PMI培训资料：空分空压装置培训课件

空分空压装置培训课件Airseparation&Aircompressionsystem装置简介

恒逸文莱PMB石油化工项目空分空压是一套15000Nm3/h深冷制氮装置，此套深冷制氮装置能满足70%〜130%的变负荷稳定运行要求。设施包括75000Nm3/h空气分离压缩系统、空气预冷系统、分子筛纯化系统、增压透平膨胀系统、板式换热系统、精馏制氮系统、液氮储存与汽化系统。另外配套的热水站、制冷站、第二循环水场隶属空分空压装置管辖。AirSeparation&AirCompressionsystemisasetof15000Nm3/hcryogenicnitrogenUnit,thissetofcryogenicnitrogenUnitcanmeetthestableoperationofvariableload70%~130%.Itinclude75000Nm3/hairseparation,airpre-coolingsystem,molecularsievepurificationsystem,turbochargingsystem,turbineexpansion,platetypeheatexchangersystem,distillationsystem,nitrogensystem.Theliquidnitrogenstorageandvaporizationsystem.Inadditiontosupportingthewaterstation,refrigerationstation.The2ndcoolingwatersystemisinchargebyairpressure&airseparationUnit.装置简述

空压装置设置六台离心式压缩机，五开一备，单台打气量15000Nm3/h，空气经过滤后再经压缩机压缩后，一路送至空分装置进行深冷分离，另一路经仪表空气干燥器后再进入仪表空气缓冲罐。仪表空气分三路，一路送入厂区压缩空气管网，供全厂压缩空气用户使用；一路送入厂区仪表空气管网，供全厂仪表空气用户使用；另一路经仪表空气增压机增压至3.75MPa送入仪表空气事故罐，当事故状态下，仪表空气管网中断供气，事故罐送出仪表空气进入仪表空气管网，供事故状态下装置停车使用。Theairpressuredeviceisarrangedsixcentrifugalcompressors,5duty1standby,singlecapacity15000Nm3/h,theairisfilteredandcompressedbythecompressorthenpartofthembesenttotheairseparationdeviceofcryogenicseparation,theotherbesenttoinstrumentairdryerbeforeenteringtheairbuffertank.Instrumentairhavethreewaytogo,1stwayissenttothecompressedairnetwork,forallusersinplant;the2ndwayissentintotheplantinstrumentairsystem;the3rdwayofinstrumentaircompressorispressurizedto3.75MPathensentintotheairaccidenttank.Whenintheaccidentconditions,instrumentairaccidenttankwillreleaseoutinstrumentairandsupplyintotheinstrumentairnetworkforprocessUnittoshutdown.装置简述

来自空压机的压缩空气，进入预冷系统进行洗涤降温后，送往分子筛系统，经分子筛吸附去除空气中的水份、CO2、碳氢化合物后，进入主换热器中被返流污氮气降温至液化温度，液化空气进入精馏塔参与精馏，产品氮气出装置分两路，一路送入厂区0.7MPa的低压氮气管网，供氮气用户使用，另一路进入氮气增压机增压至0.85MPa，送至重整装置催化剂再生使用。此外，精馏塔内的液氮被送入后备氮系统，在液氮中压储罐（3.0MPa）送出一路2.5MPa。Thecompressedairfromcompressorsentintothecoolingsystemforwashingandcooling,thensenttothesystembymolecularsieve,molecularsieveadsorptionremovalofmoisture,CO2,hydrocarbonsintheair,andsentintothemainheatexchangerwasrefluxwastenitrogencoolingtotheliquefactiontemperature,liquefiedaircomeintothedistillationcolumn,theproductnitrogenfromthedeviceisdividedintotwoways:oneissentintolowpressurenitrogenpipenetwork,thewayintothefactoryof0.7MPa,fornitrogenusers,anotherwaytoenterthenitrogencompressorpressurizedto0.85MPa,thensenttothecatalystreformingUnit.Inaddition,distillationtowerwasputintoliquidnitrogennitrogenreservesystem.空分装置三维模型图公用工程分部空分空压工艺流程简图目录一.空气过滤系统二.空气压缩机系统三.仪表风增压机系统四.氮气压缩机系统

为获得空气中高纯度氮和氧，必须除去灰尘和机械杂质，否则会堵塞设备，腐蚀管线。根据空分设备对除尘的要求，对0.1um以上的粒子100%的除去，所以设置了空气净化系统对空气进行过滤。（一）空气过滤一.空气过滤系统（1）除尘方法惯性力除尘离心力除尘过滤除尘洗涤除尘电除尘一.空气过滤系统①内部过滤：松散的滤料装在框架上，尘粒在过滤层内部被捕集。②表面过滤：用滤布或滤纸等较薄的滤料，将尘粒黏附在表面上的尘粒层作为过滤层，进行尘粒的捕集（自洁式过滤器采用表面过滤方式）。（2）过滤除尘的两种过滤方式一.空气过滤系统一.空气过滤系统自洁式过滤器（3）自洁式过滤器的工作原理

自洁式空气过滤器的进气室出口与空压机入口连接，在负压的作用下，从大气中吸入加工空气。空气经过过滤筒，灰尘被滤料阻挡。无数小颗粒粉尘在滤料的迎风表面形成一层尘膜。尘膜可使过滤效果有所提高，同时也使气流阻力增大。当阻力增至高限600KPa时，由压差变送器将阻力信号传给脉冲控制仪中的电脑，电脑发出指令，自洁系统开始工作。一.空气过滤系统（3）自洁式过滤器的工作原理一.空气过滤系统

电磁阀接到指令后，按程序控制、驱动隔膜阀，隔膜阀瞬间释放出压缩空气，其压力为600～800kPa，经喷嘴整流后，自滤筒内部反吹滤筒，将滤料外表面的粉尘吹落，阻力随之下降。当阻力达到滤料的初始阻力(约150KPa)时，自洁系统停止工作。自洁式过滤器剖面图一.空气过滤系统

进气出气进气自洁式过滤器滤芯一.空气过滤系统二.空气压缩机系统压缩机是将低压流体提升为高压的一种从动的流体机械设备，通常在压缩过程中，都伴随着机械能向流体内能、动能、势能的转换过程。空气压缩机(K5701-K001A/B/C/D/E/F)：数量：6台正常运行时：五开一备（5台运行，1台在备机状态）（一）空气压缩机的定义（二）空气压缩机的作用（1）给全装置提供工厂空气及仪表用气压力0.85MPa，最大供给量24500Nm3/h。（2）给本空分装置提供原料空气压力0.85MPa—0.95MPa，最大流量在51500Nm3/h。

二.空气压缩机系统（三）压缩机的类型、数量空气压缩机：数量：6台形式：离心式仪表风增压机：数量：1台形式：往复式氮气增压机：数量：2台形式：往复式二.空气压缩机系统原理：汽轮机（或电动机）带动压缩机主轴叶轮转动，在离心力作用下，气体被甩到工作轮后面的扩压器中去。而在工作轮中间形成稀薄地带，前面的气体从工作轮中间的进气部份进入叶轮，叶轮不断旋转，气体能连续不断地被甩出去，从而保持了气压机中气体的连续流动。气体因离心作用增加了压力，还可以很大的速度离开工作轮，气体经扩压器速度降低，动能转变为静压能，进一步增加了压力。如果一个工作叶轮得到的压力还不够，可通过使多级叶轮串联起来工作的办法来达到对出口压力的要求，级间的串联通过弯通回流器来实现。这就是离心式压缩机的工作原理。。

（四）离心式压缩机原理及结构二.空气压缩机系统结构分为：转子和定子两大部分。转子：叶轮、平衡盘、推力盘、连轴器等主要部件组成。定子：电机壳、扩压器、轴流器、轴承和蜗壳等组件。空压机外形图离心式压缩机的结构（五）常见故障原因及对策——之一润滑油带水的原因及危害：

润滑油中含水规定不超过0.03%，若润滑油中含水超标，有以下危害:(1)严重破坏润滑油形成的油膜，影响润滑效果；(2)加速有机酸对金属的腐蚀作用；(3)对管线和设备造成腐蚀和结垢；

(4)使润滑油中添加剂失效，粘度增加，流动性变差；(5)低温时易结冰，堵塞油路；(6)加大了润滑油的乳化程度，使润滑油在温度较高时易汽化，产生气泡。（五）常见故障原因及对策——之二

压缩机喘振：压缩机流量减少，叶轮流道内气体严重的旋转是产生“喘振”的内因，而管网阻力增加气体流量的减少是产生“喘振”的外因。离心式压缩机产生喘振的具体原因有以下几点：a.工艺系统操作不平稳，压缩机入口流量或出口压力发生突然变化，压缩机相应出现不平稳运行工况。二.空气压缩机系统b.压缩机防“喘振”极限调控系统失调，或存在防“喘振”调节阀卡住、压缩机出口管线堵塞等增加压缩机管网阻力，减少压缩机入口流量的现象。c.压缩机出口阀开度过小增加出口压力，或者是压缩机入口阀开度过小,影响入口流量。d.压缩机进口气体中存在太多杂物。二.空气压缩机系统压缩机发生喘振如何处理a.压缩机发生喘振时出口升高流量下降，迅速打开放空阀（防喘振阀）降低出口压力，升高流量。b.喘振原因是压缩机入口造成的，及时处理提高入口压力适当减少出口流量，确保压缩比正常。c.当压缩机发生异常声时检查流量变化进行调节远离防喘振线。二.空气压缩机系统

仪表空气规格：Instrumentairspecification

温度：≤40℃Temperature:≤40℃

含油量：＜10mg/m³Oilcontent:＜10mg/m³

含尘量：＜1mg/m³Dustcontent:＜1mg/m³

含尘微粒：≤3μmParticlecontainingdust≤3μm

露点温度：≤-10℃（操作压力下）Dewpointtemperature:≤-10℃（underoperatingpressure）

园区仪表气管网恒压供气，供气压力0.7MPaPressureboundary:0.7MPa三.仪表风及增压系统三.仪表风及增压系统压缩热再生式仪表空气干燥机压缩空气经仪表空气干燥器后，达到仪表气质量标准，一路送入全厂仪表管网，一路经仪表气增压机增压后送入仪表风事故储罐。仪表风增压机的作用：仪表风增压机（5701-K002）数量：1台形式：往复式作用：为仪表风系统的200m3仪表风事故贮罐增压、稳压在3.75MPa。三.仪表风及增压系统仪表风的用户：一路压力0.7MPa、温度40℃送入厂区压缩空气管网，供全厂压缩空气用户使用；

一路压力0.7MPa、温度40℃送入厂区仪表空气管网，供全厂仪表空气用户使用。

另一路经仪表空气增压机增压至3.75MPa送入仪表空气事故罐，当事故状态下，仪表空气管网中断供气，事故罐送出仪表气进入仪表空气管网，供事故状态下装置停车使用。三.仪表风增压机系统氮气压缩机的作用：氮气压缩机（5701-K003A/B）数量：2台形式：往复式作用：将主换热出来的0.7MPa的氮气加压至0.85MPa外送管网四.氮气压缩机系统氮气的用户

产品氮分两路，一路进入0.7MPa的氮气管网供装置使用；另一路进入氮气增压机增压至0.85MPa，送至重整装置催化剂再生用。四.氮气压缩机系统公用工程分部空分空压工艺流程简图目录一.空气分离系统二.空气预冷系统三.分子筛纯化系统四.增压膨胀机系统五.主换热器系统六.精馏制氮系统七.后备氮系统（一）空气的组成组分Component分子molecule分子量/MOL体积/VOL.％标准大气压下沸点（K）BOILINGPOINT(ATM)氧O23220.9590.18氮N22878.177.35氩Ar400.9387.29氖Ne20.2l.8×10-327.09氦He45.24×10-44.215氪Kr83.81×10-4119.79氙Xe31.38×10-6165.02氢H225×10-520.27一.空气分离基础知识

从空气组成表可以看出，空气中的主要物质是氧、氮及稀有气体，空气分离低温装置就是根据空气中氧、氮的沸点不同进行气体分离的装置，空分装置分馏塔通常采用填料塔，筛板塔。液态产品输出采用内压缩，气态产品输出采用外压缩。空气分离装置包括空气分离制氧装置和空气分离制氮装置，分离过程包括空气预冷、分子筛纯化、增压透平膨胀机制冷、精馏、产品输送。一.空气分离基础知识简单说就是利用物理或者化学方法将空气混合物各组份进行分开，获得高纯氧气和高纯氮气以及一些稀有气体的过程。空气中的主要成分是氧和氮，它们分别以分子状态存在，均匀地混合在一起，通常要将它们分离出来比较困难，目前工业上主要有三种方式。一.空气分离基础知识（二）空气分离定义一.空气分离基础知识

（三）空气分离的目的

利用去除杂质，灰尘等腐蚀性组份的空气，在一定的压力、温度下使其达到液化状态，将空气中沸点不同的氧氮组份进行分离，已达到获取高纯度氧氮产品的要求。（1）深冷法（也称低温法）将混合物空气通过压缩、膨胀和降温直至空气液化，然后利用氧、氮汽化温度、沸点的不同（在标准大气压下，氧的沸点为﹣１８３℃；氮的沸点为﹣１９６℃），沸点低的氮相对于氧要容易汽化这个特性，在精馏塔内让温度较高的精馏蒸气与温度较低的液体不断相互接触。（四）空气分离方法一.空气分离基础知识

利用低沸点组分氮较多蒸发高沸点组分氧的原理，使上升蒸气氮含量不断提高，下流液体中的氧含量不断增大，从而实现氧、氮的分离。要将空气液化，需将空气冷却到﹣173℃以下的温度，这种制冷叫深度冷冻，而利用沸点差将液态空气分离为氧、氮、的过程称之为精馏过程。深冷与精馏的组合是目前工业上应用最广泛的空气分离方法。一.空气分离基础知识（2）吸附法：利用多孔性物质分子筛对不同的气体分子具有选择性吸附的特点，对气体分子不同组份有选择性的进行吸附，达到单高纯度的产品，吸附法分离空气流程简单，操作方便运行成本较低，但不能获得高纯度的的双高产品。（3）膜分离法：利用一些有机聚合膜的潜在选择性，当空气通过薄膜或中空纤维膜时，氧气穿过膜的速度比氮快的多的特点，实现氧、氮的分离。这种分离方法得到的产品纯度不高，规模也较小，目前只适用于生产富氧产品。一.空气分离基础知识

本装置是由中国空分设计的KDN-18000/1500型空气深冷法制氮装置，设计产气氮18000Nm3/h，产液氮1500Nm3/h（折合气量），此工艺能够满足装置70%-—130%的生产负荷使用需求。本装置采用深冷法空气分离：一.空气分离基础知识深冷法制氮原理：深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183℃，后者的为-196℃)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。一.空气分离基础知识单级精馏制氮塔单级制氮塔冷箱一.空气分离基础知识（五）空气分离工艺流程的组成：（1）压缩系统（2）预冷系统（3）纯化系统（4）分馏系统（5）液体贮存及汽化系统一.空气分离基础知识进气初步净化压缩产品输出分离惰性气体回流提取初步冷却低温储罐充液液体装车气瓶灌装78%氮气21%氧气1%氩气空气分离的流程流程简介：

经空压机压缩的空气流量设计值为75000Nm3/h，其中进入空分预冷系统最大空气量为51500Nm3/h，温度≤120ºC，压力在0.85MPa空气进入空冷塔、水冷塔以逆流形式自下而上，依次循环冷却水、低温冷冻水喷淋冷却为10℃左右，进入分子筛纯化系统。二.空气预冷系统

二.空气预冷系统

空冷塔结构图塑料鲍尔环金属鲍尔环空冷塔内件丝网除沫器作用：丝网除沫器是一气液分离设备，气体通过除沫器的丝垫，可除去空气中夹带的雾沫。水冷塔填料：型式：散堆填料填料材质：聚丙烯鲍尔环型号50体积：34m3

高度：20200mm直径：2000mm二.空气预冷系统三.分子筛纯化系统

分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体或铝氧四面体，通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小的孔道和空腔体系。分子筛无毒、无味、无腐蚀性，不溶解于水及有机溶剂，但能溶解于强酸和强碱。分子筛加热失去结晶水，晶体内形成许多空穴，其孔径大小与气体分子直径相近，且非常均匀。它能把小于孔径的分子吸附进孔隙内，把大于孔隙的分子挡在孔隙外面。因此，它可以根据分子的大小，把各种组分分离，分子筛由此得名。分子筛定义：三.分子筛纯化系统分子筛原理：三.分子筛纯化系统

分子筛对物质的吸附来源于物理吸附（范德华力），其晶体孔穴内部有很强的极性和库仑场，对极性分子（如水）和不饱和分子表现出强烈的吸附能力。球状型分子筛三.分子筛纯化系统条状型分子筛

纯化器分子筛罐的形式：立式和卧式三.分子筛纯化系统（1）双塔正流空气膨胀制氧氮空分工艺

（2）单塔返流膨胀制氮空分工艺

本装置采用单塔返流膨胀制氮空分工艺，冷量大部分是由返流污氮气经增压膨胀后产生的。（一）增压膨胀机制冷形式四.增压膨胀机系统增压膨胀机示意图四.增压膨胀机系统冷量：冷量是在制冷中习惯用的一种称呼，制冷就是要获得比周围空气温度更低的低温，它相对于周围空气来说，就有了吸收热量的能力，通常把低温物体相对于周围常温空气所具有的吸收热量能力的大小叫冷量。物体的温度越低(与周围空气的温差越大)，数量越多，则吸收热量的能力越大，叫冷量越大。

五.主换热器系统1：膨胀机制冷（占制冷量的70%）2：节流制冷（节流阀占制冷量的15%）3：换热制冷（占制冷量的10%）4：空气预冷（占制冷量的5%）空分装置的冷量来源：五.主换热器系统五.主换热器系统本装置冷量来源示意图板翅式主换热器简易流程图板翅式换热器外形图五.主换热器系统主冷凝蒸发器：

氧氮的分离是通过精馏来实现的，精馏过程必须有上升蒸气和下流液体，为了得到高纯度氮产品，主冷凝蒸发器起到了至关重要的作用，精馏过程是在下塔和主冷凝蒸发器中实现的，下塔的富氧液空作为主冷凝蒸发器的冷源和回流液，在主冷凝蒸发器中富氧液空释放冷量将气氮冷凝，而本身被复热蒸发，与部分氮气混合作为污氮蒸发气送出精馏系统，气氮和液氮随系统送往外界。五.主换热器系统本装置精馏概述：

本装置采用单级制氮塔，目的制取高纯度的氮气，供给后续装置使用，制氮塔过程中会产生一定量的富氧液空，被送入主冷凝蒸发器中，氧含量在37%----40%之间，为制氮塔上部提供精馏冷量，大部分蒸发污氮气从塔顶出来，在主换热器中被进塔加工空气复热，一股作为分子筛再生气使用后放空，一股进入水冷塔将循环冷却水降温后放空，从而降低了塔内的氧含量，确保精馏工况正常运行。六.精馏制氮系统精馏原理：

对于两种沸点不同的物质（氧与氮）组成的混合液体，在吸收热量而部分蒸发时，易挥发组份氮将较多地蒸发；而混合蒸气在放出热量而部分冷凝时，难挥发组份氧将较多地冷凝。如果将温度较高的饱和蒸汽与温度较低的饱和液体接触，则蒸气将放出热量给饱和液体。蒸气放出热量将部分冷凝，液体将吸收热量而部分蒸发。使得蒸气中的氮浓度及液体中的氧浓度将进一步提高，这样的过程进行多次，蒸气中的氮浓度越来越高，最终达到氧、氮分离。这个过程就叫精馏。六.精馏制氮系统

精馏塔的组成：（1）单级精馏塔（主冷凝蒸发器和塔身一体）（2）双级精馏塔（分上塔和下塔主冷凝蒸发器在上下塔中间）六.精馏制氮系统

单级精馏塔

作用：单级精馏塔也可能生产制取氧、氮产品，但它只能制取一