I. Einführung in die Luftzerlegungsanlage
Die sogenannte Luftzerlegungsanlage ist, vereinfacht ausgedrückt, ein Gerät, das die Hauptgasbestandteile der Luft trennt. Es kühlt die Luft tief bis zum flüssigen Zustand ab und nutzt die unterschiedlichen Siedepunkte der Bestandteile flüssiger Luft, um Sauerstoff, Stickstoff und Argon schrittweise zu trennen. Die Luft enthält außerdem Edelgase wie Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon sowie Verunreinigungen wie Feuchtigkeit, Kohlendioxid und Staub, die alle abgeschieden und gereinigt werden müssen. In den meisten Fabriken besteht die Hauptaufgabe der Luftzerlegungsanlage darin, sauberen Sauerstoff, Stickstoff, Argon usw. zu trennen und zu produzieren.
(I) Einführung in das Prinzip
Die Hauptbestandteile der Luft sind Stickstoff, Sauerstoff und Argon, daher besteht der Hauptzweck der Trennung darin, diese drei reinen Gase zu erhalten.
Die Hauptverunreinigungen der Luft sind Feuchtigkeit, Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffe.
Bei der Luftzerlegung geht es darum, schädliche Verunreinigungen in der Luft zu entfernen und das Mischgas in „reine“ Gase wie Stickstoff, Sauerstoff und Argon aufzuteilen.
Das Grundprinzip der Luftzerlegung besteht darin, dass Stickstoff, Sauerstoff und Argon in der Luft unterschiedliche Blasenpunkte (Taupunkte, Siedepunkte) haben und durch Destillation getrennt werden. Ihre Siedepunkte sind: N₂: -195,8 Grad; O₂: -183,0 Grad; Ar: -185,7 Grad.
Destillationsprozess: Auf der Destillationsplatte stehen der gesättigte Dampf mit höherer Temperatur und die gesättigte Flüssigkeit mit niedrigerer Temperatur in vollem Kontakt. Der gesättigte Dampf gibt Wärme an die gesättigte Flüssigkeit ab und kondensiert teilweise selbst; Die gesättigte Flüssigkeit nimmt Wärme auf und verdampft teilweise. Sauerstoff ist eine Komponente mit hohem -Siedepunkt- und kondensiert stärker in der flüssigen Phase; Stickstoff ist eine Komponente mit niedrigem -Siedepunkt- und verdampft stärker in die Gasphase.
II. Einführung in den Prozessablauf
Der aktuelle Prozessablauf der Luftzerlegung ist ungefähr wie folgt: Die Atmosphäre wird zunächst durch das Kompressionssystem komprimiert, gelangt dann zur Vorkühlung in das Vorkühlsystem, gelangt dann in das Reinigungssystem, um einige Verunreinigungen wie Feuchtigkeit und Kohlendioxid zu entfernen, wird dann durch das Wärmeaustauschsystem weiter gekühlt und gelangt dann in das Destillationssystem (hauptsächlich einschließlich Expander, Kühlboxen usw.). Die Kühlbox enthält Haupttürme, Hauptkühlung, Flüssigkeitspumpen und andere Geräte, in denen der Destillationsprozess abgeschlossen wird System) und gelangt schließlich in das Backup-System wie Produktvergasung, Komprimierung und Lagerung.
III. Einführung in das System (oder die Ausrüstung) der Luftzerlegungsanlage
(I) Kompressionssystem
Am Anfang des Luftkompressionssystems befindet sich ein Luftfilter, der zur Filterung mechanischer Verunreinigungen in der Luft dient. Es gibt hauptsächlich selbstreinigende Luftfilter; Der Zweck der Kompression besteht darin, die Luft vor-zu komprimieren. Die Ausrüstung umfasst hauptsächlich Dampfturbinen, Luftkompressoren, Kompressoren usw.
Selbstreinigender -Filter: Generell gilt, dass mit zunehmendem Gasvolumen die Anzahl der Filterpatronen zunimmt und auch die Anzahl der Schichten höher ist. Doppel-Schicht für 25.000-Grad und höher und drei-Schicht für 60.000-Grad und höher; Ein einzelner Kompressor muss mit einem separaten Filter ausgestattet sein und ist windaufwärts angeordnet.
Dampfturbine: Der Hochdruckdampf dehnt sich aus, um Arbeit zu verrichten, treibt das koaxiale Laufrad in Rotation und verrichtet so Arbeit an der Arbeitsflüssigkeit. Zu den gebräuchlichen Formen gehören die Vollkondensation, der Vollgegendruck und die Extraktionskondensation. Die am häufigsten verwendete Form ist die Extraktionskondensation.
Luftkompressor: Große Luftzerlegungsanlagen verwenden meist isotherme Radialkompressoren mit einer Welle. Der Energieverbrauch importierter Geräte ist etwa 2 % niedriger als der inländischer Geräte und die Investition ist 80 % höher; Der Auslass ist entlüftet und es ist keine Rücklaufleitung vorgesehen. Es gibt eine Mindestansaugstrom-Schutzanforderung, und die Einlassleitschaufel wird zur Strömungsregulierung verwendet. Importierte und inländische Geräte verfügen alle über eine vier-Stufenkompression und eine drei-Stufenkühlung (die letzte Stufe wird nicht gekühlt). Der Hauptluftkompressor ist mit einem Wasserwaschsystem ausgestattet, um die Ablagerungen auf der Oberfläche des Laufrads und des Spiralgehäuses auf jeder Ebene zu waschen. Dies ist ein kompletter Satz mit dem Hauptmotor.
Booster: Große Luftzerlegungsanlagen verwenden meist isotherme Einwellen-Zentrifugalkompressoren und Zahnrad-Zentrifugalkompressoren. Unter diesen hat der Getriebetyp einen größeren Vorteil im Energieverbrauch, insbesondere unter Bedingungen mit relativ hohem Druck.
(II) Vorkühlsystem
Die Funktion des Vorkühlsystems besteht darin, die Luft vorzukühlen, damit im nächsten Schritt Wasser, Kohlendioxid, Staub und andere Verunreinigungen in der Druckluft gereinigt werden können. Zur Hauptausrüstung gehören Luftkühlturm, Wasserkühlturm, Kühlwasser- und Kaltwasserpumpen usw.
Luftkühlturm: Es gibt zwei Formen: geschlossene Zirkulation (der Luftkühlturm ist in zwei Abschnitte unterteilt, den oberen und unteren Abschnitt, und das gekühlte Wasser zirkuliert zwischen dem oberen Abschnitt des Luftkühlturms und dem Wasserkühlturm) und offene Zirkulation (in das zirkulierende Wassersystem). Der geschlossene Kreislauf wird hauptsächlich in Chemieanlagen mit schlechter Wasserqualität eingesetzt, die mit Frischwasser und Chemikalien ergänzt werden müssen; Offene Zirkulation ist weit verbreitet, aber das zirkulierende Wassersystem muss auch regelmäßig mit Frischwasser ergänzt werden und die Arbeitsbedingungen im Sommer müssen berücksichtigt werden. Sein Design besteht im Allgemeinen aus einem 1-Meter-Kugelring aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 76 (hohe Temperaturbeständigkeit) an der Unterseite, einem 3-Meter-Kugelring aus verstärktem Polypropylen mit einem Durchmesser von 76 (großer Fluss) und einem 4-Meter-Kugelring aus verstärktem Polypropylen mit einem Durchmesser von 50.
Wasserkühlturm: Es gibt zwei Typen: zweistufigen Typ (wenn keine externe Kältequelle vorhanden ist, wird die Kältekapazität von trockenem, verschmutztem Stickstoff vollständig zurückgewonnen, um das Vorkühlsystem zu gewährleisten, aber der Widerstand ist doppelt so groß, 7 Meter + 7 Meter Polypropylen-Kugelring ø50) und einstufiger Typ (wenn eine externe Kältequelle vorhanden ist, 8 Meter Polypropylen-Kugelring ø50).
Sonstiges: Im Allgemeinen müssen alle Wassereinlässe im Vorkühlsystem mit Filtern ausgestattet sein (im Allgemeinen 6 Einheiten: 4 Wasserpumpen, Wassereinlass zum Wasserkühlturm und Wassereinlass zur Verdampfungsseite des Kühlers), um zu verhindern, dass Verunreinigungen in das System gelangen. Der Effekttest ist: Das Auslassgas des unteren 4-Meter-Packungsabschnitts ist 1 Grad niedriger als das Einlasswasser; Das Auslassgas des oberen 8-Meter-Packungsabschnitts liegt 1 Grad höher als das Wasser. In der Regel wird in der Mitte des Luftkühlturms (in den Innenraum hinein) ein Thermometer angebracht.
(III) Reinigungssystem
Die Funktion des Reinigungssystems besteht darin, Verunreinigungen wie Feuchtigkeit, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe aus der Luft zu entfernen, um die Reinheit von Stickstoff, Sauerstoff und Argon in den Luftprodukten sicherzustellen. Die verwendeten Adsorber sind vertikale Axialströmung, horizontale Doppel--Schichtbetten und vertikale Radialströmung.
Vertikaler axialer Fluss: Wird hauptsächlich für Luftzerlegungsgeräte unterhalb der 10.000-Ebene verwendet (Durchmesser hat 4,6 m erreicht), die Bettdicke beträgt 1550–2300 mm, Doppelschicht oder Einzelschicht können angeordnet werden und die Luftstromverteilung ist am besten.
Horizontales Doppelschichtbett: Wird hauptsächlich für große und mittelgroße Luftzerlegungsanlagen verwendet, Bettdicke 1150 mm (Molekularsieb) + 350mm (Aluminiumgel).
Vertikaler Radialfluss: Kann den Innenraum des Behälters effektiv nutzen, so dass die Fläche der Adsorptionsschicht mit demselben Durchmesser um etwa das 1,5-fache vergrößert wird, wodurch die Höhe des Turms effektiv verringert wird und die vertikale Platzierungsmethode eine kleinere Fläche einnimmt. Da der Luftstrom im Gegensatz zum ungleichmäßigen Luftstrom des horizontalen Adsorbers gleichmäßig verteilt ist, wird die Menge an Molekularsieb um 20 % reduziert und der Energieverbrauch für die Regeneration wird ebenfalls um 20 % eingespart. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass das Luftstromzentrum konzentriert ist (fächerförmiger Bereich) und die Durchdringungszeit schneller ist als beim horizontalen Typ (CO₂<0,5 ppm ist erforderlich). Die Bettdicke beträgt 1000 mm+200mm, was der Konfiguration von Luftzerlegungsanlagen über 20.000 Ebenen gerecht wird.
IVWärmeaustauschsystem
Der Zweck des Wärmeaustauschsystems besteht darin, die Luft für den nächsten Destillationsvorgang weiter abzukühlen. Die Quelle der Kälteenergie ist die Verdampfung eines Teils der Luft durch den Turbinenexpander. Seine Struktur ist eine mehrschichtige Platte-vom Rippentyp. Durch die Lamellen erfolgt ein guter Wärmeaustausch zwischen benachbarten Kanälen. Es dient zur Kühlung der von Molekularsieben adsorbierten Druckluft, um Wasser und CO₂ zu entfernen. Dabei wird jedes Rückflussgas (Flüssigkeit) auf Raumtemperatur erhitzt.
Streng genommen kann die Gestaltung mehrerer Ströme gemischter Medien im selben Wärmetauscher die Wärmeübertragung jedes Mediums automatisch ausgleichen und den Energieverbrauch minimieren. Für den Innenkompressionsprozess werden jedoch alle Wärmetauscher Hochdruckwärmetauscher sein, was die Investitionen erhöht. Daher ist es wirtschaftlicher, Hoch- und Niederdruck für interne Kompressionswärmetauscher oberhalb von 20.000 Stufen zu trennen, und alle Hochdruckwärmetauscher sind unterhalb von 20.000 Stufen konfiguriert.
V-Fraktionierungssystem
Der Zweck des Fraktioniersystems besteht darin, die gereinigte und tiefgekühlte Druckluft schrittweise in Sauerstoff, Stickstoff, Argon usw. zu fraktionieren. Die Hauptausrüstung ist die Kühlbox (einschließlich Hauptturm, Hauptkühlung, Unterkühler, Rohargonturm, Flüssigsauerstoffpumpe, Flüssigkeitspumpe usw.).
Kühlbox: Es handelt sich um eine quadratische oder runde Metallkonstruktion, die das höchste Symbol der Luftzerlegungswerkstatt darstellt. Es ist mit Perlsand gefüllt, um den Kälteverlust zu reduzieren. Durch die Destillationswirkung an der Turmplatte und der Packung wird die Luft in der Coldbox zerlegt.
Destillationsturm: Der Turmkörper ist zylindrisch, mit mehreren Lagen Siebplatten im unteren Turm, einem Überlaufeimer auf der Siebplatte, einem Überlaufleitblech und dicht mit kleinen Löchern bedeckt; Der obere Turm ist mit einer regulären Packung und einem Flüssigkeitsverteiler ausgestattet. Bei der Destillation im unteren Turm durchströmt die Flüssigkeit nacheinander jede Siebplatte von oben nach unten. Durch die Wirkung des Überlaufwehres bildet sich am Pedal eine bestimmte Flüssigkeitsspiegelhöhe aus. Wenn das Gas von unten nach oben durch die kleinen Löcher der Siebplatte strömt, kommt es mit der Flüssigkeit in Kontakt und erzeugt Blasen, wodurch die Kontaktfläche zwischen Gas und Flüssigkeit vergrößert wird und der Wärme- und Stoffaustausch effizient erfolgt. Die Komponenten mit niedrigem -Siedepunkt verdampfen allmählich und die Komponenten mit hohem -Siedepunkt verflüssigen sich allmählich. An der Spitze des Turms wird reiner Stickstoff mit niedrigem Siedepunkt erhalten, und am Boden des Turms werden sauerstoffreiche, flüssige Luftbestandteile mit hohem Siedepunkt erhalten. Während der Destillation im oberen Turm passiert das Gas den Verteiler und steigt entlang der Packungsplatte auf. Durch den Wasserverteiler wird die Flüssigkeit gleichmäßig von oben nach unten auf der Packungsplatte verteilt. Auf der Oberfläche der Packung stehen Gas und Flüssigkeit vollständig in Kontakt und sorgen so für einen effizienten Wärme- und Stoffaustausch. Der Sauerstoffgehalt mit niedrigem -Siedepunkt im aufsteigenden Gas steigt weiter an, und die Sauerstoffkomponente mit hohem -Siedepunkt wird in großen Mengen heruntergespült, um Rückflussflüssigkeit zu bilden. Schließlich wird am oberen Ende des Turms reiner Stickstoff mit niedrigem -Siedepunkt und am Boden des Turms flüssiger Sauerstoff mit hohem -Siedepunkt erhalten.
VI Speicher- und Verdampfungs-Backup-System
Lagern, verdampfen und füllen Sie den fraktionierten flüssigen Sauerstoff, den flüssigen Stickstoff und das flüssige Argon. Zur Hauptausrüstung gehören ein Lagertank für kryogene Flüssigkeiten, ein Verdampfer, eine Flaschenfüllpumpe, eine Füllplattform usw.
Sauerstoff- und Stickstoffprodukte mit niedrigem -Druck: Produktregelventil einstellen und Strömungsweg entlüften, in den Schalldämpfer entlüften (Innenteile für Stickstoff sind aus Kohlenstoffstahl, Innenteile für Sauerstoff sind aus Edelstahl).
Verunreinigter Stickstoff: Stellen Sie die Entlüftung in den Wasserkühlturm ein (um verschmutzten Stickstoff abzulassen, regeneriertes Gas zuzuweisen und den Druck im oberen Turm anzupassen). Der Durchmesser des Wasserkühlturms ist erforderlich, um die Abflussanforderungen zu erfüllen. Insbesondere beim Einleiten von Stickstoff kann der Druck im oberen Turm nicht erhöht werden. Der Widerstand des Wasserkühlturms beträgt 6 kPa (8 Meter hohe Packung), die Rohrleitung und das Ventil betragen 4 kPa und die Druckdifferenz zur Atmosphäre beträgt 2 kPa, insgesamt 12 kPa.
Sauerstoffprodukte mit hohem-Druck: Zur Entlüftung wird eine zwei-Stufendrosselung verwendet. Zuerst wird das unter hohem Druck stehende Produktgas auf 10 barG gedrosselt, strömt durch ein exzentrisches Reduzierstück, in der Mitte wird eine Schalldämmplatte aus Monel eingesetzt, und dann wird der Rohrleitungsdurchmesser durch ein exzentrisches Reduzierstück erweitert. Die Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffmediums wird auf unter 10 m/s geregelt, dann gedrosselt und in den Schalldämpferturm entlüftet. Das Schalldämpferelement besteht aus Edelstahl.
Hochdruck-Stickstoffprodukte: Stickstoffprodukte werden zunächst auf 10 bar gedrosselt, passieren eine Schalldämmplatte aus Edelstahl und gelangen dann zur Drosselung und Entlüftung in den Schalldämpferturm. Das Schalldämpferelement besteht aus Kohlenstoffstahl.
Sauerstoffventil: Es darf nicht manuell betätigt werden (das Regelventil darf kein Handrad haben und das manuelle Ventil befindet sich innerhalb der explosionssicheren Wand).
