1、空氣分離設(shè)備及其性能特點

　　1.1 空氣分離設(shè)備

　　空分設(shè)備是以空氣為原料，通過壓縮循環(huán)深度冷凍法將空氣變成液態(tài)，然后經(jīng)過蒸餾并從液態(tài)空氣中逐步分離出來生產(chǎn)氧氣、氮氣和氬氣等惰性氣體的設(shè)備。

　　目前，我國生產(chǎn)的空氣分離設(shè)備形式多樣，種類繁多。有生產(chǎn)氣態(tài)氧和氮的設(shè)備，也有生產(chǎn)液態(tài)氧和氮的設(shè)備。但就基本工藝而言，主要有四種類型，即高壓、中壓、高低壓和全低壓工藝。我國空分設(shè)備的生產(chǎn)規(guī)模已從早期只生產(chǎn)20立方米/小時（氧氣）制氧機(jī)，發(fā)展到目前可生產(chǎn)2萬立方米/小時、3萬立方米/小時和5萬立方米/小時（氧氣）的超大型空分設(shè)備。

　　1.2 空氣分離設(shè)備的基本系統(tǒng)。

　　空分設(shè)備從工藝流程上可分為五個基本系統(tǒng)。

　　1.2.1 雜質(zhì)凈化系統(tǒng)：主要是通過空氣過濾器和分子篩吸收器等設(shè)備來凈化空氣中混入的機(jī)械雜質(zhì)、水、二氧化碳、乙炔等。

　　1.2.2 空氣冷卻液化系統(tǒng)：主要由空氣壓縮機(jī)、熱交換器、膨脹機(jī)和空氣節(jié)流閥等組成，起到使空氣深度冷凍的作用。

　　1.2.3 空氣精餾系統(tǒng)：主要由精餾塔（上塔、下塔）、冷凝蒸發(fā)器、過冷器、液態(tài)空氣和液氮節(jié)流閥等組成。起到分離空氣中各種成分的作用

　　1.2.4 加熱吹氣系統(tǒng)：通過加熱吹氣對凈化系統(tǒng)進(jìn)行再生。

　　1.2.5 儀表控制系統(tǒng)：通過各種儀表控制整個過程。

　　2. 空分設(shè)備表面清潔度及其檢查方法

　　2.1 空分設(shè)備容易發(fā)生燃燒的原因

　　燃燒甚至爆炸的發(fā)生必須滿足3個條件：一定量的可燃物、存在相應(yīng)量的氧化劑、最低限度的能量保障?？諝夥蛛x設(shè)備工作環(huán)境的最重要特點是在低溫或室溫條件下的中氧循環(huán)。純氧是一種強氧化劑，即使在-183℃液化的低溫狀態(tài)下，只要易燃易爆物質(zhì)的數(shù)量或濃度超過爆炸極限，介質(zhì)氧因高速輸送摩擦產(chǎn)生的能量積累到一定數(shù)值，仍會發(fā)生爆炸，造成人員傷亡和設(shè)備損壞。因此，空分設(shè)備凡與介質(zhì)氧接觸的部件，其表面清潔度要求很高，不允許有機(jī)械雜質(zhì)和油脂等有機(jī)物存在，這些物質(zhì)必須清除。

空分設(shè)備無油污部件的脫脂清洗是通過物理或化學(xué)方法，選擇合適的清洗劑通過特定的清洗工藝對其表面進(jìn)行清洗，以保證其表面的有機(jī)物濃度控制在爆炸極限以下。這是空分設(shè)備安全運行的必要條件，經(jīng)過表面處理后，還要經(jīng)過嚴(yán)格的檢查和檢驗，才能投入使用。

　　2.2 空分設(shè)備表面污物的種類

　　檢查空分設(shè)備表面清潔度的指標(biāo)應(yīng)包括以下四類物質(zhì)。

　　(1)固體物質(zhì)：如有機(jī)防銹劑、木材、紙張、纖維、油漆等有機(jī)物；焊渣和飛濺物、金屬屑、焊絲等金屬物質(zhì)；沙子和類似的顆粒物，以及其他在工作條件下可能溶解的物質(zhì)。

　　(2)清洗液和水

　　(3)漂浮的鐵銹和氧化皮

　　(4)礦物油和油脂

　　2.3 表面清潔度檢查方法

　　固體材料、清洗液、水和銹痕可以直接用眼睛進(jìn)行目視檢查。在明亮的燈光下，眼睛觀察被檢查設(shè)備的表面是否有殘留的固體物質(zhì)。不允許存在直徑（或?qū)蔷€）大于0.5mm的固體顆粒，直徑（或?qū)蔷€）在0.25-0.5mm之間的固體顆粒之和應(yīng)小于100粒/m2，不應(yīng)存在纖維、灰塵和織物。單個殘留的纖維其長度不得超過2mm；不允許存在殘留的清洗液和水，表面應(yīng)完全干燥。

　　礦物油和油脂的測定可分為直接檢查法和定量測定法。直接檢查法有濾紙擦拭法、紫外熒光法、水涂試驗法和滴液擴(kuò)散法等。定量分析法又可分為重量法和油濃度測定法。

　　目前，我國對空分設(shè)備表面殘油的測定基本采用油濃度測定法，該方法應(yīng)用最為廣泛。

　　3. 空分設(shè)備表面油污殘留量標(biāo)準(zhǔn)的測定

　　空分設(shè)備的脫脂清洗，是為了去除部件表面的油脂，以達(dá)到表面油脂殘留量的標(biāo)準(zhǔn)要求。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的殘油量越低，對設(shè)備清洗的要求就越高，清洗過程會更加繁瑣，勞動強度大，清洗成本也會大大增加。空氣分離設(shè)備部件表面禁止殘油測量的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該如何確定？我認(rèn)為原則應(yīng)該是既要貫徹ISO9000，保證產(chǎn)品質(zhì)量，保證系統(tǒng)運行的絕對安全，同時對殘油量的數(shù)值又要設(shè)定合理、適當(dāng)。

　　我認(rèn)為這個合理值的實質(zhì)是油脂在氧氣介質(zhì)中的行為、富集度和爆炸極限濃度。一些文獻(xiàn)綜述文章[1]和Mckinley.c[2]等人指出，溶解在液氧中的烴類混合物的爆炸下限可取為5%（克分子）的甲烷當(dāng)量。當(dāng)混合物中碳?xì)浠衔锏臐舛瘸^這些極限時，它就成為具有特殊危險的爆炸性混合物。

　　這一極限濃度也適用于液氧中懸浮或乳化形式的碳?xì)浠衔锏木鶆蚍植肌Q算后5%克分子甲烷當(dāng)量，相當(dāng)于28kgCnH2n/m3液氧。液氧中的油脂來自于空分設(shè)備中與介質(zhì)氧接觸的表面上的殘留油垢。不同比表面的零件的富油量是不一樣的，單位體積的表面越大，富油量就越大。我們假設(shè)表面殘油全部進(jìn)入液氧，經(jīng)轉(zhuǎn)化后可得出不同比表面的零件表面殘油的極限值（見表1）。

　　表1 不同于產(chǎn)品表面的油品殘留限量計算值

　　產(chǎn)品比表面積殘油極限計算值

　　名稱 規(guī)格 g/m2μm

　　調(diào)節(jié)填料 750#350# 750350 3580 4194

　　氧氣冷卻器 160 175 200

　　液氧低溫儲罐 50m3 100m3 42 700014000

　從表1中可以看出，如果在空氣分離系統(tǒng)中與介質(zhì)氧接觸的表面殘留油脂絕對均勻地分散在液態(tài)氧中（這是實驗室中的理想狀態(tài)），那么爆炸的極限油脂殘留量就相當(dāng)高。

　　低溫下儀器壁上的油的實際形態(tài)是什么？文章 "低溫下結(jié)構(gòu)填料上的油膜性能"[3]介紹了林德、安東-基辛格等人對油膜在氧氣和液氧中的性能研究。克哈特將正十六烷作為液氧中燃燒實驗的典型物質(zhì)，在低溫下，位于不銹鋼管壁上的正十六烷油膜會固化，當(dāng)油膜厚度>5g/m2時，觀察到一部分油層剝落，形成的固體正十六烷油膜漂浮在液氧的表面。盡管正十六烷在環(huán)境溫度下具有輸送性，在低溫下會剝落，但Kehat無法點燃油，因此他提出，在使用氧氣的系統(tǒng)中，大約5克/平方米的油污染是可以容忍的。