空分預冷系統(tǒng)要點

1、空分設備的換熱一、換熱的設備按原理分類，可分為三類：1、混合式換熱：冷熱流體通過直接接觸進行熱量交換，故亦稱直接接觸式換熱器?？辗种兴渌?、空冷塔就屬于這種類型。2、蓄熱式換熱器冷熱流體交替通過傳熱表面。當冷流體通過時將冷量（或熱量）貯 存起來，而后熱流體（或冷流體）在將氣量取出。3、間壁式換熱器（亦稱間接式換熱器）冷熱流體被固體傳熱表面隔開，而熱量的傳遞通過固體傳熱面進 行的。間壁式換熱器按其傳熱面的結構又分為：管式換熱器、板式換熱 器、板翅式換熱器及特殊型換熱器。二、傳熱的基本方式熱量從高溫物體向低溫物體傳遞有三種基本方式：即傳導、對流、 輻射。1、傳導傳熱熱傳導亦稱導熱，是直接接觸物體各

2、部分之間的傳熱現象。 在液體和固體中熱量的轉移時依靠分子的碰撞。 固體金屬主要依靠自由電子的運動。 氣體則主要依靠分子的不規(guī)則運行。2、對流傳熱由于流體（液體或氣體）本身流動，將熱量從流體一部分傳遞到另一部分的現象稱為對流傳熱。其熱量是依靠流體流動的位移而進行的。3、輻射傳熱輻射是指熱量不借任何介質傳遞，而直接由熱源以電磁波形式輻 射出來被另一物體部分或全部吸收而轉變?yōu)闊崮堋Ｈ?、板翅式換熱器板翅式換熱器是一種全鋁金屬結構新型組合式間壁換熱器。它結構緊湊，平均溫差很小，在單位體積內的傳熱面積很大，傳熱效率高 達98%99%,同時使有色金屬的消耗為零。而且啟動快，實屬高效 新型換熱器。1、板翅式換

3、熱器的結構板翅式換熱器的板夾基本結構。如圖：它由隔板、板片、封條三 部分組成。板片的機構形式有：光直性版板片、鋸齒形板片、多孔性板片。板夾要構成一個實際的換熱器（叫一個單元），還需要封條位置的 布置。四、冷凝蒸發(fā)器冷凝蒸發(fā)器是聯(lián)系上下塔的重要換熱設備。（是產生相變的熱換 熱設備）。常見的有板式和管式兩種。它是由板式單元組合成的全鋁結構容器。五、氮水預冷器氮水預冷器安裝在保冷箱外是常溫換熱器。它的作用是利用污氮氮水的不飽和度冷卻水，而后通過水在冷卻加工空氣體，即降低加工 空氣的溫度，同時減少加工空氣飽和含水量。其次，在空氣冷卻塔中，空氣和水直接接觸，即換熱又受到洗滌， 能夠清除空氣中的灰塵，溶解

4、一些有腐蝕性的雜質氣體，如H2S、SO2、 SO3等，可避免板翅式可逆式換熱器全鋁合金材質的腐蝕，延長使用 壽命。由于空氣容積較大，對加工空氣還起到緩沖作用，使空壓機切 換時不宜超壓。飽和空氣中水分含量只取決于溫度，因此空氣雖然經過的噴淋， 但溫度降低了，因此水分含量不是增加而是減少。這對分子篩吸附及 其重要。通常分子篩純化器吸附要求是加工空氣入純化器的溫度為 810C,為此，空冷塔采用兩級噴淋，一級為常溫水，二級為噴淋用 冷凍水，其水溫為5c左右。常溫水經氟利昂制冷機冷卻而成為冷凍 水。影響氮水預冷器降低溫效影響因素有很多。諸如：噴淋水量、噴 淋設備結構、篩板孔徑板數或者填料選擇等。三、傳熱

5、傳質原理及設備一、概述1、熱量傳遞的條件和方向凡是不同物體之間或同一物體不同部位存在溫差 （即t1-t2 > 0）就 有熱傳遞，而熱量傳遞總是自由的由高溫物體傳向低溫物體。 從上述 得出結論：“凡有溫差存在，就有熱量傳遞”。2、換熱器的分類工業(yè)上凡是熱量由熱流體傳遞給第六題的設備稱作熱交換，簡稱換熱器熱交換的分類有很多方法。如按使用目的進行分類，可分為冷卻 器、加熱器、蒸發(fā)器、冷凝器等按結構分：可分為管殼式散熱器（它又分為列管式、盤管式、套 管式）和板式換熱器（它又分為板翅式、板片式、螺旋板式）。按材料分：可分為金屬換熱器（它又分為銅、鋁、鋼）和非金屬換 熱器（它又分為玻璃、陶瓷、塑料、

6、石墨等）。空分設備按工作原理可分為：間壁式換熱器、蓄熱式換熱器和混 合式換熱器三大類。3、低溫換熱器的特點傳熱過程多數在小溫差下進行。要求流動阻力小。 氣體溫度接近飽和線時，物理性質變化較大，應采用積平均 溫差來計算傳熱溫差，以提高計算精度。 低溫換熱器所用材料要求在低溫下有良好的機械能力。 低溫換熱器應結構緊湊、體積小、質量小。 換熱器跑冷損失直接影響設備情況，所以應采取有效保冷措 施。二、液體流動與對流放熱1、液體流動狀態(tài)液體有兩種不同流動狀態(tài)一一層流和紊流。層流流體在管道內流動時，流體的平均速度不大，各流體微團彼此平行的分層流動，互不干擾混雜層流時，流體速度沿管道直徑是拋物線分布，管中心

7、速度最大，沿曲線漸進管壁側速度較小，直至為零，其平均速度為中心速度一半。紊流隨著流體平均速度增加到足夠大時，各流體微團發(fā)生強烈的混合 和摻雜，不僅沿著主流方向流動，而且還有垂直于主流方向的運動。2、影響對流放熱因素 強制對流還是自然對流。流體有無相變。層流與紊流。 流體與壁面的相對位置。流體特性。3、換熱器的流動阻力由于流體粘性，流體流動時必須克服流體與壁面粘性力的作用，會產生壓力差，稱為壓力損失。壓力損失由消耗動力的壓縮機或泵的壓力予以補償。壓力損失的 大小是設計和衡量換熱器性能的主要指標之一。壓力損失大小與流體狀態(tài)、管徑和流路長短有關。壓力損失增加將導致上、下塔壓力增高，最終使能耗增加。壓

8、力損失有兩種：沿程壓力損失（沿程阻力）和局部壓力損失（局部 阻力）。4、板翅式換熱器的特點 傳熱效率高。傳熱系數比管殼式換熱器高。結構緊湊、單位體積換熱面積是管殼式換熱器的 5倍以上, 最大可達幾十倍。輕巧、牢固。 適應性大，可適應于多種介質的交換。 經濟性好。由于結構緊湊，鋁材輕，降低了設備投資費用。 流道易堵塞，維修困難，所以介質要求清潔、干凈。4.1、板式換熱器的結構換熱器的基本元件板式芯體有翅片、導流片、封條、隔板和側板組成。在相鄰兩隔板之間放置翅片，導流片和封條組成一通道。隔板：主要用于傳遞熱量和把介質分隔開來，也是承壓主要元件。壓力越高，隔板越厚。（0.82mm）.封條：在四周起密

9、封支撐作用。導流片：起流體的分配與匯集作用。側板：是換熱器最外側平板，主要起保護作用和便于換熱器支架和焊接。（56mm）.翅片：是換熱器最基本單元件，換熱器的傳熱主要依靠翅片完成， 同時承擔兩隔板之間支撐作用。5、自潔式過濾器自潔式過濾器由高校過濾筒、之氏管、自潔專用噴頭、反吹系統(tǒng)、 控制系統(tǒng)、凈氣室和出風口、框架等組成。過濾過程：在壓縮機吸氣負壓作用下，吸入周圍的環(huán)境空氣。當空氣穿過高效過濾筒時，粉塵由于重力、靜電和接觸等被阻留 在濾筒外表面，凈化空氣進入氣室，然后經出風管出。自潔過程：當電腦發(fā)出指令，電磁閥啟動并驅動隔膜閥，瞬時釋放一股壓力 為0.40.6MPa的脈沖氣流，經專用噴頭整流噴

10、出，文氏管卷吸、密 封、膨脹從濾筒內均勻向外側沖擊，將積聚在濾筒表面的粉塵吸落， 自潔過程完成。清灰控制有3中方式：（1）定時定位，可任意設定間隔時間和自潔 時間；（2）差壓自潔：當差壓超過指標時，進入自動連續(xù)自潔。 （3）手 動自潔：當電控箱不工作或粉塵較多時，可采用手動自潔。反吹過程是間斷的，每次僅12組處于自潔狀態(tài)，其余仍在工作， 所以具有在線自潔功能以保證連續(xù)工作。自潔式過濾器核心是部件過濾筒，采用高效防水、過濾低，經特 殊工藝生產而成。自帶前置過濾網，防止柳絮、樹葉、廢紙飛入，延 長濾筒使用壽命。自潔式空氣過濾器優(yōu)點：過濾阻力小過濾效率高適應性廣占地面積小耗氣小結構簡單防腐性能好 日

11、常維護工作量?。s兩年左右更換濾筒，更換濾筒不需要 停機）三、空氣預冷系統(tǒng)1、流程：壓縮后的高溫空氣進入空氣冷卻塔下部，由下向上穿過空氣冷卻 塔的傳質傳熱單元，依次與常溫水泵和冷卻水泵進行逆流接觸而進行 傳質傳熱以達到冷卻空氣的目的，并除去大部分水溶性有害物質，如: NH3、HCl、SO2、NO2等。常溫水由外界供給，冷卻水由冷卻塔供給。污氮氣從水冷卻塔底部進入，與水冷塔頂部進入的常溫水充分接 觸，經熱質交換，污氮氣被增濕至接近飽和狀態(tài)排入大氣。 于此同時， 從水冷卻塔頂部進入的常溫水，被逆流而上的污氮氣冷卻，并因部分 蒸發(fā)、大量的氣化潛熱被帶走而降溫，從水冷塔底部配出經低溫水泵 升壓后，成為

12、空氣冷卻塔上部的冷卻水。設置冷水機組時，出空氣冷卻塔的空氣溫度可達810C,不設冷水機組時，出空氣冷卻塔空氣溫度的高低主要取決于供水冷卻塔氮 氣量的多少盒季節(jié)變化后的外界供水溫度，一般在 1020c之間。帶冷水機組的空氣預冷系統(tǒng)，在富余氮氣量較少或者水質條件差 的情況下應采用此流程。該流程在空氣冷卻塔中設置中心筒結構， 上 部分水在中心筒匯集后去水冷卻塔形成封閉循環(huán)。優(yōu)點：這種中部回水流程有利于防止空氣冷卻塔上段的填料及布 水管噴淋孔結垢、對延長冷水機組使用壽命，降低空氣冷卻塔下段的 噴淋強度負荷也有一定的好處。缺點：設置中部回水裝置，使空氣冷卻塔高度增加 2m左右，還需相應增加中心筒液體低位

13、報警控制器以及低溫冷卻水系統(tǒng)補水閥。2、工作原理：空分設備的進氣溫度取決于季節(jié)、氣候、安裝地點和進入空分設 備之前對空氣的預冷程度。進氣溫度升高使得：（1）等溫節(jié)流效應下降，膨脹空氣量增大，產品能耗增加；（2）主熱交換器的負荷增大；（3） 空氣凈化系統(tǒng)設備的工作條件惡化；（4）空氣中的含水量大大增加。所以采取降低空分設備進氣溫度，在技術和經濟上都是合理的。該系統(tǒng)由空氣冷卻塔、水冷卻塔、水泵三部分組成。由冷箱內的返流污氮氣（或氮氣），除滿足分子篩純化再生所需要 的一部分外，其余均從水冷卻塔下部進入，由下向上穿過水冷卻塔的 塔板或填料層，與向下噴淋的水進行熱質交換。由于污氮 （氮氣）對應 于當地溫

14、度是不飽和的，所以有一部分水蒸發(fā)形成水蒸汽進入污氮中 （氮氣）,水蒸發(fā)時吸收大量潛熱以及水與污氮 （氮氣）之間的熱交換， 使得水得到冷卻。被冷卻的水由水泵壓送到空氣冷卻塔的頂部。水泵所需要的壓頭一是用來克服空氣冷卻塔與水冷塔之間的壓差；二是用來克服水冷卻塔底部到空氣冷卻塔頂部所需要的位差。在空氣冷卻塔中，由空壓機來的壓縮空氣，進入空氣冷卻塔底部， 由下向上穿過塔板和調料層。在這些氣、液接觸而上，壓縮空氣與逆 流噴淋的冷卻水進行熱質交換，空氣溫度降低，空氣中的水分含量減 少。水蒸汽凝結成水后加入冷卻水中。所以在空氣冷卻塔中，空氣從 下到上，溫度降低，含水量減少；從上到下，溫度升高，水量增加。而在

15、水冷塔中，污氮（氮氣）從下到上，溫度升高，含水量增大； 水從上到下溫度降低，水量減少影響水冷卻塔降溫效果的因素有很多的。如：噴淋水量，噴淋設備結構及填料傳熱傳質的效率等等，但其中最關鍵的因素是水一氣 比，即噴淋水量與氣體流量比值。因為污氮（氮氣）中的飽和含水量有一定的限度的。所以在水冷卻塔中水溫能夠降低的程度，首先取決于 水一氣比。如果忽略了這個基本原理，對水冷卻塔的噴淋水量不加節(jié) 制，其結果是大大降低了水冷卻塔的冷卻效果。水冷卻塔和空氣冷卻空氣冷卻塔塔的冷端溫差與噴淋關系:A0.25 0.5 0.7511.251.5W/(10-3m3/m3)如圖可知：在噴淋水量大于一定值時 （例如0.6xi

16、0-3m3/m3）,空氣冷卻塔的冷端溫差趨于 0C,而在水量小于0.6X 10-3m3/m3時，冷 端溫差逐漸增大。隨著噴淋水量的減少與進空氣冷卻塔時壓縮空氣溫 度的升高，溫差絕對值增大。在水冷卻塔中，噴淋水量小于 0.6xi0-3m3/m3時，冷端截面水的 溫度可以低于污氮（氮氣）的溫度，水冷卻塔的冷端溫差出現了負值。在水冷卻塔中，噴淋水量（作為熱工質）越少，測傳熱溫差越大， 噴淋水量有可能被冷卻到更低的溫度。在空氣冷卻塔中，噴淋水量（作為冷工作質）越多，壓縮空氣越有 可能被冷卻到更低的溫度。但從整套空氣預冷系統(tǒng)來說，應該看它的綜合效果，就是對于出 空氣冷卻塔的壓縮空氣有一個可能的最低值，此

17、時應有一個噴淋水量 的最佳值與其對應。在阻力一定的情況下，水冷卻塔的運行壓力決定于當地大氣壓。 大氣壓越低，污氮（氮氣）飽和含水量越大，而水冷卻塔單位制冷量越 大。3、冷卻塔空氣冷卻塔和水冷塔的結構都是采用氣體與水直接接觸，并使之 受到冷卻、凈化。在空分設備上應用的結構形式有噴頭噴淋、穿流塔 板、溢流塔板、填料4種。3.1、 噴淋冷卻塔噴淋冷卻塔上、下段均用噴頭，根據不同水量選擇不同的尺寸噴頭，噴射角及噴射方向要以冷卻塔的直徑為依據， 直徑小時要選擇小 的噴射角。3.2、 穿流冷卻塔穿流冷卻塔是板式冷卻塔中結構最簡單簡易的一種，氣液兩相同時逆流通過篩孔。3.3、 溢流冷卻塔溢流冷卻塔帶有降液管

18、式板塔。氣體穿過篩板塔及板上液層上升，液體通過降液管下流3.4、 填料冷卻塔填料冷卻塔是當前流行的一種新型結構冷卻塔。一般在空氣冷卻塔的上部裝以塑料飽爾環(huán)填料。下部因空壓機出口溫度高，采用不銹鋼填料或不銹鋼填料與增強 聚丙烯填料分層裝填，填料采用自由堆放方式。在進行傳熱傳質時，液體自下而上，沿填料層膜狀流動。氣體則 由塔底上升，通過填料時與液膜接觸，進行熱質交換。采用填料冷卻塔后，壓力降?。ㄗ枇s為0.1KPa/m）,能耗降低， 傳質傳熱效果好，操作彈性大，與篩板塔相比，塔徑可大大縮小。同 時采用了分流分配良好的進氣結構，多深代噴射填料支撐，保證了有 很大的流通截面積和剛社進水口設置的是分配良

19、好的液體分布器，保證液體分布的均勻性。另一種填料是波紋填料。根據冷卻塔的介質特性和價格因素，可 采用聚丙烯材料。該種填料屬于規(guī)整填料，它將許多波紋管型薄板垂直反向疊在一 起組成盤狀。波紋填料缺點：裝卸填料不如亂堆填料方便，清理比較困難。要達到填料表面全 部潤滑，則對液體分布器設計要求較高。填料空氣冷卻塔、水冷卻塔結構。安放填料的支撐架為波形狀，一般波高和波距為300mm,按塔徑不同由多塊拼接，螺栓固定。板上是沖制均勻的腰形孔填料上部是蓋板，以防止氣速過大時沖擊填料，影響傳質。蓋布上的布水器按水量的大小，流速確定管徑，在管朝下部位有0 48mm的小孔，它使水均勻的分布于填料上方，在氣體出口頂部

20、裝有絲網除霧器，同時還具有較大的分離空間，以避免液離水被夾帶 出塔。對填料高度大的水冷卻塔還應設置液體在分離器。因為液體沿填料層下流過程中，其分布不均勻性往往有逐漸增加的趨勢，從而導 致傳熱傳質效率降低。設置液體在分布器的作用就是重新分配液體， 以確保其在填料層中的均勻分布。3.4冷水機組在空分設備中，有些用戶對氮的需求量較大，分子篩吸附器再生 也需要一定量的污氮，可供水冷卻塔利用的污氮量不足。此時都需要 設置冷水機組，以使空氣出空氣冷卻塔的溫度不高于20C,保證分子篩吸附器體積不致過大和正常運行。一般有4種冷水機組用于空分設備。3.4.1 螺桿式冷水機組螺桿式冷水機組是一種容積式回轉壓縮機，

21、 是利用一對設備于機 殼內的螺旋形的陰陽轉子的齒合轉動， 來改變齒梢的位置的容積，完 成吸入、壓縮和排出過程。具有固定的容積比是螺桿式壓縮機區(qū)別于活塞式壓縮機的主要 特征之一。其優(yōu)點是單級壓比大，易換件少，檢修周期長，制冷量可無極調 節(jié)。3.4.3 氨冷機組在氨冷機組中作為制冷工質的是氨是用來吸收熱量（即產生 冷量）的媒介物質。高壓液氨通過節(jié)流閥降壓（同時降溫）進入蒸發(fā)器，在其中吸熱氣 化隨即被壓縮機吸入，蒸汽經過壓縮后（壓力和溫度均得到提高），進 入冷凝器將熱量傳給環(huán)境介質（水或空氣）而液化，液化了的制冷工作 又從節(jié)流閥進入蒸發(fā)器，在其中制取冷量，并回復到起始狀態(tài)，完成 一個循環(huán)。這種循環(huán)的

22、蒸發(fā)和冷凝過程是在等溫情況下進行的，不可逆行 小，它是利用液體的蒸發(fā)過程來制冷，故單位制冷量大；同時在蒸發(fā) 器和冷凝器中都是有集態(tài)改變的傳熱過程， 傳人系數大，因而設備不 是很龐大。這種機組在化工單位使用較廣。3.4.4 吸收式冷水機組這是一種以消耗熱能為單價而獲得的降溫效果的制冷循環(huán)。其特 點是所用的制冷工質有兩種在相同壓力下沸點不同的物質配制而成 的飽和溶液。其中一種沸點較高的位置為吸收劑，另一種沸點較低的 物質作為制冷劑，作為吸收劑的物質必須具有吸收和溶解制冷劑的能 力。3.5離心水泵將冷卻水送至塔內，由于塔內壓力不一，高度不同一級存在沿程 管路和閥門阻力，所以要有向流體做功以提高機械能

23、的裝置一一離心 水泵。3.5.1型號意義KQW 80 / 160 7.2 / 2電機級數(2級)電機功率(7.5KW)葉輪名義直徑(160mm)泵進出口直徑(80mm)標準臥式單級單吸離心泵產品名稱：臥式離心泵產品型號：KQW100/27037/2KQW100/22030/23.5.2 泵的啟動與停止(1)啟動前的準備a.用手撥動電機葉片，葉輪無卡磨現象，轉動靈活。b.打開進口閥門，打開排氣閥使液體充滿整個泵腔，然后關閉排氣 閥。c.用手盤動泵以使?jié)櫥哼M入機械密封端面。d.對電機進行點試，確定轉動方向是否正確。(2)啟動與運行a.全開進口閥門，關閉吐出管路閥門。b.接通電源，當泵達到正常轉速

24、后，再逐漸開吐出管路上的閥門， 并調節(jié)到所需工況。c.注意觀察儀表的讀數，檢查軸封泄露情況，正常時機械密封泄漏 量3滴/分，檢查電機、軸承處溫升w 75C,如果發(fā)現異常及時處 理。(3)停車a.逐漸關閉吐出管路閥門，切斷電源。b.關閉進口閥門。c.如環(huán)境溫度低于0C,應使泵內液體排盡，以免凍裂。d.如長期停用，應將泵拆卸清洗，包裝保管。3.5.3 泵的維護(1)運行中的維護a.進口管道必須充滿液體，禁止泵在氣蝕狀態(tài)下運行。b.定期檢查電機電流值，不得超過額定電流。c.泵進行長期運行后，由于磨損，可能時機組的噪音及振動增大，出現泄漏、性能下降，這事應停車檢查。必要時可更換易損件 (如 軸承、機械

25、密封、葉輪等)機組大修期一般為一年。(2)機械密封維護a.機械密封潤滑應清潔無固定顆粒。b.嚴禁密封在干磨情況下工作。c.啟動前應先盤動泵(電機)幾圈，以免突然啟動，以免突然啟動造 成石墨環(huán)斷裂損壞。d.密封泄漏允差3滴/分，否則應檢修。e.在檢修裝配機械密封時，應避免接觸油類物質，可采用肥皂水，洗滌劑之類來潤滑減阻。特別注意：不可將管路重量加在泵上，以免造成泵體變形損壞。泵運行前必須將泵灌滿液體，同時用手盤動泵使液體進入機械密封端面，防止機械密封面燒損 必須控制出口閥門，避免泵在超大流量下進行，損壞電機或造成汽蝕3.5.4 泵的故障原因及排除方法故障現象可能產生的原因故障解除方法1水泵/、出水a.進出口閥門未打開，進口管路阻 塞，葉輪流到阻塞。b.電機運轉方向不對，電機缺機動 作，轉速很慢。c.吸入管漏氣d.泵內未灌滿液體，泵腔內啟空氣e.進口供水不足，吸程過高，底閥漏 水f.管路阻力過大，泵型不當。a.打開閥門，去除阻塞物。b.調整電機轉向，緊固