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空分技术问答
膨胀机制冷量的大小与哪些因素有关?
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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：
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Qp=V△h/22.4=VAht•ηp/22.4qsO!
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：
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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。
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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：
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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。
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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。
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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。
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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。
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5）膨胀机绝热效率越高，制冷量越大。
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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?
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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。
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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。
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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。
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为什么液氮过冷器中能用气氮来冷却液氮?
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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。
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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。
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在空分塔顶部为什么既有液氮，又有气氮?
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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”。
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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。
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如何把氧气产量调上去?
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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：
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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。
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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。
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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。
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氧产量达不到指标有哪些原因?
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答：
影响氧气产量主要有下列因素：
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1）加工空气量不足。
空气量不足的原因有：
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①环境温度过高；{BBY\
②大气压力过低； WGR[o7
③空气吸入过滤器被堵塞；H0
④电压过低或电网频率降低，造成转速降低；s
⑤中间冷却器冷却效果不好；_1
⑥级间有内泄漏；[]
⑦阀门、管道漏气，自动阀或切换阀泄漏；jp
⑧对分子筛纯化流程来说，可能是切换蝶阀漏气。
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2）氮平均纯度过低。
原因有：
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①精馏塔板效率降低；kLK
②冷损过大造成膨胀空气量过大；1
⑧液氮纯度太低，液氮量太大；h$^X
④液氮量过小；"1:
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⑤液空或液氮过冷器泄漏；Oi'M
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。
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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。
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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。
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5）氧气管道、容器存在泄漏。
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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?
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答：
这个问题要对启动和正常操作两个阶段分别来分析。
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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。
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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。
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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。
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©空分之家------空分操作和管理人员的园地。
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如何防止氮水预冷器带水事故，带水后应如何处理?
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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。
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造成这种故障的原因有以下一些原因：
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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；Uw
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；O
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；NR]$1y
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；GL*{（
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。
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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。
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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。
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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。
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4H为什么空气冷却塔启动时要求先充气，后开水泵?
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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。
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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。
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分子筛纯化系统为什么有时会发生进水事故，怎样解决?
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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。
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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。
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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。
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为了防止分子筛纯化器发生进水事故，在操作上注意：
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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；m）Lye
②不能突然增大或减少气量；?
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③保持空冷塔的水位；TbU\BK
④水喷淋量不能过大；;k-4
⑤水质应达到要求，降低进水温度，并减少水垢。
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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。
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水冷却塔中污氮是怎样把水冷却的?
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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。
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什么空气经过冷却塔后水分含量会减少?
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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。
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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。
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为什么空气经压缩和冷却后会有水分析出?
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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。
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加工空气量不足对精馏工况有什么影响?
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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。
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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。
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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。
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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?
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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。
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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。
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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。
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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。
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