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空分说明书汇总

KDN-1200型

制氮设备

使用说明书

苏州市兴鲁空分设备科技发展有限公司

2014年07月

前言

第一章、KDN－1200型制氮设备介绍

一、主要技术参数

二、流程简述

三、各单机简要介绍

四、安全性

第二章、KDN－1200型制氮设备的操作

一、概述

二、单机试车前的准备与检查工作

三、空压机与空气过滤器的单机试车

四、纯化器的试车，吸附剂的高温（活化）再生

五、冷箱的加温吹除（加温解冻）

六、裸冷

七、冷箱加温吹除

八、裸冷后的处理

九、填充珠光砂

一十、全套装置的启动操作

一十一、正常运转的操作与维护

一十二、正常停车操作

一十三、短期停车操作

一十四、临时停车后启动

一十五、检查与维护

前言

关于深冷法空分设备的基础知识、基本原理和操作要点请参阅本公司编写的《小型空分设备的基础知识和操作》小册子。

因此，在这本说明书中，将不再讲述深冷法空气分离的基本原理和安全技术等内容，只介绍该空分设备的一些具体操作。

用户除阅读领会本操作说明书的内容外，还应同时阅读领会《小型空分设备的基础知识和操作》中的全部内容，即理论部分。

也就是说：

《小型空分设备的基础知识和操作》这本小册子是该操作说明书不可分割的组成部分。

尽可能深入掌握深冷法空气分离的原理和安全技术，将对操作带来极大的帮助。

操作说明中难免会有重复和遗漏的地方，关键要领会其精神实质。

只要掌握了深冷法空气分离的原理和操作要令，时时注意不超压、保持压力稳定不使吸附器压力过低，注意保护好透平膨胀机等运动机器，就可以操作好空分设备。

要不断总结经验和体会，掌握每只阀门（尤其是节流阀等重要阀门）变动时对各参数的影响，就能不断加深认识，成为一名熟练的操作人员。

第一章：

KDN—1200型制氮设备介绍

一、主要技术参数

产品名称

产量Nm3/h

纯度

出冷箱压力MPa

氮气

1200

≤1PPmO2

≥0.85

露点：

≤－70℃

起动时间：

～12h

加温时间：

～24h

设备运行周期：

24个月（两次大加温间隔期）

注：

分馏塔不加温，空压机等短期停车，更换易损件视作连续运转。

二、流程简述

空气经自洁式空气过滤器，清除大部分灰尘和机械杂质后被空压机吸入，经压缩后空气压力提高到~0.74MPa，压缩空气经回热器和后冷却器被冷却到～40℃左右。

冷却后的空气进入纯化器的吸附筒，空气中的水蒸汽及二氧化碳分别被吸附在吸附剂活性氧化铝和13X分子筛里。

净化后的空气送入分馏塔，在分馏塔中的主换热器中，与返流的富氧空气和产品氮气进行热交换。

冷却到~105K，再进入精馏塔底部，参加精馏。

从塔底进入精馏塔的饱和空气沿塔板小孔上升，与从塔顶流下的液体在塔板上进行多次热量交换与质量交换，最后在塔顶得到纯氮气，在塔底得到富氧液体空气。

从塔顶部得到的纯氮气分成二股，一股进入冷凝蒸发器被冷凝成纯液氮，纯液氮被引回塔顶部作为精馏塔回流液，以维持塔的精馏工况，。

另一股经主换热器复热后送出冷箱，作为产品氮气送到膨胀机增压端，经增压后供给用户。

从塔底部抽出的富氧液空经过过冷器过冷后节流送入冷凝蒸发器被精馏塔的氮气加热汽化成为富氧气。

富氧气经过冷器和主换热器复热到一定温度后，进入膨胀机膨胀，膨胀后经主换器复热后出冷箱，作为再生气体。

三、各单机简要介绍

1.ZKG-150自洁式空气过滤器一台

处理量：

150Nm3/h

阻力范围：

150pa~1200pa

报警阻力1000pa（可设定）

接通电源后，脉冲反清洗系统自动启动。

详细资料见该机的使用说明书。

2.离心式空气压缩机（用户自己配置）一台

气量3200Nm3/h

压力7.3barg

详细资料见该设备的使用说明书

3.空压机后冷却器

处理气量：

3200Nm3/h

工作压力：

7.3barg

空气进/出口温度：

~100℃/≤40℃

冷却水耗量：

20T/h

4.HXK-3500/9型纯化器

纯化装置主要由纯化系统，膨胀机轴承/密封气供气系统以及仪表计量系统三部分构成，其主要功能说明如下：

1）纯化系统

包括：

*水分离器WS1201W44C.000

*吸附器MS1201/1202A44C.100（200）

*电加热器EH1201H108.000

*消音器SL1201FB44C.200

*自动切换阀组

纯化系统的主要功能是接受从压缩机过来的加工空气，先在水分离器WS1201中分离掉凝结水，然后再把加工空气中的二氧化碳，水气和碳氢化合物清除掉，最后有一只AF1201粉尘过滤器，阻挡分子粉尘进入下游管路。

详细说明见该设备的使用说明书

5.PLPK-27.83/2.9-0.26型增压透平膨胀机（一备一用）

详见该机的使用说明书。

6.FN—1200型分馏塔分馏塔是冷箱、主换热器、冷凝蒸发器、液空过冷器、精馏塔,低温阀门、管路与计器管的总称。

空气的冷却、液化和分离，富氧空气的膨胀、复热以及产品气的复热都在分馏塔内实现。

产品名称

加工量Nm3/h

产量Nm3/h

纯度

出冷箱压力MPa

氮气

3200

1200

≤1PPmO2

≥0.85

起动时间：

～12h

加温时间：

～24h

设备运行周期：

24个月

冷箱外形尺寸（长宽高）：

2200mm×2200mm×12500mm

总重量：

~18.5Kg

冷箱内装有精馏塔、冷凝蒸发器、主换热器、液空过冷器。

精馏塔是冷箱中最高的设备，铝制，属一类压力容器。

在精馏塔里，根据需要设置了一定盘数的塔板，空气的分离就是在精馏塔里实现的。

精馏塔通过塔体上的各种进出口接管与换热器冷凝蒸发器等各部机有机地衔接起来，实现空气的冷却、分离，液空的过冷及气体的复热等目的，并通过管道上的控制阀门来调节和控制气体与液体的流向和分配，使之最有效地工作。

为使操作者了解判断塔内的工作情况，设置了热电阻、压力表、液面计、阻力计、分析阀等计器接口，通过管路与阀门引出冷箱接到仪表柜上各自的仪表，反映和指示塔内的工作情况。

除了正常运行所需的控制阀门外，冷箱里还安装了加温阀门，吹除阀门，启动阀门及相应的管路。

他们虽然只在加温解冻及启动阶段使用，但也是分馏塔不可缺少的一个组成部分。

在精馏塔和冷凝蒸发器两个压力等级的容器与管路系统中，各安装一只安全阀，起超压保护作用。

在精馏塔及冷箱外壳上，均安装有指示垂直度的标记，必须根据冷箱上的垂直度标记校正冷箱下的垫铁，使冷箱垂直度保持在千分之一以内。

同样，在今后维修冷箱内设备时，必须使精馏塔的垂直度保持在千分之一以内。

冷箱内的操作阀门都是铝制或不锈钢阀门，它们都固定在冷箱壁上，阀体及进出口管伸入冷箱内部，都是长杆冷阀。

所有的计器管及热电阻引出线也都从冷箱壁上引出。

在运输及安装时，要注意保护好这些阀门、引出管、热电阻与垂直度标记，不要碰伤和损坏。

7.增压气冷却器

本设备为风冷冷却器，由板式换热器和风机组成，通过风机对板式换热器吹出的风量将膨胀机增压端增压后的高温产品氮气冷却，使之达到规定的温度。

用户要注意尽量保证风冷冷却器所的环境较为阴凉。

8.冷却水系统

8.1主要设备:

水泵2台（一用一备）

水冷却塔1台

8.2工作过程

闭式循环水系统由两台离心水泵,一台玻璃钢水冷却塔组成。

从压缩机冷却器出来的冷却水温度在夏季可达40-42℃，经水冷却塔冷却到大约32℃左右。

积水池的水池液位低于90%时，水池必须通过补水阀补充新鲜水，新鲜水耗量约10T/天。

泵的进口装有进口过滤器。

离心水泵为一开一备。

应监视循环水的水质，保持水的PH值在6.8-7.2之间。

注意循环水中微生物的数量，及时投药，控制水中微生物的生长。

不控制好水质，包括水中微生物的数量将会严重影响空气压缩机冷却器的换热，时间一长会使冷却器报废。

9．废液气化器

由于低温液体在两端阀门关闭的密闭容器和管道中蒸发引起爆炸的危险性，因此，在装置停运时应将容器和管道中的液空和液氮排放到废液气化器中去，把它彻底蒸发掉。

气化量：

50Nm3/h；

间断性使用。

10.氮气缓冲罐

主要针对输出氮气的一个稳压作用。

容积：

10M³；

工作压力：

0.85MPa；

介质：

氮气。

11.氮气调压系统

稳定后备系统所提供的氮气压力：

稳定压力值：

0.85MPa

12.仪控系统

1.概述

本制氮设备由计算机控制系统对整套装置实施监控。

西门子SIMATICS7300型可编程逻辑控制器，戴尔计算机PC机，HP报表打印机，WEB发布客户端端和移动用户终端设备一起组成整个控制系统。

通过PLC控制柜编制控制程序，并用它处理运行整套装置的所有输入和输出信号。

PC机是PLC控制柜和操作员之间的人机界面，它里面安装了人机交互软件包—WINCC。

PC机还连接打印机，实现打印历史报表功能。

WEB发客户端PC机通过内网交换机与现场服务器端PC机相连，实现远程监视。

移动用户终端通过交换机与S7300控制柜，PC机连接，从而实现通过光纤的远程控制。

计算机控制系统功能如下：

*PID控制

*机器遥控停车

*整个装置运行状态显示

*用键盘输入操作命令

*历史数据趋势记录

*软件连锁和硬线连锁

*远距离监控/故障排除

*产品产量纯度的监视

虽然整套装置由计算机系统实施控制，但在某些重要地方还是采用了硬线安全连锁。

1.1.可编程逻辑控制计算机

SIMATICS7300可编程控制器直接与设备上的一次表相连接，它有多个调节回路，具有前馈/反馈等调节功能，可实现时间或事件逻辑的程序控制。

SIMATICS7300可编程控制器的硬件有20块包括电源，CPU，通讯模块和I/O模块在内的插槽。

1.2.PC计算机

PC机起人机界面的作用，它通过工业以太网接口与PLC控制机接连。

2.计算机操作画面

计算机操作画面见兴鲁公司提供的资料。

3.各机组故障或紧急停车引发装置跳机联锁点及报警点

3.1空压机报警，连锁点（由用户确定）

空压机除远程启停外的所有操作均不能在操作界面上进行。

空压机进入主系统的报警点有如下：

1）主电机过载后报警；

2）辅油泵过载后报警；

3）除雾器风扇过载后报警；

4）油加热器过载后报警；

5）油箱液位低报警；

6）空压机紧急停车；

3.2纯化系统报警点

序号

代号

说明

设定值

时间延迟

HT_LI1201HH

水分器液位高

17cm

HT_TI1204H

电加热炉温度高

230℃

HT_TI1202L

A吸附筒吹冷出口温度高

30℃

计时暂停

HT_TI1203L

B吸附筒吹冷出口温度高

30℃

计时暂停

AJY_DP_ABH

A吸附筒均压AB吸附筒压差大

0.03MPa

计时暂停

BJY_DP_ABH

B吸附筒均压AB吸附筒压差大

0.03MPa

计时暂停

HT_PI1202H

A吸附筒泄压出口压力高

0.03MPa

计时暂停

HT_PI1203H

B吸附筒泄压出口压力高

0.03MPa

计时暂停

HT_AI1201H

纯化器出口露点高

-70℃

LT_PI3001L

循环水泵出口压力低

0.2MPa

3.3膨胀机报警点，连锁点

膨胀机ETA/B故障停机连锁

序号

代号

说明

设定值

H/S

时间延迟

HT_SIAS401A/BHH

ETA/B膨胀机转速高高

37000rpm

LT_PGAS452/453LL

ETA/B膨胀机轴承气压力低低

0.4MPa

ES_A/B

ETA/B膨胀机现场停车按钮

膨胀机ETA/B报警点

序号

代号

说明

设定值

时间延迟

HT_SIAS401A/BH

ETA/B膨胀机转速高

36000rpm

LT_PGAS452/453L

ETA/B膨胀机轴承气压力低

0.5MPa

注意：

只是当ETA/B的跳机连锁引起膨胀机故障停机时，才会发生上述ETA/B膨胀机报警表所列项目的全装置连锁停运。

如果空压机已经停机，则不会全装置连锁停运。

3.4冷箱报警点

序号

代号

说明

设定值

备注

HT_AI109H

产品氮气氧浓度高

2ppm

HT_LI1H

下塔液空液位高

45%

LT_LI1L

下塔液空液位低

20%

LT_PI109BL

产品氮气压力低

0.85MPa

LT_PI1702L

去用户氮气压力低

0.84MPa

3.5PLC通讯卡故障

通讯卡故障出现的几率较小，可以通过画面的数据显示来判断，出现时需及时更换模块。

3.6调节系统

3.6.1离心式空气压缩机调节系统

详见离心式压缩机说明书

3.6.2纯化系统调节系统

1）V1001阀，调节冷箱加工空气流量。

2）V1224/V1225阀，通过LIC1201来控制水分器WS1201的液位

3）TIC1201，再生气温度控制。

由于电加热EH1201电加热管是通过实践来调节用于再生纯化器的再生气温度。

延长加热器通电加热时间即可提高再生气温度。

3.6.3冷箱调节系统

1）FI109产品氮气流量调节

通过FI109产品氮气流量显示器提供流量指示值控制阀V109和阀V110，从而把产品氮气流量控制在设定值。

一旦产品氮气纯度发生问题导致连锁，则阀V109首先关闭，氮气放空阀V110控制氮气流量。

2）产品氮气纯度系统

产品氮纯度是产品流量的函数，因此可以采用增大或减少出冷箱产品氮气流量的方法来调节产品氮气纯度。

此调节回路可以使产品氮纯度达到并保持产品纯度要求。

AIS109是从出塔增压后氮气纯度，它与FI109形成串级调节回路，利用调节氮气流量设定点来调节氮气纯度。

一旦氮气纯度变坏，V109设定值调低，从而通过提高塔的回流比来改善氮气纯度。

如果氮气纯度高于设定值，则V109设定值调高，产品氮气产量增加。

然而流量设定值是被限制在精馏塔稳定操作的一个固定范围内的。

3）PIC125出冷箱再生气压力调节。

在生气压力是通过阀V124放空调节阀来调节的。

增加或减少此阀开度可以降低或增加膨胀出口压力。

3）LIC1精馏塔液位调节、LI2冷凝蒸发器液位调节。

精馏塔塔低液位，通过膨胀机的旁通阀V406及进口阀V401A/V401B来调节。

开大阀门将迫使有更多的气体经膨胀机膨胀，从而产生更多的冷量和液体来增加塔的液位。

精馏塔塔高液位，说明冷箱过盛，在产品氮气增压满足条件的情况下开大V406阀旁通掉部分冷量，开大V102阀，适当关小V101阀，增大换热器热端温差，从而减小冷箱。

必要时打开V5阀，排放液空。

3.6.4膨胀机调节系统

1）膨胀机增压端氮气压力调节

在膨胀机允许转速范围内，关小膨胀机增压端旁通阀V403A/B或关小膨胀端旁通阀V406，增加膨胀气量，来提高增压气产品氮气压力。

2）膨胀机连锁操作

当膨胀机转速超速后，导致膨胀机系统连锁，膨胀机增压端及膨胀端的旁通阀V403A/B、V406全开，膨胀机进出口阀全关。

随后，由操作工接除连锁状态和报警后，按照气动膨胀机方式手动重新启动膨胀机，待膨胀机重新投入正常运作后在投入连锁状态。

3）膨胀机轴承气自动切换操作

正常情况下，两台膨胀机的轴承压力为≥0.6MPa，且轴承气由出冷箱氮气管路提供，当两台膨胀机中的任意一台的轴承气压力＜0.6MPa时，轴承气将自动切换到后备系统提供。

切换时，阀V411常开，阀V416自动开启。

（仪表气系统切换原理同上）

3.6.5循环水调节系统

正常情况下，两台水泵是一用一备，当循环水泵出口压力PI3001的值低于0.2MPa时，处于备用状态的水泵将自动启动，实行切换。

3.7纯化系统的逻辑控制

PLC的逻辑控制软件，自动控制纯化器的变温吸附循环，控制过程的监控对象有温度，阀门状态，当前循环步，当前循环所剩时间以及当前状态。

如果控制程序出错，压缩机连锁跳机（除非PPU在旁通状态运行）。

这时操作工从停机启动装置后，应从新设定循环来恢复运行。

3.7.1纯化过程（设计工况）

由屏幕进入可编程记时器，可控制吸附器的自动运行。

吸附床有9个操作步骤，吸附周期为8hr。

步骤

工作状态

设定时间

运行时间

A吸附B再生

450分钟

A吸附B吹冷

A吸附B废气放空

1分钟

A吸附B均压

16分钟

A高压放空B吸附

15分钟

B吸附A再生

450分钟

B吸附A吹冷

B吸附A废气放空

1分钟

B高压放空A均压

16分钟

B高压放空A吸附

15分钟

3.7.2纯化器在各个工作状态下的阀位表

位号

V1201

开

关

开

V1202

关

开

关

V1203

开

关

开

V1204

关

开

关

V1205

关

开

关

V1206

开

关

V1207

关

开

关

V1208

开

关

V1211

关

开

关

V1212

关

开

V1213

关

开

关

开

关

四、设备的安全性

1.低温液体灼伤

本装置的低温液体（包栝液空和液氮）接触皮肤和眼睛均会引起严重灼伤。

一旦发生皮肤灼伤，立即用大量冷水冲刷灼伤处，并进行按压，然后就医。

如发生眼睛灼伤，应立即就医。

进行低温液体作业时应带防护眼镜，穿着长袖服装和高筒靴，并禁止带手套作业。

2.窒息

氮气泄漏会引起窒息，特别在密闭或半密闭的控制室或热撬中，泄漏氮气引起窒息的可能性更大，操作者应注意控制室中环境氧分析仪的指示，并保证控制室内的通风。

3.乙炔及碳氢化合物在塔内聚积引起爆炸

尽管有纯化器吸附加工空气中的乙炔及碳氢化合物，但还是会有乙炔及碳氢化合物在塔内或在冷凝蒸发器中积聚的危险性，因此要经常检查液空中乙炔及碳氢化合物的含量，并定时排放塔底液空。

4.禁止明火

本制氮机排出的废气是富氧空气，容易引起火灾，因此装置区禁止明火，严禁吸烟。

5.压力容器安全性

压力容器的不正确使用有爆炸的危险，特别是储有低温液体的压力容器，其不正确使用的危险性更大。

第二章：

KDN－1200型制氮设备的操作

一、概述：

成套空分设备的运行有以下两个阶段组成：

1、各单机的试车，即成套设备联动运行前的试验、调整、吹除。

它既是对安装工作的检验，以确保各部机内部及相互之间的正确无误，又是正常操作的一次练兵。

2、成套设备的启动和投入正常运行

为确保成套设备的安全、可靠及高质量的长期连续运行，要求操作人员熟悉本装置各机器、设备使用说明书的内容，各机器设备的主要技术参数，掌握各单机及成套装置的运行规律、操作方法、主要操作数据及相互的影响关系、故障原因与排除方法，在保证产品气纯度的前提下，尽可能提高产品产量，以降低能耗，降低产品成本。

二、单机试车前的准备与检查工作

在本装置中，空压机要与空气过滤器一起独立进行单机试车。

分子筛纯化器必须在空压机试车完成后，与空压机一起进行试车。

透平膨胀机则必须与分馏塔一起进行试车，到分馏塔与膨胀机投入运行时，实际上就是装置的联动试车。

在进行单机试车前，必须检查和完成以下工作：

1、认真检查各接管及阀门的安装位置是否正确无误？

管道、阀门的支架是否牢固可靠？

气体排放口、冷凝水吹除口的位置是否正确合理？

2、所有的管路、阀门是否已吹除干净，并彻底清除了其中的焊渣、焊屑、氧化皮等杂物、脏物。

3、所有的接管焊口、法兰密封面是否已按系统的最高压力进行了强度与气密性试验，并完全达到了规定的要求？

（各部位试验压力与要求见附表一）。

4、所有安全阀的起跳压力是否已调整好，并做过起跳试验和加上铅封？

（各安全阀的起跳压力见附表二）。

5、仪、电气控制柜的工作是否处于正常状态？

有关的控制点是否能正常工作？

6、需要保温的容器、阀门与管路是否已作好保温和防护？

7、各单机说明书中规定的试车前应完成的各项工作与要求是否已全部完成？

8、所有气体进入板式换热器的入口处，应制作临时过滤器，防止安装管道内残余焊渣、铁锈等杂物进入换热器内。

调试完毕拆除临时过滤器。

9、拆开膨胀机密封气的连接管路，并将膨胀机接头封口。

经全面检查合格后，可以按以下步骤进行试车。

三、空压机与空气过滤器的单机试车

目的是考核空压机的安装质量和性能参数（气量、排压、排温、电流等）以及机械运转情况（噪声、振动等）。

具体步骤与要求按空压机的说明书进行。

在该空压机试车前，首先要启动冷却水系统和仪表空气系统，它们为上述设备提供冷却水和仪表空气。

1、启动冷却水系统

1）对系统注水

关闭：

压缩机及冷却器的供水阀及回水阀。

打开：

冷却水手动补水阀及旁通阀V3003、V3002。

给系统补水，直至冷却塔补水浮球阀自动关闭。

2）开泵并排污

打开：

水泵的进水/出水阀。

注意：

应打开泵前排气阀/塞，直到有水排出再关闭。

启动并运行水泵约1小时后，关闭水泵。

关闭：

水冷却塔的补水旁通阀V3002。

打开：

设备及管路上的所有排污阀，把系统内的污水放尽。

3）启动冷却水系统

关闭：

所有排污阀。

打开：

压缩机及冷却器的供水阀及回水阀，以及补水阀从新注水，直至浮球阀关闭。

启动并运行水泵，然后打开压缩机各冷却器的回水阀直至从回水监视阀处放出回水。

2、启动仪表空气系统

正常工作时仪表空气由制氮设备提供，但在制氮设备正式投运前必须启用从储存汽化系统过来的氮气作为仪表气。

本节所指启动仪表空气系统即打通储存汽化系统的氮气：

（1）关闭：

V410，V411，V-413

（2）打开：

V414，V416，V-417

（3）启动液氮储存汽化系统

调节压力：

PGAS452、PGAS453:

≥0.45MPa

PG454、PG455:

≥0.3MPa

（4）向仪表空气系统供气。

（5）作仪表供气系统，包括通到各气动阀门的管路的气密性试验，不得有泄漏。

3、启动空压机及自洁式空气过滤器

冷却水系统和仪表空气

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