空分設(shè)備預(yù)冷系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)

李牧聲 王帥（浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司，浙江杭州310012）

空分設(shè)備預(yù)冷系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)

李牧聲 王帥（浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司，浙江杭州310012）

空氣預(yù)冷系統(tǒng)是空分設(shè)備重要的組成部分，它位于空壓機(jī)系統(tǒng)和分子篩吸附系統(tǒng)之間，主要用來降低空壓機(jī)內(nèi)的空氣溫度，并及時(shí)將空氣中的硫化物沖洗干凈，達(dá)到凈化空氣的目的，從而讓空氣進(jìn)入到分子篩吸附系統(tǒng)中。因此，空氣預(yù)冷系統(tǒng)對(duì)整個(gè)空分設(shè)備運(yùn)行十分關(guān)鍵，必須做好預(yù)冷系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)，確?？辗衷O(shè)備的經(jīng)濟(jì)性和科學(xué)性。

空分設(shè)備；預(yù)冷系統(tǒng)；工藝設(shè)計(jì)

隨著冶金、化工等行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)大型空分設(shè)備的要求越來越高，空分設(shè)備逐漸向精細(xì)化、系統(tǒng)化方向發(fā)展。預(yù)冷和純化系統(tǒng)作為原料進(jìn)入到冷箱中的常溫處理工藝，是空分設(shè)備重要的組成部分，一旦預(yù)冷系統(tǒng)出現(xiàn)問題，則會(huì)影響到整個(gè)空分設(shè)備的運(yùn)行效果。因此，預(yù)冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)空分設(shè)備的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

1 空冷系統(tǒng)運(yùn)行原理

空壓機(jī)的高溫空氣進(jìn)入到空氣冷卻塔下部，并與水泵的常溫冷卻水在冷卻塔下部逆流接觸，并進(jìn)行熱質(zhì)交換，將高溫空氣逐漸冷卻，并再次上升到冷卻塔上部與自來冷卻塔的低溫冷卻水進(jìn)行熱質(zhì)交換后進(jìn)入到空冷塔的分子篩吸附系統(tǒng)。這個(gè)時(shí)候的冷卻水分兩個(gè)部分，一部分進(jìn)入到水冷塔與氮?dú)膺M(jìn)行熱交換并作為低溫冷卻水進(jìn)入到空冷塔上端，另外一部分直接進(jìn)入到空冷塔中部。兩部分冷卻水與空氣換熱以后從冷卻塔匯集排出?？绽湎到y(tǒng)在空分設(shè)備中廣泛應(yīng)用，取消了原來的冷水機(jī)組，并用冷水塔代替，并利用空分設(shè)備空冷系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的污染氮?dú)馕鼭裥越档退疁?。不同的空分設(shè)備運(yùn)行要求不同，有的提供的水冷塔污氮含量比較少，所以需要冷水機(jī)組制冷。

2 預(yù)冷系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)

空分設(shè)備大多數(shù)用于冶煉、化工等生產(chǎn)過程中，所以空氣中的化學(xué)物質(zhì)比較多，比如一氧化氮、二氧化硫、二氧化碳、硫化物、氮氧化物等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)經(jīng)過冷卻塔后，有些雜質(zhì)如一氧化氮等不能被分子篩吸收。通常情況下，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，分子篩純化器的進(jìn)氣溫度小于15攝氏度。如果以12攝氏度為設(shè)計(jì)點(diǎn)，裝置在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障，那么冷卻塔出口溫度可能超過12攝氏度，那么出口空氣中含水量的溫度就會(huì)達(dá)到設(shè)計(jì)溫度的二倍。噴淋系統(tǒng)、噴淋設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及設(shè)備的傳熱性能等因素是造成預(yù)冷系統(tǒng)溫度升高的主要原因，其中最關(guān)鍵的就是水汽比，也就是噴淋水量和氣體流量的比值。氮?dú)獾娘柡秃渴怯幸欢ㄏ拗担岳鋮s塔中的水溫降低的速度主要取決于水氣比，水氣比小，則水氣之間接觸面積小、傳熱效果不佳，空氣溫度下降效果差。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，很容易忽略這個(gè)問題，沒有及時(shí)將冷卻塔中的噴淋水量進(jìn)行優(yōu)化，影響到冷卻水的降溫效果。

3 預(yù)冷系統(tǒng)外加冷源

季節(jié)、氣候、安裝地點(diǎn)等因素決定了空分設(shè)備預(yù)冷系統(tǒng)對(duì)空氣的預(yù)冷程度。如果冷箱內(nèi)進(jìn)氣溫度升高，則會(huì)影響到預(yù)冷系統(tǒng)的降溫效果，冷箱內(nèi)膨脹空氣量增減，設(shè)備能耗增減，純化系統(tǒng)吸附器件的運(yùn)行環(huán)境惡化，主換熱器熱負(fù)荷增大，空分設(shè)備的運(yùn)行不穩(wěn)定，所以必須采取一定的措施降低空分設(shè)備的進(jìn)氣溫度?？辗衷O(shè)備的預(yù)冷系統(tǒng)一般采用氮水預(yù)冷系統(tǒng)，并將其與壓縮機(jī)的末級(jí)冷卻器合并。這種組裝方式稱為直接接觸式氮水預(yù)冷系統(tǒng)。氮水預(yù)冷系統(tǒng)分為有外加冷源和無外加冷源兩種。大型的空分設(shè)備預(yù)冷系統(tǒng)是否需要外加冷源則根據(jù)氮?dú)猱a(chǎn)品量與氧氣產(chǎn)量量比例決定，如果兩者比例小于1，依靠冷卻塔就能達(dá)到降低空氣體溫度的目的，那么不需要添加外加冷源。如果沒有外加冷源的情況下，進(jìn)純化系統(tǒng)吸附器的溫度比較高，則提高了分子篩吸附劑的用量，再生氣量減少，冷卻塔的污氮量相應(yīng)減少，排出空冷塔的氣體溫度則提高了。在夏季溫度比較高的情況下，如果沒有外加冷源，則會(huì)影響到預(yù)冷系統(tǒng)和純化系統(tǒng)的運(yùn)行效率。因此，一般需要外加冷源，常見的外加冷源有以下幾種：氟利昂、液氨、溴化鋰水溶液等。氟利昂在低壓狀態(tài)達(dá)到一定的飽和溫度時(shí)，會(huì)吸收熱量并蒸發(fā)，制冷機(jī)組利用氟利昂的這一特點(diǎn)進(jìn)行制冷，低溫冷氣機(jī)組制冷劑為氟利昂時(shí)，真空泵抽真空壓力為80KPa,蒸發(fā)溫度為238K,制冷最低溫度在243K就能調(diào)節(jié)余量，所以設(shè)計(jì)的時(shí)候，要降低1K。液氨一般1700KPa（G）下，溫度在45攝氏度節(jié)流到500KPa（G），那么蒸發(fā)溫度為5攝氏度，如果是100KPa（G）蒸發(fā)溫度則會(huì)降低到零下20攝氏度，將冷卻水凍結(jié)在氨蒸發(fā)器中，所以必須控制好氨蒸發(fā)器的壓力。溴化鋰溶液能夠利用低品位廢熱進(jìn)行制冷，制冷范圍在252.2萬(wàn)KJ/h-2512萬(wàn)KJ/h，但是用于溴化鋰溶液具有很強(qiáng)的腐蝕性，影響到機(jī)組的設(shè)備和使用性能。

4 結(jié)語(yǔ)

空分設(shè)備預(yù)冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，空氣塔可以通過直接接觸空冷塔、降低空氣溫度；液體分布采用新型的分布器，讓水和空氣充分接觸，保證冷卻塔換熱性能，從而降低空分設(shè)備的能耗，提高空分設(shè)備的性能。

[1]蔣旭,江楚標(biāo),徐偉民等.空分設(shè)備預(yù)冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].冶金動(dòng)力,2014,(4):23-27.

[2]周艷紅.15000m3/h空分設(shè)備氮水預(yù)冷系統(tǒng)存在的問題及改進(jìn)[J].商品與質(zhì)量,2016,(50):204-204.

[3]李偉華.空分制氧系統(tǒng)預(yù)冷水泵節(jié)能改造[J].天津冶金,2016,(1):41-43.