制氧工问答(7)

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。

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。

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。

“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。

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

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