5600空分使用说明书SMS.docx
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5600空分使用说明书SMS
KDON-5600/14000型空气分离设备
使用说明书
KF004.00000SMS
四川空分设备（集团）有限责任公司
2013年2月
四川空分设备（集团）有限责任公司
使用说明书
KF004.00000SMS
KDON-5600/14000型空气分离设备
共38页
第1页
目录
1.概述3
1.1主要技术参数3
1.2基本原理3
1.3工艺流程说明4
1.3.1空分装置4
1.3.2仪表空压站5
1.3.3空分配套设备特点6
2.KDON-5600/14000型空气分离设备的起动及操作说明8
2.1预冷系统的使用及维护8
2.1.1工作原理及流程说明8
2.1.2空冷塔及水冷塔填料及内件的装填:
8
2.1.3系统的操作8
2.1.4工况调整9
2.1.5故障处理9
2.2纯化系统的使用及维护9
2.2.1工作原理9
2.2.2工艺流程9
2.2.3吸附剂装填10
2.2.4调试11
2.2.5操作和使用12
2.2.6维修、保养及故障排除13
2.2.7电磁阀故障13
2.2.8故障排除13
2.3分馏塔系统的使用和维护14
2.3.1起动操作前的准备工作14
2.3.2起动准备14
2.3.3吹刷阶段15
2.3.4冷却分馏塔系统15
2.3.5积液和氧、氮调纯阶段17
2.3.6主要操作指标一览表19
2.3.7停车21
2.3.8加温22
3.操作及维护24
3.1正常操作24
3.1.1产冷量的调节24
3.1.2精馏控制24
3.1.3达到规定指标的调节24
3.2维护24
3.2.1总的操作管理24
3.2.2热交换器25
3.2.3冷凝蒸发器25
3.2.4精馏塔25
3.2.5空气预冷系统26
3.2.6分子筛纯化系统26
3.2.7阀门26
3.2.8测量和控制装置26
3.3故障及排除27
3.3.1供气停止27
3.3.2供电中断27
3.3.3增压透平膨胀机故障28
3.3.4切换装置故障28
3.3.5仪表空气中断28
3.3.6阀门故障28
4.安全规程30
4.1空气及空气组份的一般特性30
4.1.1空气30
4.1.2氧30
4.1.3氮和氩30
4.1.4液化低温气体31
4.2安全注意事项31
4.2.1防止火灾和爆炸31
4.2.2防止窒息引起死亡32
4.2.3防止冻伤33
4.3安全措施33
4.3.1厂房设计33
4.3.2防火设备33
4.3.3防止超压33
4.3.4绝热材料的使用33
5.铝板翅式换热器35
5.1铝板翅式换热器结构介绍35
5.2板式安装35
5.3操作37
5.4技术性能、安装尺寸:
38
5.5维护与保养38
5.6制造、检验、验收标准38
1.概述
1.1主要技术参数
1.1.1加工空气（最大值）
进分馏塔流量31000Nm3/h
进分馏塔压力0.49MPa（G）
进分馏塔温度23℃
1.1.2产品指标
产品
产量（Nm3/h）
纯度
露点
岀冷箱压力
出界区压力/温度
氧气
5600
99.6%O2
-50℃
15kpaG
～1.0MPaG/40℃
氮气
14000
10PPmO2
-50℃
10kpaG
～0.7MPaG/40℃
液氧
100
99.6%O2
-50℃
50kpaG
～1.0MPaG/-170℃
液氮
140
10PPmO2
-50℃
400kpaG
～0.7MPaG/40℃
注：
（1）Nm3/h为0.1013MPa（A）、0℃下的体积流量，简称为标态（以下同）。
（2）液氧与液氮不同时生产。
1.1.3空分设备两次大加温周期:
2年
1.1.4装置加温解冻时间:
～36小时
1.1.5装置起动时间:
～36小时
1.2基本原理
干燥空气的主要成份如下：
名称
化学代号
体积百分比
重量百分比
氧
O2
20.95
23.1
氮
N2
78.08
75.5
氩
Ar
0.932
1.29
空气中其它组成成份,如氢、二氧化碳、碳氢化合物的含量在一定范围内变化,而水蒸汽含量则随着温度和湿度而变化。
空气中的主要成份的物理特性如下:
名称化学符号
标准大气压下的液化温度（℃）
标准大气压下的固化温度（℃）
临界温度
（℃）
临界压力
MPa（A）
氧O2
-183
-218.4
-119
5.079
氮N2
-195.8
-209.86
-147
3.394
氩Ar
-185.7
-189.2
-122
4.862
空气的精馏就是利用空气的各种组份具有不同的挥发性,即在同一温度下各组份的蒸汽压不同，将液态空气进行多次的部份蒸发与部份冷凝，从而达到分离各组份的目的。
当处于冷凝温度的氧、氮混合气穿过比它温度低的氧、氮混合液体时，气相与液相之间就发生热、质交换，气体中的部份冷凝成液体并放出冷凝潜热，液体则因吸收热量而部份蒸发。
因沸点的差异，氧、氮，氩的蒸发顺序为：
氮>氩>氧，冷凝顺序为：
氧>氩>氮。
在本系统中，该过程是在塔板上进行的，当气体自下而上地在逐块塔板上通过时，低沸点组份的浓度不断增加，只要塔板足够多，在塔的顶部即可获得高纯度的低沸点组份。
同理，当液体自上而下地在逐块塔板上通过时，高沸点组份的浓度不断增加，通过了一定数量的塔板后，在塔的底部就可获得高纯度的高沸点组份。
由于氧、氩、氮沸点的差别，在上塔的中部一定存在着氩的富集区，制取粗氩所需的氩馏份就是从氩富集区抽取的。
1.3工艺流程说明
四川空分设备（集团）有限责任公司所提供的空分装置是一套带增压透平膨胀机、常温分子筛吸附纯化、氧氮外压缩的全低压空分装置。
其工艺流程如下：
1.3.1空分装置
空气首先被吸入自洁式空气过滤器AF1001，在其中除去灰尘及其它机械杂质，然后进入空压机TC1001中压缩至0.52MPa，31000Nm3/h，110℃的气体进入空气预冷系统，被冷却至~15℃。
被冷却的空气进入用来吸附除去水分、二氧化碳、碳氢化合物的空气纯化系统，纯化系统中的吸附器MS1201A/B由两台立式容器组成；当一台运行时，另一台则由来自冷箱中的污氮通过电加热器EH1201A/B加热后进行再生。
出空气纯化系统的洁净工艺空气温度为23℃，其中3600Nm3/h空气进入膨胀机ET401A/B驱动的增压端增压至0.82MPa，经增压机后冷却器WE401A/B冷却至40℃，在主换热器E1-A/B中被返流低温气体冷却至~-112℃后进入膨胀机WE401A/B膨胀冷却至~-164℃，膨胀后3100Nm3/h空气进入上塔C2参与精馏，剩余膨胀空气并入返流污氮气管道；同时，26500Nm3/h洁净空气直接进入主换热器E1-A/B，在其中被冷却至-172.2℃后进入下塔C1参与精馏。
在下塔C1中，上升气体与下降液体充分接触，传热传质后，上升气体中氮的浓度逐渐增加，在塔顶得到纯氮气。
纯氮气进入下塔C1顶部的主冷凝蒸发器K1被冷凝，在氮气被冷凝的同时，主冷凝蒸发器K1中的液氧被气化，未被气化的液氧一部分（100Nm3/h）作为产品抽出冷箱。
被冷凝的液氮一部分作为下塔C1的回流液，另一部分则经过冷器E2过冷，过冷后的液氮部分节流送入上塔C2，作为上塔C2的回流液，其余部分作为产品抽出冷箱。
在下塔C1中产生的液空也经过冷器E2过冷、节流后进入上塔C2参与精馏，在上塔C2内，经过再次精馏，得到纯度为99.6%的产品氧气5600Nm3/h，纯度为99.99%的产品氮气14000Nm3/h和污氮气10300Nm3/h。
产品氧气（5600Nm3/h）经主换热器复热至常温后出冷箱，进入氧压机前缓冲罐SV1401，然后在氧压机OC1401A/B（一用一备）中压缩至1.0MPa，再经过缓冲罐SV1402送至用户。
同时设置高压紧急供气系统，出缓冲罐SV1401的氧气部分（200Nm3/h）进入高压氧压机OC1402压缩至1.4MPa后，充入氧气储罐SV1403中储存，需要时降压至1.0MPa后并入低压供气管网。
产品氮气（14000Nm3/h）经主换热器复热至常温后出冷箱，然后在氮压机NC1501A/B中压缩至0.7MPa，再经过缓冲罐SV1501送至用户。
同时设置高压紧急供气系统，出冷箱的氮气部分（200Nm3/h）进入氮压机前缓冲罐SV1502，经高压氮压机NC1502压缩至25.5MPa后，充入氮气储罐SV1503中储存，需要时降压至0.7MPa后并入低压供气管网。
污氮气（10300Nm3/h）经主换热器复热至常温后出冷箱，部分（7200Nm3/h）去纯化系统电加热器EH1201A/B加温再生，再生后的污氮气去放空消音器SL1201放空；其余部分（3100Nm3/h）去水冷塔激冷冷却水。
从主冷凝蒸发器中抽取的液氧产品（100Nm3/h）送入低温液氧储槽ST1701A/B储存，需要时经过水浴式液氧汽化器LE1701气化后并入低压产品管道。
从过冷器后抽取的液氮产品（140Nm3/h）送入低温液氮储槽ST1801A/B储存，需要时经过水浴式液氮汽化器LE1801气化后并入低压产品管道。
1.3.2仪表空压站
仪表空气首先被吸入自洁式空气过滤器AF2001A/B，在其中除去灰尘及其它机械杂质，然后进入仪表空压机TC2001A/B中压缩至0.7MPa，18000Nm3/h，110℃的气体进入余热再生干燥机MS2001，将露点温度降至-50℃。
干燥后的仪表空气分成两股，一股（6500Nm3/h）作为装置空气经缓冲罐SV2001供给用户，另一股（11000Nm3/h）作为仪表空气经缓冲罐SV2002供给用户。
同时设置仪表气高压紧急供气系统，出干燥机MS2001的仪表气部分（200Nm3/h）进入高压仪表空压机TC2002压缩至25.5MPa后，充入高压空气储罐SV2003中储存，需要时降压至0.7MPa后并入低压仪表气供气管网。
本套装置的成套工艺流程详见流程图，供货范围见合同技术附件。
1.3.3空分配套设备特点
1）空气预冷系统：
该系统主要由空冷塔、水冷塔、四台水泵及冰机组成。
空气冷却塔和水冷却塔均为填料塔.空气由用户管网送入空气冷却塔底部，由下往上穿过填料层，被从上往下的水冷却，并同时洗涤部分NOx，SO2，C1+等有害杂质，最后穿越顶部的丝网分离器，进入分子筛纯化系统，出空冷塔空气的温度约为15℃。
进入空冷塔的水分为两段。
下段为由用户凉水塔来的冷却水，经循环水泵加压入空冷塔中部，与由顶部流下来的冷冻水汇合自上而下出空冷塔回凉水塔。
上段冷冻水是由水冷塔和用户凉水塔来的补充水，由冷冻水泵加压，再经冰机冷却至13℃后送入空冷塔顶部。
2）空气纯化系统：
该系统主要由两台吸附器、两台电加热炉组成。
电加热炉一用一备。
分子筛吸附器为卧式双层床结构，下层为活性氧化铝，上层为分子筛，两只吸附器切换工作.由空冷塔来的空气，经吸附器除去其中的水分、CO2及其它一些CnHm后，除一部分作仪表气之外，其余均全部入分馏塔及增压机。
当一台吸附器工作时，另一台吸附器则进行再生、冷吹备用。
由分馏塔来的污氮气，经两台电加热炉加热至180℃后，入吸附器加热再生，脱附掉其中的水分及CO2，后经放空消声器排入大气。
经由吸附器纯化后的空气水含量在-65℃露点以下，CO2≤1PPm，温度为23℃。
3）增压膨胀机系统：
该系统主要由两台增压透平膨胀机，两台增压机后冷却器，两台供油装置组成，每台供油装置配两台油泵。
由分子筛吸附器来的洁净空气一部分进入增压器，消耗掉由膨胀机输出的能量，同时使压力得以升高，经增压后的空气入增压机后冷却器，被常温水冷却到40℃左右，入主换热器冷却到一定温度后入透平膨胀机膨胀,膨胀后的空气一股入上塔参与精馏，另一股旁通进入污氮通道。
从吸附器来的空气除去增压膨胀之外，大部分经热交换热器降温后直接入下塔底部参与精馏。
4）氧、氮精馏
该系统主要由下塔、主冷凝蒸发器、上塔来完成。
加工空气经下塔的精馏，在顶部获得氮气，除一小部分作为热源到纯氩塔外，其余经主冷凝蒸发器冷凝。
由主冷凝蒸发器冷凝的液体一部分做为下塔的回流液，一部分经过冷器过冷后，再节流后作为上塔回流液送至上塔顶部。
在下塔底部得到的富氧液空，经过冷器过冷后，节流至上塔中部参与精馏,从下塔中部抽出污液氮经过冷器过冷后，再节流后作为上塔回流液送至上塔上部参与精馏.
经上塔精馏，在顶部得到产品氮气，在上部得到污氮气。
氮气及污氮气经过冷器，主热交换器组复热。
复热后氮气除一部分送往用户管网外，其余均入水冷塔制冷；而污氮气除一部分用作再生用气外，其余也并入水冷塔制冷。
在上塔底部得到液氧，一部份液氧进液氧蒸发器与空气换热后汽化为氧气,同时得以增压,这部份氧气经主热交换器组复热后去用户管网。
2.KDON-5600/14000型空气分离设备的起动及操作说明
为了确保本系统及全套空分设备的安全、可靠及高质量地连续运行,要求操作人员熟知整套空分设备中各个系统,各个机器与设备的性能与操作方法,熟悉整套空分设备的工艺流程图,掌握本装置的运转规律与操作特点,在保证产品纯度的前提下,尽可能地提高产品产量,以降低能耗及成本。
欲实现上述目的,必须将整套空分设备中的各个系统联系起来,全盘考虑。
整套空分设备的运行操作由两部份组成：
（1）空分设备的试车，即成套设备联动运行前的试验、调整、吹洗等，以确保各部机、各系统及其相互间的联系正确无误；
（2）空分设备的起动和投入正常操作。
空分设备的试车就是空分设备安装或大修完毕后，在正式投入生产以前，对各单机部机、设备及成套空分设备进行全面的试压、检漏、调整、吹洗和低温裸冷检验等，其目的就是为了检验空分设备的安装或大修质量，检验空分设备在低温状态下的冷变形后的密封性能和补偿性能，检验设备和管道流路可能存在的弊病和安装缺陷，以便能及时进行检修。
本套装置的起动及操作说明，还包括空气压缩机组、水泵、增压透平膨胀机组、及仪、电控系统，这些机组及系统的起动操作详见相关资料。
2.1预冷系统的使用及维护
2.1.1工作原理及流程说明
本系统的目的就是将由空压机来的高温空气降至～15℃，脱去其中的游离水后送入分子筛纯化系统。
冷却原理就是使空气与水在填料中充分混合换热后使空气温度下降，而其中的冷却水由冷水塔经WP1101/A或WP1101/B增压后送入空冷塔中部，冷冻水是利用由分馏塔来的干燥污氮气及氮气,吸收水分的潜热，将由来自水冷塔的低温水和来自凉水塔的补充水混合冷却，经WP1102/1或WP1102/2加压，再经冷水机组降温后，送入空冷塔上部。
具体流程详见流程图.
2.1.2空冷塔及水冷塔填料及内件的装填
空冷塔及水冷塔填料及内件的装填,必须是在系统吹扫及试压合格后进行,具体装填方法详见图纸及HGJ211《化工塔类设备施工及验收规范》。
2.1.3系统的操作
该系统起动应先起动冷却水泵，再起动冷冻水泵。
冷却水泵应在空冷塔空气压力接近工作压力时方可启动，水泵入空冷塔水量应控制在≤108T/h内。
待冷却水泵调试趋于正常后方能起动冷冻水泵，待水冷塔水位达设定值后，LCV1103投自动，FIA1101流量应控制在18T/h以下。
2.1.4工况调整
a）空气出空冷塔温度的调节
空气出空冷塔出口温度应控制在16℃以下，主要应控制TIA1105低于15℃以及FIA-1102控制在18T/h左右，当温度过高，就应设法增大水冷塔负荷来降低温度，当空气出口温度过高，且温差过大，就应适当增大低温水量；当空气出口温度过低，且温差过小，就应适当降低低温水量。
b）进空冷塔水流量的调节
进空冷塔的水流量应随加工空气量的变化而作相应的变化.对冷却水，主要通过冷却水泵出口阀进行调节，而对冷冻水，主要应通过冷冻水泵出口阀进行调节。
2.1.5故障处理
a）空冷塔或水冷塔换热效果降低
应检查分布器是否堵塞或填料结垢，严重者应停车拆除后清洗、疏通。
b）冷却水、低温水流量异常降低
参照水泵制造厂家使用说明书，检查水泵是否有故障，检查水泵前过滤器，是否堵塞。
2.2纯化系统的使用及维护
2.2.1工作原理
本系统是采用变温吸附法连续分离空气中水分和二氧化碳,在常温下吸附剂对水分、二氧化碳的吸附容量大，高温下吸附容量减小，通过周期性改变床层温度，达到连续分离空气中水分和二氧化碳的目的。
2.2.2工艺流程
本系统是由纯化器、电加热器、切换阀及仪电控等部机组成，详见流程图。
原料空气经预冷系统冷却到约15℃后，从纯化器下部导入，原料气流经床层时，其中所含水分和二氧化碳被吸附，纯化空气从纯化器流出进入分馏塔。
吸附过程持续3小时后，两只纯化器切换。
压缩空气进入另一只纯化器进行吸附。
吸附过程结束的纯化器逆向放压，使纯化器压力降至大气压，然后，用分馏塔排出的污氮气，经电加热器加热对纯化器进行再生。
之后，用分馏塔出来的冷污氮气将再生结束的纯化器吹冷，以备下次切换用。
再经电加热加热后，对纯化器进行再生。
具体操作程序见表2.2.1，详见图2.2.1。
表2.2.1正常工况操作程序
时间（min）MS1201MS1202
0～11′30″吸附逆向放压
11′30″～96吸附加热再生
96～215吸附吹冷
215～237吸附充压
2.2.3吸附剂装填
吸附剂的装填是在吸附器试压及吹扫合格后进行。
吸附剂装填应选择在晴朗天气进行，装填前应尽量做好准备工作，装填时间越短越好，集中力量一只纯化器装完后再装另一只，装完后的纯化器应迅速密封，避免与大气长时间接触。
吸附剂装填时，按顺序先装活性氧化铝，之后铺上丝网，用压板压牢，再装分子筛，铺上丝网，用压板压牢，吸附剂按设计量装填，使其装填紧实。
2.2.4调试
2.2.4.1切换系统调试
在仪控系统调试后并确认无误的情况下，将仪控系统与切换系统联合调试。
切换系统调试最好在吸附器装填分子筛之前进行。
调试前，检查电磁阀、气动切换阀、仪控系统的接线是否正确无误，逐个检查气动切换阀是否动作灵活及限位开关是否到位。
采用手操调整气动切换阀的开阀速度。
切换阀由全关到全开的时间调为10～20秒。
在上述工作完成后，向切换系统供仪表气，要求仪表空气压力0.4～0.6MPa，露点-40℃，切换系统空载运行48小时，检查运转与阀门切换动作是否准确，可靠灵活，随时发现问题及时解决。
停车后，逐个检查阀门是否到位，抽查KV1201A或KV1202B作气密性试验。
2.2.4.2试车
A.高温再生
（1）试车之前，吸附剂装填后，应对纯化器进行一次高温再生。
（2）纯化器高温再生时的纯化空气可作为分馏塔的加温气，高温再生结束后，可在不停车情况下转换到正常工况。
（3）起动。
a）起动前全面检查设备是否正常，阀门是否全部处于关闭状态，各切换阀门及调节阀的开闭参见再生程序。
b）打开KV1201A或KV1201B对纯化器充压。
c）先选择一只电加热器，分别打开进、出口阀门，然后在吸附器再生状态下依次打开V1224及V1225阀。
用空气再生。
d）起动控制系统，压缩空气减量进入纯化器。
进入空气量不大于加工空气量的三分之二，不小于加工空气量的三分之一，床层压力控制在0.49MPa以上，再生气压力和流量通过PCV104调节。
e）启动电加热器。
f）吸附器升压及卸压应平稳进行，通过调节HV1203及KV1204A/B开度时间来实现，经调节好以后，保持该开度时间不变。
g）高温再生冷吹出吸附器温度峰值达～180℃较佳，而冷吹要求达常温，它们是通过程序延时或跳转来实现。
（4）在高温再生工况下，纯化器连续工作6个周期（即～24小时）后，即可认为高温再生已完成。
此时，可将高温再生工况转换到正常工况。
B.试车
（1）起动
a）起动前全面检查设备是否正常，阀门是否全部处于关闭状态，将程序设置在正常工况。
b）打开进气阀缓慢对纯化器充压。
c）依次打开V1224、V1225阀门。
d）起动控制系统，压缩空气减量进入纯化器，起动初期进入空气量不大于加工空气量的三分之二，不小于加工空气量的三分之一，床层压力控制在0.48MPa以上。
e）通过调温器使再生气的温度达到设计参数。
f）连续分析分馏塔污氮总管含水量，污氮露点达到-70℃后，将污氮气送入纯化器作再生气，同时关闭V1224阀和V1225阀。
C.工况调整
（1）本设备工况调整的原则是确保进纯化器再生气温度和流量，再生是否彻底，以吸附床吹冷期排气温度来判断，保证吸附床能“完全”再生的排气温度为高温再生时≥180℃，正常工况≥100℃，当吸附床吹冷期间排气温度小于上述值时，应调高再生气出加热器温度，以提高进纯化器再生气温度。
也可以在保证再生气温度的前提下改变FICA-1201设定量，满足再生要求。
（2）纯化空气含水量和二氧化碳达不到设计指标时，首先应检查再生气温度是否达到设计值。
如有偏差应及时纠正。
其次应检查压缩空气中是否带有游离水，压缩空气进纯化器是否温度过高。
如果上述检查一切正常，而情况继续恶化，可对纯化器进行高温再生，此时可在不停车的情况下进行。
2.2.5操作和使用
2.2.5.1正常操作
设备进入正常运行工况后，操作人员要经常观察系统的操作压力和温度，发现异常及时解决。
操作人员要经常通过仪控系统观察各气动切换阀的动作情况，如果出现异常，再观察吸附床及系统操作压力，如果系统工况正常稳定，说明气动切换阀限位开关故障，此时，应维持正常操作。
如果系统操作压力偏离正常工况，应停机检查。
操作人员应定期打开V1219阀对压缩空气总管进行吹除，如果发现吹除水份过多，应及时检查空冷塔出口的压缩空气是否带有大量游离水，含水量过大时，应停车检查。
V1220宜常保持一定开度。
2.2.5.2停车
A.正常停车
（1）正常停车宜在吸附器冷吹结束时停车，停车后另一只吸附器卸压后关闭控制系统，关闭所有手动阀。
B.故障停车
无论系统故障或系统外故障引起的紧急停车，其操作顺序如下：
关闭控制系统。
C.故障停车后的起动
（1）故障停车时间比较短，起动后污氮气量和露点满足要求，按控制系统停车后保持的工况进行，待控制系统投运后启动加热器。
（2）故障停机时间比较长，也应按控制系统停车后所保持的工况进行，起动顺序按2.2.4.2中试车进行。
2.2.6维修、保养及故障排除
2.2.6.1经常检查油雾器，防止无油而损坏气动切换阀。
2.2.6.2经常检查绝热层情况,防止受潮和脱落.
2.2.6.3气动切换阀故障.
气动切换阀经长期运行后,密封性能可能下降,甚至会严重泄漏,一般情况下应停车对密封圈进行调整或更换,并对修理后的阀门做气密性试验。
气动切换阀可能由于阀瓣定位螺栓松动,使得阀瓣不到位,这种情况泄漏严重,需停机修理。
2.2.7电磁阀故障
电磁阀是容易引起故障的设备,由于电压波动,引起磁头过热过载而损坏，仪表空气不干净造成阀芯卡死；经过长期运行后，易损件磨损严
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