大型空分预冷、纯化系统浅析
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大型空分预冷、纯化系统浅析

开封空分集团有限公司 马源
  
  　　预冷、纯化系统的流程组织及单体设备的性能对整套空分装置的性能影响重大，本文就开封空分集团设计人员针对大型空分的预冷、纯化系统的一些技术问题进行简单介绍。
　　 预冷系统的流程组织与分析：大型空分的预冷系统一般均采用氮水预冷系统，一般可分为两类：即有外加冷源和无外加冷源。我们在设计中，经过多方论证，认真比较，认为只有当用户氮气用量少于一定数量时，仅靠水冷塔降低水温，就能将出空冷塔空气温度降至12℃左右时，　　可采取无外加冷源的预冷系统，而当无外加冷源的前提下出空冷塔空气温度较高时，虽然亦可采用增加分子筛用量，加大主换热器的换热面积等措施组织流程，但与增加外加冷源的流程相比有以下不足之处：首先从制冷的基本理论而言，有外加冷源的低温制冷循环，由于进气温度降低而循环的经济性提高。其次，无外加冷源的条件下，由于进纯化系统吸附器的温度较高，分子筛吸附剂用量提高，再生气量增加，去水冷塔的污氮量减少，出空冷塔的空气温度上升，预冷、　　纯化系统相互关联影响，在夏季气温较高的恶劣条件下，若无外加冷源，预冷、纯化系统的稳定运行，将缺乏有力的保障。
　　空冷塔的设计与优化：我公司已投入运行的大型空分的空冷塔顶部气——水温差小于1℃，且空冷塔阻力在合理范围内，说明其热力计算、结构设计的优化工作是合理、精确的。空冷塔空气出口防带水也是很重要的问题，我们在设计中采取以下措施：采用开封空分集团独家拥有的新型、高效、先进的水分布器，使水分布更加均匀，水与空气充分接触，保证换热性能的同时，气体通量在70％以上，大大降低带水的可能性(该结构已在宝钢30000、德州40000等50余套空分中应用)；再通过对液滴在重力作用下自由沉降速度，计算出合理的自由分离游离水空间，以及加设除沫器的方法，有效地防止空冷塔出口空气含有游离水。
　　水冷塔的设计与优化：水冷塔的热力计算优化的目的在于在一定的制造成本下，获得最佳的传热与传质效果，有更低的能耗，经济性最好。
　　纯化系统的组织与分析：大型空分装置的纯化系统，易采用长周期设计，从而使吸附剂及阀门使用寿命延长，切换损失减小，同时减少因切换引起的压力波动次数，保持主塔工况稳定，对于预冷系统带水冷塔的流程，采用长周期设计可以减少再生污氮量，这样更有利于预冷系统的工作，使二者之间形成良好的匹配，彼此良性循环，使两个系统保持长期可靠稳定运行。另外，切换系统采用无冲击切换控制技术，进一步确保运行的稳定性，保证充气过程平稳及装置在再生过程中工况的相对稳定。
　　吸附器的设计与优化：在大型空分设置中，由于分子筛吸附剂装填量较大，活性氧化铝对分子筛能起到保护作用，而推荐采用双层床结构。吸附参数的选取：空气通过吸附床层时，吸附剂的动吸附容量与许多因素有关，主要的因素是空气的温度和湿度、空气的流速、压力、吸附剂的再生完善度和吸附床高等。
　　再生加热器的设计与优化：加热器为吸附剂的再生提供热量，可分为电加热器和蒸汽加热器两种。其中蒸汽加热器结构设计难点在于有效地防止蒸汽泄漏到再生气侧，我公司的双管板蒸汽加热器技术，从结构和工艺上确保吸附器的安全工作。电加热器结构设计重点在于气流均匀分布防止局部过热而损坏电热元件。加热器的可靠运行为纯化系统的正常运行提供必要的保证。
  

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