Todos os tipos de compressores e turbinas a vapor são familiares a todos, mas você realmente entende seu papel na separação do ar? A oficina de separação de ar na fábrica, você sabe como é? A separação do ar, em termos simples, é um conjunto completo de equipamentos industriais usados para separar vários componentes do ar para produzir oxigênio, nitrogênio e argônio. Existem também gases nobres como hélio, neônio, argônio, criptônio, xenônio, radônio, etc.
O equipamento de separação de ar usa ar como matéria-prima, congela profundamente o ar em líquido através do método do ciclo de compressão e, em seguida, gera gradualmente gás inerte, como oxigênio, nitrogênio e argônio, da separação do ar líquido após a retificação. Metalurgia, profissional, fertilizante de nitrogênio em larga escala, fornecimento de gás, etc.
Em suma, o processo do sistema de separação de ar inclui:
■ Sistema de compressão
■ Sistema de pré-resfriamento
■ Sistema de purificação
■ sistema de troca de calor
■ Sistema de entrega de produtos
■ Sistema de refrigeração de expansão
■ Sistema de coluna de destilação
■ Sistema de bomba de líquido
■ Sistema de compressão do produto
Apresentamos os equipamentos um a um de acordo com o fluxo de processo do sistema de separação de ar:
sistema de compressão
Existem filtros de ar autolimpantes, turbinas a vapor, compressores de ar, superalimentadores, compressores de instrumentos, etc.
(1) O filtro autolimpante geralmente aumenta com o aumento do volume de ar, o número de elementos filtrantes aumenta e o número de camadas é maior. Geralmente, o layout de camada dupla está acima de 25,000 e o layout de três camadas está acima de 60,000. Geralmente, um único compressor precisa de um arranjo de filtro separado. , e ao mesmo tempo dispostos no respiradouro superior.
(2) A turbina a vapor é um tipo de expansão de vapor de alta pressão que funciona e aciona o impulsor coaxial para girar, realizando assim o trabalho no meio de trabalho. As formas comuns de turbinas a vapor são condensação total, contrapressão total e bombeamento, e o mais comumente usado é o bombeamento.
(4) Os compressores de ar são geralmente investidos em compressores centrífugos isotérmicos de eixo único para instalações de separação de ar em grande escala. O consumo de energia importada é cerca de 2% menor que o nacional, e o investimento é 80% maior. Geralmente, há um requisito mínimo de anti-surge de fluxo de sucção, a palheta guia de entrada é usada para regulação de fluxo e a unidade doméstica importada é compressão de quatro estágios e resfriamento de três estágios (o estágio final não é resfriado). O compressor de ar principal está equipado com um sistema de lavagem com água, que é usado para lavar os depósitos nas superfícies dos impulsores e volutas de todos os estágios. O sistema é empacotado com o host.
(5) Supercharger Geralmente, o investimento em plantas de separação de ar em grande escala adota dois tipos de compressores centrífugos isotérmicos de eixo único e compressores centrífugos de engrenagem. Dentre eles, o tipo de engrenagem apresenta grandes vantagens no consumo de energia, principalmente no caso de alta pressão.
(6) Os compressores de gás para instrumentos geralmente têm três formas: máquina de parafuso sem óleo, tipo pistão e tipo centrífugo. Como o tipo pistão e o tipo centrífugo são naturalmente isentos de óleo, não há necessidade de desengraxante, apenas um dispositivo de secagem (remoção de água) e um filtro de precisão (remoção de partículas sólidas) são necessários; máquinas de parafuso geralmente têm óleo e óleo livre e remoção de óleo. Duas máquinas de parafuso com injeção de óleo precisam ser equipadas com um dispositivo de desengorduramento e, ao mesmo tempo, um filtro de remoção de óleo de altíssima precisão precisa ser configurado para atender ao processo. É isento de óleo, a desvantagem é que é mais caro. O tipo pistão é adequado para o volume de ar abaixo de 500Nm³/h; o volume de ar abaixo de 2000Nm³/h é adequado para máquina de parafuso ou máquina de pistão; o volume de ar é superior a 2000Nm³/h, ou seja, três modelos estão disponíveis. Quando o volume de ar é grande, as vantagens dos compressores centrífugos são menos peças de desgaste, manutenção conveniente e desempenho de alto custo.
O compressor do instrumento é usado durante a condução e é extraído pelo purificador de peneira molecular após a operação normal.
Sistema de pré-resfriamento
A torre de resfriamento de ar do sistema de pré-resfriamento tem duas formas: circulação fechada (a torre de resfriamento de ar é dividida em seções superior e inferior, e a água resfriada circula entre a seção superior da torre de resfriamento de ar e a torre de resfriamento de água) e circulação aberta (entrada de água e sistema de circulação de água). Os circuitos fechados são usados principalmente em fábricas de produtos químicos com baixa qualidade da água, onde é necessário adicionar água doce e produtos químicos. A circulação aberta é amplamente utilizada, mas o sistema de circulação de água também precisa reabastecer a água doce regularmente, e o sistema de pré-resfriamento também precisa considerar as condições de verão.
A parte inferior da torre de resfriamento de ar é geralmente projetada como anel Pall de aço inoxidável 1m Φ76 (alta temperatura), anel Pall de polipropileno reforçado 3m Φ76 (grande fluxo), anel Pall de polipropileno reforçado 4m Φ50.
Existem também dois tipos de torres de resfriamento de água: tipo de dois estágios (sem fonte externa de frio, suficiente recuperação de esgoto seco refrigerado com nitrogênio, para que o sistema de pré-resfriamento seja garantido, mas a resistência seja dobrada, (7 metros mais 7 metros φ50 polipropileno Pall ring) e tipo Seção (com fonte de resfriamento externa, 8 metros φ50 polipropileno Pall ring).
Além disso, todas as entradas de água do sistema de pré-resfriamento devem ser equipadas com filtros (geralmente 6 unidades: 4 bombas, entradas de água das torres de resfriamento de água e entradas de água no lado evaporativo do chiller) para evitar o sistema. O efeito do sistema de pré-resfriamento é testado da seguinte forma: o gás de saída da seção inferior de 4 m da embalagem é 1 grau mais baixo que a água de entrada; o gás de saída da seção de embalagem superior de 8 m é 1 grau mais alto que a água. Geralmente, um termômetro é colocado no meio da torre refrigerada a ar (estendendo-se para o interior).
Sistema de purificação
Existem três tipos de sistemas de purificação utilizados no adsorvedor: fluxo axial vertical, leito duplo horizontal e fluxo radial vertical.
O fluxo axial vertical é usado principalmente para suportar equipamentos de separação de ar de grau 10,000 (diâmetro atingiu 4,6 m), a espessura do leito é de 1550 ~ 2300 mm, e camadas duplas e simples podem ser organizadas.
Os beliches horizontais são usados principalmente para suportar plantas de separação de ar de grande e médio porte. A espessura do leito é de 1150mm (peneira molecular) mais 350mm (cola de alumínio).
O adsorvedor de fluxo radial vertical pode efetivamente utilizar o espaço interno do recipiente, expandir a área da camada de adsorção do mesmo diâmetro em cerca de 1,5 vezes e pode reduzir efetivamente a altura da torre, enquanto a área ocupada vertical é pequena. Devido à distribuição uniforme do ar, diferente do adsorvedor horizontal, a quantidade de peneira molecular é reduzida em 20%, e o consumo de energia renovável também é economizado em 20%.
No entanto, a desvantagem do fluxo radial vertical é a concentração central (setor) do fluxo de ar, o que o torna mais rápido que o fluxo radial horizontal (CO2< 0.5ppm).="" the="" bed="" thickness="" is="" 1000mm+200mm,="" and="" the="" vertical="" runoff="" can="" meet="" the="" configuration="" of="" air="" separation="" equipment="" above="">
Existem dois tipos de aquecimento regenerativo: aquecedores elétricos e aquecedores a vapor.
Os aquecedores a vapor incluem aquecedores a vapor horizontais (abaixo de 40,000 graus), verticais (acima de 40,000 graus) e verticais de alta eficiência (alta taxa de utilização de vapor, 20% de economia de energia) Layout: vapor aquecedor (com ponto de detecção de vazamento de H2O); aquecedores elétricos (uso duplo e um em espera ou um uso e um em espera) em paralelo (configuração de parada de bloqueio de alta temperatura e baixo fluxo para evitar queima, material do tubo de aquecimento é 1Cr18Ni9Ti); aquecedor elétrico (para atender a ativação e regeneração, 250∽300 graus) e vapor O aquecedor é conectado em paralelo; o aquecedor elétrico é conectado em série com o aquecedor de vapor (quando a temperatura do vapor é baixa, a resistência à regeneração é grande).
O sistema de purificação também precisa configurar um pipeline de regeneração de estrangulamento para atender às necessidades de inicialização. Além disso, coloque uma válvula de segurança no lado do gás de regeneração e uma válvula de segurança no lado do aquecedor de vapor para evitar vazamento ou sobrepressão no lado de alta pressão do equipamento ou válvula, bem como estrangular a sobrepressão.
O caminho de fluxo regenerativo é equipado com uma válvula borboleta manual para distribuir a resistência, de modo que a torre principal funcione de forma estável (ou não utilizada, usando o ajuste de tempo da válvula de controle principal).
Assim, o sistema de troca de calor
O sistema de troca de calor é estritamente projetado com meios mistos, fluindo no mesmo trocador de calor, a transferência de calor de cada meio é balanceada automaticamente e o consumo de energia é baixo, mas isso fará com que todos os trocadores de calor sejam trocadores de calor de alta pressão no processo de compressão interna, o que levará a um aumento do investimento. Acumulação, de modo que a organização acima de 20.000 níveis ou shunt de trocador de calor de compressão de alta e baixa pressão é mais econômico, e todos abaixo de 20.000 níveis usam configuração de trocador de calor de alta pressão.
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Para produtos de oxigênio e nitrogênio de baixa pressão, defina a válvula de controle do produto e o caminho do fluxo de exaustão, e o gás de exaustão entrará no silenciador (aço carbono para trim de nitrogênio, aço inoxidável para trim de oxigênio). O nitrogênio de podridão é definido para o esgoto da torre de resfriamento de abastecimento de água (o nitrogênio de podridão tem o efeito de descarga de esgoto, remistura e ajuste da pressão, de modo que o diâmetro da torre da torre de resfriamento de água da torre possa atender aos requisitos de descarga , especialmente quando o nitrogênio pode ser introduzido, para que a alta pressão na torre não seja suprimida, e a resistência da torre de resfriamento de água 6 kpa (altura de enchimento 8 metros), tubos e válvulas 4 kpa, diferença de pressão da porta de exaustão atmosférica 2 kpa, a total de 12 kpa).
Para produtos de oxigênio de alta pressão, a exaustão é estrangulada em dois estágios. Primeiro, o bico de gás do produto de alta pressão flui para 10barG, através do redutor excêntrico, e a placa de redução de ruído Monel é colocada no meio. Em seguida, o diâmetro do tubo é ampliado pelo redutor excêntrico e a vazão do meio de oxigênio é controlada abaixo de 10 m/s. Produtos de nitrogênio de alta pressão, os produtos de nitrogênio são primeiro estrangulados para 10bar, passam pela placa de redução de ruído de aço inoxidável e, em seguida, entram na abertura do acelerador da torre de redução de ruído, componentes de redução de ruído de aço carbono; dentro da parede de explosão).
A torre do silenciador também pode ser combinada com o sistema de compressor de ar, a pressurização do compressor de ar e redução de ruído (calculada de acordo com a quantidade de compressores de ar), através da torre do silenciador, e o ar de descompressão do sistema de purificação, a pressurização e fluxo de retorno , e a parte de descarga.
Expansão do sistema de refrigeração
Existem três tipos de expansores: expansores de baixa pressão, expansores de média pressão e expansores líquidos.
Para um determinado tipo de expansor de gás, quanto maior o fluxo de volume do meio de trabalho, maior a eficiência. Geralmente, a eficiência de um expansor de baixa pressão com vazão maior que 8000Nm³ é 85∽88%, e a eficiência de uma vazão menor que 3000∽8000Nm³ será tão baixa quanto 70∽80%.
O expansor de média pressão geralmente adota um importado fabricado na China (peças de reposição). A eficiência do expansor importado é de 82∽91 por cento (a pressão final é inferior a 4 pontos) com o volume de ar acima de 8000Nm³/h; a eficiência do expansor doméstico é de 78∽87 por cento (a extremidade da pressão é inferior a 5 pontos).
Antes de iniciar o expansor, é necessário purgá-lo (para remover as impurezas do sistema de tubulação e as impurezas da voluta do expansor) e, em seguida, introduzir o gás de vedação (geralmente fornecido pela extremidade do booster) e, em seguida, a circulação e circulação interna do sistema de óleo externo são realizadas. Após a conclusão do teste de intertravamento, ele pode ser iniciado. Depois de passar no teste de frio, pode ser tensionado a frio. A partida a frio requer que o aquecedor do tanque inicie, não após a operação normal. Neste ponto, o calor e o frio do rolamento foram equilibrados.
A essência do expansor de líquido é usar a cabeça de pressão do líquido de alta pressão para fazer o trabalho hidráulico (ao mesmo tempo, a entalpia do líquido é reduzida, mas está longe do gás). Geralmente, a planta de separação de ar de pressão interna acima de 40,000 graus pode usar um expansor de líquido para substituir a válvula reguladora de ar líquido de alta pressão. A vantagem é que o mecanismo de expansão do líquido é usado para resfriar e expandir a geração de energia para atingir o objetivo de economia de energia, que geralmente pode atingir uma economia de energia de cerca de 2%, mas seu investimento é de dezenas de milhões de yuans.
Sistema de Coluna de Destilação
Torres da classe 1.5∽50000 usam mais torres de bandeja de peneiras, e o diâmetro da torre da placa circulante abaixo de 15000 classe tem mais vantagens (a convecção líquida é mais longa, mas a produção é complicada). As quatro torres de transbordamento são dominadas por mais de 30.000 graus, e o consumo de energia da torre empacotada é baixo, mas a altura da torre deve ser aumentada em 5 metros. A separação do ar de mais de 50.000 graus é mais vantajosa, principalmente quando as torres superior e inferior estão dispostas em paralelo.
Colunas empacotadas são usadas para coluna superior, coluna de argônio bruto e coluna de argônio fina. O fabricante geralmente é Sulzer ou Tianda Beiyang. A fonte fria da torre de argônio bruto é geralmente ar líquido enriquecido com oxigênio, e o gás residual pode ser descarregado na tubulação de nitrogênio sujo, de modo que o consumo de energia é baixo quando o sistema de argônio é interrompido. A fonte de calor da torre de argônio é ar líquido enriquecido com oxigênio ou nitrogênio na torre inferior, e a fonte fria pode ser ar líquido pobre ou nitrogênio líquido. A alimentação pode estar na fase líquida ou gasosa. Deve-se notar que os requisitos de vedação do condensador de coluna de argônio bruto tipo placa são relativamente altos, caso contrário, o produto de argônio não será qualificado.
O resfriamento principal inclui o resfriamento principal de camada única, camada dupla vertical, camada dupla horizontal, vertical de três camadas e filme descendente (oxigênio líquido e gota de oxigênio gasoso, com fluxo de nitrogênio).
Existem 6 maneiras de organizar o sistema de coluna de destilação:
(1) A disposição vertical das torres superior e inferior é uma disposição convencional. A altura da torre inferior é baixa e é difícil para o líquido da torre inferior entrar na torre superior ou no condensador da torre de argônio espesso sem a torre inferior (pode satisfazer a contrapressão ascendente de toda a fase líquida na tubulação, e o diâmetro do tubo não pode ser pequeno neste momento);
(2) Vertical arrangement, regular arrangement up and down, medium height, it is difficult for the liquid to enter the column or the condenser of the crude argon column in the column adopts a stripping line to extract the liquid into the column (the outlet of the pipe meets rho nu squared >3000, rho é a densidade, nu é a vazão, a posição de entrada é 1 por cento da altura do tubo de vaporização, é necessário um diâmetro de tubo estreito adequado e o grau de subresfriamento do líquido não é grande);
(3) A coluna superior está disposta na seção de destilação de argônio. Duas bombas de oxigênio circulante são usadas para conectar a coluna superior. A altura inferior da coluna superior pode resolver o problema de que o líquido na coluna inferior não pode entrar na coluna superior ou no condensador da coluna de argônio bruto.
(4) A coluna superior é disposta em seções de frações de argônio e conectada por uma bomba de circulação. A parte superior da coluna de argônio bruto está localizada na parte superior da coluna superior, o que pode reduzir o espaço da caixa fria.
(5) A torre está disposta de forma independente e é conectada por uma bomba circulante, e a refrigeração principal fica no topo da torre. A vantagem é que o resfriamento principal pode ser grande;
(6) A torre superior está disposta independentemente em um local frio e conectada por uma bomba de circulação. O topo da coluna de argônio bruto está localizado na parte superior da coluna superior. A vantagem é que o resfriamento principal pode ser muito grande e o espaço da caixa fria também pode ser reduzido.
Sistema de Bomba de Líquido
A bomba horizontal é disposta horizontalmente sob o tubo de drenagem (o líquido entra no tubo), e é necessário ajustar o gás de aquecimento (instalado na bomba ou filtro antes da bomba para evitar a entrada de impurezas), ar de vedação, drenagem e exaustão válvula (dreno inferior, exaustão alta) e tubo de retorno (entrada de líquido), a velocidade de rotação da bomba horizontal não deve ser muito alta e a pressão geral está abaixo de 30 barg. A bomba horizontal tem uma carga melhor no mancal de contração a frio devido ao layout horizontal, mas o equilíbrio dinâmico do rotor de alta velocidade não é bom o suficiente.
A bomba vertical adota o arranjo de suspensão do rolamento (o tubo de entrada de água é mais alto que o tubo de drenagem), que suporta uma grande força de tração para baixo. O centro de gravidade do rotor e do eixo é recombinado e a velocidade pode ser muito alta; geralmente acima de 30bar, é necessário definir: o ar de retorno antes da bomba (Observe que não há bomba horizontal), gás de aquecimento (definido antes do filtro da bomba, alta admissão), gás de vedação, válvula de escape (baixa exaustão, alta exaustão , verifique se está completamente frio durante o pré-resfriamento) e tubo de retorno (estágio de entrada de líquido de retorno). As bombas verticais são geralmente de vários estágios, e a tubulação de retorno não deve ser descendente (plana ou inclinada para cima), caso contrário o gás não será descarregado, o que levará facilmente à cavitação da bomba. Além disso,
Bomba de oxigênio líquido A bomba de nitrogênio líquido é de espera a frio, a pressão do gás de vedação da bomba de nitrogênio líquido é maior que 7barG; a pressão do gás de vedação da bomba de oxigênio é de 4barG (a pressão da torre inferior pode ser satisfeita por nitrogênio); O argônio líquido é vaporizado e selado, e a taxa de fluxo deve ter uma margem de 20%. Geralmente, a válvula de retorno da própria bomba de argônio líquido é controlada por desvio de pressão e o nível de fluxo da válvula de saída é controlado por controle de circuito duplo.
Sistema de compressão do produto
A permeação de nitrogênio pode atender ao ar comprimido geral, o turbocompressor de nitrogênio tem pressão mais alta e o tipo de engrenagem é mais eficiente em termos de energia.
O oxigênio é comprimido a 30 bar através da fileira (8 estágios) de acordo com a pressão de um cilindro (baixa pressão) e dois cilindros (alta pressão e baixa pressão), geralmente abaixo de 30 barg, precisa definir um gás de vedação de 5 barg ( pressão de nitrogênio pode ser satisfeita), e ao mesmo tempo Como o meio de oxigênio é um anel de fogo de alta temperatura e alta pressão, todas as peças de sobrecorrente são feitas de liga de cobre, e nitrogênio de segurança precisa ser configurado, o que geralmente é considerado pela engenharia Projeto; o preço de penetração do oxigênio importado é relativamente alto, cerca de 2 vezes o dos produtos nacionais, e geralmente não é usado. Atualmente, a penetração de oxigênio é geralmente usada, a pressão de descarga é de 3∽30barG e a vazão está acima de 8000Nm³/h. No entanto, a taxa de fluxo é pequena e a eficiência da permeabilidade ao oxigênio é baixa, geralmente 8000Nm³/h (55 por cento)∽80000Nm³/h (68 por cento).
Geralmente adequado para o processo de compressão de oxigênio, a partir de 3∽30 barg, mas geralmente usa o processo de compressão interna do supercharger (geralmente a eficiência está acima de 70%, há restrições de tráfego, a eficiência é mais de 10 pontos maior que o oxigênio , pode até compensar as vantagens de uma perda de energia adicional relativamente menor após a compressão, mas a pressão de compressão interna do aço precisa ser aumentada para evitar flutuações no sistema de troca de calor) para comparar e determinar o consumo de energia após o esquema.
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