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空分预冷系统
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空分设备的换热
一、换热的设备按原理分类,可分为三类:
1、混合式换热:冷热流体通过直接接触进行热量交换,故亦称直接
接触式换热器。
空分中水冷塔、空冷塔就属于这种类型。
2、蓄热式换热器
冷热流体交替通过传热表面。当冷流体通过时将冷量(或热量)
贮存起来,而后热流体(或冷流体)在将气量取出。
3、间壁式换热器(亦称间接式换热器)
冷热流体被固体传热表面隔开,而热量的传递通过固体传热面进
行的。
间壁式换热器按其传热面的结构又分为:管式换热器、板式换热
器、板翅式换热器及特殊型换热器。
二、传热的基本方式
热量从高温物体向低温物体传递有三种基本方式:即传导、对流、
辐射。
1、传导传热
热传导亦称导热,是直接接触物体各部分之间的传热现象。
①在液体和固体中热量的转移时依靠分子的碰撞。
②固体金属主要依靠自由电子的运动。
③气体则主要依靠分子的不规则运行。
2、对流传热
由于流体(液体或气体)本身流动,将热量从流体一部分传递到另:.
一部分的现象称为对流传热。其热量是依靠流体流动的位移而进行
的。
3、辐射传热
辐射是指热量不借任何介质传递,而直接由热源以电磁波形式辐
射出来被另一物体部分或全部吸收而转变为热能。
三、板翅式换热器
板翅式换热器是一种全铝金属结构新型组合式间壁换热器。它结
构紧凑,平均温差很小,在单位体积内的传热面积很大,传热效率高达
98%~99%,同时使有色金属的消耗为零。而且启动快,实属高效新型
换热器。
1、板翅式换热器的结构
板翅式换热器的板夹基本结构。如图:它由隔板、板片、封条三
部分组成。
板片的机构形式有:光直性版板片、锯齿形板片、多孔性板片。
板夹要构成一个实际的换热器(叫一个单元),还需要封条位置的
布置。
四、冷凝蒸发器
冷凝蒸发器是联系上下塔的重要换热设备。(是产生相变的热换
热设备)。
常见的有板式和管式两种。
它是由板式单元组合成的全铝结构容器。
五、氮水预冷器
氮水预冷器安装在保冷箱外是常温换热器。它的作用是利用污氮:.
氮水的不饱和度冷却水,而后通过水在冷却加工空气体,即降低加工
空气的温度,同时减少加工空气饱和含水量。
其次,在空气冷却塔中,空气和水直接接触,即换热又受到洗涤,
能够清除空气中的灰尘,溶解一些有腐蚀性的杂质气体,如HS、S
2
O、SO等,可避免板翅式可逆式换热器全铝合金材质的腐蚀,延
23
长使用寿命。由于空气容积较大,对加工空气还起到缓冲作用,使空
压机切换时不宜超压。
饱和空气中水分含量只取决于温度,因此空气虽然经过的喷淋,
但温度降低了,因此水分含量不是增加而是减少。这对分子筛吸附及
其重要。通常分子筛纯化器吸附要求是加工空气入纯化器的温度为
8~10℃,为此,空冷塔采用两级喷淋,一级为常温水,二级为喷淋
用冷冻水,其水温为5℃左右。常温水经氟利昂制冷机冷却而成为冷冻
水。
影响氮水预冷器降低温效影响因素有很多。诸如:喷淋水量、喷
淋设备结构、筛板孔径板数或者填料选择等。
三、传热传质原理及设备
一、概述
1、热量传递的条件和方向
凡是不同物体之间或同一物体不同部位存在温差(即t1-t
2>0)就有热传递,而热量传递总是自由的由高温物体传向低温物体。
从上述得出结论:“凡有温差存在,就有热量传递”。
2、换热器的分类
工业上凡是热量由热流体传递给第六题的设备称作热交换,简称:.
换热器。
热交换的分类有很多方法。如按使用目的进行分类,可分为冷却
器、加热器、蒸发器、冷凝器等
按结构分:可分为管壳式散热器(它又分为列管式、盘管式、套
管式)和板式换热器(它又分为板翅式、板片式、螺旋板式)。
按材料分:可分为金属换热器(它又分为铜、铝、钢)和非金属换
热器(它又分为玻璃、陶瓷、塑料、石墨等)。
空分设备按工作原理可分为:间壁式换热器、蓄热式换热器和混
合式换热器三大类。
3、低温换热器的特点
①传热过程多数在小温差下进行。
②要求流动阻力小。
③气体温度接近饱和线时,物理性质变化较大,应采用积平均
温差来计算传热温差,以提高计算精度。
④低温换热器所用材料要求在低温下有良好的机械能力。
⑤低温换热器应结构紧凑、体积小、质量小。
⑥换热器跑冷损失直接影响设备情况,所以应采取有效保冷措
施。
二、液体流动与对流放热
1、液体流动状态
液体有两种不同流动状态——层流和紊流。
①层流
流体在管道内流动时,流体的平均速度不大,各流体微团彼此平:.
行的分层流动,互不干扰混杂。
层流时,流体速度沿管道直径是抛物线分布,管中心速度最大,沿
曲线渐进管壁侧速度较小,直至为零,其平均速度为中心速度一半。
②紊流
随着流体平均速度增加到足够大时,各流体微团发生强烈的混合
和掺杂,不仅沿着主流方向流动,而且还有垂直于主流方向的运动。
2、影响对流放热因素
①强制对流还是自然对流。
②流体有无相变。
③层流与紊流。
④流体与壁面的相对位置。
⑤流体特性。
3、换热器的流动阻力
由于流体粘性,流体流动时必须克服流体与壁面粘性力的作用,
会产生压力差,称为压力损失。
压力损失由消耗动力的压缩机或泵的压力予以补偿。压力损失的
大小是设计和衡量换热器性能的主要指标之一。
压力损失大小与流体状态、管径和流路长短有关。压力损失增加
将导致上、下塔压力增高,最终使能耗增加。
压力损失有两种:沿程压力损失(沿程阻力)和局部压力损失(局部
阻力)。
4、板翅式换热器的特点
①传热效率高。传热系数比管壳式换热器高。:.
②结构紧凑、单位体积换热面积是管壳式换热器的5倍以上,
最大可达几十倍。
③轻巧、牢固。
④适应性大,可适应于多种介质的交换。
⑤经济性好。由于结构紧凑,铝材轻,降低了设备投资费用。
⑥流道易堵塞,维修困难,所以介质要求清洁、干净。
、板式换热器的结构
①换热器的基本元件
板式芯体有翅片、导流片、封条、隔板和侧板组成。在相邻两隔
板之间放置翅片,导流片和封条组成一通道。
隔板:主要用于传递热量和把介质分隔开来,也是承压主要元件。
压力越高,隔板越厚。(~2mm).
封条:在四周起密封支撑作用。
导流片:起流体的分配与汇集作用。
侧板:是换热器最外侧平板,主要起保护作用和便于换热器支架
和焊接。(5~6mm).
翅片:是换热器最基本单元件,换热器的传热主要依靠翅片完成,
同时承担两隔板之间支撑作用。
5、自洁式过滤器
自洁式过滤器由高校过滤筒、之氏管、自洁专用喷头、反吹系
统、控制系统、净气室和出风口、框架等组成。
过滤过程:
在压缩机吸气负压作用下,吸入周围的环境空气。:.
当空气穿过高效过滤筒时,粉尘由于重力、静电和接触等被阻留
在滤筒外表面,净化空气进入气室,然后经出风管出。
自洁过程:
当电脑发出指令,电磁阀启动并驱动隔膜阀,瞬时释放一股压力
~,经专用喷头整流喷出,文氏管卷吸、密
封、膨胀从滤筒内均匀向外侧冲击,将积聚在滤筒表面的粉尘吸落,
自洁过程完成。
清灰控制有3中方式:(1)定时定位,可任意设定间隔时间和自
洁
时间;(2)差压自洁:当差压超过指标时,进入自动连续自洁。(3)手动自
洁:当电控箱不工作或粉尘较多时,可采用手动自洁。
反吹过程是间断的,每次仅1~2组处于自洁状态,其余仍在工作,
所以具有在线自洁功能以保证连续工作。
自洁式过滤器核心是部件过滤筒,采用高效防水、过滤低,经特
殊工艺生产而成。自带前置过滤网,防止柳絮、树叶、废纸飞入,延
长滤筒使用寿命。
自洁式空气过滤器优点:
①过滤阻力小
②过滤效率高
③适应性广
④占地面积小
⑤耗气小
⑥结构简单:.
⑦防腐性能好
⑧日常维护工作量小(约两年左右更换滤筒,更换滤筒不需要
停机)
三、空气预冷系统
1、流程:
压缩后的高温空气进入空气冷却塔下部,由下向上穿过空气冷却
塔的传质传热单元,依次与常温水泵和冷却水泵进行逆流接触而进行
传质传热以达到冷却空气的目的,并除去大部分水溶性有害物质,
如:NH、HCl、SO、NO等。常温水由外界供给,冷却水由冷却塔
322
供给。
污氮气从水冷却塔底部进入,与水冷塔顶部进入的常温水充分接
触,经热质交换,污氮气被增湿至接近饱和状态排入大气。于此同时,从
水冷却塔顶部进入的常温水,被逆流而上的污氮气冷却,并因部分蒸
发、大量的气化潜热被带走而降温,从水冷塔底部配出经低温水泵升
压后,成为空气冷却塔上部的冷却水。
设置冷水机组时,出空气冷却塔的空气温度可达8~10℃,不设冷
水机组时,出空气冷却塔空气温度的高低主要取决于供水冷却塔氮气
量的多少盒季节变化后的外界供水温度,一般在10~20℃之间。
带冷水机组的空气预冷系统,在富余氮气量较少或者水质条件差
的情况下应采用此流程。该流程在空气冷却塔中设置中心筒结构,上
部分水在中心筒汇集后去水冷却塔形成封闭循环。
优点:这种中部回水流程有利于防止空气冷却塔上段的填料及布
水管喷淋孔结垢、对延长冷水机组使用寿命,降低空气冷却塔下段的:.
喷淋强度负荷也有一定的好处。
缺点:设置中部回水装置,使空气冷却塔高度增加2m左右,还
需相应增加中心筒液体低位报警控制器以及低温冷却水系统补水阀。
2、工作原理:
空分设备的进气温度取决于季节、气候、安装地点和进入空分设
备之前对空气的预冷程度。进气温度升高使得:(1)等温节流效应下降,
膨胀空气量增大,产品能耗增加;(2)主热交换器的负荷增大;(3)空气
净化系统设备的工作条件恶化;(4)空气中的含水量大大增加。
所以采取降低空分设备进气温度,在技术和经济上都是合理的。
该系统由空气冷却塔、水冷却塔、水泵三部分组成。
由冷箱内的返流污氮气(或氮气),除满足分子筛纯化再生所需要
的一部分外,其余均从水冷却塔下部进入,由下向上穿过水冷却塔的
塔板或填料层,与向下喷淋的水进行热质交换。由于污氮(氮气)对应于
当地温度是不饱和的,所以有一部分水蒸发形成水蒸汽进入污氮中(氮
气),水蒸发时吸收大量潜热以及水与污氮(氮气)之间的热交换,使得
水得到冷却。被冷却的水由水泵压送到空气冷却塔的顶部。水泵所需
要的压头一是用来克服空气冷却塔与水冷塔之间的压差;二是用来克
服水冷却塔底部到空气冷却塔顶部所需要的位差。
在空气冷却塔中,由空压机来的压缩空气,进入空气冷却塔底部,
由下向上穿过塔板和调料层。在这些气、液接触而上,压缩空气与逆
流喷淋的冷却水进行热质交换,空气温度降低,空气中的水分含量减
少。水蒸汽凝结成水后加入冷却水中。所以在空气冷却塔中,空气从
下到上,温度降低,含水量减少;从上到下,温度升高,水量增加。:.
而在水冷塔中,污氮(氮气)从下到上,温度升高,含水量增大;
水从上到下温度降低,水量减少。
影响水冷却塔降温效果的因素有很多的。如:喷淋水量,喷淋设备
结构及填料传热传质的效率等等,但其中最关键的因素是水—气比,
即喷淋水量与气体流量比值。因为污氮(氮气)中的饱和含水量有一定
的限度的。所以在水冷却塔中水温能够降低的程度,首先取决于水—
气比。如果忽略了这个基本原理,对水冷却塔的喷淋水量不加节制,
其结果是大大降低了水冷却塔的冷却效果。水冷却塔和空气冷却塔的
冷端温差与喷淋关系:
△t/s℃16
12空气
冷却塔
8
4
0
-4

W/(103m3/m3)
△t/s℃4
0
-4水冷却
塔
-8:.
-12
-16

W/(10-3m3/m3)
如图可知:在喷淋水量大于一定值时(×10-3m3/m3),
空气冷却塔的冷端温差趋于0℃,×10-3m3/m3时,
冷端温差逐渐增大。随着喷淋水量的减少与进空气冷却塔时压缩空气
温度的升高,温差绝对值增大。
在水冷却塔中,×10-3m3/m3时,冷端截面水
的温度可以低于污氮(氮气)的温度,水冷却塔的冷端温差出现了负值。
在水冷却塔中,喷淋水量(作为热工质)越少,测传热温差越大,喷
淋水量有可能被冷却到更低的温度。
在空气冷却塔中,喷淋水量(作为冷工作质)越多,压缩空气越有可
能被冷却到更低的温度。
但从整套空气预冷系统来说,应该看它的综合效果,就是对于出空
气冷却塔的压缩空气有一个可能的最低值,此时应有一个喷淋水量的
最佳值与其对应。
在阻力一定的情况下,水冷却塔的运行压力决定于当地大气压。
大气压越低,污氮(氮气)饱和含水量越大,而水冷却塔单位制冷量越
大。
含水量g/kg
50污氮压:.
力饱和含水量
40
20
大气
压力/kpa
708090100
W(103m3/m3)
制冷量
kw/100m3
340
320水冷却塔单位制冷量与大
气压力
300
280
260大气压
力/kpa
8588919497100
3、冷却塔
空气冷却塔和水冷塔的结构都是采用气体与水直接接触,并使之
受到冷却、净化。在空分设备上应用的结构形式有喷头喷淋、穿流塔
板、溢流塔板、填料4种。
、喷淋冷却塔:.
喷淋冷却塔上、下段均用喷头,根据不同水量选择不同的尺寸喷
头,喷射角及喷射方向要以冷却塔的直径为依据,直径小时要选择小的
喷射角。
、穿流冷却塔
穿流冷却塔是板式冷却塔中结构最简单简易的一种,气液两相同
时逆流通过筛孔。
、溢流冷却塔
溢流冷却塔带有降液管式板塔。气体穿过筛板塔及板上液层上
升,液体通过降液管下流。
、填料冷却塔
填料冷却塔是当前流行的一种新型结构冷却塔。
一般在空气冷却塔的上部装以塑料饱尔环填料。
下部因空压机出口温度高,采用不锈钢填料或不锈钢填料与增强
聚丙烯填料分层装填,填料采用自由堆放方式。
在进行传热传质时,液体自下而上,沿填料层膜状流动。气体则
由塔底上升,通过填料时与液膜接触,进行热质交换。
采用填料冷却塔后,压力降小(),能耗降低,传
质传热效果好,操作弹性大,与筛板塔相比,塔径可大大缩小。同时
采用了分流分配良好的进气结构,多深代喷射填料支撑,保证了有很
大的流通截面积和刚社进水口设置的是分配良好的液体分布器,保证
液体分布的均匀性。
另一种填料是波纹填料。根据冷却塔的介质特性和价格因素,可
采用聚丙烯材料。:.
该种填料属于规整填料,它将许多波纹管型薄板垂直反向叠在一
起组成盘状。
波纹填料缺点:
装卸填料不如乱堆填料方便,清理比较困难。要达到填料表面全
部润滑,则对液体分布器设计要求较高。
填料空气冷却塔、水冷却塔结构。
安放填料的支撑架为波形状,一般波高和波距为300mm,按塔
径不同由多块拼接,螺栓固定。
板上是冲制均匀的腰形孔。
填料上部是盖板,以防止气速过大时冲击填料,影响传质。
盖布上的布水器按水量的大小,流速确定管径,在管朝下部位有
φ4~8mm的小孔,它使水均匀的分布于填料上方,在气体出口顶部装
有丝网除雾器,同时还具有较大的分离空间,以避免液离水被夹带出
塔。对填料高度大的水冷却塔还应设置液体在分离器。因为液体沿填
料层下流过程中,其分布不均匀性往往有逐渐增加的趋势,从而导致
传热传质效率降低。设置液体在分布器的作用就是重新分配液体,以
确保其在填料层中的均匀分布。

在空分设备中,有些用户对氮的需求量较大,分子筛吸附器再生
也需要一定量的污氮,可供水冷却塔利用的污氮量不足。此时都需要
设置冷水机组,以使空气出空气冷却塔的温度不高于20℃,保证分子筛
吸附器体积不致过大和正常运行。
一般有4种冷水机组用于空分设备。:.

螺杆式冷水机组是一种容积式回转压缩机,是利用一对设备于机
壳内的螺旋形的阴阳转子的齿合转动,来改变齿槽的位置的容积,完
成吸入、压缩和排出过程。
具有固定的容积比是螺杆式压缩机区别于活塞式压缩机的主要
特征之一。
其优点是单级压比大,易换件少,检修周期长,制冷量可无极调
节。

在氨冷机组中作为制冷工质的是氨是用来吸收热量(即产
生冷量)的媒介物质。
高压液氨通过节流阀降压(同时降温)进入蒸发器,在其中吸热气
化随即被压缩机吸入,蒸汽经过压缩后(压力和温度均得到提高),进入
冷凝器将热量传给环境介质(水或空气)而液化,液化了的制冷工作
又从节流阀进入蒸发器,在其中制取冷量,并回复到起始状态,完成一
个循环。
这种循环的蒸发和冷凝过程是在等温情况下进行的,不可逆行
小,它是利用液体的蒸发过程来制冷,故单位制冷量大;同时在蒸发
器和冷凝器中都是有集态改变的传热过程,传人系数大,因而设备不
是很庞大。这种机组在化工单位使用较广。

这是一种以消耗热能为单价而获得的降温效果的制冷循环。其特
点是所用的制冷工质有两种在相同压力下沸点不同的物质配制而成:.
的饱和溶液。其中一种沸点较高的位置为吸收剂,另一种沸点较低的
物质作为制冷剂,作为吸收剂的物质必须具有吸收和溶解制冷剂的能
力。

将冷却水送至塔内,由于塔内压力不一,高度不同一级存在沿程
管路和阀门阻力,所以要有向流体做功以提高机械能的装置——离心
水泵。

KQW80/160—
电机级数(2级)
电机功率()
叶轮名义直径(160m
m)
泵进出口直径(80mm)
标准卧式单级单吸离心
泵
产品名称:卧式离心泵
产品型号:KQW100/270—37/2KQW100/220—30
/2

(1)启动前的准备
,叶轮无卡磨现象,转动灵活。
,打开排气阀使液体充满整个泵腔,然后关闭排气:.
阀。
。
,确定转动方向是否正确。
(2)启动与运行
,关闭吐出管路阀门。
,当泵达到正常转速后,再逐渐开吐出管路上的阀门,并
调节到所需工况。
,检查轴封泄露情况,正常时机械密封泄漏量
<3滴/分,检查电机、轴承处温升≤75℃,如果发现异常及时处理。
(3)停车
,切断电源。
。
℃,应使泵内液体排尽,以免冻裂。
,应将泵拆卸清洗,包装保管。

(1)运行中的维护
,禁止泵在气蚀状态下运行。
,不得超过额定电流。
,由于磨损,可能时机组的噪音及振动增大,出现
泄漏、性能下降,这事应停车检查。必要时可更换易损件(如轴承、
机械密封、叶轮等)机组大修期一般为一年。
(2)机械密封维护
。:.
。
(电机)几圈,以免突然启动,以免突然启动造成
石墨环断裂损坏。
,否则应检修。
,应避免接触油类物质,可采用肥皂水,洗
涤剂之类来润滑减阻。
特别注意:
①不可将管路重量加在泵上,以免造成泵体变形损坏。
②泵运行前必须将泵灌满液体,同时用手盘动泵使液体进入机
械密封端面,防止机械密封面烧损。
③必须控制出口阀门,避免泵在超大流量下进行,损坏电机或
造成汽蚀。

故障现象可能产生的原因故障解除方法
,,去除阻塞物。
阻塞,叶轮流到阻塞。,紧固电机接
,电机缺机线
动作,转速很慢。,排除空气
,排尽空气
1水泵不出水
,,调整(并网自来
气水管和带吸程使用易出现
,吸程过高,底阀此现象)
,重新选泵
,泵型不当。

、泵叶轮流道部分阻塞,,重新调整阀门
2水泵流量不
积,阀门开度不足开度
足




3杂音振动

:.

,



5水泵漏水

4预冷系统启动前的准备工作
①检查各管道及离心水泵,检查各仪表、仪控是否正常,通知
送电,做好各水泵、冷冻机组启动准备。
②冲刷空冷塔。全开V021151,全开水泵WP1(或WP2)的进
口阀门,并排气暂时解除PIAS-021108及LICAS-021138的连
锁。启动离心水泵WP1(WP2)、观察v021151排水情况,待无杂
质洁净时,停止排水,将空冷塔液位维持在800mm。停止离心水泵。
③冲刷水冷塔,全开脱盐水手动补水阀v021170冲刷水冷塔。
逐渐打开v021152接通地沟排污,观察放水达到洁净后,开始缓慢
-021111显示液位高1100mm时
关脱盐水手动补水阀v021170.
5、预冷系统的启用
①将气导入纯化系统并输水导淋
②排气(开泵后出口排气阀、排完后关闭)
③启动常温水泵WP1或WP2
④缓慢开启出口手动阀v021130或v021131
⑤开进空冷塔中部喷淋调节阀v021134并随时手动调整v021156进
行空冷塔下部液位调整。
⑥根据气量大小调整v021134和v021156开度,待空气稳定后启动
:.
⑦根据水冷塔液位高低调整v021111的开度
⑧待气量稳定后预冷系统投入连锁