2023年空分工艺及控制介绍

北京和利时系统工程股份工业自动化事业部 北京和利时系统工程股份工业自动化事业部1页10页空分工艺及掌握介绍一、空分工艺简介空分设备，顾名思义，就是将空气分别的装置。其主体设备有：空压机、空冷塔、水冷塔、分子筛吸附器、分馏塔〔膨胀机、增压机、换热器、主塔、氩塔〕空压机：压缩空气。空冷塔：冷却水、冷冻水两级制冷，使压缩空气冷却。水冷塔：为空冷塔供给冷冻水。分子筛：净化空气，除去空气中的乙炔、碳氢化合物、CO等2膨胀机、增压机：制冷。分馏塔：使氧、氮、氩、液空分别。氧压机：将产品氧气压缩成高压氧。氮压机：将产品氮气压缩成高压氮。按工艺可把一套空分流程分为空压机系统、预冷系统、纯化系统、膨胀机系统、换热系统、分馏系统、氩系统、氧压机系统、氮压机系统和调压系统这几局部〔其中氩系统、氧压机、氮压机和调压系统依据行业和需求不同而有所取舍。另外，袋式过滤器、液氧贮存有时也作为单独的流程图画面来监控〕。其流程示意图〔主线〕如下：过滤压缩冷却净化分馏空气空压机预冷系统纯化系统分馏塔系统氮气氮压机高压氮氧气氧压机高压氧氩气原料空气由吸入塔吸入，经滤清器去除灰尘和机械杂质，在空压机中被压缩至0.55Mpa、100℃左右，压缩空气经空冷塔洗涤冷却至8～10℃，然后进入自动切换使用的分子筛吸附器，以去除 H2

O、CO和2CH，出分子筛的空气经过滤器除去分子筛粉尘后分成三路：2 2一路进入分馏塔中，空气经过主换热器与返流气体换热，被冷却至液化温度〔－173℃〕并有少量气体液化，这些气液混合物一起进入主塔的下塔。另一路空气作为膨胀气体，经增压机增压并经冷却器冷却后也进入主换热器与返流气体换热。这局部空气被冷却后从主换热器中部抽出去膨胀机，膨胀后的空气进入热虹吸蒸发器，在热虹吸蒸发器内被从主冷引出经循环吸附器吸附的液氧冷却至液化温度，进入上塔中部，局部液氧复热汽化后夹带液氧返回主冷，形成液氧自循环，进一步除去液氧中的碳氢化合物。第三局部少量空气去仪表空气系统，作为仪表气。在下塔，空气被初步分别成氮和富氧液空，在塔顶获得99.99%N 的2气氮，进入主冷与液氧换热冷凝成液氮，局部液氮回下塔作为下塔的回流液，另一局部液氮，经过冷器过冷后分成两股，绝大局部节流后进入上塔顶部，作为回流液，少量去精氩塔顶冷凝器作为冷源。从下塔顶部抽出局部氮气，去精氩塔底部蒸发器作为热源，被蒸发的精氩所冷凝，该液氮被节流后返回上塔顶部。下塔釜液36%O2

的液空，经过冷器过冷，大局部经节流后进入上塔中部参与精馏，小局部节流后进入粗氩塔冷凝器作为冷源，被粗氩冷凝时所加热而蒸发，蒸发的液空蒸气进入上塔中部参与精馏，为保证粗氩塔冷凝器的传热温差，少量液空由冷凝器排出，也进入上塔中部参与精馏。以不同状态的三股流体进入上塔经再分别后，在上塔顶部得到纯度99.99%N2

的氮气，经过冷器，主换热器复热后出分馏塔。上塔底部的液氧在主冷被下塔的氮气加热而蒸发，其中纯度为99.6%O2

的氧气，经主换热器复热后出分馏塔，其余局部作为上升蒸气参与精馏，在上塔上部有污氮抽出，仍经主换热器复热，引出分馏塔。从上塔中下部抽出含氩8～12%的氩馏分送入两级粗氩塔精馏，在I99.5%Ar的工艺氩气。其中大局部被冷凝器另一侧的液空所冷凝作为粗氩塔的回流液，粗氩塔底部的馏分液体导出后再进入上塔中下部参与精馏。另外，从主冷引出肯定量的液氧到液氧喷射蒸发器排放，以稀释主冷碳氢化合物浓度，进一步保证主冷安全。从粗氩塔来的工艺氩在氩液化器中，被富氧液空冷凝成液体后，送99.999%Ar的液体氩，这些液体氩一局部被导至液氩计量槽，再定期向液氩贮槽充灌；另一局部被下塔来的氮气加热而蒸发，成为上升蒸气参与精馏。在塔的顶部，蒸气被冷凝器中的液氮所冷凝，成为回流液参与精馏。蒸气中的氮气等不凝气排出分馏塔。同时，冷凝器中的液氧被塔中的蒸气加热而蒸发，蒸发的氮气和污氮一起复热后引出分馏塔。从分馏塔出来的污氮，一局部去纯化系统，再生分子筛，其余去水冷塔升温，增湿后放空。合格的氮气出分馏塔后，经氮压机压缩后供用户使用。合格的氧气出分馏塔后，经氧压机压缩后供用户使用。二、空分掌握方案简介目前国内比较著名的空分生产厂家有三家：杭州制氧机集团〔简称杭氧〕、开封空分集团〔简称开封空分〕和四川空气分别设备〔集团〕有限责任公司〔简称四川空分〕。依据三个厂家各自的特点，其掌握方案也有所不同。1、常规掌握：空分工艺过程的特点是掌握参数多，参数间的关联强，特别是分馏塔局部是一个典型的多输入多输出系统，全自动掌握很难实现，目前国内空分装置一般都承受手操器掌握和单回路PID掌握。空压机系统：空压机排气压力调整*空压机高压缸空气放空量调整〔杭氧，内压缩流程〕空压机高压缸空气回流量调整〔杭氧，内压缩流程〕空压机进口导叶调整〔PID或手操〕预冷系统：空冷塔液位调整*水冷塔液位调整*空冷塔进冷却水流量手操空冷塔进冷冻水流量手操水冷塔回水量手操纯化系统：污氮进气量调整**〔PID或手操〕膨胀机进口导叶手操**换热系统：膨胀机前空气温度调整*产品氧气流量调整*〔PID或手操〕或流量〕调整*〔PID或手操〕氮气去水冷塔流量调整*〔PID或手操〕*空气进冷箱手操空气去循环压缩机手操〔杭氧，内压缩流程〕分馏系统：下塔液空液位调整*液氮节流进上塔手操*污液氮进上塔手操液氮去贮槽手操纯液氧进喷射器手操液氧产品排放手操氧气去污氮管道手操液氧出液氧泵压力调整〔杭氧，内压缩流程〕液氧蒸发器液氧液位调整〔杭氧，内压缩流程〕氧气出液氧蒸发器压力调整〔杭氧，内压缩流程〕氩系统：精氩塔冷凝器氮侧压力调整精氩塔冷凝器液氮液位调整*粗氩塔冷凝器液空液位调整*II底部液氩液位调整*精氩塔蒸发器液氩液位调整*粗氩液化器氩侧压力调整液氩泵出口压力调整*精氩塔阻力调整余气放空手操氧压机系统：一级进气压力调整〔活塞式〕氧压机吸入压力调整*〔透平式〕氧压机排气压力调整*〔透平式〕高压旁通量调整*〔透平式〕试车用氮气压力调整*〔透平式〕混合气与进口氧气差压调整*〔透平式〕轴封氧气与混合气差压调整*〔透平式〕轴封氮气与混合气差压调整*〔透平式〕氮压机系统：一级进气压力调整〔活塞式〕氮压机吸入压力调整*〔透平式〕氮压机排气压力调整*〔透平式〕高压旁通调整*〔透平式〕平衡管压力调整*〔透平式〕调压系统：吸入氧气压力调整*吸入氮气压力调整*2、联锁规律空压机系统：联锁停空压机**备用油泵启停掌握*高压缸各阀的联锁〔杭氧，内压缩流程〕预冷系统：联锁停水泵*联锁停水冷机组联锁空冷塔排水阀纯化系统：联锁电加热器膨胀机系统：联锁增压机回流阀*联锁膨胀机紧急迫断阀*分馏系统：联锁液氧泵〔杭氧，内压缩流程〕氩系统：联锁粗氩泵氧压机系统：联锁停氧压机*〔活塞式〕备用油泵启停掌握*〔活塞、透平〕自动启氧压机时序*〔透平式〕正常停车时序*〔透平式〕重故障停车时序*〔透平式〕温度特别停车时序*〔透平式〕氮压机系统：联锁停氮压机*〔活塞式〕备用油泵启停掌握*〔活塞、透平〕自动启氮压机时序〔透平式〕正常停车时序*〔透平式〕重故障停车时序*〔透平式〕3、时序掌握分子筛切换〔纯化系统〕：纯化系统有两个分子筛吸附器，交互通过空气和污氮，通过空气的分子筛处于工作状态，分子筛中的吸附剂吸附空气中的杂质，除去CO、碳氢化合物等；通过污氮的分子筛处于再生状态，经过加温，带2走杂质，然后冷吹，使吸附剂恢复活性〔分子筛在高温下失去吸附能力〕。经过一个周期后两个分子筛进展切换。一般一个切换周期为4小时〔因泄压时间、加温时间、冷吹时间和均压时间均在线可调，4小时只是一个概数〕，每个周期包括了泄压、加温、冷吹和均压四个过程。每个过程的实现就是通过开关不同的电磁阀来完成的，分子筛的切换控 北京和利时系统工程股份工业自动化事业部 北京和利时系统工程股份工业自动化事业部制实质上就是对14个电磁阀的掌握〔依据设计来定，不肯定是14个阀〕。开封空分：610页北京和利时系统工程股份工业自动化事业部北京和利时系统工程股份工业自动化事业部杭氧：710页北京和利时系统工程股份工业自动化事业部北京和利时系统工程股份工业自动化事业部9页10页四川空分：氧压机启停时序掌握：活塞式氧压机掌握比较简洁，只需一个联锁停车信号就可以了，而透平式氧压机的掌握比较简单，是一个时序掌握。〔透平式氮压机与此相像，比氧压机简洁，这里就不赘述了〕10页10页 北京和利时系统工程股份工业自动化事业部油泵、排烟风机、氧气进口阀、中压旁通阀、高压旁通阀、氧气放空阀、氧气出口阀、混合气体排放阀、保安氮气阀、氮试进气压力掌握阀、泄漏气体排放阀、进口