制氧工考试
小型空分设备高压空气节流向（节一1阀）在各种场合下的作用原理是什么，如何操作？
题目
小型空分设备高压空气节流向（节一1阀）在各种场合下的作用原理是什么，如何操作？
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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：
小型空分设备级、氮排出阀的作用原理是什么？
正确答案: 氧、氮排出阀是控制氧气、氮气的纯度和低压压力用的。当氧气纯度低于使用要求时，就应该把氧气排出阀关小，使氧气流量减少数格；同时开大氮气排出阀，把氮气流量开大数格，以保持低压压力。反之，氧气纯度过高而氮气纯度低于使用要求时，用“关氮开氧”的方法来提高氮气纯度。氧气与氮气纯度提高的方法是相反的，它们之间互相制约，但也是矛盾的统一，所以在调整时要缓慢。每次调整范围在流量计指示读数的1格左右，同时要注意滞后作用，要有预见性，一定要两面兼顾。
低压压力关系到上塔精馏工况的稳定。单纯从精馏的角度来说，上塔的压力越低越有利，但必须顾及到纯化器的再生需要，所以一般控制在0.05MPa（表压）左右。需要提高低压压力时，把氧、氮排出阀同时关小几格流量；反之，需要降低压力时可以同时开大几格流量，以保证氧、氮纯度稳定。
氧、氮排出阀的操作原理是：分馏塔内空气精馏过程必须具有一定的上升蒸气量和一定比例的回流液才能实现。冷凝蒸发器为上塔提供上升蒸气量，并从中抽出小部分作为氧气产品。当氧气排出阀关小或氮气出口阀开大时，抽出的氧气量减少，上塔上升的蒸气量增多，蒸气中的氧分子在塔板液层中冷凝量就增加。相应产生的冷凝热也增加，液层中的氮分子得到充分的蒸发，上塔塔板液相中氧分子相应增加，流入冷凝蒸发器中的液氧纯度就提高。同时在塔板上液相氮分子蒸发过程中，被带走的氧分子也相应地增加，出塔氮气中的氧含量也增加。
因此“关氧开氮”的结果是提高了氧气纯度，降低了氮气纯度，减少了氧气产量。反之，“开氧关氮”时（若不抽馏分工况下或馏分抽取量不变时），氮气抽取量的减少，必然增加了氧气抽出量。上塔上升的蒸气量就会减少，相对的回流比增大，蒸气中的氧分子在液相中总的冷凝量减少，相对地放出冷凝热也减少，液相中氮分子就不可能充分地蒸发。因此“开氧关氮”的结果，使出塔氮气纯度提高，氧气纯度下降，氧气产量增加。
第3题：
小型空分设备液氧液面计下阀管为什么容易堵塞?
参考答案：小型空分设备采用的液氧液面计，是根据连接器原理来指示液氧液面高度的，液氧液面计的下阀管接在冷凝蒸发器底部，随着设备运行周期的延长，微量的二氧化碳也会带入冷凝蒸发器中，逐渐积累，当其含量超过饱和时，以固态析出，就逐渐使液氧液面计下阀管堵塞。
第4题：
为什么小型空分设备的节一2阀（液空节流阀）、节-3阀（液氮节流阀）在调纯的时候，阀位在4~9圈时最难关小？
正确答案: 在启动初期，通过节-2（液空节流）阀、节-3（液氮节流）阀的都是气体。由于塔内温度高、体积大，必须把两阀开大（一般开到12圈左右，再开大已不起调节作用）。随着塔内温度下降，气体的质量流量不变，而体积流量减少了，表现在中压压力自动下降。到关阀阶段，通过该两阀的状态呈气、液混合物（极大部分还是气态）。
当从第12圈开始关小时，由于阀门的开度大，不影响气液物的流通；到了9圈以下时，就有部分气体被阻止通过，沿下塔上升到冷凝蒸发器中的气体增多了，中压压力开始上升。由于冷凝蒸发器热负荷的增加，液氧液面开始下降。因此，在此期间关阀的幅度要小，要密切注意中压压力和液氧液面的变化，切忌过快，以免造成液泛。
随着阀门的关小，通过两阀的液体量增多，下塔上升蒸气的增加量逐渐减少，最后达到平衡。冷凝蒸发器的热负荷增加量也逐渐减少，直至稳定。所以，关阀关到一定位置时，阀门的开大、关小，对下塔压力和液氧液面影响已不大。但此时应注意液空、液氮的纯度，液氮节流阀要更加注意，有时只有1°～3°的变动范围。
第5题：
怎样判断小型空分设备液氧液面计下阀管的堵塞？堵塞后怎么办？
正确答案: 液氧液面下阀管堵塞时，往往表现为液氧液面计液面很稳定，但亦存在可能表现为液氧面下降或不指示，发生这种现象时，首先应关闭液氧面计上、下阀，然后打开下阀，检查下阀管及液氧液面计下阀上的连接接头是否有气，如无气，则说明液氧液面计下阀已堵塞了，可用铜管接通下塔，借助下塔压力倒吹，开可用氮气，氮气降压到1MPa倒吹，如此无效，则可用液氧液面计下阀备用阀，若备用阀也堵塞，并无法吹通，可用液氧分析阀或液氧排放阀来代替。
第6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。
第7题：
小型空分设备启动初期，膨胀机已达到最大进气经过，高压压力还继续升高，这时是开大节一1阀好，还是将部分空气放空好？
正确答案: 这要视下塔压力而定。若下塔压力低于0.55MPa（表压），则开大节-1阀好。这是因为：
1）打开节-1阀，可以充分利用第二热交换器传热面积，缩小热端温差。当T2温度达-140℃后，此时分馏塔液空尚未产生，需要大量冷量。节-1阀开得过小，还将部分空气放空，这就意味着高压空气通过第二热交换器的量很少，返流气体的冷量不能正常地传递给高压空气，从而进入第一热交换器的冷量比正常时增多，高压空气进膨胀机的温度下降过快，膨胀后的温度随着下降。同时由于第一热交换器负荷过重，致使热端温差扩大，冷损增加，使启动时间延长。如果开大节-1阀，可使进入第二热交换器的高压空气量增多，返流气体交给高压空气的冷量也就增多。一方面可以使T3温度逐渐下降；另一方面可以使进膨胀机前的温度提高，膨胀机后温度下降减缓。冷量得到充分回收，热端温差缩小，冷损减少；
2）充分利用等温节流效应，增加制冷量。高压空气通过节-1阀虽然不会产生冷量，但是可以降温，起到转换能量的作用。如果把部分高压空气放空掉，空压机白白消耗了能量，其等温节流效应得不到利用，使启动时间延长，这是很可惜的。如果开大节-1阀，高压空气通过节-1阀时，能使节流后的空气温度降低。这部分气体返回热交换器内，使高压空气温度进一步下降，等温节流效应就得到充分利用，可以使启动时间缩短。
具体操作方法如下：在T2温度未达到-140℃之前，使高压空气尽可能地通过膨胀机制冷。如果空气有富裕，下塔压力低于0.5MPa，也可开节-1阀调节高压。在T2温度达-140℃后，此时，塔内温度普遍降低，中压压力也下降了，可以逐渐开大节-1阀，但必须保持高压压力在设备允许的最高操作压力。当T2温度继续下降时，可减少膨胀量，即采取调低膨胀机转速或采取机前节流的办法来控制T2温度。不必把空气放空。
3）当下塔压力高于0.55MPa，接近下塔最高操作压力时，则应将部分空气放空为好。这是因为下塔最高操作压力为0.6MPa，稍一疏忽，易引起下塔超压；另一方面，膨胀机前、后的压差缩小，产冷量相对减少。特别是透平式膨胀机启动时进气压力一般在1.5～1.6MPa已达到膨胀机最高转速，高压压力已不能再提高了。下塔压力过高，膨胀前、后压差缩小，总的制冷量反而会减少。因而，此时放空比开节-1阀为好。
第8题：
小型空分设备高压空气进口阀的作用原理是什么，如何操作？
正确答案: 高压空气进口阀分别控制进入主换热器各个隔层的空气量，以调节各隔层之间的热端温差。当氧气、氮气或馏分出口之间温度不一致时，可以改变进入这个隔层的空气量。例如氧气温度低于氮气出口温度时，可以开大氧气隔层高压空气进口阀。当这个阀全开，氧气出口温度还是低于氮气出口温度时，可以关小氮隔层高压空气进口阀。反之亦然。隔层间的温差愈小愈好，最大不超过2℃。
膨胀机高压空气进口阀，是高压空气进膨胀机的通过阀。这个阀平时处在开启状态，当设备发生故障，紧急停电，膨胀机开车、停车前应关闭。这个阀原则上不作调节用，但在启动后期，膨胀机凸轮已处于最小进气位置，膨胀后空气温度低于-160℃，且继续下降时，如果用开大高压空气节流阀的办法来减少膨胀量，势必使高压压力下降，高压空气节流阀前温度升高，节流后液化率减少，液体的生产量减少，会使整个启动时间延长。因此，短期利用膨胀机高压空气进口阀来控制膨胀机后的温度，将有利于塔内液体的积累。关小膨胀机高压空气进口阀，则热交换器高压压力升高，机前高压下降，中压下降，温度上升，液氧液面上升。开大则与上述情况相反。降压时，应先开大膨胀机高压空气进口阀，后开凸轮机构。但应注意这个阀门不要开得过大，只要热交换器与机前的两个压力表指示相同就可，以便在紧急停电时能迅速切断气源，防止膨胀机飞车。
第9题：
小型空分设备液空节流阀（节一2或节一3阀）的作用原理是什么，如何操作？
正确答案: 液空节流阀在150m3/h空分塔上有两个：液空经乙炔吸附器的节流阀称节-2阀，液空直接进入上塔的节流阀称节-3阀。它们的作用原理相同，使用场合不一。实际上，节-3阀只有在启动时和乙炔吸附器再生时使用，其他时间是关闭的。
空分塔启动初期，将节-3阀开12～15圈，节-2阀可以不打开。当中压压力高于正常操作压力时，可把节-2阀转2～3圈，但不宜过大，以防气速过大把乙炔吸附器内的硅胶冲碎而堵塞塔板小孔。在下塔开始产生液空后，逐步开大节-2阀12～15转。
当冷凝蒸发器液氧液面达到418mm（30cm四氯化碳柱）时，应先把节-3阀关闭，然后把节-2阀逐步关小。关阀的速度快慢视中压压力和液氧液面而定。阀门开度大小的标准是保证通过液空节流阀的都是液体，一般控制液空液面在10～15cm水柱（液面高115～170mm）。
空分塔稳定时用节-2阀来调节液空液面。如发现液空液面自动上升，液氧液面自动下降的现象，可能是节-2阀阀头被干冰堵塞所致，此时应快速来回地转动节-2阀，刮去阀头的结霜，然后恢复到正常的工作位置。
正常生产时，节-3阀一般处于关闭状态。当乙炔吸附器需要再生时，慢慢打开节-3阀半转，同时相应的关小节-2阀，最后节-2阀全关，用节-3阀来控制液空液面。当乙炔吸附器再生完毕，由节-3阀转为节-2阀工作时，交替应缓慢，不要使液氧液面和液空液面大幅度地波动。
当空分塔需要临时停车或间断生产时，应把节-2阀关闭，以保存下塔的冷量。再次复车启动时，要视液空、液氧液面的高低来决定节-2阀的开度。如果液面接近于正常范围，可以把开度处在停车前的位置；若已无液面，可按开车启动时的操作进行。
空分设备停车加温前应把节-2阀缓慢开大，使液空转入上塔。加温时可把节-2阀全开。
正常生产时液空节流阀的主要作用是控制液空液面。在液空液面基本稳定的情况下，想用节-2阀来调节下塔压力和液空纯度是不可能的。因为液空是从下塔底部抽出，不可能改变下塔的回流比。如果想用关小节-2阀的方法来提高下塔的压力和液空纯度，只能引起液空进入上塔的液体数量的减少，必然会使液空液面上升。如果不及时开大的话，会使下塔塔板淹没，精馏破坏。反之，想用开大节-2阀来降低中压压力，这当然是可行的。但是，这时通过节-2阀的将不全部是液体，而是气液混合物。由于通过节-2阀蒸气量的增加，下塔塔板的上升蒸汽量减少了，相应地下塔中汽、液交换接触的机会减少，其中一部分蒸气就会直接进入上塔，会使下塔精馏工况恶化，同时对上塔精馏也带来困难，这是不允许的。
因此，液空节流阀只能用于控制液空液面。实际上，保持液空液面稳定就意味着为下塔纯度调节奠定了基础。在液空液面稳定的情况下，液空纯度的调节主要靠液氮节流阀。反之，液空节流阀开得过大，大量蒸汽从下塔转入上塔，下塔精馏工况失常，液氮节流阀的作用也不可能发挥。正常时，不能依靠人为地改变液空、液氮节流阀的开度来控制下塔的压力，这是因为影响下塔压力的因素很多，其主要由冷凝器温差、液氧纯度、液氮纯度、加工空气量多少等因素决定。
开大液空节流阀，在液空液面下降的同时，会使液氧液面暂时地上升，氧气纯度暂时地降低。关小液空节流阀则反之。
第10题：
小型空分设备液氮节流阀（节一4阀）的作用原理是什么，如何操作？
正确答案: 液氮节流阀（节-4阀）在不同场合下的使用：空分塔启动初期应全开（约转12～15转）。当冷凝蒸发器液氧液面接近或达到430mm时，与节-2阀同时缓慢地关小。关阀的速度在初期以液氧液面和中压压力的情况而定；当节-4阀关至2转左右，在液空液面正常的情况下，应分析液空、液氮的纯度，视纯度的情况而定。最后将节-4阀的开度控制在液空、液氮纯度最佳的位置上。在正常生产的工况下，液氮节流阀不需要经常变动。当碰到液氮纯度自动升高，液空纯度自动下降，液空液面自动上涨时，可能是阀头被干冰所堵，应急剧转动阀门刮霜后复位。当间断制氧或临时停车时，应用节-4阀保持中压，以缩短重新启动时间。再次复车启动时，视液空、液氧液面的高低来决定。当设备准备停车加温时，停车前应开大节-4阀，将液体送往上塔。空分塔全面加温时，节-4阀应全开。
节-4阀的作用是将下塔液氮槽内的液氮经液氮过冷器送往上塔顶部的节流阀。正常生产期间，在开度合适的前提下起到控制液空、液氮纯度的作用，同时还会影响液空的液面和上塔液气比的改变，从而影响上塔的氮气纯度和氧气产量。在节-4阀关小后，液氮纯度提高，液空纯度下降，节-2阀开度不变时液空液面会升高。开大节-4阀则相反。
为什么节-4阀能控制液氮和液空纯度呢？因为进入下塔的空气是呈饱和的气、液混合状态，大多数是蒸气。蒸气沿下塔塔板的小孔上升，蒸气中的氧分子受到塔板上液体的冷凝，成为液氧进入液相；塔板上液体中的氮分子受到氧分子冷凝时放出的冷凝热而进入气相。每经一块塔板的传热、传质，使液体中氧分子含量增加，而上升蒸气中氮分子含量增加。蒸气经下塔的反复的冷凝蒸发，这样到下塔顶部，蒸气中的氮分子含量达到设计要求，然后在冷凝蒸发器内，被液氧冷凝成液氮，绝大部分液体积聚在液氮槽内。如果节-4阀开度过大，送入上塔的液体就多，回流入下塔的液氮量就减少。下塔塔板上回流液过少，就意味着下塔冷量不可能把蒸气中的氧分子充分地冷凝下来，上升到下塔顶部的蒸气中含氧量增加，使液氮纯度下降。又由于下塔的回流液过少，下塔塔板上的氮分子充分的蒸发，下流液体中氧分子含量增加，因此液空纯度提高。另外，下塔送入上塔顶部的液氮中氧分子较多，液氮本身含氧量较高，使上塔氮气中氧含量增加。因此，液氮纯度过低会引起出塔氮气降低，氧气产量减少。
关小节-4阀，去上塔的液氮量减少了，液氮槽内溢出、回流入下塔的液氮量增多，整个下塔的冷量增加，上升蒸气中的氧分子得到充分的冷凝，下塔顶部蒸气中氧分子含量减少，液氮纯度提高。但由于回流液的增多，塔板上液体中的氮分子得不到充分的蒸发，下塔底部的液空纯度下降，液空量增加。如果把节-4阀关得过小，液氮纯度过高，必然会带来液空纯度过低，液空量过多，进入上塔的液氮量过少。而从上塔精馏工况要求来说，提馏段回流比小一些好，以利氧气纯度的提高；精馏段回流比大一些好，有利于氮纯度的提高，若精馏段回流比过小，液氮的纯度虽很高，但由于量过少，气氮纯度反会下降，氧气量减少。
从上述分析来看，节-4阀的开度过大、过小都不利。因此节-4阀的调整要缓慢，有时仅仅只有1°～2°。据经验，高纯度设备（指气氮纯度在99.5%以上），用节-4阀控制液氮纯度可与气氮纯度相一致；单高氧气设备（气氮纯度在94%～96%），用节-4阀控制，液氮纯度（含氮）可比气氮纯度低1%～2%。