制氧工考试
带透平膨胀机的小型空分设备，在启动时压力应如何控制？
题目
带透平膨胀机的小型空分设备，在启动时压力应如何控制？
参考答案和解析
正确答案:
带透平膨胀机的小型空分设备（例如KDON-150/155型）在启动时，加工空气最高压力要控制在1.96MPa，否则，空压机会超压。启动初期，为了充分发挥两台膨胀机的制冷潜力，使膨胀机全负荷运转，用膨胀机进口阀控制两台膨胀机转速在10.5×104～11×104r/min。空气节流阀（V1）可以不开，用空压机放空阀控制加工空气压力在1.8MPa左右。
膨胀机制冷量的多少，与进入膨胀机的气量、膨胀机前后的压力差、膨胀机进气温度和
膨胀效率等因素有关。进入膨胀机的气量越多、进气温度越高、前后压差越大、膨胀机效率越高，则制冷量越多；反之则制冷量越少。进入膨胀机的气量、膨胀机前的压力、温度、膨胀机的效率受到转速的限制，不能随意调节。而膨胀机后的压力降低，可以增大膨胀前后的压差。因此，启动初期，应设法降低下塔压力，降低下塔压力的办法是把液体节流阀（V2、V3阀）全开，打开除热交换吹除阀以外的所有吹除阀、分析阀，同时在确保分子筛纯化器再生气量的前提下，尽量降低上塔压力。
随着启动时间的延长，塔内温度逐渐下降，高压压力自动降低。因此要及时关小空压机放空阀，以确保膨胀机转速；另一方面，当吹除阀、分析阀出口结霜时，应及时关闭。
当T2温度达-150℃时，打开V1阀来保持高压压力在1.96MPa。当空压机放空阀全关，高压压力和膨胀机转速下降时，应保持一台膨胀机满负荷运转，把另一台膨胀机减量运转。当运转的膨胀机进口压力低于0.6MPa时，可以停掉一台膨胀机来保持高压在1.96MPa。
当关阀基本结束，液氧液面高于0.5m时，应逐渐开大V1阀或膨胀机进口阀来降压。在膨胀机进口阀全开后，液氧液面还上升，可开大V1阀来保持液氧液面。
KDON-150/155型空分设备正常运转压力（表压）为：高压压力1～1.4MPa，下塔压力0.45～0.55MPa；上塔压力0.045～0.055MPa。
膨胀机制冷量的多少，与进入膨胀机的气量、膨胀机前后的压力差、膨胀机进气温度和
膨胀效率等因素有关。进入膨胀机的气量越多、进气温度越高、前后压差越大、膨胀机效率越高，则制冷量越多；反之则制冷量越少。进入膨胀机的气量、膨胀机前的压力、温度、膨胀机的效率受到转速的限制，不能随意调节。而膨胀机后的压力降低，可以增大膨胀前后的压差。因此，启动初期，应设法降低下塔压力，降低下塔压力的办法是把液体节流阀（V2、V3阀）全开，打开除热交换吹除阀以外的所有吹除阀、分析阀，同时在确保分子筛纯化器再生气量的前提下，尽量降低上塔压力。
随着启动时间的延长，塔内温度逐渐下降，高压压力自动降低。因此要及时关小空压机放空阀，以确保膨胀机转速；另一方面，当吹除阀、分析阀出口结霜时，应及时关闭。
当T2温度达-150℃时，打开V1阀来保持高压压力在1.96MPa。当空压机放空阀全关，高压压力和膨胀机转速下降时，应保持一台膨胀机满负荷运转，把另一台膨胀机减量运转。当运转的膨胀机进口压力低于0.6MPa时，可以停掉一台膨胀机来保持高压在1.96MPa。
当关阀基本结束，液氧液面高于0.5m时，应逐渐开大V1阀或膨胀机进口阀来降压。在膨胀机进口阀全开后，液氧液面还上升，可开大V1阀来保持液氧液面。
KDON-150/155型空分设备正常运转压力（表压）为：高压压力1～1.4MPa，下塔压力0.45～0.55MPa；上塔压力0.045～0.055MPa。
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相似问题和答案
第1题：
小型空分设备启动时为什么节一1阀开启过小，不会产生液氧？
正确答案: 对中压流程制氧机，膨胀机内是不允许出现液体的。当空气节流阀节-1阀尚未打开，第二热交换器尚未投入工作时，单靠膨胀空气进下塔是没有液体产生的。在冷却过程中，当膨胀机后温度达到-140℃时，需打开高压空气节流阀节-1阀。此时，节-1阀前的温度迅速下降，节流后才能有部分空气液化，在塔内开始逐渐积累起液体。
主冷中液氧的产生完全是靠下塔的液空节流至上塔，下流液体把塔板冷却后，才在冷凝蒸发器在逐渐积累起来的。因此，液体的积累归根结底取决于通过节-1阀产生的液体的数量。节-1阀的开度过大，流经第二热交换器的气量增加，节流前的温度升高，节流后就不会液化；若节-1阀开度过小，节流后的液体量也会过少。此时，通过膨胀机后的气体是过热的，它将使一部分液体又被气化。并且，膨胀量相对过大，第二热交换器换热不充分，则会加重第一热交换器的负担，使热交换器的热端温差增大，冷损增加。当其产冷量和冷损量相平衡时，就没有富裕的冷量用来产生液体，液氧面就可能不会产生。因此，在操作中必须使节-1阀的开度适当，与膨胀机的进气量相配合，在保持高压的同时，使膨胀机后温度保持在-140～-160℃之间。
第2题：
带透平膨胀机的小型空分设备在临时停车后如何恢复开车？
正确答案: 空分设备在停车时，空分塔板上的液体下流到冷凝蒸发器中，使液氧面升高。如果液氧面满出氧气出口管，液氧就会流到板翅式换热器内，使换热器的温度降低。重新启动时，高压空气温度会下降（T2=-180～-190℃），膨胀机前温度也会降至-160℃。若马上启动膨胀机，则会有液体带入膨胀机内，造成膨胀机损坏。
因此，在临时停车后恢复开车时，如果T2、T3温度过低，可先打开节-1阀，使高压空气进板翅式换热器，先使热交换器内的液体气化，温度升高，并促使膨胀机机前温度回升。当T1温度高于-150℃时，再启动膨胀机。打开轴承气、密封气，并调节压力在0.5～0.6MPa，然后全开膨胀机排气阀，再缓慢打开进气阀，使压力逐渐上升。控制膨胀机转速在105r/min左右，再调好密封气压力，使其高于排气压力约0.05MPa。
膨胀机运转正常后，再进行空分塔工况的调整，直至设备稳定生产。
第3题：
如何缩短自清除流程全低压空分设备的启动时间？
正确答案: 板翅式切换式换热器的热容量小，空分设备的启动时间较短，在30~40小时的水平。就操作来说，操作要领为，要防止水份和二氧化碳带入塔内，严格控制好冷端和热端温差；注意主冷的冷却；充分发挥多台膨胀机的制冷能力；合理分配、利用冷量，依靠设备本身的潜力使启动时间缩短。此外，借助外部冷源也是缩短启动时间的有效办法。当主冷冷却结束，出现液体时，从外部输入液氧、液空或液氮，当主冷液位达到正常液面时可停止输液，空分塔可进入调纯阶段。采用这种输液技术，启动时间可缩短12小时以上，这是一种很经济的方法。
第4题：
小型空分设备液氧液面怎样控制？
正确答案: 在生产气氧的设备中，液氧液面的稳定与否是判断冷量平衡的主要标志。设备在正常运转的情况下，液氧面应稳定在一个设计高度附近。如果液氧面上升，即说明冷量过剩；液面下降，则说明冷量不足。冷量过剩或不足都难以同时提取纯氧和纯氮。
液氧液面的高低影响冷凝蒸发器的有效换热面积，液面控制得高一些，调整时可以减小产品纯度的波动。液面控制得过低时，使冷凝蒸发器的有效换热面积减少，氮蒸气不易冷凝而使下塔压力升高（传热温差扩大）。因此，液氧面的高度应控制在同时有利于氮蒸气充分冷凝、液氧充分蒸发的理想高度。对不同的设备有其最佳点。例如，对50型分馏塔液氧面可控制在6.4kPa（40cm四氯化碳柱）。如果冷凝蒸发器传热面脏污，导致传热性能降低时，液氧面要适当控制得高一点，但液面不超过冷凝器管长的80%～90%。
控制液氧面高度的手段是膨胀机的凸轮和高压节流阀。液氧面小范围波动，可单独用节流阀调节。节流阀关小时，高压上升，膨胀机进气量增加，产冷量增多，液面上升；反之，节流阀开大时液氧面下降。如果液面升降范围较大或需制取部分液氧时，必须节流阀和凸轮配合调节。凸轮开大、相应关小节-1阀，维持高压压力不变，则冷量增加，液氧面上升。
在液空液面过高的情况下，液空节流阀开大时，液氧面上升。液空节流阀关小时，液氧面下降。如果阀被二氧化碳阻塞，液氧面要下降。此时要急剧转动阀杆进行刮霜，必要时适当开大液空节流阀。
随着上塔压力的升高，液氧沸点就会升高，从而使主冷的温差缩小，液氧面将因其蒸发减慢而暂时上升。反之，如上塔压力降低，能导致液氧面下降。
第5题：
带活塞式膨胀机的中压流程的中小型空分设备，控制制氧液面高度的手段是操作（）和（）
正确答案:膨胀机的凸轮；高压节流阀
第6题：
透平膨胀机为什么要使用带压力的密封气？应如何操作？
正确答案: 低温气体会从转动部件叶轮轴与静止的机壳间隙外漏，增大冷损，冻结润滑油。将迷宫式密封或石墨密封分成两段，在中间加入压力密封气，这样，一方面减少了冷气的泄漏，也可防止润滑油渗入膨胀机，或润滑油被冻结。膨胀机启动油泵前，先通密封气，停车时后撤密封气。
第7题：
透平膨胀机为什么要使用带压力的密封气。
正确答案:透平膨胀机要求进入膨胀机的气体全部能通过导流器和工作轮膨胀，产生冷量。但是由于工作轮是高速运转的部件，机壳是静止的部件，低温气体有可能通过机壳间隙外漏。这将使膨胀机的总的制冷量下降，同时将增加冷损。此外，冷量外漏还可能使轴承润滑油冻结，造成机械故障。因此必须采用可靠的密封
第8题：
小型空分设备中液空的液面怎样控制？
正确答案: 液空液面在一定范围内，它的高低对液空、液氮纯度没有什么影响。但是，如果液空液面太低，会造成液空节流阀导入上塔的液体中夹带蒸气，使下塔的上升蒸气减少，同时使液空的氧纯度下降，氧、氮纯度下降。严重时还会产生漏液，液空、液氮纯度均下降。如果液空液面过高，液体淹没下层塔板，使其失去精馏作用。因此，液空液面要保持在规定的范围内。
液空液面的控制主要是靠液空节流阀。关小节流阀，则液面上升。反之则液面下降。液空节流阀的开度应控制液空液面在正常范围内。
有时，液空节流阀被固体二氧化碳所阻塞，导致液空液面上升。此时，应急剧转动节流阀，以清除冻结的干冰，称之为“刮霜”。
若关小液氮节流阀，会使下塔回流液增多，液空液面稍见上升，纯度下降；反之，液空液面有所下降。此时应相应地调节液空节流阀开度。
下塔出现液悬时，塔板上的液体间歇性地倾流而下，会导致液空液面时高时低。此时，应及时消除液悬，才能使液空液面稳定。
第9题：
分筛纯化器在空分设备突然断电时应如何操作？
正确答案:1）首先打开空压机的放空阀（防喘振阀），防止空压机喘振，空气倒流造成空压机反转；
2）分子筛纯化器的切换应联锁关闭、如果没有关闭，应手动关闭。并记当断电前分子筛纯化器运行的程序状态。膨胀机、冷冻机、空气预冷系统、应联锁停机，否则手动停机；
3）停止氧、氮产品的送出，停止液氧的输出；
4）关闭空气预冷系统与外部连接的水阀。
第10题：
小型空分设备加温时为什么要控制高压空气压力，控制在多少为宜？
正确答案: 由于进入纯化器的气体为饱和空气，所以小型空分设备在加温时要控制高压空气压力的目的在于：
1）减少加温气体带入纯化器（或干燥器）的水分；
2）保证纯化器（或干燥器）的使用周期；
3）延长吸附剂的使用寿命。
当温度一定时，饱和空气中的水蒸气分压力（即该温度下的水蒸气饱和压力）为定值，与饱和空气的总压力无关。也就是说，无论饱和空气的总压力多大，在相同体积的饱和空气中，水蒸气的质量含量是一样的。所以，相同质量的饱和空气的总压力控制得越高，总体积便越小，饱和空气中所包含的水分（质量）便越少。例如，在空压机的加工空气量和压缩后的温度一定时，如果加工空气分别被压缩到1MPa（表压）和2MPa（表压），由于前者的绝对压力几乎是后者的一半，即所占体积要几乎大一倍，所含水分的质量便也相差近一倍。
一般纯化器的设计参数是：工作压力为2MPa（表压），工作温度为30℃，切换时间为8h。若分馏塔在加温时对高压空气的压力不加控制，工作压力很可能低于1MPa（表压），纯化器工作温度虽仍为30℃，但每小时带入纯化器的水分比设计值将成倍地增加。此时，如果为了保持加温气体出纯化器后的干燥度，就要每4h切换一次，但这样切换后的再生时间却来不及；如果不及时切换，使用时间便要超过4h，加温气体出纯化器后的水分含量便会增加，从而影响分馏塔的加温效果。因此，为了减少加温气体带入纯化器（或干燥器）的水分，以保证纯化器（或干燥器）的使用周期，纯化器加温时的压力应控制为正常的工作压力（2MPa）。
另外，气体在纯化器内的流动速度也和压力成反比。如果纯化器加温时的压力控制得低于1MPa（表压），则速度要比2MPa大一倍。而气流速度的大幅增大，还容易使吸附剂变成粉末。因此，纯化器加温时的压力控制为正常的工作压力（2MPa），有利于延长吸附剂的使用寿命。
但是，应注意对加温入口阀的控制，使进入加热炉的压力不高于0.5MPa，上塔压力不高于正常的工作压力。