空分4500开车最终

KDON-4500/11000型空分设备

使 用 说 明 书

开封赛普空分设备有限公司

2015年10月

KDON-4500/11000型空分设备说明书（4K5ON-GC.SM）

目 录

1. 前言 ................................................................................................................... - 1 - 2. 概述 ................................................................................................................... - 2 - 3. 部机 ................................................................................................................. - 16 - 4. 空分设备的起动 ............................................................................................. - 23 - 5. 装置的管理 ..................................................................................................... - 40 - 6. 停车和加温 ..................................................................................................... - 45 - 7. 安全规程 ......................................................................................................... - 51 - 8. 裸体冷冻 ......................................................................................................... - 54 -

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1. 前言

空气分离过程基本上为物理过程，它利用了空气组分中各组分的物理特性。 空气分离设备是一种特殊的行业，其操作的技术性要求很强，同时也是一种必须恪守相应操作规程的专业工种。国家对于包括氧、氮、氩在内的空气制品，有很多的国家标准，而使用的相关机组也有许多标准。所以要求操作人员必须加强理论的学习。

空分设备同时还是要求连续运转的设备，对于操作中出现的问题，要根据相应的变化和基础理论，对故障及时做出判断，并及时做出相应的处理。对于易损易坏的部件，要定期保养，以保证整个装置的连续运行。

由于空气分离过程是建立在动态系统上的连续过程，系统平衡非常重要，主要包括物料的平衡和冷量（或者说热量）的平衡，掌握好平衡，不仅仅需要技术，也需要灵敏和足够的耐性，因为建立一个可靠稳定的平衡，并非非常简单。

对于一知半解的新操作工，必须经培训和实习后，方可上岗操作，并要求在实际的操作过程中，不断加强理论学习。操作中，非操作人员禁止乱摸乱动！

如果运行过程中出现非正常停车，必须查明原因并解决后方可继续生产！ 本说明书是KDON-4500/11000型空分设备运转及使用方面的说明书。在不违反操作规程的情况下，可灵活运用。

有关下列机组请参照各自使用说明书： a 自洁式空气过滤器 b 离心式压缩机组 c 透平膨胀机组 d 氮气压缩机组 e 低温液体贮槽 f 仪控系统 g 电控系统

（4K5ON-GC-YK） （4K5ON-GC-DK）

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2. 概述

2.1 主要指标

主要指标 加工空气量 压力 温度（进冷箱） 产 量 压力（出冷箱） 温 度 纯 度 产 量 压力（出冷箱） 温 度 纯 度 产 量 压力（出冷箱） 温 度 纯 度 单位 m3/h MPa ℃ 产品氧 m3/h KPa ℃ %O2 产品氮 M3/h KPa ℃ PPmO2 液氮 M3/h KPa ℃ PPmO2 200 ～200 饱和 <10 11000 ～13 12 <10 4500 150 12 99.6 设计工况 ～25000 0.65 ≤15 备 注 注：压力单位均为表压力（下同），流量单位均为标准状态(0℃,101.325KPa)（下同）。

2.2 基本原理和过程

空气分离设备的发展有上百年的历史，它的发展也体现了工业现代化的进程，但总的目标是围绕如何降低能耗，减少设备投资，使工艺简单，操作安全和稳定等几方面，来不断提高设备的设计、制造、安装、控制及操作维护水平。在大中型设备上，通常采用低温分离的办法。它的基本原理是利用液化空气中各组分沸点的不同，而将各组分分离开来。一般说这是一个物理过程，它充分利用了空气中各组分的物(理)(特)性不同。

基础理论：

基础理论只做了一般性的描述，具体可以参看相关专业技术书籍，如《低温与制冷技术》、《现代空分设备技术与操作原理》等，操作可以参阅《新编制氧工问答》

热力学第一定律：当一定量的热消失后，必定产生一定量的功，消耗一定量的功时，必定出现与之对应的一定量的热，在功与热的转化过程中，工质的能量是改变的，但是热

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和功转换时在数量上必定守恒！

热力学第二定律：克劳修斯于1850年的描述是：热不可能自发地、不付代价地从一个低温物体传给另一个高温物体。

溶液热力学的基本原理： 1、溶液和理想溶液的定义

? 由两种及两种以上的组分组成的均匀的稳定的液体叫溶液。

? 溶液是混合物。物质有固体、液体和气体三种状态，因此混合物也有三种

状态，气体混合物简称气体；固体混合物称为固溶体，如合金；液体混合物即溶液。

? 溶液的均一性。溶液各处的密度、组成和性质完全一样。

? 溶液的稳定性。温度不变，溶剂量不变时，溶质和溶剂长期不会分离。 ? 溶液的组分数称为“元”。

? 理想溶液：当各组分混合成溶液时，没有热效应和体积的变化的溶液。 ? 溶液形成的过程伴随着能量和体积的变化，可分为两个过程：一是溶质分

子的离散，这个过程需要吸热以克服分子间的吸引力，同时增大体积；二是溶剂分子和溶质分子的结合，这是一个放热过程同时体积缩小。整个过程的综合情况是两方面的共同作用。

? 从分子模型上讲，如果各组分分子的大小及作用力，彼此相似，当一种组

分的分子被另一种组分的分子取代时，没有能量的变化或空间结构的变化，则可以视为理想溶液。

? 因为理想溶液所服从的规律较简单，并且实际上，许多溶液在一定的浓度

区间的某些性质常表现得很像理想溶液，所以引入理想溶液的概念，不仅在理论上有价值，而且也有实际意义。以后可以看到，只要对从理想溶液所得到的公式作一些修正，就能用之于实际溶液。

? 拉乌尔定律、亨利定律、康诺瓦罗夫定律都是描述理想溶液性质的定律。 2、拉乌尔定律

? Raoult法国物理学家, 1887年, “在某一温度下，稀溶液的蒸汽压等于纯溶剂的蒸汽压乘以溶剂的摩尔分数”。

? 数学描述：对任意理想溶液，在给定温度下，有：

pi= pi*xi

0

Pi:第i组分的蒸汽压力

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经过连续的蒸发和冷凝，物料在塔板或者填料表面上进行接触，实现传质和传热的交换，从而达到混合物中不同组分的有效分离，可以获得高纯度的产品。

空分设备对于不同的产品要求，需要相应的流程组织。要达到空气分离的目的，空分装置的工作基本上包括下列过程：

⑴ 空气的过滤和压缩

⑵ 空气中水分和二氧化碳的消除 ⑶ 空气被冷却到液化温度 ⑷ 冷量的制取 ⑸ 液化 ⑹ 精馏

⑺ 危险杂质的排除

错误！未找到引用源。 产品的压缩和贮存

以上的过程都必需建立在质量平衡及能量平衡的基础上,在正常运行的过程中要始终保持这种动态的平衡,因此,操作中要缓慢调节,以保证工况稳定。 2.2.1 空气的过滤和压缩

大气中的空气先经过空气过滤器过滤其灰尘等机械杂质，然后在离心式压缩机中被压缩到所需的压力，由中间冷却器提供级间冷却，压缩产生的热量被冷却水带走。理论上，级数越多，压缩过程越接近于等温过程，效率越高。

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2.2.2 空气中水分和二氧化碳的清除

加工空气中的水分和二氧化碳若进入空分设备的低温区后，会形成冰和干冰，就会阻塞换热器的通道和塔板上的小孔，因而配用分子筛吸附器来预先清除空气中的水分和二氧化碳，进入分子筛吸附器的空气温度约为10℃。分子筛吸附器成对切换使用，一只工作时另一只再生。再生可采用电加热或蒸汽加热。

吸附器的设计必须按照吸附的操作条件、吸附入口处的杂质浓度、吸附剂的性质等条件进行，然后按照工艺要求的纯化后最大允许浓度，来确定吸附器的尺寸及吸附剂数量。

分子筛吸附剂对所有碳氢化合物（CmHn）的吸附效率不尽相同，就吸附而言，对较大分子和较复杂分子更为有效，例如：对丙烷和丁烷的吸附要比乙烷效果好。实际上，乙炔在任何情况下都会被吸附的很好，而甲烷和乙烷无论采取什么吸附条件和吸附剂都不能除去。

2.2.3 空气被冷却到液化温度

空气的冷却是在主换热器中进行的，在其中空气被来自精馏塔的返流气体冷却到接近液化温度。与此同时，低温返流气体被复热。冷热气体间的温差造成的热量损失，为系统的复热不足热量损失。 2.2.4 冷量的制取

由于绝热损失、换热器的复热不足损失、冷箱中低温液体产品输出及液体泵压缩液体对系统的输入功等，系统不可避免地存在一些热量损失,而这一部分损失,需靠不断补充冷量的方式,进行补偿。分馏塔所需的冷量,是由压缩空气在膨胀机中，经等熵膨胀，以及系统的等温节流效应（如自由膨胀、气体通过节流阀的等焓膨胀）而获得的。 2.2.5 液化

液化的前提是，气体被另一种温度更低的气体或液体，冷却至露点温度。通常是低温低压气体或液体，来冷却高温高压气体，并使之液化。在起动阶段，加工空气在主换热器和过冷器中,与返流低温气体换热而被部分液化，在正常运行中，氮气和液氧的热交换,是在冷凝蒸发器中进行的，由于两种流体压力的不同，氮气被液化而液氧被蒸发，氮气和液氧分别由下塔和上塔供给，这是保证上、下塔精馏过程的进行所必需具备的条件。（注：起动时，大部分气体也是在主冷中被冷却至液化温度而被液化的）。 2.2.6 精馏

实现空气产品的最终分离,是在精馏塔中实现的。理论上,空气中的大多数成分,都可经

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过低温精馏得到分离。

空气产品的提取率,依照不同的流程而不同。提取率的高低，可以基本反映设备的技术水平,在同样理论板的情况下，体现了精馏的好与坏，但并不是衡量装置优劣的唯一条件，还应考虑产品构成、单位能耗及控制水平等诸多因素。随着全精馏技术的发展，以及增压透平膨胀机的应用，氩产品的提取率较常规制氩有较大的提高，这样氧、氮产品的提取率也相应提高。

空气中99.04%是氧气加氮气，0.932%是氩气，它们基本不变。氢、二氧化碳和碳氢化合物视地区和环境在一定范围内变化，空气中的水蒸汽含量,随着饱和温度和地理环境条件影响,而变化较大。水蒸汽和二氧化碳具有和空气不大相同的性质，在大气压力下，水蒸汽达到0℃和二氧化碳达到-79℃时，就分别变成冰和干冰。在空分设备的工艺流程中，冰和干冰会阻塞板式换热器的通道和精馏塔筛板上的小孔。因此这些组分必须在空气进入保冷箱前除去。空气中的危险杂质是碳氢化合物，特别是乙炔，在精馏过程中如乙炔在液空和液氧中浓缩到一定程度就有发生爆炸的可能，因此乙炔在液氧中含量规定不得超过0.1PPm，这必须予以充分的注意。稀有气体中的不凝性气体,如氖、氦气，由于其冷凝温度很低，总以气态集聚在冷凝蒸发器中，侵占了换热面积，而影响换热效果，因此也要经常排放。

空气中主要组分的物理特性如下表2.1和表2.2。

表2.1

名 称 氮 氧 氩 二氧化碳 氦 氖 氪 氙 化学符号 N2 O2 Ar CO2 He Ne Kr Xe 体积百分比 78.084 20.95 0.932 0.03 0.00046 0.0016 0.00011 0.000008 重量百分比 75.5 23.1 1.29 0.05 0.00006 0.0011 0.00032 0.00004

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表2.2

名称 氮 氧 氩 氦 氖 氪 氙 化学 符号 N2 O2 Ar He Ne Kr Xe 气化温度 ℃ -195.8 -183 -185.7 -268.9 -246.1 -153.2 -108.0 熔化温度 ℃ -209.86 -218.4 -189.2 -272.55 -248.6 -157.2 -111.8 密 度 Kg/m3(G) 1.25 1.43 1.784 0.18 0.748 1.735 1.664 Kg/L(L) 0.81 1.14 1.4 0.125 1.204 2.155 3.52 ℃ -147 -119 -122 -267.7 -228.7 -63.7 +16.6 临 界 点 10-1MPa(G) 34.5 51.3 49.59 2.335 28.13 56 60.1 分离过程可获得相当产量的高纯度产品。

精馏过程（以筛板塔为例）是借助塔板，使上升蒸汽与下降液体不断接触，液体中易挥发组分吸热蒸发，气体中难挥发组分放热冷凝，而在任何一块塔板上，液体的平均组分都应保持不变。这样，在塔的总高范围内，存在一定的浓度梯度，即在塔顶可获得高纯度的易挥发组分(N2)，而在塔底部可获得（O2）富集物。但是单靠一个单级精馏塔是无法彻底有效分离空气，要同时得到氧、氮产品，精馏系统必须有两个塔。

空气的精馏是在氧—氮混合物的气相与液相接触之间的热质交换过程中进行的，气体自下而上流动，而液体自上而下流动，该过程由筛板（填料）来完成。由于氧、氮组分沸点的不同，氮比氧易蒸发，氧比氮易冷凝。气体逐板（段）通过时，氮浓度不断增加，只要有足够多的塔板（填料），在塔顶即可获得高纯度的氮气；反之液体逐板（段）通过时，氧浓度不断增加，在下塔底部可获得富氧液空，在上塔底部可获得高纯度氧气。

在下塔中空气被初次分离成富氧液空和氮气，液空由下塔底部抽出后经节流送入和液空组分相近的上塔某段上，一部分液氮由下塔顶部抽出后经节流送入上塔顶部，液空和液氮在节流前先在过冷器中过冷。空气的最终分离是在上塔进行。产品氧气是由上塔底部抽出，而氮气由上塔顶部抽出，并通过主换热器复热到常温后送出。 2.2.7 危险杂质的排放

空气中的危险杂质是碳氢化合物，特别是乙炔。在精馏过程中如乙炔在液空和液氧中浓缩到一定程度就有发生爆炸的可能，因此,乙炔在液氧中含量规定不得超过0.1PPm。 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

国内外的研究发现，氧化亚氮（N2O）在主冷中的集聚，也有可能性导致爆炸发生，因此，它在主冷中的含量，也应积极控制。

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我们基本可以认为，冷凝蒸发器是空分装置里较危险的设备，特别是干式蒸发器。在冷凝蒸发器中，由于液氧的不断蒸发，将会使碳氢化合物有浓缩的危险，即当一定的碳氢化合物溶解物，在达到极限而出现过饱和时，就会出现，这些碳氢化合物将以固体或液体的形式,富集在液氧槽表面或底部，从而导致在液氧中形成易爆炸的混合物。但是只要从冷凝蒸发器中连续排放部分液氧,就可防止浓缩。而当在冷凝蒸发器中提取液氧时（不小于1%氧产量），就可以不用再另外排放液氧,来防止碳氢化合物浓缩。对于从冷凝蒸发器中，液氧直接用来转化为产品的空分设备，如液氧内压缩流程、全液体装置，碳氢化合物是较难浓缩的。

表2.3为碳氢化合物的物理性能表，表2.4为碳氢化合物在液氧中的最大允许浓度表。

表2.3为碳氢化合物的物理性能 蒸发器内杂质的溶解极限 成份 甲烷 乙烷 乙炔 乙烯 丙烷 丙烯 正丁烷 异丁烷 1丁烯 异丁烯 1、3丁二烯 戊烷 1戊烷 代号 PPM(体积) CH4 C2H6 C2H2 C2H4 C3H8 C3H6 C4H10 C4H10 C4H8 C4H8 C4H6 C5H12 C5H10 可混合 250,000 6 30,000 60,000 10,000 700 2,500 1,500 200 25 50 300 PPM(体积) 0.12 5.2X10-6 2.4X10-2 2.0X10-3 5.0X10-7 5.0X10-7 6.0X10-7 在液氧中的挥发度 表2.4为碳氢化合物在液氧中的最大允许浓度

主蒸发器内的最大允许浓度 成份 代号 高 PPM 甲烷 乙烷 CH4 C2H6 250 125 特高 PPM 500 250 在富液中的浓度 高 PPM(体积) 2.5 5.0 开封赛普空分设备有限公司 - 13 -

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凝成水，放出热量。

3.7 主热交换器

符 号：E1、E2

作 用：进行多股流之间的热交换

结 构：为多层板翅式，各通道中的冷热气流通过翅片和隔板进行良好的换热。 使用方式：主换热器对经分子筛吸附器除去水分和二氧化碳的压缩空气进行冷却，

直至达到接近液化温度，各返流气在此被加热到常温。膨胀空气从中部抽出。

3.8 过冷器

符 号：E4

作 用：对低温液体进行过冷，以减少液空、污液氮和液氮节流后的气化率，

从而达到精馏更好的目的。

结 构：为多层板翅式。相邻通道间物流通过翅片和隔板进行良好的换热。 使用方式：液空、污液氮和液氮在流经过冷器时被氮气和污氮气进一步冷却，使

之低于饱和温度，这样，液空、污液氮和液氮在节流后可以减少气化，改善上塔的精馏工况。

3.9 冷凝蒸发器

符 号：K1

作 用：供氮气冷凝和液氧蒸发用，以维持精馏塔精馏过程的进行。 结 构：为多层板翅式，相邻通道的物流通过翅片和隔板进行良好的换热。 使用方式：冷凝蒸发器置于上、下塔之间，下塔上升的氮气在其间被冷凝，而上

塔回流的液氧在其间被蒸发。这个过程得以进行，是因为氮气压力高，液氧压力低。例如氮气压力为0.46MPa时，液化温度为95.5K，而液氧在压力为0.039MPa时，蒸发温度93.6K，两者温差1.9K。这样，氮气的冷凝和液氧的蒸发就可进行。各类冷凝蒸发器都 是按此原理进行的，只是冷凝和蒸发的介质不同而已。

3.10 下塔与上塔

代 号：下塔C1、上塔C2

作 用：利用混合气体中各组分的沸点不同，将其分离成所要求纯度的组分。

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结 构：下塔塔筒为圆筒形，下塔内装筛板，筛板上设置溢流装置。上塔内装

筛板，筛板上设置溢流装置。

使用方式：下塔精馏过程中，液体自上往下逐一流过每块筛板，由于溢流堰的作用，

使塔板上造成一定的液层高度。当气体由下而上穿过筛板小孔时与液体接触，产生了鼓泡，这样就增加了汽液接触面积，使热质交换过程高效地进行。低沸点组分逐渐蒸发，高沸点的组分逐渐液化，至塔顶就获得低沸点的纯氮，在塔底获得高沸点的富氧液空组分。上塔精馏过程类似下塔，上升气体中低沸点份（氮）含量不断提高，高沸点组分（氧）被大量的洗涤下来，形成回流液最终在塔顶得到低沸点纯氮气，塔底得到高沸点的纯液氧。

3.11透平膨胀机

代 号：ETA、ETB 型 号：

结 构：可调喷嘴、径轴流反动式、增压机制动 介 质：空气

流 量：增压机3500m3/h

膨胀机3500m3/h

进出口压力：增压机0.72Mpa/1.0541MPa(A) 膨胀机1.0321MPa/0.145MPa(A) 膨胀机进出口温度：160K/100K 增压机进出口温度：288K/330.5K 3.12氧气放空消音器

代 号：SL101

产品代号：4058.00300

作 用：本消音器用于出塔的产品氧气放空消音之用，装于氧气放空管道上。 结 构：以超细玻璃棉作为消声材料，利用玻璃棉的摩擦和粘滞阻力使声能变

为热能而被吸收，达到消音效果。

3.13液氧蒸发器

代 号：K2 产品代号：

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作 用：供空气冷凝和液氧蒸发用。

结 构：为多层板翅式，相邻通道的物流通过翅片和隔板进行良好的换热。 使用方式：在上塔底部的液氧由于位置较高有一定势能，在重力作用下势能减小

而压力逐渐增大，至液氧蒸发器进口处已有约100KPa。液氧进入液氧蒸发器，吸收由较高压力空气冷凝放出的热量而蒸发成气体。这部分氧气经主换热器复热，后去用户管网。

3.14冷水机组

作 用：为空气冷却塔上部提供低温冷冻水。 进水温度：~12℃ 出水温度：~7℃ 3.15 冷却水泵

代 号：WP-A,WP-B 型 号：KQW100/220-30/2

作 用：为空气冷却塔中部输送常温水 进水温度：32℃

扬 程：60M, 与之对应流量为70m3/h

结构及使用：填料密封的单级离心泵。运转时，水自填料处的泄漏量，应控制在60滴/min。

使用前,应阅读泵的使用维护说明书,以确定泵的性能曲线,明确流量、压力及效率之间的关系。

3.16 冷冻水泵

代 号：WP-C,WP-D 型 号：KQW80/300-30/2

作 用：为空气冷却塔上部输送低温冷冻水 进水温度：8℃

扬 程：100M, 与之对应流量为56m3/h

结构及使用：机械密封的多级离心泵。运转时，水自填料处的泄漏量，应控制在60滴/min。

使用前,应阅读泵的使用维护说明书,以确定泵的性能曲线,明确流量、压力及效率之间的关系。

3.17氮气放空消音器

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代 号：SL102

产品代号：4058.00400

作 用：本消音器用于出塔的产品氮气放空消音之用，装于氮气放空管道上。 结 构：以超细玻璃棉作为消声材料，利用玻璃棉的摩擦和粘滞阻力使声能变为热能而被吸收，达到消音效果。

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4. 空分设备的起动

4.1 起动应具备的条件：

自本步骤起，装置将进入实质的试车阶段。因此要求参加试车的人员，必须掌握一定的操作知识，并清楚各部机之间的内在关系。要认真读完有关的说明书，并很好的理解，必要之处要进行注解。严禁未经培训或一知半解者上岗操作。第一次起动时,各专业人员必须在岗。

4.1.1 空分设备所属管道、机械、电气（高压HV、中压MV、低压LV），仪表（传感器、变送器、控制器、执行器、调节阀、测量分析仪表、DCS等）等安装完毕，校验合格。 4.1.2 所有运转机械设备，如空压机、膨胀机、水泵等均具备起动条件，有的应先进行单机试车。

4.1.3 所有安全阀调试完毕，并投入使用。

4.1.4 所有手动，气动阀门开关灵活，各调节阀需经调试校验。 4.1.5 所有机器、仪表性能良好，并具备使用条件。

4.1.6 分子筛吸附器程序控制调试完毕，运转正常，具备使用条件。 4.1.7 冷箱内低温设备的管道加热，吹刷完毕，并经检测合格。

4.1.8 V457、V458膨胀机防喘振阀门打开，空压机放空阀和防喘振阀全开外，空分设备所有阀门应处于关闭状态，特别要检查膨胀机喷嘴调节阀门必须处于关闭，且应在自动保护状态。

4.1.9 供电系统正常工作。起动前必须向上级电网申请启动，且对方应清除启动负荷。 4.1.10 供水系统正常工作。 4.2 起动准备

起动前应对保冷箱内的管道和容器进行彻底加温和吹刷（具体步骤参阅 6. 停车和加温）。对于低温下工作的各个部分都不能有液态水分和机械杂质存在。除分析仪表和计量仪表外，所有通向指示仪表的阀必须开启，接通温度测量仪表，并进行以下各操作步骤：

⑴ 起动循环冷却水系统

⑵ 起动用户仪表空气系统及分子筛纯化器系统的切换系统 ⑶ 起动空气压缩机 ⑷ 起动空气预冷系统 ⑸ 吹扫空气管路

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下面将以上各步骤加以叙述，有关阀门的状态和仪表检测将另列附表4.2启动准备。

4.2.1 起动冷却水系统

⑴ 通知做好供循环冷却水的准备工作并起动 ⑵ 打开冷却水的进、出口阀

4.2.2 起动仪表空气系统和纯化系统切换程序

⑴ 开启各空气切换管路

⑵ 将备用仪表空气（由用户提供）接通 ⑶ 接通程序控制器，投至暂停状态 ⑷ 接通切换阀，并检查切换程序

⑸ 按仪控说明书和仪表制造厂的说明，将除分析和计量仪表以外的全部仪表投入。

4.2.3 起动空气透平压缩机

详细参阅“空气透平压缩机使用维护说明书”，并仔细检查空压机的起动条件是否具备，联锁系统是否可靠正常，是否有影响正常运行的隐患等。

⑴ 起动空气过滤器（按过滤器使用说明书操作） ⑵ 接通冷却水系统 ⑶ 作好电机的启动准备 ⑷ 按说明启动空气压缩机

⑸ 打开送出阀，增加导叶开度，逐步关小放空阀，以增加压缩机后的压力，无论何种情况下，都不允许对空压机的快速升压！

为防止升压后开阀对空冷塔填料层的冲击，要求在确认空压机完全起动起来后，先开送出阀，再开导叶和关放空阀门。 4.2.4 起动空气预冷系统

(1) 检查全部指示仪表

(2) 检查空气预冷系统的仪电系统 (3) 检查冷水机组的冷凝器 (4) 打开冷却水进、出口阀

(5) 缓慢增加空压机出口空气压力，并导入空气冷却塔中，待压力稳定并大于

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0.4MPa时，启动水泵WPA（或WPB）、WPC（或WPD）、冷水机组Ru1101。待启动系统稳定后逐渐开大进塔调节阀V1120、V1127，流量的调节应以空气出塔温度TIA-1102不大于10℃为准。 (6) 接通空冷塔、水冷塔液面自动调节系统。 (7) 慢慢增加空气压缩机排出压力至0.62MPa。 4.2.5 起动分子筛纯化系统

(1) 切换程序的运行（手动）

(2) 检查、调节、确定各控制阀门阀位正常

(3) 打开V1253，检查空气中是否有游离水，若有应让空气中游离水通过吹除阀排

掉。

(4) 手动打开空气出分子筛吸附器V1203（或V1204）切换阀，缓慢打开MS1201

（或MS1202）启动充气阀V1251（或V1252），向分子筛吸附器充气至压力与空冷塔平衡后，保持压力稳定。手动打开吸附器空气进口阀V1201（或V1202），再关V1251（或V1252）。

(5) 手动打开未工作的分子筛吸附器再生流路阀门V1208（或V1207）、V1206（或

V1205），加热器出口阀V1238（或V1239）、电加热器进口阀V1236（或V1237）。 (6) 缓慢打开空气作再生气流路阀V1245，严格控制PI-1204压力小于

0.04MPa,FIS-1202流量指示大于6000Nm3/h。 (7) 启动电加热器。

(8) 调整均压时间、泄压时间。

(9) 分子筛吸附器的起动（包括吸附和再生），至少正常运行一个周期后，才能向

分馏塔送气。

注；为保证变压器的可靠、安全运行，在电加热器运行中请务必保证电加热器和

螺杆机分别在不同低压供电段运行，严禁在低压供电同一段运行电加热器和螺杆机。

4.2.6 吹刷空气管路

吹刷的目的是除去杂质和灰尘等，并检查有没有水滴存在。吹刷用的气体是出分子筛吸附器的常温干燥空气。每一只吹除阀均打开进行吹除，一直到没有灰尘和水汽为止。吹扫时，应当明确吹扫流路，需要干燥的设备，逐渐使流路处于工作状态，但要严格防止低压系统超压。吹扫时，应尽可能将压力指示的仪表投入使用，其它仪表管可以在吹扫时，一同干燥和疏通。

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为防止吹除阀门，特别是面密封结构的阀门被异物卡住，破坏密封面，要求在吹扫时，吹除阀一定不要硬性关闭，待停车检查后，再关严。

⑴ 空气导入空气管线操作

全开下塔吹除阀V307和V17，部分开启主换热器空气调节阀V101、V102。先缓慢打开V1223，再开V1222，注意出纯化系统压力表PI-1201（或PI-1202）的压力指示要稳定，不要有明显下降。观察空气进塔压力PI-1的压力指示要缓慢上升。阀门操作应缓慢，当听到有气流通过时，就应当停止动作，避免分子筛床层激烈波动，快速的充压会冲坏下塔塔板；如果出现这样情况，将会对整个工厂的生产，造成严重影响，必须注意。

⑵ 接通各空气流路

A 第一流路：吹刷下塔C1及起动管线： 下塔C1 → V307 → 大气

冷凝器液氮侧→V306→大气（此过程，先全开V11，再全关V11阀）

B 第二回路：吹刷上塔C2及相应的管路吹除阀

V309 → 大气

V311 → 大气 V5 → K2

E1/2→V104→SL101→大气

V1

E4 →E1 → V107 → SL102 → 大气

C2 下塔C1→E4

V11 V2 E4 →E1 → V1232 → WT1101 → 大气 V18 → V19 → 贮槽 → 大气

⑶ 注意事项：

A. 用露点仪检查各吹除阀出口气体的含水量，当各吹除阀出口气体的露点≤

-35℃时，才能关小吹除阀，转而吹扫别的管道。

B. 在吹除各流路过程中，要逐渐开大V101、V102，既要避免压力下降又要保证

有足够量的吹刷用气。

C. 严格控制上塔压力PI-2 <0.05MPa，避免上塔超压。

D. 在接通各系统时，必须先开吹除阀，再开入口阀；停止吹刷时应先关入口阀，

再关出口阀。吹扫结束时，为防止有异物卡在铜阀的密封面上，要求在关闭

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吹除和排放阀时，不要关死，待停车检查后再关严。

E. 在吹刷过程中，应密切监视空压机的压力控制，空压机排压不得低于0.6MPa，

且压力不要有大的波动，如果波动过大，应改为手动控制。

表4.2 阀门状态和仪表检测

项目 点 阀门代号 阀门状态 4.2.1 4.2.2 起动冷却水系统 起动仪表空气系统 用户 接通用户提供的仪表气源 1 将备用仪表空气接通 2 3 起动切换程序控制器 压力： ?0.48MPa 测量点 测量值 备 注 按仪控说明书和仪表制造厂的说明书，将除分析和计量仪表以外的全部仪表投入 4.2.3 1 2 (1) 起动空气压缩机 空气过滤器投入 起动空气透平压缩机 检查供油和供水系统 按空气过滤器使用说明 书操作 按“空气透平压缩机操作使用说明书”操作 当空气压缩机出口压力 (2) 做好电机的起动准备 达到0.45MPa时才可起动空气预冷系统 (3) 按说明书起动空气压缩机 4.2.4 1 2 (1) 起动空气预冷系统 向空冷塔送入空气 准备启动冷却水泵 V1121（或V1122） 开 PIAS-1101 >0.4MPa 泵进口阀 (2) V1125（或V1126） 开 泵出口阀 (3) 启动水泵WPA(或WPB) 开封赛普空分设备有限公司 - 27 -

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(4) V1127 逐渐开大 FI-1101 ～60t/h (5) V1129、V1130、V1131 开 LICAS-1130 投入 (6) V1130 调节 LI-1101 LICAS-1130 稳定液面检查仪表 3 (1) 准备启动冷冻水泵 V1112（或V1113） 开 泵进口阀 此前V1103已投运，水冷塔有液位~800 (2) V1116（或V1117） 开 泵出口阀 (3) 启动冷冻水泵WPC (或WPD) (4) 投入冷水机组 (5) V1120 逐渐开大 FI-1102 ～14t/h TIA-1102≤10℃ (6) V1103 调节 LICA-1103 设计值 600 观察液面 (7) V1130 投自动 LICAS-1130 设计值 800 液面稳定 4.2.5 1 (1) 起动分子筛纯化系统 起动切换系统 备用仪表空气接通 (2) 接通程序控制器 (3) 并检查切换程序 (4) 按仪控说明书和仪表制造厂说明书，将除分析和计量仪表以外的全部仪表投入 2 起动电加热器EH1201(或EH1202) 开封赛普空分设备有限公司 - 28 -

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V1208（或V1207） V1206（或V1205） V1238（或V1239）、V1236（或V1237） V1245 开 开 开 开 3 V1245 EH1201(或EH1202) 手调 PI-1204 开 FIS-1202 ～0.015MPa ～6000m3/h 4 使入纯化器前的空气压力和温度逐步达到要求 空气的压力和温度达不到设计要求，可将空气送入纯化器但暂不把空气送入分馏塔 在空气送入分馏塔前二只纯化器须已彻底再生 5 纯化器的吸附和再生的切换由时间程序控制器自动控制 倒换使用MS时，空气压力不得波动过大 4.3 冷却阶段

参阅分馏塔系统冷却时阀门状态及仪表检测附表4.3。 4.3.1 分馏塔冷却前必备条件

(1) 空气压缩机已经投入正常运转。 (2) 预冷系统已投入正常运行。 (3) 分子筛纯化器已投入正常运行。 4.3.2 起动增压透平膨胀机

(1) 按“透平膨胀机的使用说明书”规定，做好透平膨胀机的起动准备，要保证运

行油温及油压处于工作范围内，且油泵启动前确定密封气已经投入，只要是气体有可能在膨胀机的管路内存在，就应当保证油系统的工作。 (2) 打开冷却流路各阀门

(3) 然后缓慢地开大喷嘴起动透平膨胀机，膨胀机起动必须检查管路是否吹扫干

净。膨胀机投入时，一定要带连锁保护起动，防止意外。

(4) 增加膨胀机的供气量，慢慢地使增压透平膨胀机达到最大气量。这个过程基本

上要将增压机、空压机和膨胀机相应分别调节，目的使膨胀量发挥到最大。通常当膨胀量还可以增加时，以开喷嘴调节流量为主，当喷嘴全开后，再考虑关小增压机的回流阀。正常运转时除外，需要按照工艺要求的实际情况调节。 (5) 切断用户提供备用仪表空气，改用系统自身仪表空气。 4.3.3 冷却分馏塔系统

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冷却分馏塔的目的：是将正常生产时的低温部分从常温冷却到接近空气液化温度，为积累液体及氧、氮分离准备低温条件。

冷却开始时，压缩机排出的空气不能全部进入分馏塔，多余的压缩空气由放空阀排放大气，并由此保持空压机排出压力不变，随着分馏塔各部分的温度逐步下降吸入空气量会逐渐增加，可逐步关小放空阀来进行调节。

应特别注意的是在冷却过程中保冷箱内各部分的温差不能太大，否则会导致热应力的产生。冷却过程应按顺序缓慢地进行，以确保各部分温度均匀。

⑴ 顺序开启冷却流路的阀门 ⑵ 保持空气压缩机排出压力恒定

⑶ 把分子筛纯化器的再生气路由空气流路切换到污氮气流路上，此时应特别注意空压机排压，防止因超压而引起连锁停机停泵。

⑷ 必须注意各流路通过流量，使各部分温度均匀下降，不能出现大的温差。 4.3.4 增压透平膨胀机的控制

在冷却阶段，透平膨胀机的产冷量应保持最大。 在这一阶段中：

(1) 要相继启动两台膨胀机

(2) 膨胀机工作温度尽可能低，但不得带液

(3) 当主换热器冷端空气已接近液化温度时，冷却阶段即告结束。 4.3.5 阀门状态

⑴ 分馏塔阀门状态

分馏塔所有阀门全部处于冷却时所要求的开关状态 ⑵ 空气导入

随着分馏塔内温度逐渐下降，需缓慢开大V101、V102，逐渐增加空气量.注意：分子筛吸附器压差不能过大，同时要求空气出分子筛吸附器PI-1201（或PI-1202）与下塔空气压力PI-1的压差不能太大，使下塔压力保持不变，并随着温度下降逐渐增加膨胀量以保持最大产冷量。

⑶ 接通冷却流路：

A 第一流路：冷却主冷K和主换热器的氧通道，开氧放空阀V104。

B 第二流路：冷却上塔C2，过冷器E4和主换热器的氮、污氮通道，开纯氮出分馏塔放空阀V107、污氮去水冷塔的V1232阀。

C 第三流路，液空、液氮流路

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开阀V1、V2

V1 下塔C1 → 过冷器E3 C2

V2

对于液氮流路的开启，应先将液氮回下塔V11阀打开，对其该流路吹扫30分钟，以防有游离水。然后再将V11阀关闭，但不要完全关闭，可稍开一点。

⑷ 倒换分子筛吸附器再生气源

在空分设备起动时，分子筛的再生气体采用分子筛净化后的空气。当空分设备起动后，并有足够的再生气量时，可改用污氮流路，作为分子筛再生气体。

⑸ 起动冷箱充气系统

在空分设备冷却过程中，冷箱内温度逐渐降低，应及时起动冷箱充气系统，避免冷箱内出现负压。

开阀V203、V204 ⑹冷却阶段应注意事项

A. 随着冷却流路的增加，空压机应不断地增加空气量，空压机出口压力稳定在0.62MPa。

B. 在整个冷却过程中应控制各部分温度，不要使温差太大。

C. 为加快冷却速度，应最大限度地发挥膨胀机的制冷能力，随塔内温度的降低逐渐增加膨胀量，调节膨胀机工况，以膨胀机出口不产生液滴为原则，尽量降低膨胀机出口温度。

D. 随着温度的下降冷箱内压力也会逐渐降低，应随时注意调节冷箱充气的流量。 E. 在冷却阶段空分阀门应处于手动控制状态。

F. 从冷箱内引出的仪表管应把其根部的接头脱开吹除，待其挂霜后再关闭连接恢复使用。

G. 冷箱内所有设备及管路上的吹除阀和排液阀应在该设备或管路开始冷却时适当打开吹除冷却，当该吹除阀挂霜后关闭。

当主冷底部（或下塔底部）出现液体冷却阶段即结束。

表4.3 阀门状态和仪表检测

项目 4.3 点 1 阀门代号 冷却分馏塔系统 检查阀开状态 阀门状态 测量点 测量值 备 注 开封赛普空分设备有限公司 - 31 -

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V307 V309 其余阀门 2 空压机运转正常 空气导入 3 V104 V107 V101、V102 V1223、V1222 起动透平膨胀机 起动膨胀机ETA(或ETB) V445（或V446） V441（或V442） V455（或V456） V451（或V452） V443（或V444） HC441(或HC442) V457（或V458） 5 (1) (2) (3) (4) 接通冷却流路 稍开 开 全关 稍开 稍开 部分打开 缓慢打开 开 开 开 开 开 开10% 全开 进口导叶遥控 防喘振调节阀 出口阀 进口阀 增压机出口阀 增压机进口阀 调节切断阀 检查各部分情况正常后逐渐开大 逐渐关小 注意分子筛吸附器前后压差 氧气放空阀 氮气放空阀 空气进主换调阀 空气进分馏塔 按透平膨胀机说 4 明书起动 冷却下塔C1、主冷K、主换热器E氧通道 V309 V5、V104 稍开 开 冷却上塔C2、过冷器E2、主换热器氮通道及污氮通道 V107、V1232 冷却液空、液氮流路 V1 V2 倒换分子筛吸附器再生开 开 开 开封赛普空分设备有限公司 - 32 -

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气源 (5) V1231 V1245 向冷箱充气 V203、V204 开 渐关 开 按分子筛纯化系统说明书进行 4.4 积液和调整阶段

所有冷箱内设备被进一步冷却，空气开始液化，下塔（或主冷）出现液体，随后液氧蒸发器液位上涨。当主冷液位上升至一定值后，液位上涨速度放缓，上、下塔精馏过程开始建立，待冷凝蒸发器建立液氧液面，即可开始调节产品纯度，关小V5、V104，关小V2、开V11增大下塔回流量，积液调纯同时进行。待纯度合格后，缓慢的逐渐开大氧气放空阀V104，调整V5的开度，关小V11，开大V2。维持液氧蒸发器氧侧压力和空压机排压，并使氧气量逐渐达到设计量的70%~80%。

在液化阶段，膨胀机的出口温度尽可能保持较低，但以不进入液化区为宜。 4.4.1 阀门的调节

所有阀门的调节应按步骤缓慢并逐一地进行，当前一只阀门的调节取得了预期的效果以后，方可开始下一只阀门的调节。 4.4.2 温度的控制

⑴ 主热交换器冷端的温度应接近液化点TI-1约为-170℃，中部空气温度TI-448约为-113℃。

⑵ 其它部分温度应调节到正常生产时的规定温度。 4.4.3 液体的积累

积液的过程中，有单纯积液，然后再开始调纯的；也有边积液边调纯的，但总的出发点应当是自己更适合那种情况，更容易控制，且可以保持工况不出现大幅波动为宜。不犯错误，不损坏设备，就是最好的操作！本文推荐的方式是积液和调纯同时进行，勤观察，勤调节。

⑴ 稍开不凝气排放阀V314（视主冷工作情况而定）；

⑵ 调节空气压缩机的流量，以满足分馏塔吸入空气量的增加，并保持压缩机后的恒压，可用进口导叶和放空阀配合调节。

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⑶先开下塔液氮回流阀V11，关小V2。根据下塔阻力增大情况逐渐关小V11和开大V2。

⑷取样分析初始积累的液体。如发现液体中有杂质和CO2固体等，则应将液体连续排放，直到纯净为止。由于空气中含有水分，在抽取液体样品时，水分会凝结进入液体，使液体变得混浊，因此，应把抽取液体的容器罩起来。

⑸用V1阀调节下塔液空液面LIC-1，并投入自动控制，LIC-1定为~450mm。 ⑹在保证下塔顶氮气纯度的基础上，用V2阀抽取液氮送入上塔，加速精馏过程的建立。

4.4.4 精馏过程的建立

⑴ 将计量仪表投入，控制产品流量为设计值的70～80%。 ⑵ 调整上塔和下塔的压力，使之达到正常值。

⑶ 从阻力计上读数的上升，可知精馏过程已经开始建立。

A. 当主冷液面上升至设计值20~30%以上时（约600mmH2O），视吸入空气量和下塔压力情况调节下塔液氮回流阀V11及V2，尽早建立下塔精馏工况。

B. 根据下塔液位上升和纯氮纯度情况，调节V2。边积液，边调纯。调纯，应先调下塔的液空及塔顶氮气纯度。V11和V2的开大，都会影响到主冷的工作情况，当V11处于全开位置时，调节V2和控制主冷液位，就成了调节工况的两种手段。集纯时，使液空纯度＞30%O2，氮气纯度＞99.99%N2。在保证氮气纯度的情况下，逐渐开大V2。上塔调纯度主要是用控制氧气产品来实现，降低产品氧取出量可以比较容易的提高氧气纯度。

C. 调节出分馏塔的污氮阀V1232，提高或者降低PIC-1232的设定，可以调整上塔的工作压力。通过调整出分馏塔的纯氮放空阀V107阀，及产品氧放空阀V104，使产品氧、氮达到设计值。

⑷ 当冷凝蒸发器与液氧蒸发器液面达到最小规定值时，可有步骤地减少一台透平膨胀机的产冷量，如果空气压缩机的产量已经达到最大值，而下塔的压力仍有下降趋势时，应提前减少透平膨胀机的膨胀量。 4.4.5 精馏工况的调整

⑴ 按制造厂说明，将分析记录仪表投入。

⑵ 按各分析点数据，利用V2对精馏工况进行调整。 ⑶ 在调整时，产品取出量维持在设计值的80%左右。

⑷ 当工况稳定后，可加大产品取出量到规定值，将污气氮纯度维持在规定指标

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上。

⑸ 产品的产量，纯度均达到指标时，即逐渐把产品从放空管路切换到产品输出管路上。

⑹ 注意液氧液面，应保持稳定，不能下降，必要时可增加透平膨胀机的产冷量。

表4.4 阀门状态和仪表检测

项目 点 4.4 阀门代号 阀门状态 测量点 测量值 备 注 1 主冷凝器彻底冷却后的流路调整 3 稳定空压机压力 4 液体的积累 V308 全开-全关 LIC-1 0.62MPa 150mmH2O 排尽最初产生的液体取部分液空观察有无二氧化碳 V1 V314 投自动 稍开 开—关 LIC-1 450mm 排放不凝性气体 V310 LI-2 100mm 排尽最初产生的液体 A-7 开—关 ≤0.01 PPmC2H2 V11 调节 LI-2 ～2800mm 阀门开启次数勤，缓慢增加开度 V2 调节 PdI-1 PdI-2 ～15Kpa ～20Kpa 主冷液面不得下降 按膨胀机操作说明书操 6 膨胀机减负荷 V457/8、HC-441/2 调节 作。 根据液面上升情况可停开封赛普空分设备有限公司 - 35 -

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一台膨胀机 7 调整上、下塔压力及液面高度 PI-1 PI-2 LIC-1 LI-2 8 调整上、下塔纯度 (1) (2) (3) V108、V109 V110 V1232 开 关 调节 送产品氮 污氮气去水冷塔 4.5 装置安全操作措施 4.5.1 安全液氧的排放

在正常生产时，安全液氧的排放是液氧蒸发器防爆的一个有力措施，不能忽视。 在正常生产时，液氧排量（折气态）约占氧气产量的1%。 当本装置若要制取液氧时，则上述安全液氧不需排放。

4.5.2 液氧蒸发器中液氧的碳氢化合物必须严格控制，每隔8小时化验一次，测定结

果必须记录，乙炔和碳氢化合物在液氧中的含量极限值规定如下：

化合物名称 乙炔 碳氢化合物 正常值 0.01PPm 报警值 0.1PPm 30mg/L液氧（按碳计） 停车值 1PPm 100 mg/L液氧（按碳计） ~0.48MPa ~50KPa ~450mm 2800mm 31.7%O2 A-1 调节下塔纯度 V2 调节上塔纯度 调节 A-3 AI-101 <10PPmO2 99.6%O2 V104 V107 V105 开大-调节 开大-调节 开 FI-103 PIC-107 4500m3/hO2 ~13Kpa 送产品氧 开封赛普空分设备有限公司 - 36 -

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当液氧中乙炔或碳氢化合物含量过高时，应采取下列措施： ⑴ 多测定尽快地查明含量增高的原因，进行消除。 ⑵ 增加液氧排放量。

⑶ 检查分子筛吸附器的工作情况是否正常。

⑷ 如果采取措施后，乙炔或碳氢化合物含量仍然增长，已达停车极限值时，则应立即停车，排除液体，对设备进行加温解冻。

4.5.3 冷箱的充气

对防止潮湿空气渗入冷箱和危险气体在冷箱内浓缩，冷箱内需充入气封干燥气体，其气源来自分馏塔的干燥污氮气，经V203、V204充入冷箱内。

在一般情况下，如气封气量过大，引进冷箱内压力的升高，可通过冷箱顶上的平衡盒渗出，以维护一定的压力，对冷箱平衡盒应定期检查，不要放置任何物件在上面，同时要防止平衡盒被冰雪冻结。

4.5.4 空气预冷系统的循环冷却水在添加防腐剂时，应该严格控制用药量，不要使水起泡过多，否则容易造成空冷塔带水事故，影响分子筛吸附器的正常工作。

4.5.5 在启动时或停车后再启动时，应检查分子筛吸附器的进出口阀开关位置是否正确，否则应予调正。阀门的开启动作要缓慢地进行，不要造成对分子筛吸附床层的冲击。

4.5.6 在空分装置冷开车停车排放后开始进行全面加温时，必须注意加温气量要少，速度要慢，切不可一开始就用大气量加温。加温气体为常温干燥空气。 4.6 重要的操作数据

以下中所列操作数据能给操作者以良好指导。

所列的操作数据是理论上的计算值，在实际运行中会有一些差别，操作者要根据实际情况控制在一定范围内。正常运转后由调试人员确定最佳的操作点及参数控制建议！

在日常操作中要注意：

⑴ 不要使透平膨胀机出口温度进入液化区。

⑵ 冷凝器和塔板上的液面不能太高，以免引起液泛，也不能太低，以免造成易爆的碳氢化合物的浓缩和沉积。

重要操作数据： ⑴ 压力（均为表压） 下塔顶部压力(PI-1) 上塔底部压力（PI-2）

0.48Mpa 50Kpa

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膨胀机进口压力（PI-403、PI-404） 膨胀机出口压力（PI-446）

0.932Mpa

45Kpa

0.62Mpa

进冷箱空气压力（PI-1201或PI-1202） 出冷箱氧气压力（PIC-104） 出冷箱氮气压力（PIC-107） 污氮气压力（PIC-1232）

≥150Kpa

13Kpa

16Kpa

进冷箱增压空气压力（PI-443A/B） 0.944Mpa ⑵ 温度和温差

空气进下塔温度（TI-1）

-170.3℃ -113.2℃

-172℃ 15℃ 12℃ 12℃

膨胀机进口温度（TI-448）

膨胀机出口温度（TI-449/450） 空气进冷箱温度（TI-101） 出冷箱氧气温度（TI-102） 出冷箱氮气温度（TI-103） 出冷箱污氮气温度（TI-104）

12℃ 15℃

进冷箱增压空气温度（TI-445） ⑶ 阻力

下塔阻力（PdI-1） 上塔阻力(PdI-2) ⑷ 液面

空冷塔液位（LICAS-1130） 水冷塔液位（LICA-1103） 下塔液空液位（LIC-1）

～15KPa

20KPa

800mm

600mm 450mm

主冷液氧液位（LI-2 ） 2800mm

液氧蒸发器液位（LIC-3） 1200mm ⑸ 流量

进冷箱空气流量（FI-1201） 25000m3/h 产品氧气流量（FI-103） 产品氮气流量（FI-102） 膨胀空气流量（FI-441） ⑹ 纯度

吸附器出口（ARA-1201）

≤2ppmCO2

≥4500 m3/h 11000 m3/h

3500 m3/h

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