塔的上升气速下降，压差减小，液悬问题得到解决。

 

136.              产生液悬时如何处理?

 

  答：产生液悬时首先应找出液悬的原因，然后对症下药。

    1)如果是设计制造上的毛病，例如是由于塔径过小、溢流斗没有对正、挡液板倾斜等引起的，只能停车加温，进行更换或纠正。但是，这类毛病是在首次试车中就可发现的，经过试车合格的产品是不会发生的。

    2)由于设备运转已到周期末或已超过运转周期，微量的水分和二氧化碳带入塔内，久而久之使塔板上的小孔堵塞，使塔内阻力增加而引起的液悬。这时只能停车加温。但在生产急需用氧时，则可采取减少进塔的空气量，在低负荷下运转的应急措施。

    3)由于硅胶粉末、空气中的灰尘清除不彻底，或有杂质带入塔内，也会引起的液悬。这时应停车进行彻底加温吹除，必要时应进行清洗。

    4)小型设备在关阀期间，由于液空、液氮节流阀关得过快或降压过快引起的液悬较为多见。对这种液悬应有思想准备，严格掌握关阀的要点和方法。如果出现液悬，则应重新开大液空、液氮节流阀，待中压稳定、液氧液面上升时再慢慢地把两阀关小。如果采取这种方法无效时，可把高压空气进口阀关闭(空气由油水分离器放空)，关闭节流阀和停止膨胀机运转。把液空、液氮节流阀开大，打开氮气放空阀，使在塔板上的液体流下来，静止15～30min，必要时可排除部分液氧，再重新启动。如果确属关阀引起的液悬，一般是能消除的。

    5)小型设备由于加工空气量过多，而造成液悬。这时应排放一部分空气，待塔内工况稳定后，再缓慢地、分多次送入空气。每送一次间隔半小时左右，待空分塔各参数稳定后继续再送。

    6)由于纯化器使用周期过长造成的液悬。应立即切换纯化器，减少空气量和降低下塔及上塔的压力，或排掉部分液氧和液空，待工况正常后再把空气送入。若采用上述方法无效时，则只能停车加温。

    7)由于分馏塔加热不彻底引起液悬。在关阀降压过程中，塔内的参数还是正常的。但到调整氮气纯度时，才反映出上塔产生液悬。这种情况只能停车加温吹除。

    8)大型空分塔由于二氧化碳吸附器使用周期过长而引起液悬。这时应立即切换二氧化碳吸附器、膨胀空气过滤器，减小膨胀空气送入上塔的量。若调节无效的话，应采取改变上塔压力的办法使二氧化碳能随气流带出来，即停止膨胀空送入上塔，走启动短路，打开污氮管上的吹除阀进行吹除。可以把膨胀空气进入上塔阀时开、时关，反复进行，直至吹出的气体中无明显的二氧化碳为止，然后再重新调整。若采用上述方法无效时，只能单独加温上塔。