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1钢铁企业氧气站工艺设计基础1

1.1钢铁企业用氧与氧气制备1

1.1.1钢铁企业用氧1

1.1.2氧气制备2

1.2钢铁企业用氧量的确定2

1.2.1转炉炼钢车间用氧量的确定2

1.2.2电炉炼钢车间用氧量的确定4

1.2.3炼铁车间高炉富氧喷煤用氧量的确定5

1.2.4连铸机切割用氧量的确定5

1.2.5炼钢车间辅助用氧量的确定6

1.2.6炼铁车间辅助用氧量的确定6

1.2.7废钢处理用氧量的确定6

1.2.8机修系统切焊用氧量的确定7

1.2.9其他用户用氧量的确定7

1.3空分能力选择7

1.3.1氧气平衡7

1.3.2空分设备能力选择8

1.4专业之间设计条件11

1.4.1有关规范、规定及相关文件11

1.4.2工艺专业委托设计条件12

1.5设备制造厂提供设计资料16

1.5.1指导性设计文件16

1.5.2空气压缩机系统资料16

1.5.3空气预冷系统资料17

1.5.4空气纯化系统资料17

1.5.5增压透平膨胀机及分馏系统资料17

1.5.6氧（氮）气压缩机系统资料18

1.5.7液体储存及汽化系统资料18

1.5.8充瓶系统资料18

1.5.9仪表空气压缩机18

1.5.10动力条件18

1.5.11对建设单位的要求19

2深冷法空气分离设备20

2.1空气分离设备图形符号和文字代号20

2.1.1空气分离设备图形符号20

2.1.2储槽及储罐25

2.1.3机器26

2.2空气分离设备术语28

2.2.1空气分离设备基本术语28

2.2.2氩气、纯氩与液氩36

2.3单轴离心式空气压缩机36

2.3.1离心式空气压缩机结构及辅助设备36

2.3.2气动恒压防喘振调节系统40

2.4双轴离心式空气压缩机41

2.4.1用途41

2.4.2结构特征41

2.4.3压缩机本体42

2.4.4主要设备44

2.4.5辅助设备47

2.4.6安全保护系统47

2.5氧气透平压缩机48

2.5.1概述48

2.5.2高纯度氧气的特征48

2.5.3高纯氧气压缩机着火的原因49

2.5.4高纯氧气压缩机的设计思路49

2.5.5氧气压缩机介绍50

2.6增压透平膨胀机59

2.6.1增压透平膨胀机的组成59

2.6.2透平膨胀机59

2.6.3离心增压机60

2.6.4供油系统60

2.6.5机组辅助设备61

2.7活塞式氧气（氮气）压缩机61

2.7.1活塞式氧气（氮气）压缩机组的组成61

2.7.2活塞式压缩机介绍61

2.7.3机组系统组成63

2.7.4主机主要部件与机组辅助设备67

2.8空气冷却塔70

2.9水冷却塔72

2.10分子筛吸附器72

2.10.1立式与卧式分子筛吸附器72

2.10.2立式径向流分子筛吸附器75

2.11电加热器75

2.12主换热器76

2.12.1污氮主换热器76

2.12.2氮气主换热器78

2.12.3氧气主换热器79

2.13过冷器80

2.14冷凝蒸发器81

2.15热虹吸蒸发器82

2.16上塔82

2.17下塔84

2.18粗氩塔85

2.19精氩塔87

2.20氦氖塔88

2.21氪氙塔89

2.22自洁式空气过滤器89

2.23气体缓冲罐90

2.24液体量筒91

2.25增压机后冷却器92

3中型外压缩流程空分装置94

3.1工艺流程图图形符号94

3.1.1管道编号94

3.1.2阀门编号97

3.1.3测量控制点代号98

3.1.4测量控制元器件代号98

3.1.5测量控制系统图形符号98

3.1.6工艺测量管线和气、电信号管线100

3.1.7报警及连锁在测量点符号外附加代号100

3.1.8多台设备测量点符号101

3.1.9附加设备符号101

3.1.10取样连接符号102

3.1.11各种阀门符号104

3.1.12自动控制阀门符号107

3.1.13管线及管线附件109

3.1.14阀门与管路的一般连接形式113

3.2四种中型外压缩流程空分装置113

3.2.1流程简述113

3.2.2流程特点114

3.2.3空分装置技术性能参数114

4大型外压缩流程空分装置121

4.1大型外压缩流程空分装置总体介绍121

4.1.1工艺流程概述121

4.1.2空分装置设计原则123

4.1.3设备和机械设计要求130

4.1.4低温液体储槽130

4.1.5转动设备130

4.1.6空分装置主要设备132

4.1.7仪控系统134

4.1.8电控系统138

4.2 KDON （Ar）-15000/15000/540型空分装置141

4.2.1基本流路及能耗141

4.2.2系统组成141

4.3 KDON （Ar）-30000/30000/1050型空分装置146

4.3.1主要技术经济指标146

4.3.2主要设备技术参数147

4.3.3动力参数153

4.4其他六种大型外压缩流程空分装置154

5大型内压缩流程空分装置162

5.1 KDON （Ar）-15000/30000/550型内压缩空分装置162

5.1.1工艺流程162

5.1.2流程特点163

5.1.3设备机组配置163

5.1.4分馏塔外设备技术参数166

5.1.5动力参数168

5.2 KDON （Ar）-25000/25000/960型内压缩空分装置169

5.2.1主要技术性能参数169

5.2.2设备规格及其技术参数169

5.2.3仪表控制173

5.2.4成套电器控制设备174

5.3 KDON （Ar）-30000/30000/960型内压缩空分装置175

5.3.1主要技术性能参数175

5.3.2装置动力参数175

5.3.3空气压缩机与空气增压机技术参数176

5.4 KDON （Ar）-35000/70000型内压缩空分装置176

5.4.1装置概况176

5.4.2空气净化与分离177

5.4.3空气精馏177

5.4.4产品输出178

5.4.5其他技术措施179

5.4.6装置主要特性179

5.4.7主要设备规格及技术参数180

5.4.8装置动力参数184

6稀有气体全提取KDON（Ar）-35000/40600/1100型空分装置186

6.1主要技术性能参数186

6.1.1产品组成186

6.1.2高纯产品质量指标186

6.1.3工艺流程187

6.1.4流程特点189

6.2设备规格及其技术参数189

6.2.1透平空气压缩机组189

6.2.2空气预冷190

6.2.3分子筛纯化器191

6.2.4分馏塔191

6.2.5增压透平膨胀机组192

6.2.6透平氧气压缩机193

6.2.7透平低压氮气压缩机193

6.2.8液体储存193

6.2.9液体应急返送194

6.3仪表及控制系统194

6.3.1成套仪控设备194

6.3.2 DCS系统软硬件195

6.3.3分析系统设备规格参数195

6.3.4 DCS系统I/O清单196

6.4电控系统196

6.4.1设计原则196

6.4.2成套电器控制设备197

6.5分馏塔冷箱内配管设计197

7全液体型空分装置199

7.1全液体KDON （Ar）-3000Y/2000Y/90Y型空分装置199

7.1.1主要技术性能参数199

7.1.2工艺流程说明199

7.1.3流程特点200

7.1.4主要设备组成201

7.1.5仪表控制204

7.1.6电气控制205

7.2 KDON （Ar）-400（2125 Y）/4000 （1720Y）/（90Y）型空分装置206

7.2.1产量及纯度206

7.2.2装置动力参数206

8 KDON （Ar）-60000/60000/1970Nm3/h超大型空分装置207

8.1产品产量与纯度207

8.2主要工艺设备配置207

8.2.1空气压缩机207

8.2.2空气预冷208

8.2.3分子筛纯化器208

8.2.4分馏塔209

8.2.5增压透平膨胀机组210

8.2.6液体储存211

8.2.7氧气压缩机组212

8.2.8氮气压缩机组212

8.3动力参数213

9空分装置测量控制系统214

9.1概述214

9.1.1 PLC控制系统214

9.1.2 DCS集散型控制系统214

9.1.3 FCS现场总线控制系统215

9.1.4混合型控制系统215

9.2测控系统的组成216

9.2.1机旁柜216

9.2.2供电系统216

9.2.3常用仪表的分类和质量指标218

9.2.4 DCS的主要功能220

9.3热工监视系统221

9.3.1压力监视系统221

9.3.2温度监视系统222

9.3.3阻力监视系统223

9.3.4液位监视系统223

9.3.5流量监视系统225

9.3.6转速监视系统228

9.3.7纯度分析监视系统229

9.3.8轴振动位移监视系统229

9.4自动调节系统230

9.4.1自动调节的一般知识230

9.4.2液位自动调节系统232

9.4.3压力自动调节系统232

9.4.4温度自动调节系统234

9.5遥控操作系统235

9.5.1调节阀的遥控操作235

9.5.2切换阀的遥控操作235

9.5.3连锁控制的遥控操作235

9.6分子筛切换系统236

9.7连锁保护系统238

9.7.1空压机紧急停车238

9.7.2空压机防喘振控制238

9.7.3空气预冷系统连锁保护239

9.7.4透平膨胀机紧急切断239

9.7.5氧压机连锁保护系统239

9.8自动信号系统240

9.8.1工作状况指示信号240

9.8.2事故报警信号240

9.9安装调试及注意事项240

9.9.1分子筛吸附器切换系统的安装与调试240

9.9.2一次元件的安装与管线的敷设241

9.9.3 DCS系统的安装要求及注意事项244

9.10系统的投运及使用维护244

9.10.1系统投运前的准备244

9.10.2系统的投运245

9.10.3系统的维护245

9.11国内空分装置控制技术发展动态和方向245

9.11.1远程监视和控制245

9.11.2自动变负荷或变工况的优化控制技术248

10氧气站工艺管道250

10.1工艺管道的布置与敷设250

10.1.1工艺管道布置的一般要求250

10.1.2厂区工艺管道的布置251

10.2管径的确定和压力降的计算253

10.2.1管径的确定253

10.2.2压力降的计算254

10.3管道材质、跨距和支架258

10.3.1管道材质258

10.3.2管道壁厚261

10.3.3管道跨距262

10.3.4管道支（吊）架270

10.4管道的补偿、推力及减振273

10.4.1管道的热胀和冷缩补偿273

10.4.2管道补偿能力验算276

10.5固定支架推力和间距278

10.5.1固定支架的推力计算278

10.5.2固定支架的间距279

10.6管道的减振279

10.6.1管道的振动及其影响279

10.6.2管道减振的方法280

10.7氧气站氮气供应280

10.7.1转炉密封用氮气280

10.7.2高炉车间用氮气283

10.8氧气站氩气供应283

10.8.1炼钢用氩283

10.8.2充瓶用氩283

10.9氧气站内压力管道284

10.9.1压力管道分类284

10.9.2氧气站内压力管道分析285

10.9.3压力管道材料等级及管道数据表287

10.9.4常用公称压力等级与管道材质类别代号288

11管子、管件与阀门289

11.1常用管件代号289

11.2米制单位与英制单位对照289

11.3常用无缝钢管及管件290

11.3.1常用不锈钢无缝钢管290

11.3.2钢制对焊无缝弯头291

11.3.3异径管293

11.3.4等径三通和四通、异径三通和四通295

11.4常用焊接钢管及管件297

11.4.1直缝电焊钢管297

11.4.2大直径焊接钢管298

11.4.3螺旋缝焊接钢管299

11.4.4钢板制对焊弯头300

11.4.5异径管301

11.4.6等径三通和四通303

11.4.7异径三通和四通304

11.5不锈钢真空管306

11.6有色金属管道307

11.6.1铜及铜合金管307

11.6.2铝及铝合金管307

11.7型材308

11.7.1热轧工字钢308

11.7.2热轧槽钢310

11.7.3热轧等边角钢311

11.7.4热轧不等边角钢314

11.7.5热轧扁钢316

11.8法兰、法兰盖及法兰垫片317

11.8.1法兰基本知识317

11.8.2板式平焊钢制管法兰322

11.8.3带颈平焊钢制管法兰327

11.8.4带颈对焊钢制管法兰331

11.8.5钢制管法兰盖337

11.8.6法兰垫片344

11.8.7钢制管法兰用紧固件344

11.8.8带颈对焊铝制管法兰352

11.9氧气站常用阀门357

11.9.1铜截止阀与不锈钢截止阀357

11.9.2止回阀372

11.9.3截止阀378

11.9.4蝶阀380

11.9.5调节阀384

12氧气站辅助设备393

12.1氧气过滤器393

12.2阻火器395

12.2.1 FP-XT型氧气管道阻火器395

12.2.2 FPV-XT型氧气管道阀门前、后阻火器396

12.3 OXT氧气压力调节阀组396

12.4水过滤器397

12.4.1 Y型过滤器397

12.4.2篮式过滤器398

12.5窥视镜399

12.5.1玻璃管窥视镜399

12.5.2浮球型直通视镜400

12.6液体储存与汽化设备400

12.6.1立式真空绝热液体储槽400

12.6.2固定式粉末绝热液体储槽402

12.6.3卧式真空粉末绝热液体储槽404

12.6.4汽化器405

12.6.5低温往复活塞式液体泵407

12.6.6液氧储存能力的选择407

12.7氧气充瓶间408

12.7.1氧气充瓶台的选用408

12.7.2氧气钢瓶数量的确定409

12.7.3专供充瓶用氧气压缩机的选用409

12.8中压球罐409

12.8.1中压球罐有效储量410

12.8.2中压球罐结构容积的确定411

12.8.3中压球罐结构411

12.8.4中压筒形罐413

13某空分装置安装施工实例415

13.1安装设备范围及施工依据415

13.1.1安装设备范围415

13.1.2施工依据417

13.2设备安装程序418

13.3设备安装采取的技术和组织措施419

13.3.1自洁式空气过滤器的安装419

13.3.2空气透平压缩机组的安装419

13.3.3预冷系统的安装419

13.3.4纯化系统的安装420

13.3.5分馏塔基础施工420

13.3.6设备与阀门脱脂试压421

13.3.7保冷箱及保冷箱内设备的安装424

13.4管道的安装428

13.4.1冷箱内管道的预制428

13.4.2冷箱内管道的安装429

13.4.3冷箱外管道（外围工艺管道）的安装432

13.4.4管道系统的压力试验434

13.5氧气压缩机与氮气压缩机的安装435

13.5.1施工前的准备435

13.5.2设备的安装436

13.6增压透平膨胀机组的安装436

13.7电控系统设备的安装436

13.7.1电气工程施工前的准备436

13.7.2电气施工程序436

13.7.3低压配电装置的安装436

13.8仪控系统设备的安装441

13.8.1分馏塔内仪表的安装441

13.8.2现场仪表和设备的安装443

13.8.3仪表调试443

13.9安装后的系统检查及试验444

13.9.1系统检查444

13.9.2系统试验444

13.10吹除446

13.11整体冷试446

13.12绝热物的装填447

14某制氧厂生产管理与操作实例449

14.1透平式空气压缩机的管理与操作449

14.1.1透平式空气压缩机的管理及注意事项449

14.1.2透平式空气压缩机的操作451

14.2透平式氧气压缩机的管理与操作452

14.2.1透平式氧气压缩机的管理及注意事项452

14.2.2透平式氧气压缩机的操作454

14.3活塞式氧气压缩机的管理与操作460

14.3.1活塞式氧气压缩机的管理及注意事项460

14.3.2活塞式氧气压缩机组的操作462

14.4增压透平膨胀机的管理与操作462

14.4.1增压透平膨胀机的管理及注意事项462

14.4.2增压透平膨胀机的操作463

14.5 KDON-6500/6500Nm3/h型空分装置生产管理与安全运行468

14.5.1正常操作468

14.5.2预冷系统操作468

14.5.3纯化系统操作468

14.5.4主换热器冷端、热端温度和温差的调节468

14.5.5冷量的调节468

14.5.6精馏系统的调节469

14.5.7正常维护469

14.5.8故障及处理469

14.5.9分馏塔的全面干燥加温和解冻加热471

14.5.10分馏塔裸体冷冻472

14.6 KDON-6500/6500 Nm3/h型空分装置操作473

14.6.1分馏塔正常工艺指标473

14.6.2空分装置系统的启动476

14.6.3空分装置的停车478

14.6.4 UF-35000/6.5型预冷系统的操作479

14.6.5 HXF-35000/6.5型分子筛纯化系统的操作482

14.7 KDON-20000/30000Nm3/h型空分装置生产管理与安全运行486

14.7.1装置安全操作措施486

14.7.2正常工况条件下的监控与调节487

14.7.3正常监护488

14.7.4故障及处理488

14.7.5分馏塔的全面干燥加温和解冻加热489

14.7.6透平膨胀机加热490

14.7.7精馏塔系统加温490

14.7.8分馏塔裸体冷冻490

14.8 KDON-20000/30000 Nm3/h型空分装置操作490

14.8.1采用低温全精馏法制取精液氩490

14.8.2设备主要技术参数491

14.8.3空分装置操作数据492

14.8.4空分设备启动494

14.8.5积液和调整阶段497

14.8.6精馏工况的调整498

14.8.7粗氩塔的调整498

14.8.8氩馏分含氧量的调整499

14.8.9液空液面的调整499

14.8.10粗氩纯度的调整499

14.8.11纯氩塔的操作与调整499

14.8.12停车操作500

14.9液体储存与汽化系统的管理与操作501

14.9.1液体储存与汽化系统的管理及注意事项501

14.9.2液体储存与汽化系统的操作502

14.9.3低温液体（液氧、液氮）储槽设备的操作与维护503

14.9.4中压（3.0MPa）水浴式汽化器的操作与维护505

14.9.5中压（3.0MPa）低温液体泵的操作与维护506

14.9.6高压（20.0MPa）低温液氧泵的操作与维护507

14.10充瓶间的管理与高压氧气压缩机的操作510

14.10.1充瓶间的管理内容510

14.10.2充瓶间高压氧气压缩机的操作与维护518

15氧气站设计实例520

15.1氧气站设备布置520

15.1.1设备布置原则520

15.1.2空分设备吸风口安全距离520

15.1.3空分设备吸风口处有害杂质允许极限含量521

15.1.4设备布置方式521

15.2氧气站给排水设计522

15.2.1用水户及用水条件522

15.2.2用水系统流程522

15.2.3构筑物和主要设备522

15.2.4给排水管道管径、流量、流速对照522

15.2.5给排水设计实例527

15.2.6消防给水和灭火设备527

15.2.7生活用水527

15.3氧气站工艺设计实例527

15.3.1实例1 4500Nm3/h氧气站设计实例527

15.3.2实例2 6500Nm3/h氧气透平压缩机氧气站设计实例531

15.3.3实例3 6000～6500Nm3/h氧气站设计实例535

15.3.4实例4 7500～8000Nm3/h氧气站设计实例546

15.3.5实例5 10000～12000Nm3/h氧气站设计实例555

15.3.6实例6 10000Nm3/h内压缩流程氧气站设计实例561

15.3.7实例7 15000Nm3/h氧气站设计实例565

15.3.8实例8 25000Nm3/h氧气站设计实例573

附录580

附录1制图标准580

附录2常用气体的物理化学常数581

附录3干空气的组成582

附录4全国主要城市设计用室外部分气象参数582

附录5水的硬度单位换算584

附录6氧气的理化性质、危险危害585

附录7氮气的理化性质、危险危害586

附录8氩气的理化性质、危险危害587

附录9二氯乙烷的理化性质、危险危害588

附录10三氯乙烯的理化性质、危险危害590

参考文献592