第一章 制氧流程
1.1 概述
1.1.1 制氧机分类
1.1.2 制氧机的性能指标
1.1.3 国产空气分离设备的型号规定
1.1.4 制氧机的发展
1.2 制氧机的典型流程
1.2.1 150m3/h制氧机
1.2.2 3200 m3/h制氧气机
1.2.3 10000 m3/h制氧机
1.2.4 KDON-6000/13000增压分子筛净化全低压制氧机
1.3 制氧流程组织
1.3.1 流程组织要求
1.3.2 制冷系统组织
1.3.3 防爆系统组织
1.3.4 换热器系统组织
1.4 流程比较
第二章制冷
2.1 空气的液化
2.1.1 流膨胀效应
2.1.2 膨胀制冷
2.1.3 节流与等熵膨胀的比较
2.2 膨胀机
2.2.1 作用和分类
2.2.2 工作原理及基本方程
2.2.3 透平膨胀机的损失、产冷量及效率
2.2.4 拆装说明
2.2.5 透平膨胀机的调节
2.2.6 透平膨胀机组
2.2.7 操作
2.2.8 常见故障处理
2.2.9 维护说明
2.2.10 问题解答
2.2.11 膨胀机流程简述
第三章空气的净化
3.1 固体杂质的清除
3.1.1 过滤除尘原理及性能指标
3.1.2 空气过滤器
3.2 自清除
3.2.1 饱和与未饱和
3.2.2 空气中二氧化碳的饱和
3.2.3 不冻结条件
3.3 吸附法
3.3.1 吸附
3.3.2 吸附剂
3.3.3 吸附机理
3.3.4吸附器
3.4分子筛纯化器
3.4.1 纯化系统流程
3.4.2 分子筛加热再生温度曲线
3.4.3 分子筛吸附器的切换操作
3.4.4 分子筛净化系统操作注意事项
3.4.5 分子筛纯化系统常见故障及处理
第四章换热器
4.1 概述
4.2 换热器分类
4.2.1 换热器原理可分为三大类：
4.2.2 换热器根据流体状态变化可分为三种：
4.3 换热器的结构形式及工作原理
4.3.1 空冷塔的作用及工作原理
4.3.2 水冷塔的形式及工作原理
4.3.3 间壁式换热器种类及形式（工作原理）
4.4 板翅式换热器
4.4.1 翅片的型式及适用场合
4.4.2 板翅式换热器的基本组成构件
4.4.3 板翅式换热器流体换热的实现
4.4.4 主换热器（非切换式板翅换热器）与切换式换热器的比较
4.4.5 主换热器的热端温差及中抽温度的控制
4.5 冷凝蒸发器
4.5.1 冷凝蒸发器在空分设备中的作用
4.5.2 影响冷凝蒸发器温差的原因分析
4.5.3 冷凝蒸发器主冷液面高低的原因分析
4.5.4 冷凝蒸发器的传热面不足对氧产量的影响
4.5.5 在冷凝蒸发器及液化器中装设氖、氦吹除管的作用。
4.5.6 冷凝蒸发器全浸的优点
第五章空气的精馏
5.1 空气的精馏
5.1.1气液相平衡
5.1.2氧、氮混合物气液相平衡图
5.1.3 简单蒸发和简单冷凝
5.1.4 部分蒸发和部分冷凝
5.2 精馏塔结构
5.2.1 筛板塔结构
5.2.2 筛板塔的气液流动工况
5.2.3 填料塔
5.2.4 填料塔流动工况。
5.3 分馏塔
5.3.1 单级精馏塔
5.3.2 双级精馏塔
5.3.3 双级精馏塔各主要点工作参数的确定
5.4 双级精馏塔的计算
5.4.1 精馏的物料衡算和热量衡算
5.4.2 O2 -N2二元系精馏过程的计算
第六章离心式空气压缩机
6.1 H型离心压缩机
6.1.1 结构：
6.1.2启动操作
6.1.3 停机
6.2 空气透平压缩机
6.2.1 压缩机的结构
6.2.2 机组的检修
6.3 氧气透平压缩机
6.3.1 结构
6.3.2 轴封装置
6.3.3 气体冷却器
6.3.4 润滑系统
6.3.5 保护及安全措施
6.3.6 启动及停车操作
6.3.7 防喘振装置
6.3.8 维修和检修规程
6.3.9 解体及重新组装
6.4 液氩泵
6.4.1 结构
6.4.2 工作原理
6.4.3 技术性能
6.4.4 常见故障判断及处理
6.4.5 检修规程
第七章活塞式压缩机
7.1 立式压缩机
7.1.1 结构及工作原理
7.1.2 工作原理
7.1.3 技术性能及正常工艺参数
No
7.2 卧式压缩机
7.2.1 结构
7.2.2 工作原理：
7.2.3 技术性能及正常工艺参数
7.2.4 常见故障判断及处理见表7-9
7.2.5 检修规程
第八章空分装置的生产与操作
8.1 空分设备的启动
8.1.1 空分设备启动的技术准备工作
8.1.2 空分设备启动的前提条件
8.1.3 启动步骤
8.2 加温、吹刷分馏塔系统管路
8.2.1 吹刷操作要点
8.2.2 分馏塔吹刷流路
8.2.3 吹刷阶段注意事项
8.3 冷却阶段
8.3.1 精馏塔冷却前的必备条件
8.3.2 启动增压透平膨胀机
8.3.3 冷却精馏塔系统
8.4 积液阶段
8.4.1 膨胀机后温度控制
8.4.2 下塔液氮回流阀的调节
8.4.3 进上塔液氮节流阀的调整
8.4.4 下塔液空调节阀的调整
8.4.5 积液阶段注意事项
8.5 调纯阶段
8.5.1 建立精馏工况阀门调整的步骤
8.5.2 主塔各项工艺分析指标
第九章氩的制取
9.1 氩的性质与用途
9.2 氩在空分塔内的分布情况
9.3 全精馏无氢制氩工作原理
9.4 全精馏无氢制氩的操作
9.4.1 氩系统设备的冷却
9.4.2 工艺液压泵的操作
9.4.3 主塔工况的调整
9.4.4 粗氩塔工况的调整
9.4.5 精氩塔工况的调整
9.5 氩系统常见故障及处理
9.5.1 粗氩塔轻微氮塞
9.5.2 粗氩塔严重氮塞
9.5.3 精氩塔氩固化
第十章仪控系统
10.1 空分设备仪控系统的构成
10.1.1 检测仪表
10.1.2 显示仪表
10.1.3 控制仪表
10.1.4 执行器
10.2 仪表的性能指标
10.2.1 精确度
10.2.2 灵敏度
10.2.3 迟滞（回差，滞环）
10.2.4 重复性
10.2.5 量程比
10.3 空分设备上典型仪表的回路构成
10.3.1 温度显示回路、压力显示回路
10.3.2 压力显示回路
10.3.3 流量显示控制回路
10.4 智能仪表
10.5 集散控制系统（DCS）
10.5.1 集散控制系统的基本概念
10.5.2 集散控制系统的硬件构成
10.5.3 集散控制系统的控制功能
第十一章制氧分析
11.1 气体分析
11.1.1 产品氧的分析
11.1.2 产品氮的分析
11.1.3 污氮含氧量的分析
11.1.4 液氧中乙炔的分析
11.1.5 气体中CO2含量的分析
11.1.6 液氧中碳氢化合物的分析
11.1.7 工艺氩中微量氧、氮的分析
11.2 试油的分析
11.2.1 粘度的测定
11.2.2 开口杯法测定闪点
11.2.3 油品酸值的测定
11.2.4 油中水分的测定
11.3 水质指标的测定
11.3.1 PH值测定
11.3.2 总硬度测定方法
11.3.3 钙离子测定方法
11.3.4 镁离子测定（计算法）
11.3.5 碱度测定法
11.3.6 氯离子测定法
11.3.7 悬浮物测定法
11.3.8 正磷酸盐、总磷酸盐、总铁和浊度测定
第十二章水泵
12.1 常用泵的分类
12.1.1 叶片泵
12.1.2 容积泵
12.1.3 其它类型泵
12.1.4 泵的型号表示方法：
12.2 离心泵的工作原理
12.2.1 物体产生离心力
12.2.2 泵利用离心力出水和吸水
12.3 离心泵的分类
12.3.1 按叶轮的吸入方式分
12.3.2 按叶轮数目分
12.3.3 按叶轮结构分
12.3.4 按工作压力分
12.3.5 按泵轴位置分
12.4 离心泵的构造及主要部件
12.4.1 叶轮
12.4.2 密封环
12.4.3 泵壳
12.4.4 泵轴
12.4.5 轴封装置（含填料套、填料、填料环、填料压盖）
12.4.6 轴承体
12.4.7 联轴器
12.5 离心泵的主要技术参数
12.6 离心泵的能量损失
12.7 离心泵的运行
12.8 离心泵的常见故障及处理方法
第十三章风机
13.1 L47风机技术性能及结构
13.2 操作规程
13.3 维护规程
第十四章制氧电气
14.1制氧系统用电情况
14.1.1 制氧供电意义
14.1.2 制氧配电系统
14.1.3 制氧供电方案
14.1.4 制氧高压配电系统概况
14.2制氧系统用电负荷的选配
14.2.1 电控系统设计原则：
14.2.2 高压系统：
14.2.3 低压系统：
14.2.4 PSA配电自动化监控系统：
14.2.5 设备选型
14.3 制氧系统用电控制原理及操作步骤
14.3.1 励磁装置结构
14.3.2 保护、信号、仪表及操作控制系统
14.3.3 励磁装置原理
14.3.4 整机的调试、检验及步骤
14.3.5 可控硅调功柜原理及操作步骤
14.4 制氧电气系统常见故障的判断及处理
14.4.1 励磁装置出现的故障机处理方法
14.4.2 TY3Z可控硅调功柜故障处理
第一章 制氧流程
制氧流程主要由制冷系统和精馏系统组成。详细可分为十大系统，即空气压缩系统、空气净化系统、换热系统、制冷系统、精馏系统、安全防爆系统、氧气压缩输送系统、加温解冻系统、仪表自控系统及电控系统。
1.1 概述
1.1.1 制氧机分类
制氧机的分类方法很多，按产品的状态分为产气氧、产液氧、既产气氧又产液氧的制氧机；按产品种类分为单高产品、双高产品（氧和氮）带氩制氧机（氧、氮、氩）及全提取（氧、氮、氩及其他稀有气体）；依照产量分为小型制氧机（小时产量小于1000 m³/h）、中型制氧机（小时产量1000～10000m³/h）、大型制氧机（小时产量大于10000m³/h）；按操作压力分：高压制氧机（操作压力为20Mpa）、中压制氧机（操作压力为1～5Mpa）、全低压制氧机（操作压力0.5～0.6Mpa）；按换热器类型分，可分为板式、管式、管板式制氧机。
1.1.2 制氧机的性能指标
制氧机除要达到的产品产量及纯度外，还有以下的性能指标：
1、.单位电耗，即生产1m³氧气所耗的电能，以kw·h/m³为单位来表示。这代表制氧机的能耗大小，是制氧机重要的能耗指标之一。
2、提取率，即在标准状态下1m³原料空气所制得的纯氧量。一般计算方法为：
这一指标反映了空气分离的完善程度。
3、启动时间。从空压机向装置送气开始直至产品达到设计产量的全过程所需要的时间。
4、运转周期。这是指制氧机无机器、设备故障的前提下，连续运转的时间，一般以年为单位。
5、加温解冻时间。制氧机在启动前或停车后需要加温解冻所用的时间。
6、单位产量的金属消耗量。该指标能够比较制氧机的设备费用的多少，投资的多少。诚然,对于制氧机产品水平的评价是综合性的，从技术、经济、社会方面全面考核，即综合评定=性能+寿命+可靠性+安全性+经济性+成套性+人机关系+服务性。产品的综合指标需要采取一套指标体系。业内专业人士提出了8个系列指标，如图1-1所示
图1-1
表1-1
1.1.3 国产空气分离设备的型号规定
我国空分设备的型号由汉语拼音字母、化学元素符号以及阿拉伯数字所组成。型号分首部、中部、尾部三个部分，中间以短横“—”隔开。如图1－2所示。
图1-2
1.1.4 制氧机的发展
自从1902年德国的林德教授发明了高压节流循环制冷，单级精馏塔分离空气制氧至今已经历上百年的历史。从制氧机的流程方面，从高压流程改进为中压流程进而出现高、低压流程，现在中、大型制氧机全部为全低压流程。小型制氧机也向低压方面发展，而且对超低压流程正进行研究探讨。表1-1
从制氧机的能耗方面，从单耗大于2kw·h/mo降低到0.38kw·h/ mo。单机容量从20m/h发展至今世界上最大的制氧机为74000m3/h。制氧机的产品也不再是单一的气氧，而是既产氧又产氮以至提取全部的稀有气体。不但有气态产品，还有各种液态产品，也就是产品多样化。从控制系统方面，由手动控制发展到计算机数字集散控制系统，实现了机电一体化。
1.2 制氧机的典型流程
我国目前生产的小型制氧机仍以中压流程为主。中、大型有蓄冷器或板式切换式换热器流程，还有较先进的分子筛纯化器及增压透平膨胀机流程。我公司现有的一号制氧机就是一种切换式换热器流程。公司现运行的四台制氧机均采用了比较先进的增压分子筛净化流程。
1.2.1 150m3/h制氧机
此种制氧机型号（KES-860-II）,制冷系统为中压带活塞式膨胀机流程即是以克劳特循环为基础的制氧机,采用分子筛纯化器净化空气的流程，见流程图1-3
图1-3
空气自大气吸入,经空气过滤器除掉灰尘等机械杂质而进入活塞式空压机,经三级压缩达4.9Mpa（启动时压力）冷却后除油及水分,进入分子筛纯化器,清除水分、二氧化碳和乙炔及其它碳氢化物,并在过滤器4中过滤分子筛粉末。洁净的空气分三路进入热交换器5氧隔层、氧隔层及馏份隔层的管内经冷却后，一部分通过膨胀机6膨胀后， 经过空气过滤器7后进入下塔。另一部在热交换器II中的氧、氮隔层的管内续继被冷却，而后经节流阀节流至0.56Mpa进下塔。下塔的富氧液空经过乙炔吸附器11进一步除掉乙炔，并经过液空过冷器12过冷后节流入上塔。由上塔下部提取氧气，经热交换器氧隔层复热后，送入贮气囊14，经氧压机压缩至15Mpa充瓶。气氮由上塔顶引出，以液氮过冷器，液空过冷器以及热交换器的氮夹层复热后，送氮压机。馏份气从上塔第37块塔板处抽出，经热交换器馏份隔层复热后放空。
技术指标：
加工空气量：860m3/h
产品产量：氧气150 m3/h 氮气：600 m3/h
氧气纯度：99.2%O2 氮气纯度：99.95%N2
空气压力：启动时4.9Mpa
正常时1.96～2.45 Mpa
运转周期：2个月
1.2.2 3200 m3/h制氧气机
该类型号为KFS-21000型，采用高效透平膨胀机制冷全低压制氧机，即以卡皮查循环为基础。用嵌有蛇管的石头填料蓄冷器冻结清除水分及二氧化碳，因中部抽气保证其不冻结性，用中抽二氧化碳吸附器4清除水分及二氧化碳。富氧液空吸附过滤器吸附二氧化碳、乙炔。设有液氧泵13，将液氧循环经液氧吸附器清除液氧中的乙炔，以保证制氧机安全运行.装置中采用长管式冷凝蒸发器,以提高传热效率。管内是液氧沸腾，管间气氮冷凝。膨胀机的工质是空气，经中抽去除二氧化碳后与下塔来的旁通空气汇合一起进入膨胀机,膨胀后气体进入上塔即拉赫曼气。详细流程见图1-4
图1-4
技术指标：
加工空气量：21000 m3/h
产品产量：氧气3200 m3/h 纯度：99.6%
氮气4000 m3/h 纯度：99.99%
启动时间：48h
连续运转时间：1年
1.2.3 10000 m3/h制氧机
型号为KDON-10000/11000。制冷系统是以卡皮查循环为基础的全低压循环。采用高效透平膨胀机，膨胀工质为空气，利用电机制动回收部分膨胀功。净化系统采用板翅式可逆式换热器对水分、二氧化碳自清除。设置液空吸附器清除富氧液空中的乙炔。用液氧泵使冷凝蒸发器中的部分液氧循环，利用液氧吸附器清除液氧中的乙炔及其它碳氢化合物。装置中的全部换热器都采用高效的板翅式换热器，因此也可称为全板式万立制氧机。精馏塔为带辅塔的双级精馏塔。膨胀后气体进入上塔，这股拉赫曼气使制氧机的制冷系统与精馏系统有机地联系起来，其工艺流程示见图1-5
图1-5
主要技术指标：
加工空气量：58300 m3/h
产品产量：氧气： 10000 m3/h
纯度：99.5%
氮气：11000 m3/h
纯度：99.99%
启动时间：48h
加温解冻时间：36h
连续运转时间：大于1年
1.2.4 KDON-6000/13000增压分子筛净化全低压制氧机
该制氧机型号为KDON-6000/13000，空气经透平空压机压缩后，在氮-水预冷系统的空冷塔中冷却后进入分子筛纯化器净除水分、二氧化碳、乙炔等碳氢化合物。而后空气进入主换热器，空气通道被返流气体冷却到对应压力下的饱和温度后进入下塔参与精馏。
从分子筛纯化器出来的加工空气，抽出一部分进入膨胀机的增压机增压、经水冷却器冷却后进入主换热器，被返流气体冷却后从主换热器中部抽出进入透平膨胀机。见流程图1-6
图1-6
从流程图可以看出，此流程既没有液化器也没有吸附器，保冷箱内的设备及管路大为简化。
主要技术指标：
加工空气量：38000 m3/h
加工空气压力：0.66 Mpa
产品产量及纯度：
氧气产量 6000 m3/h，99.8% O2
氮气产量 12600 m3/h,10×10-6 O2
液氮产量 400 m3/h, 10×10-6 O2
液氩产量 60 m3/h，96%Ar
1.3 制氧流程组织
1.3.1 流程组织要求
首先要根据设计要求而进行,尽可能地优化组合,以满足下面要求：
1、尽可能降低电耗、投资和运转费用，以降低产品成本。
2、安全运转和便于运转维修。
3、当自然条件和某些使用条件发生变化时仍然保证产品的质量及产量，即变工况适应能力强。
1.3.2 制冷系统组织
制冷系统包括空压机、膨胀机、节流阀及主换热器。此系统的作用产生冷量补偿冷损，使加工空气降温、液化维持在精馏所需要的低温，为空气的精馏创造条件。
如上所述，高压流程是以林德循环（一次节流）为基础的；中压流程应用克劳特循环（中压膨胀机与节流相结合）；全低压流程以卡皮查循环（低压透平膨胀机）为依据。全低压流程因为能耗低，运转安全可靠等诸多优点，被广泛推广和应用。而高、低压流程和中压流程复杂，能耗高已被淘汰。这里重点讨论全低压制冷系统组织问题。
1、全低压流程
（1）空气膨胀和氮气膨胀
全低压流程利用了拉赫曼原理，将膨胀后的空气送入上塔，或者利用氮气为膨胀工质。这两者都可以利用上塔精馏，从而提高了制氧机产量。
①空气膨胀。空气膨胀的的流程示意图。图1-7
图1-7
图1-8
从下塔底部抽出部分加工空气,一部分在切换式换热器环流通道复热后，再汇合进入透平膨胀机膨胀产生冷量，然后直接送入上塔参加精馏。这部分空气没有经过下塔的预精馏直接送入上塔。由于从下塔底部抽出部分空气，冷凝蒸发器的冷凝量减小，送入上塔的液氮量也减少，而膨胀空气又直接送入上塔中部作为精馏段的上升气，因而上塔精馏段的回流比减少，精馏潜力得到利用。这些送入膨胀空气称为“入上塔膨胀空气”，也叫拉赫曼气。这就是所谓空气膨胀，目前我国全低压装置流程大部分采用这种方法，例如国产1000、1500、3200、6000m3/h等制氧机。
②氮气膨胀。它是从下塔顶部抽出氮气，一部分经切换式换热器环流通过复热后再汇合进入透平膨胀机，膨胀后的氮气作为产品氮气引出，或者与污氮汇合经切换式换热器回收冷量后放空。由于从下塔引氮气，冷凝蒸发器的冷凝量减少，因而送入上塔的液体馏份量减少， 精馏潜力得到利用。氮气膨胀在国外的大型全低压空分装置上已被采用。
以上两种方法都是减少上塔液体馏份，使精馏时的气液间的温差减少，利用了上塔精馏潜力，使全低空分装置具有更大的合理性，利用上塔精馏潜力后，塔板上气液之间的温差变化如图1-8所示，由图可见，由于空气膨胀不但减少上塔回流液，同时增加了上升蒸气量，所以气液间的温差比氮膨胀更小些。
⑵关于膨胀空气进上塔量的限制
无论是空气膨胀还是氮膨胀都是利用上塔的精馏潜力，提高氧的提取率，减少不可逆分离功的损失。既然是精馏潜力的利用就有一定的限制。超出极限就会使分离产品纯度降低，能耗增大，氧提取率下降。从理论上来讲，这一极限应取决于上精馏塔的最小回流比（液气比）。可是，在最小回流比条件下，欲得到分离产品需无数块塔板，这样的精馏塔是不存在的。在有限的一定塔板数的前提下，允许入塔的最大限度膨胀空气量是由最小工作回流比所决定的。上塔精馏允许入塔的最大膨胀空气量可以由上塔的物料平衡，能量平衡及物料参数求出。
进入上塔的允许膨胀量主要与上、下塔取出的产品纯度及上塔液体的过冷度有关。产品纯度低、允许膨胀量增加。氧、氮产品纯度通常是用户的要求。为了减少不可逆分离功损失，降低能耗，在满足工艺要求的条件下，不应过分追求产品的高纯度，否则，提取率降低，能耗增大。入上塔液体的过冷度增加，这使上塔的回流比增加，即上塔具有更富余的回流比，精馏潜力更大，也就表现出允许进塔的膨胀量增加。
需要指出，这里计算的允许最大膨胀量，状态应是当时压力下的饱和气体。由于膨胀机结构所限制，膨胀后的气体不允许达到饱和或出现液体。膨胀后气体要保持过热状态。膨胀后气体温度与相应压力下饱和温度之差为膨胀后气体过热度。显然，过热度增加，允许进塔的最大膨胀空气量减少。
确切的允许进塔的最大膨胀量的数值要根据制氧机的具体流程计算确定。但是一般来说，空气进上塔的数量范围为加工空气量的20%～30%，抽氮膨胀为加工空气量的15%～25%。
⑶全低压切换式换热器流程的膨胀气体流路组织
由于膨胀空气既取决于装置的总冷量平衡又受精馏工况的限制，同时在进入膨胀机之前又作为板翅式可逆式换热器的环流气体或者蓄冷器的环流气，而环流量又是由切换式换热器热平衡所决定的，而且与切换式换热器的自清除密切相关。正因为这些复杂的关系，从而产生了下面三种具有代表性的情况：
①装置的容量较小，单位冷损较大，这时整个装置的冷量平衡所要求的膨胀量比较大， 膨胀量不仅大于切换式换热器不冻结性所要求的环流量，而且也超过精馏塔所允许的拉赫曼进气量。这时，膨胀机的进气量将由两部分组成，一部分是环流空气，另一部分则是由下塔或液化器来的旁通气。这时由于膨胀气量已经超过精馏塔所允许的最大拉赫曼进气量，所以，必须把部分膨胀空气旁通入污氮管道，从而使进入下塔的加工空气量减少，制氧机总的氧提取率将相应地降低。属于这种情况的有600、800、1000m3/h的制氧机。
③装置是中等容量，冷损较大，这时由装置冷量平衡所要求的膨胀量大于由蓄冷器（或板翅式切换式换热器）不冻结性所决定的环流量。但是膨胀量是在精馏塔所允许的拉赫曼进气量范围以内，这时膨胀量仍由环流和下塔旁通量两部分组成。由于它是在允许的拉赫曼进气量范围以内，所以膨胀后的空气可以全部送入上塔。属于这种情况的有3200、6000、10000 m3/h的制氧机。
③装置容量很大，冷损比较小，由装置冷量平衡所要求的膨胀量，不仅小于精馏所允许的拉赫曼进气量，而且等于或者小于环流量，这时候进膨胀机的膨胀气体全部通过环流，甚至要将部分环流旁通。
把上面所说的简单归结为：
小容量装置：膨胀量大于允许的进上塔的空气量
膨胀量大于环流量
膨胀后空气部分旁通
中等容量装置：允许进上塔的空气量大于膨胀量大于环流量
膨胀后空气全部进上塔
大容量装置：允许进上塔的空气量大于膨胀量
环流量大于等于膨胀量
膨胀后的空气全部进上塔，环流量部分旁通或者生产部分液态产品，还可以考虑采用氮膨胀
⑷全低压增压透平膨胀系统
增压膨胀机是用增压机制动，将膨胀工质增压后再进入膨胀机工作轮膨胀作功。因其膨胀前压力的提高，所以单位制冷量增加。膨胀量减少，进入上塔膨胀空气量减少，有利于提高氧提取率。增压透平膨胀的实质是将气体所作的膨胀功回收给膨胀工质本身，其系统图1-9
图1-9
2、精馏系统组织
精馏系统的组织与制冷系统、换热系统的组织有关。
在组织精馏系统时，为了确保产品的纯度可以采取以下几种措施：
⑴正确地确定进料口、抽口位置。保证正常分离足够的塔板数。
⑵抽馏份：在下塔抽出液氮馏份，在上塔抽出污氮，这样一方面使较多的氩随污氮放空有利于氧、氮分离，另一方面使下塔上部和辅塔中的回流比加大，有利于精馏工况，从而得到高纯度的产品。
由于所要求产品的产量和纯度不同，精馏系统工程的组织可以分为下列几种情况：
⑴只生产单一高纯度产品，例如只生产纯氧，或者只要求生产纯氮。这种情况可以使用普通的双级精馏塔，如图1-10 所示塔板根据所要求的产品纯度决定，塔板数要比生产两种高纯度产品小，也不需要抽馏份或设辅塔。
图1-10
⑵生产两种高纯度产品。适用于纯氮/纯氧不小于1的场合。如3200m3/h空分装置纯氧和纯氮的产量都是3200m3/h。氧、氮比为1：1。
这时在上塔的上部要加辅塔，如图所示5-11。在辅塔底部抽出大量污氮，以使在辅塔顶部提取纯氮。为了保证辅塔喷淋液氮的纯度在下塔中部抽馏份液氮。要有足够的塔板数，使得在下塔顶部的氮气达到99.99%的纯度。
⑶生产两种纯度产品，仅是纯氮/纯氧等于0.2～0.5，也就是要求生产的纯氮量比较少的场合，可设置纯氮塔。如图1-12 。由下塔顶部引出一部分气氮进入底部，经过进一步精馏，在纯氮塔顶部得到纯度更高的产品氮。而产品纯氧则由主塔和纯氮塔的冷凝蒸发器上部引出。
图1-11
图1-12
这种方式的特点是由于下塔顶部气氮的纯度比较低，所以下塔压力相对的可以低，由此能耗可以降低,但是流程组织相对辅塔流程要复杂些。
对于生产纯氧，也叫工业氧（氧纯度在99.5%），以及生产纯度不高工艺氧（氧纯度在95%～98%）或者两种产品都生产的精馏组织也和上述一样，可以和用设置辅塔，控制塔板数的办法来实现。
1.3.3 防爆系统组织
空分装置爆炸的原因一般有：
液空和液氧中乙炔与碳氢化合物等杂质积聚。
操作不当引起爆炸。
在切换式换热器流程系统中，乙炔很容易在液氧中析出，这是引起爆炸的根源。如在主冷凝蒸发器中，液氧中的乙炔为液面上气氧中乙炔的24倍（温度-180℃），可见液氧中的乙炔含量远远高于气氧中乙炔含量。另方面液氧溶解乙炔的能力较差。温度越低越不易溶解。当液氧蒸发时或排放时乙炔很容易析出。附在管壁上及浮在液面上，一旦引爆就容易发生爆炸，所以空分装置在主冷凝蒸发器中发生爆炸的事故较多。为了防止在液氧中乙炔的积聚一般是首先用吸附法除去液空中大部分乙炔，然后再用吸附法进一步除去液氧的乙炔。
⑴液氧循环法
如图1-13,使主冷中液氧气不断流动，在吸附中清除乙炔。避免乙炔积聚。
此种液氧循环全靠液氧泵强迫流动，液氧泵的循环量必须等于或大于氧气产量。若上下塔分开，则液氧泵循环量约为氧产量的5～6倍。例如管式1500m3/h就是上、下塔分置流程。
⑵采用辅助冷凝器及乙炔分离器
冷凝蒸发器中的部分液氧经辅助冷凝蒸发器的盘管，并在管内蒸发，同时使液氧不能冲刷管壁。液氧在辅冷中并未全部蒸发，而需留下约1%的液体。这部分液体中浓缩了大部分乙炔，再经乙炔分离器将已蒸发的气体与含有乙炔的液体定期排放，流程示意图1-14。
图1-13
图1-14
⑶自循环
自循环是指液体在不消耗外功。即不靠泵推动的情况下形成自然流动。液氧是靠循环回路中局部受热，内部产生重度差而引起流动的。也可称为热虹吸作用或气泡泵作用。
对于液氧的循环，从防爆及替代液氧泵的观点看，对循环量有两个方面要求：其一引出的液氧量通过吸附器后能将其中的乙炔和碳氢化合物得到清除，并带出装置。其二热虹吸蒸发器出口要有一定数量净化的液氧量返回主冷，以稀释主冷的液氧，减低主冷液氧中乙炔及碳氢化合物浓度。如果只能满足其一也就相当于辅冷防爆方法。返回主冷筒体的液氧量与循环量的关系为：
N称之为循环倍率，可见
自循环的循环倍率通常取 n=4~8
吸附器的配置直接影响乙炔的净除率，见表1-2
⑷分子筛纯化系统
在具有分子筛纯化器的低压流程中,因分子筛对水分、二氧化碳、乙炔及其碳氢化合物的共吸附作用,从理论上讲,已经没有必要再设置液空吸附器及液氧吸附器。为了提高分子筛对二氧化碳的吸附能力,压缩空气进入分子筛纯化器需要预冷到8～15℃。为确保制氧机的安全和连续运转,个别流程除设置两只纯化器以外,还设有一只或两只液氧吸附器,而液空吸附器就不设置了。见图1-15
图1-15
1.3.4 换热器系统组织
在保证工艺流程需要的前提下,取消作用不大的换热器,尽可能减少换热器的数量,以简化流程,减少流体阻力,降低设备投资。
制氧流程中常见的换热器有7种
1、主换热器
其主要作用是使加工空气与返流氧气、氮气和污氮换热，使之冷却到液化温度，达到液化，进入精馏塔下塔底作为原料。此种换热器设置在中压小型制氧机及带分子筛纯化器的全低压制氧机中。
2、切换式换热器
该类换热器包括可逆式板翅式换热器及蓄冷器。它的主要功能是将加工空气冷却到接近液化温度，而后参与精馏。同时回收返流气体的冷量，使氧气、氮气、污氮等气流复热后送出装置。在换热的同时将空气中的水分、二氧化碳自清除。即起到换热和自清除双重作用，使制氧机的换热和杂质清除净化有机地结合起来。
3、冷凝蒸发器
它是精馏所必需的换热设备,是联系上、下塔的纽带。其中上塔的液氧和下塔气氮换热，液氧蒸发后一部分作为产品气体引出，另一部分为上塔提供上升蒸汽，气氮冷凝后为上下塔提供回流液。就其结构来分，可分为板翅式、管式两种，而管式又分为长管式、短管式、盘管式。短管式用于中压小型制氧机，因其传热系数较低，所以需要取较大的主冷温差，通常为2～2.5℃；长管式、板式用于中、大型全低压制氧机。板式换热器结构紧凑传热系数高换热效果比管式的好。在全低压流程中主冷温差取的较小，一般取1.6～1.8℃。主冷温差还直接影响精馏塔的压力，决定了全低压流程操作压力。如我公司现运行的所有设备的主冷都是板式冷凝器。
4、过冷器
常见有液空过冷器、液氮过冷器（纯液氮、污液氮）、液氧过冷器。过冷器的作用是使下塔来的液空、纯液氮、污液氮和从上塔抽出的氧、氮、污氮气换热，使液体过冷。从而减少节流汽化率，提高上塔回流比，改善上塔的精馏工况。同时回收了从上塔出来的纯氮气、污氮气的冷量，因此，高、中、全低压流程中均采用。尤其是全低压切换式换热器流程，由于污氮气的部分冷量被过冷器回收了，提高了污氮入切换式换热器冷端的温度，缩小了冷端温差，有利于自清除。过冷器回收的冷量由液空、液氮带回上塔，也就是减少了加工空气带入下塔的冷量，因此，过冷器客观上起到了上、下塔冷量分配的作用。就其结构来讲，有板翅式及管式两种。
5、液化器
它是全低压切换式换热器流程所必需的换热器。就其冷流体的不同，分为污氮液化器、纯氮液化器及氧液化器。在切换式换热器流程中，由于自清除工况的要求以及切换系统的结构限制，加工空气在切换式换热器冷端不能出现液体，通常有1～1.5℃的过热度。而精馏塔由于冷损的存在，要求进塔加工空气中含少量的液空。为解决此矛盾，设置液化器提供精馏塔所需的含湿量，保证精馏塔热平衡，这就是液化器设置的必要性。此外，液化器在切换式换热器的全低压制氧机启动时，起产生液体和积累液体的作用。在正常操作时，液化器将返流气体的冷量回收给部分加工空气，使之液化流入下塔，客观上起到切换式换热器与下塔之间的冷量分配作用。
值得指出的是液化器不必控制，能自动保持返流低温气体出液化器的温度恒定，这叫做“自平衡”。当经过液化器的低温气体温度低时，冷量较多地传给饱和空气，使之液化量增加，液化器的压力降低，与下塔压差增大，进液化器的饱和空气量就增加，反之则减少，这样就维持了出液化器的低温气体温度，保证了切换式换热器的冷端温差，满足了自清除要求。
6、空气预冷器
空气预冷器的作用是保证加工空气进切换式换热器或分子筛纯化器的工艺要求的温度。
7、膨胀前、后换热器
在流程中有的设置膨胀前换热器，有的设置膨胀后的换热器。
膨胀前换热器可以调节膨胀机前的工质状态，以满足膨胀后过热度的要求。
膨胀后换热器的作用能够降低膨胀后气体的过热度又保持膨胀量不变。在膨胀后换热器中是用污氮气或纯氮气来冷却膨胀后气体，也就是将上塔出来的气体冷量回收给上塔，可以提高上塔的回流比，改善精馏工况，提高氧的提取率，减少膨胀空气送入上塔对精馏工况的“干扰”。因此，目前全低压流程大都采用膨胀后换热器。
1.4 流程比较
增压分子筛净化流程是上个世纪80年代末90年代初国际上普遍推广的先进流程，它具有十分突出的优点。为此，在本节内对全低压切换式换热器冻结流程与增压分子筛净化流程进行详细比较。增压分子筛净化具有十大优点：
1、提高产气量
为了保证切换式换热器流程的水分及二氧化碳的自清除，不冻结性要求有足够的返流污氮量，因而限制了纯氮产品的量，通常氧气量与纯氮气产量之比为1：1.1。而在增压分子筛净化流程中，只需少量污氮气作为分子筛纯化器的再生气。所以纯氮气产量与氧气产量之比高达2.3～2.5：1，氮气产量增加30％～35%。
对于氮气产量，因为分子筛切换周期很长，精馏塔工况波动小，且膨胀空气量小，进入上塔空气量大为减少，参与一次精馏的加工空气量增加，氮提取率提高。氮气产量可增加63％左右，氧气产量增加约2％。
2、降低能耗
切换时间比切换式换热器切换时间大为延长，从而大大减少了切换损失 ，通常切换式换热器流程切换损失为1.5％－4％，而增压分子筛净化流程的切换损失小于0.5％。
又由于增压膨胀，膨胀量减少，膨胀空气进气量减少，氧气提取率上升，产品产量增加，单位能耗降低。增压分子筛流程比切换式换热流程的能耗降低0.5％－2％。
3、运转周期延长
切换式换热器流程，出切换式换热器加工空气中的二氧化碳含量为1～2×10-6,运转周期为一年。而分子筛净化器增压流程，几乎能够完全清除二氧化碳，即使临近纯化器切换时，空气中二氧化碳含量小于1×10-6, 因而运转周期可达两年以上。
4、提高设备安全性
由于分子筛对乙炔及碳氢化合物有极强的吸附能力，可以有效地避免主冷凝蒸发器的“微爆”故障发生。
对于板翅式换热器在切换式流程中一直处于交变载荷之中，易于疲劳破坏，同时换热器的热段易于进水冻裂，还会加速对铝制换热器的腐蚀，因而板翅式切换式换热器的使用寿命短。而增压分子筛净化流程的主换热器不切换，板翅式换热器处于衡压工作状态，其寿命可延长一倍之多。
5、冷箱内设备简化
分子筛流程可以取消保冷箱中的液空吸附器、液氧吸附器、液化器、切换系统、自动阀箱等设备，减少了许多低温阀和常温阀。同时减少了约40%的保冷箱内管道、仪表及仪控设施，缩小了保冷箱的体积，降低了保冷材料的消耗，减少了跑冷损失，占地面积也大为减少。
6、缩短安装时间
正因为冷箱内设备减少,流程简化,所以安装难度降低。虽然分子筛净化流程增加了分子筛净化系统和冷冻机组,但这些常温设备易于安装。经过对比得知，安装周期可缩短4～6个月，并节省了安装费用。
7、简化操作、维修
增压分子筛流程启动操作，没有建立自清除工况的约束，一次冷却直至出氧，启动操作简化而且缩短了启动时间，减少了各种消耗。
在正常操作中，剔除了液氧、液空吸附器的倒换操作，既减少了操作的麻烦又确保了精馏塔的工况稳定，有利于提高氧、氮、氩等产品产量。
由于冷箱内易发生故障，需要维修的设备、阀门、仪表大大减少，因此维修简便。
8、取消加温解冻系统
通过分子筛纯化器后的空气露点不大于-70℃，空气温度大于10℃，这样的空气是相当干燥和干净的空气，完全可以作为解冻气体使用，因而不需要专门设置加温解冻系统来提供装置加温解冻操作所需要的气体。这样既减少了设备，也简化了操作。
9、易于实现自动化
增压分子筛净化流程，启动操作简化，设备温度变化连续，给自动控制提供了方便。在短期或较长时间停车后，在冷态下再启动，也不必顾及乙炔的积聚威胁，也可以采用自动控制操作。此外，能够用自动控制迅速地进行负荷调节，因为不用考虑像可逆式换热器那样的温度要求，受自清除工况的约束。
10、设备费用降低
冷箱内设备减少，主换热器传热面积缩小了1/3，阀门、管路等也相应减少，使分子筛净化流程的设备费用比切换式换热器流程的设备费用降低2%～3%，相应的设计费、安装费都下降，因而总工程费用下降。
思考题：
5.5我公司制氧管网系统流程图
氧气管网流程图，图中标明了氧气经压缩后送往用户的去向。在实际操作中，操作人员必须明确阀门在管网中的实际位置及作用和去向。管网中部分重要阀门的操作，必须有上级部门的操作指令或操作许可证。否则任何人都无权随便开关阀门。如图1-16、1-17所示。
图1-16
图1-17
第二章 制冷
为使空气液化，需要获得低温，工业上常用两种方法，即空气通过节流阀或膨胀机的膨胀制冷获得低温，甚至液化。这两种方法是以气体的膨胀为基础的。
2.1 空气的液化
2.1.1 流膨胀效应
通常把高压流体流经管道中的小孔后压力显著降低的过程称为节流。节流孔径越小，则局部阻力越大，节流前后的压力变化也越大；反之，就越小。在实际工作中，为了调节，通常用节流阀代替节流孔。
气体在节流时，既无能量输出，也无能量输入，所以气体节流前后的能量保持不变，即节流前后的焓值相等。这是节流过程的基本特点，因此节流过程可看作是近似的绝热过程。
实际气体的焓值是温度和压力的函数，所以实际气体节流后的温度是发生变化的。这种现象叫节流效应（焦耳－汤姆逊效应）。
空气经过节流，虽然可降低温度，但对外没有热量交换，也没有做功，因此节流过程本身并没有产生冷量。
节流特点：节流效应与节流前的压力和温度有关。节流前的温度降低，节流效应增大。节流前的压力增高，节流效应变小。
等温节流制冷时，气体需经历等温压缩和节流膨胀两过程才具有制冷量。
2.1.2 膨胀制冷
气体对外做功的机器称为膨胀机。气体在膨胀机中一边膨胀，其内位能增加，又一边对外做功，这两部分能量消耗都需要用内动能来补偿，所以气体在膨胀机中等熵膨胀，焓值下降，温度必然降低。
高压气体等熵膨胀时向外输出机械功，这样消耗了大量的气体内能（焓值减小）。另外，还由于膨胀时气体体积增大，分子距离也要增大，但是分子间有吸引力，为了克服分子间的吸引力又要消耗气体分子的一些动能（动能减小）。这样气体分子的内能和动能在等熵膨胀时大量消耗，从而降低了气体温度。所以等熵膨胀后，气体温度总是下降的。
气体等熵膨胀产生的温差，不但随着膨胀前后的压力比值增大而增加，而在膨胀前后压力不变的情况下，还随着膨胀前的温度的变化而变化。所以为了获得较大的温降和单位制冷量，可采用增加膨胀比和提高膨胀前温度的方法。但不是无限制的，而是在合理的等熵效应范围内进行。
2.1.3 节流与等熵膨胀的比较
在制冷量和温度效应多寡方面，等熵膨胀比节流膨胀制冷效果显著。但节流过程用节流阀结构简单，调节方便，并且可以工作在气液两相区内。
2.2 膨胀机
绝热等熵膨胀是获得低温的重要途径之一，也是对外做功的一个重要热力过程。而作为用来使气体膨胀输出外功以产生冷量的膨胀机，则是能够实现接近绝热等熵膨胀过程的一种有效机械。
现代空分设备对膨胀机的要求：更高的整机效率；更好的稳定及调节性能；更安全及可靠的保护系统；更长的运行周期及使用寿命等。
对于空分设备来说，低温精馏装置冷量损失的及时补充、产品产量的有效调节等都使得为其提供充足冷量的膨胀机显得尤为重要。
透平膨胀机是利用工质在流道中流动时速度的变化来进行能量转换，也称为速度型膨胀机。工质在透平膨胀机的流通部分中膨胀获得动能，并由工作轮轴端输出外功，因而降低了膨胀机出口工质的内能和温度。
2.2.1 作用和分类
按结构分有两种，活塞式膨胀机和透平式膨胀机。
按工质在膨胀过程所处的状态，可分为气相透平膨胀机和两相透平膨胀机。
按透平膨胀机的制动方式，可分为风机制动膨胀机、增压机制动膨胀机、电机制动透平膨胀机、油制动透平膨胀机。
根据透平膨胀机的轴承不同形式，可分为油轴承透平膨胀机、气体轴承透平膨胀机和磁轴承透平膨胀机。
根据工质在工作轮中流动的方向，透平膨胀机可分为径流式、径－轴流式、轴流式。现代空分设备普遍采用的是向心径－轴流反动式透平膨胀机，它具有焓降大、允许转速高、结构简单和热效率高的特点。
2.2.2 工作原理及基本方程
1、工作原理
透平膨胀机是一种高速旋转的机械，它是利用工质流动时速度的变化来进行能量转换的，因此称为速度型膨胀机。它由膨胀机通流部分（由蜗壳、喷嘴、工作轮、扩压器组成）、制动器及机体三部分组成。
工质在透平膨胀机的通流部分中膨胀获得动能，并由工作轮轴端输出外功，因而降低了膨胀机出口工质的内能和温度。
膨胀工质由进气管进入蜗壳，被均匀地分配进入喷嘴；经过喷嘴膨胀，降低了压力和温度后进入工作轮，在工作轮中工质进一步膨胀做功；然后经由扩压器排入膨胀机的出口管道，而膨胀功则由工作轮相连的主轴向外输出。由膨胀机主轴输出的能量可被用来驱动一台压缩机或一台发电机。以使透平膨胀机有一个稳定的运行条件。
2、基本方程
⑴ 状态方程
相对来说，在空分设备用透平膨胀机的计算中，利用压缩性系数Z来对理想状态方程进行修正是最方便的，精度也能满足要求。
pv=ZRT
式中：p－绝对压力，Pa；
v－气体比体积，m3/kg；
R－气体常数，J/（kg·K）；
T－气体温度，K。
压缩性系数可由Z－p图表中查得。
⑵ 连续性方程
在透平膨胀机流道中，一般流动过程可简化为一元稳定流动时，如果在流体流经的任意两截面间即没有流体加入，也没有流体排出，则在该管道内的每一个与流速方向垂直的横截面上单位时间内流过的流体质量始终不变。
式中：m－质量流量（膨胀气量），kg/s；
p－气体密度，kg/m3；
c1、c2－气体在两个状态下的速度，m/s；
f－垂直c的流道截面积，m2；
从上式中可看出，当流体体积流量一定时，流道截面积和气体速度成反比关系。
⑶ 动量方程
在透平膨胀机的固定流道（如喷嘴和扩压器）中，对于一元稳定流动，下面方程得到广泛的应用。
上式适用于有摩擦的不可逆的绝热流动过程。
⑷ 能量守恒方程
根据能量守恒定律，当工质在绝热过程中，与外界既无热量交换，又无动能传递，则膨胀过程从始到终的单位质量能量是不变的，即：
2.2.3 透平膨胀机的损失、产冷量及效率
透平膨胀机的损失基本上分为两大类：内部损失和外部损失。内部损失影响膨胀机的等熵效率；外部损失只对膨胀功的回收和利用率有影响。内部损失又可分为流道损失和非流道损失。在气流流经的通道中，因气流与壁面、气流与气流之间的摩擦和冲击而引起的损失等统称为流道损失。而工作轮与静止件之间的气体摩擦、气体内泄漏等损失称为非流道损失。综合起来，影响透平膨胀机等熵效率的主要损失有5种。
1、喷嘴损失
膨胀气体流经喷嘴时，会产生流道表面的阻力、局部涡流和气流冲击等损失。它与气体流动速度、喷嘴叶片叶型、叶片高度，叶片表面粗糙度及叶片出口边缘（尾部）厚度等因素有关。
2、工作轮损失
气体在叶轮流道中的流动损失。当气体流经叶轮流道时，由于叶片型线、表面粗糙度等因素引起的摩擦损失，气体流动时的涡流和冲击损失等。
3、余速损失
现代透平膨胀机中，气体多以较高的气流速度排出叶轮后进入扩压器，经扩压器来进一步降低介质的速度（压力和温度升高），使其达到允许值。实际上，气体在扩压器中的流动是一种压缩过程，需要消耗部分能量。对透平膨胀机来说，同样减少了有效能量。这两部分能量的损失称余速损失。
4、轮背摩擦鼓风损失
轮背摩擦鼓风损失是有叶轮轮背、轮盖和静止元件之间间隙中的气体而产生的。紧靠轮背、轮盖的那部分气体附着在叶轮上，以和轮背、轮盖相同的圆周速度运动，而紧靠壳体的那部分气体则和壳体一样，是静止不动的，在这个间隙中形成了一个速度梯度。这一速度梯度是由于气体的粘性引起的，因而要消耗一定的摩擦功。这部分摩擦功又转换成热量，通过叶轮把热量传给气体，提高了工作气体出工作轮时的比焓值，因而降低了制冷量。
5、泄漏损失
泄漏损失包括内漏损失和外漏损失两种。
对闭式叶轮，在轮盖处采用迷宫密封，有一小股工作轮前未经喷嘴的气流，经密封器与叶轮间的缝隙漏出，它与经工作轮喷嘴后的低比焓气体在叶轮出口处汇合，从而使叶轮出口处气体的比焓升高，降低了膨胀机的制冷量，这种损失称为内泄漏损失。
在半开式工作轮中，由于没有轮盖，无法设置密封器，这时希望尽量减少叶片和固定件的间隙。工作轮的一小股气流，经轮盘外侧与壳体之间的缝隙，沿轴向外界泄漏，这种损失称为外泄漏损失。它不会影响膨胀后气体的比焓，仅仅是减少了有效膨胀气体量，影响了膨胀机的总制冷量。
透平膨胀机组
2.2.4 拆装说明
膨胀机的拆装必须在十分清洁的条件下进行，所有零件特别是轴承、密封、叶轮和喷嘴叶片等必须特别小心地处理。
膨胀机的冷箱、蜗壳、紧急切断阀、喷嘴调节机构等，一般是不拆卸的，因为可以从膨胀机热端拆卸内部零件。
拆卸膨胀机内部零件的步骤如下：
先拆卸增压机进出口管道，再拆去进出油管、轴承温度计、测速头、密封气管、仪表管等，而后松开并取出增压机与底架间的紧固螺栓（注意别松动支撑增压机下部的支撑螺栓），松开并取出机身与前隔板的紧固螺栓，钩住机身上的吊环螺钉，并托住膨胀机端，最后将机身徐徐退出（此时当心不要碰坏膨胀叶轮），并将它放在清洁的工作台上水平垫稳，准备进一步解体。
将放在工作台上的增压机蜗壳及后隔板拆下，再将装在机身上的转子两端的膨胀叶轮和增压叶轮、密封拆下，托住主轴一端将其另一端的轴承取出。
膨胀机的装配程序和拆卸程序相反。
在进行装拆工作时，必须注意如下事项：
1、拆卸的各零部件应做好对应标记，复装时按标记进行装配。
2、每次安装都必须对轴承间隙进行检查，保证径向和止推间隙值在规定范围之内。
3、转子更换零部件或对转子动平衡有怀疑时（运转时可根据其声音的变化及机器振动情况，判断其平衡性），必须按转子结合部的要求重新校正动平衡。
4、必须按透平膨胀机总图要求进行调整，使喷嘴叶片和膨胀叶轮的中心对齐。
5、注意保护测速传感器探头表面，避免碰伤；调整测量距离在规定范围内。
6、注意保护喷嘴叶片两端面及滑动盘的配合面，避免拉毛划伤。
7、如果必须拆装可调喷嘴和喷嘴调节机构，可按透平膨胀机总图进行。
2.2.5 透平膨胀机的调节
1、性能曲线
将透平膨胀机中一些主要参数之间的相互关系用曲线形式表示出来，称为透平膨胀机的性能曲线。
2、制动器形式
每台膨胀机都配制动器。制动器作用是消耗透平膨胀机的功，控制其转速，维持膨胀机在最高效率点运行，同时也防止透平膨胀机“飞车”。
⑴ 风机制动
即在工作轮同轴上装有风机轮，风机轮吸入空气，压缩后放空。优点是设备简单，机组紧凑，造价低，维护操作方便。缺点是不能回收功，而且噪声大。
⑵ 电机制动
是在工作轮同轴装上发电机转子，将膨胀机的功转换为电能送入电网。优点是回收电能，制动无噪音。缺点是设备成本高。
⑶ 增压机制动
增压机的叶轮装在膨胀机的同轴的另一侧，气体对工作轮做功使之转动，增压器的叶轮也同速转动，将气体增压后再送入膨胀机的工作轮。优点是增加单位制冷量。
3、调节方法
通常把改变膨胀气体在进出口处状态参数的调节，称为“质”的调节；改变气体流量的调节称为“量”的调节。在调节过程中，有时质和量同时发生改变，不易区分。
⑴进口节流调节
在膨胀机的进口管道上装有气动薄膜调节阀，通过改变调节阀的开度，改变膨胀机前的气流压力，从而膨胀机的焓降及等熵效率发生变化，以实现调节冷量的目的。是质和量同时改变的一种调节方法。
⑵转动喷嘴叶片角的流量调节
利用转动喷嘴叶片，改变流通面积，达到改变膨胀机的流量，从而改变制冷量。这种调节不改变气体在膨胀机进出口的状态参数，在较大范围内调节冷量时，仍然保持机器较高的等熵效率。因此是一种先进的调节方法，这种调节的经济性好，并且可以灵活地掌握改变叶片角的大小，得到比较精细的调节效果。
2.2.6 透平膨胀机组
透平膨胀机组由主体、制动器、润滑系统、气封系统、自动保护系统组成。
1、透平膨胀机本体
我单位6000、6500、20000m3/h制氧机，基本上都是卧置、单级、向心、径－轴流反动式膨胀机。
透平膨胀机主要由膨胀机蜗壳、喷嘴环、转子、出口扩压器、轴承箱、密封系统和制动系统等组成，典型的结构图见图2-2：
⑴转子
是透平膨胀机中转动部分的部件总成，主要由主轴、叶轮等组成。主轴的一端装有膨胀机工作轮，另一端装有增压机叶轮或风机叶轮等。当外界干扰频率与转子的自振频率相同时，产生共振。共振时的转速称为临界转速。当正常工作时工作轮的转速低于一阶临界转速轴称为刚性轴，当工作轮转速高于一阶临界转速而低于二阶临界转速轴称为柔性轴。典型的结构如下图2-3：
⑵轴承
在透平膨胀机中，一般采用滑动轴承。
轴承与转轴之间的径向间隙要适当，过大使轴承旋转产生震动，润滑油膜分布不均匀，间隙过小，会导致轴温超过允许值。
⑶ 密封
密封一般分为内密封和轴密封。内密封为设在透平膨胀机内部的防止或减少介质在流动过程中产生内泄漏的密封。在工作轮背面，低温气体会沿轴间向外泄漏，减少了透平膨胀机的制冷量；另外，由于冷量的泄漏还会导致轴承润滑油的固化，造成事故，因此需要设置可靠的轴密封。
⑷ 喷嘴环
喷嘴环各流道是膨胀机进行能量转换的主要部件。对于反动式透平膨胀机，约有50％的比焓降在喷嘴内完成。
2、润滑系统
透平膨胀机的轴承采用强制供油（如上图）。润滑系统包括油箱、齿轮油泵、油过滤器、油压容器等。油过滤器采用微孔纸质滤芯。油压容器的作用是贮存一定压力的润滑油，一旦发生油泵停转时可以供油3～5分钟，以此保护膨胀机。润滑油牌号一般为TSA-32号汽轮机油。
润滑油循环使用，在轴承处除起润滑作用外，还可以冷却轴承，将高速旋转所产生的热量带走，因此润滑油需要冷却，确保轴温低于65℃。
3、密封系统
膨胀机密封气系统采用精密减压阀，根据间隙压力对密封气进气压力进行自动跟踪。
4、自动（联锁）保护系统
为保证膨胀机安全运转，透平膨胀机组设有相应的保护系统。当机组运行时，如果被监测参数发生变化达到联锁值，在DCS的控制下，相应的保护系统就会动作。
⑴ 防喘振系统
本系统主要由流量监测仪表、转速监测、继电器、电磁阀、气动薄膜调节阀组成。动作过程：当流量过低或转速过高达到联锁值时，被控制的电磁阀就会失电，切断气源，增压机回流阀打开，降低膨胀机前压力，此时膨胀机做功就会减少，相应的膨胀机的转速也会降低，从而达到保护膨胀机的目的。
⑵ 油压保护系统
本系统由油压监测仪表、齿轮油泵、继电器、电控部分等组成。正常时油压在一定的范围内保持恒定。当由于某种原因导致油压降低达到联锁值时，辅助油泵就会自动启动，保证了膨胀机供油的稳定。
⑶ 轴封防漏系统
本系统由密封气压力监测仪表、继电器、接触器、齿轮油泵等组成。正常情况下，密封气通过迷宫密封，保证了增压机的润滑油不会泄漏进入气路，同时也防止了膨胀端冷量沿轴串漏。如果密封气压力下降达到联锁值时，油泵立即停止运转，有效的防止了润滑油进入气路。
⑷ 自动停车系统
当监测参数（油压、轴温、转速）发生变化达到联锁停车值时，膨胀机的入口电磁阀、增压机回流电磁阀会失电，在3秒内，所控气动薄膜调节阀会在弹簧的作用下自动回到初始位置，即回流阀全开，进口阀全关。从而切断气路，停止膨胀机的运转。
表 2-1 一般增压机制动透平膨胀机组的控制联锁要求
⑸ 安全保护系统
在增压机出口、膨胀机出口都设有安全阀，当相应的气路部分出现压力升高，而且超过安全阀的整定值时，安全阀起跳，把压力降到安全范围内。当压力恢复到正常范围时，安全阀自动关闭。
2.2.7 操作
1、启动前的准备
⑴ 检查机组内是否有异物；
⑵ 各气体管路应彻底清洗并吹除干净；
⑶ 清洗油路；
⑷ 油箱油位达到正常油面；
⑸ 膨胀机、增压机各进口管中的阀门和过滤器是否安装正确；
⑹ 滤油器是否清洁；
⑺ 各仪表、电控线路与装置是否正确连接；
⑻ 各阀门处在正确的位置；
⑼ 检查执行机构的正确性（拉杆向下移动，喷嘴通道开大）；
⑽ 检查紧急切断阀工作的正确性（从全开到全关应在1～3秒内）。
2、启动
⑴启动前的检查
① 油箱油面指示正常；
② 加温气体阀门关闭；
③ 喷嘴全关；
④ 紧急切断阀关闭；
⑤ 膨胀机进出口阀门关闭；
⑥ 增压机回流阀全开；
⑦ 油箱油温大于25℃，低于25℃时要启动加热器；
⑧ 增压机进出口阀门全开；
⑨ 密封气压力达到规定值；
⑩ 油压正常。
⑵启动机组
① 油冷却器接通冷却水（如油温低，可以暂时不开）；
② 全开膨胀机出口阀；
③ 全开膨胀机进口阀；
④ 逐渐打开紧急切断阀，直到全开；
⑤ 缓慢开喷嘴阀门，透平膨胀机开始运转，直到全开，注意观察转速应当平稳；
⑥ 逐渐关小增压机回流阀，使转速达到规定值时停止关小回流阀的操作；
⑦ 当膨胀机的进气温度下降，要适时通过关小增压机回流阀来调节转速，直到额定转速；
⑧ 启动期间要随时检查油压、油温、轴温等参数，检查机组运行是否正常；
⑨ 启动期间，打开机器的仪表管线吹除阀进行短暂吹除，然后关闭（如果参数有联锁值，应当摘除，吹除后，切记要及时恢复联锁值）。
3、运行中的监控
⑴ 每两小时监视项目
膨胀机进出口温度、压力及喷嘴出口压力，工作轮转速、轴温、油压、油温、密封气压力，增压机进出口温度、压力及叶轮出口压力；
⑵ 每天监测：油箱油位、供油系统的跑冒滴漏；
⑶ 每月监测：检查油的润滑性能，油过滤器的清洁度；
⑷ 每半年检查：紧急切断阀。检查方法：是在停机状态下，用紧急切断按钮切断电磁阀的电源使电磁阀断电，如果阀门在1～3秒内立即关闭并自动全开增压机回流阀，表示正常；
⑸ 每1～2年对膨胀机进行全面的检修维护；
4、停车
⑴ 停止运行
① 全开增压机回流阀；
② 关闭紧急切断阀；
③ 关闭喷嘴；
④ 关闭膨胀机进口阀、出口阀；
⑤ 关闭增压机进口阀、出口阀。
⑵ 停车后的处理
临时停车，则保持密封气、润滑油供应，保持仪、电控系统为工作状态，准备重新启动。
长期停车，对膨胀机要进行专门的加温解冻，操作如下：
① 保持密封气、润滑油的供应，保持仪、电控系统为工作状态；
② 开紧急切断阀；
③ 打开喷嘴叶片；
④ 检查膨胀机的进出口阀门是否关严；
⑤ 打开膨胀机吹除阀；
⑥ 打开加温阀，温度不超60℃，当加温气进口与出口温度大致一样时加温结束。加温气体的露点应低于-40℃；
⑦ 关闭吹除阀；
⑧ 停止加温，关闭加温气体阀；
⑨关闭紧急切断阀；
⑩关闭喷嘴叶片；
11停止润滑油的供应；
12 15分钟后切断密封气气源；
加温注意事项：确保密封气畅通，润滑油压力正常；先打开紧急切断阀和喷嘴叶片后才可通加温气体，以免损坏机器；膨胀机加温完毕后进出口阀门必须关严，使得加温后的膨胀机在长期停车期间避免冷气体进入润滑油腔，使轴承过冷损坏。
2.2.8 常见故障处理
1、轴温高
⑴ 油温偏高，调节油温；
⑵ 润滑油供应不足，提高油压；
⑶ 油路不清洁（油过滤器堵塞），切换过滤器；
⑷ 旋转部件不平衡，停车做平衡检查；
⑸ 轴承磨损，更换。
2、轴温低
前轴承温度太低，严重时还会引起润滑油固化。原因如下：
⑴ 轴密封间隙太大；
⑵ 密封气压力偏低；
⑶ 停车时冷气体串流。
3、膨胀机进口带液
进口带液，首先造成膨胀机“液击”，极易打坏喷嘴叶片和工作轮，同时由于这时叶轮起了“泵”的作用，会使喷嘴出口压力增高，加重止推轴承的负荷，可能引起轴承等零件的损坏。
4、膨胀机进气阻力增大
分子筛粉末、霜雪等颗粒不断积聚，堵塞机前通道，此时须停机加温、吹除或对膨胀机解体及机前过滤器检修。
5、膨胀机振动变大
⑴ 转子动平衡被破坏（叶轮损坏、安装不正确和叶轮上有凝结物等）；
⑵ 工作转速与转子本身的固有频率相近或相等而产生共振；
⑶ 油膜厚度周期性变化引起的油膜共振；
⑷ 增压机或风机制动时，制动器进入喘振区工作而振动。
2.2.9 维护说明
1、喷嘴：只要通过的气体是清洁的，即使喷嘴叶片表面的光泽变暗，也不会影响效率。如果气体中含有少量的固体颗粒、二氧化碳及液滴时，就会产生喷嘴叶片的磨蚀，严重时会出现凹坑，这样就会使效率明显下降，此时就必须更换喷嘴叶片，在空分装置启动期间，最容易产生磨蚀，因此操作时应特别注意。
2、膨胀机叶轮：由于和喷嘴叶片相同的原因，也可能造成对叶片进口边的磨蚀，如果磨蚀严重甚至出现凹坑时，必须更换叶轮。
3、膨胀叶轮和增压叶轮轮盖处的密封是易损件，密封齿的磨损将导致效率下降，如果密封齿发生明显磨损就必须更换。
4、轴密封。轴密封在运行中也会产生轻微磨损，如果磨损严重应更换，否则会使冷气损失增加，使膨胀机轴承温度降低。
5、增压叶轮，如果通过的气体不干净，将引起增压机叶轮叶片磨损，严重时也会产生凹坑，和膨胀机叶轮一样会引起平衡的破坏。必须注意无论是膨胀机叶轮或增压机叶轮不能使用时，需要更换整个转子，不能单独更换单个叶轮。
6、油过滤器：如果发现油过滤器阻力明显增加，就应进行清洗或更换滤芯。
7、轴承：轴承是高精度零件，不允许对其进行任何修正。如果发现由于暂时超负荷或润滑不良引起轴承损伤，就应更换轴承。
8、油冷却器：一般每年进行一次清洗，如果冷却水不干净，清洗次数还要增加。
最后必须指出，维修装配时，必须根据机型的不同，保证装配间隙数值在相应的规定范围。
2.2.10 问题解答
1、透平膨胀机为什么采用带压力的密封气？
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转动的部件，机壳是静止部件，低温气体有可能通过机壳间隙外漏。这使膨胀机总制冷量下降，同时增加冷损。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。我单位采用迷宫式密封。
当气体经密封间隙时，压力逐渐降低。泄漏量的大小取决于密封间隙的大小和两密封间的差压大小。如果密封空间越多，或外侧的压力越高，对每个密封间隙来说，压差越小，泄漏量也减少。因此将密封装置分成两段，在中间通入比周围压力稍高的压力密封气，压力可为0.05～0.1Mpa（表压）。这样，一方面可减少低温气体的泄漏量，减少冷损，同时也可防止轴承的润滑油渗入密封处，进入膨胀机内。
2、透平膨胀机内出现液体时有什么现象，有什么危害，如何处理？
气体在膨胀机内出现液体时，温度显著降低。在膨胀机内，温度最低的部位是工作轮的出口处。如果在膨胀机内气体的温度低于当地压力所对应的气体液化温度，则将会有部分气体液化，在膨胀机内出现液体。
由于透平膨胀机工作轮的转速很高，液滴对叶片表面的撞击将加速叶片的磨损。更有甚者，液滴在离心力作用下，又被甩到叶轮外缘与导流器的间隙处。液体温度升高，产生急剧汽化，体积骤然膨胀。由于膨胀机内部汽化的气体会对导流器出口的叶轮产生强烈的冲击，严重时会造成叶片断裂，因此在膨胀机内是不允许出现液体的。
当膨胀机内出现液体时，从机后压力表可以看到指针在不断的抖动，间隙压力大幅度升高，并产生波动。
为了防止膨胀机内出现液体，只要控制机后温度高于机后压力所对应的液化温度。液化温度与压力有关，机后压力愈高，对应的液化温度也愈高。实际控制的机后最低温度比液化温度高3℃以上。
3、膨胀机机后温度过低如何处理？
发现机后温度过低时，首先应找出造成机前温度过低的原因，并采取相应的措施。其中采用机前节流的方法是行之有效的方法。
所谓机前节流是通过关小机前调节阀，以降低进膨胀机前的压力。经节流后，机前温度并没有升高，甚至略有降低。但是，经节流后，机前与机后的压力差减少，使膨胀机对外做功的能力降低，温降效果减小。对于低压透平膨胀机，机前压力每降低0.1Mpa，机后温度可提高5℃左右。
4、增压透平膨胀机的性能有什么特点？
增压透平膨胀机是膨胀机直接带动增压机，将输出的外功转换成气体的压力能，而增压的气体又供给膨胀机膨胀。
增压机与膨胀机互为依存关系：它们具有相同的转速，相同的气量，相同的功率（膨胀机输出的功率全部传递给增压机），增压机出口压力略高与膨胀机进口压力。因此二者的热力参数应互相匹配，膨胀机的单位制冷量（KJ/m3）等于增压机的单位功耗。同时，膨胀机的制冷量还要满足整个装置的冷量平衡。
对增压机来说进口压力p1等于空压机的出口压力；膨胀机的出口压力p4接近上塔压力，因此，膨胀机的压比p3/p4要比增压机的压比p2/p1大得多，它能产生较大的单位功。但是，增压机的功率效率比膨胀机的低，需要消耗较多的单位功；并且，膨胀机的进口温度低，也使膨胀机的单位焓降可以减小一些。
在允许的最高转速以下，改变转速n，不但使气量按比例变化，同时增压比也与转速的平方关系变化，在增压机所需功率减小的同时，也使膨胀机的制冷量减少，以维持输出、输入功的平衡。根据需要，还可对膨胀机前的进气进行调节，以减小输出功。
5、透平膨胀机对润滑系统有什么要求？
透平膨胀机的转速很高，轴承间隙小，对润滑系统要求非常严格。润滑油一般采用32号透平油。除了油的牌号和指标必须符合要求外，对油的清洁度也高。一般需要经过二级过滤，过滤大于5μm的微粒。
为了有足够的油量从摩擦表面带走摩擦热，并能形成稳定的油膜，一般需采用压力油强制连续循环润滑。进润滑点的油压应符合规程。油压过低应自动报警，并启动辅助油泵，直至自动停车。
经润滑点后的油温会升高。为了进行循环润滑，必须将润滑油在油冷却器中进行充分冷却，以保证进油温度不至于过高。为此，油冷却器应有足够的冷却面积和冷却水量。
由于透平膨胀机在低温下工作，使用中应注意以下问题：因为膨胀机的转子直接与低温气体接触，膨胀机侧的轴温较低，所以供油温度不宜太低，一般控制在35～40℃。否则由于油温低或油量不足使润滑不足，造成轴承研磨，轴温升高。油温低于20℃时，膨胀机不应运转。
为了保证膨胀机在突然停电时轴瓦不被烧坏，还应设置紧急供油箱，在油泵突然停止运转的情况下，仍能保证5min以上的油量。因此压力油箱内必须随时贮备一定的油量和充有一定压力的气体。
6、透平膨胀机发生堵塞有什么现象，如何消除？
对于切换式换热器流程的空分设备，在启动阶段，通过水分及二氧化碳冻结区时，由于膨胀机内温度逐渐降低，水分及二氧化碳可能以固态的形式在膨胀机内析出。严重时可能会造成膨胀机堵塞。
由于气体在膨胀机内的膨胀过程分为在导流器内膨胀和在叶轮内膨胀两步进行。因此，堵塞可能发生在导流器内或叶轮内。
堵塞使膨胀气量减少，温降减小，制冷量也减少。
导流器的喷嘴叶片通道即可能被雪花，也可能被干冰堵塞，使通道阻力增加，导流器后压力降低。叶轮被水分冻结的可能性较大，因为松散的干冰在高速的叶轮中难以积聚。当工作轮被堵塞时，工作轮内的阻力增大，将使导流器后的压力升高。
堵塞的部位除喷嘴和叶轮外，由于离心力的作用，还可能在喷嘴和叶轮之间的间隙处发生。
当膨胀机发生轻微堵塞时，可先用加大环流量，提高机前温度的办法解决。对二氧化碳的冻结，可先用反吹法将通道吹通。当以上方法无效时，只能停车加温。
7、造成膨胀机前压力过低的原因是什么，如何消除？
膨胀机前的通路（包括机后冷却器、主换热器、过滤器、管道、阀门等）中任一部分发生堵塞或阻力过大，均会引起机前压力降低。
造成机前压力过低的原因有：
⑴ 过滤器堵塞，极大可能是加温不彻底或滤网堵塞，此外还可能被固体二氧化碳堵塞。过滤器被雪花或固体二氧化碳堵塞，通常采用加温吹除的方法即可消除。
⑵ 主换热器通道堵塞，如果是主换热器通道堵塞，极有可能是加温不彻底或机后冷却器泄漏造成的。如果出现机前压力降低，即使是倒换膨胀机也无法消除。对应的增压机后的压力和膨胀机前的压力差很大。此时应及时停车加温增压空气在主换热器的通道，时间越长危害越大。根本办法是对机后冷却器彻底检查或更换新的。
2.2.11 膨胀机流程简述
从分子筛来的气体经过增压机前的过滤器进入增压机，增压后进入机后冷却器、止回阀、出口阀后进入主换热器，在主换热器中部抽出一股气体与底部引出的气体汇合后进入膨胀机。
经紧急切断阀、膨胀过滤器、波纹节进入膨胀机膨胀，然后经出口阀、膨胀后换热器进入上塔。
第三章 空气的净化
概 述
空气是多组分的混合气体，除氧、氮及稀有气体组分外，还含有水蒸气、二氧化碳、乙炔及其它碳氧化合物，并含有少量灰尘等固体杂质。这些杂质随空气进入空压机与空气分离装置中会带来较大的危害。固体杂质会磨损空压机的运转部件，堵塞冷却器，降低冷却效果及空压机的等温效率。而水蒸气和二氧化碳在加工空气冷却的过程中会首先冻结析出，将堵塞设备及气体通道，致使空分装置无法生产。更严重的是，乙炔及其它碳氢化合物在空分装置中聚积导致爆炸事故的发生，所以为了保证制氧机的安全运行，必须设置专门的净化设备。
空气净化主要指清除空气中的机械杂质、水分和二氧化碳。净化主要采用过滤法、冻结法、吸附法等几种方法。过滤法是利用过滤材料把空气中颗粒状杂质清除的方法。冻结法是将杂质转变成固体加以清除；应用较多的是吸附法，此法是利用固体表面对气体杂质的吸附特性而使空气净化。
3.1 固体杂质的清除
3.1.1 过滤除尘原理及性能指标
过滤作用对于大的尘粒用其重力或惯性力、离心力使之沉降。相应有惯性除尘器和离心除尘器。
空分装置加工空气污染中的尘粒是微小的，通常小于10μm，所以空气污染过滤器多采用扩散粘附的原理，相应的过滤器有表面式或内部过滤式过滤器，表面过滤的滤料为布、网等织物或过滤纸。
过滤器的性能指标主要是除尘效率、阻力及过滤器的容尘量。
除尘效率的定义是过滤器所捕集的尘量占气体带入过滤器总尘量的百分比。
阻力也就是气体通过过滤器的压降。一般规定，当过滤器的阻力增加到初始时的1.5倍或效率下降到初始效率的85%，就需要更换滤料。
3.1.2 空气过滤器
根据除尘原理，空气污染过滤器可分为干式或湿式两种。干式过滤器属于表面式过滤器，靠织物网眼阻挡尘粒；湿式过滤器靠油膜粘附灰尘。
1、袋式过滤器
袋式过滤器的滤袋由羊毛毡与合成纤维织成，滤袋数目取决于气量的大小，过滤风速约为0.04～0.1m/s。空气从顶部进入，经分配器后流入袋内，经滤袋过滤后由下部流出。积聚在袋上的灰尘靠反吹风机吹落。当灰尘在滤袋上积累到使压差达到1200Pa时，反吹罗茨风机及反吹环自动启动，反吹空气通过胶皮软管进入过滤器内的反吹装置，反吹环由0.4kw的电机带动，并设有限位开关，能上下来回移动，反吹空气经过分配管至反吹环局部反吹滤袋，不需停止或切换过滤器就使整个滤袋均能被反吹干净。当压差降至800Pa时，反吹风机及反吹环就自动停止。被反吹下来的灰尘落入 底部灰斗，定时由星形阀排出。这种过滤器的过滤效率很高，对粒度大于2μm的灰尘，效率在98%以上。并且过滤后的空气中不含油分，操作方便。此外，对空气灰尘含量不受限制，适应性好，对不同容量的空分装置可用改变滤袋的数目来适应，比较方便。其缺点是过滤速度较高，阻力较大，高达1200Pa；对湿度太大的地区或季节，滤袋易被堵塞。
2、自洁式过滤器
自洁式过滤器是目前空分设备最普遍选用的过滤器。
自洁式过滤器由高效过滤筒、文氏管、自洁专用喷头、反吹系统、控制系统、净气室和出风口、框架等组成。
（1）过滤过程：在压缩机吸气负压作用下，吸入周围的环境空气。当空气穿过高效滤筒时，粉尘由于重力、静电和接触等被阻留在滤筒外表面，净化空气进入净气室，然后经出风管引出。
（2）自洁过程：当电脑发出指令，电磁阀启动并驱动隔膜阀，瞬间释放一股压力为0.4～0.6MPa的脉冲气流，经专用喷头整流喷出，文氏管卷吸、密封、膨胀，从滤筒内部均匀地向外冲击，将积聚在滤筒外表面的粉尘吹落，自洁过程完成。
（3）清灰过程有3种方式：定时定位，可任意设定间隔时间和自洁时间；差压自洁，当压差超指标时，进入自动连续自洁；手动自洁，当电控箱不工作或粉尘较多时，可采用手动自洁。
反吹自洁过程是间断的，每次仅1～2组处于自洁状态，其余仍在工作，所以具有在线自洁功能。
自洁式过滤器核心部件过滤筒，采用进口RK-300高效防水滤纸，经特殊工艺生产而成。自带前置过滤网，防止柳絮、树叶及异物吸入，延长过滤筒使用寿命。
采用电脑控制机电一体化，安装简单便捷，只需配管通电、通气即可工作。
（4）自洁式过滤器具有以下优点：
① 过滤阻力小，小型机150Pa，大型机300～800Pa。
② 过滤效率比一般过滤器提高5％～10％。
③ 适应性广，采用进口高效防水过滤纸，在潮湿多雾地区不受太大影响。
④ 耗气少，反吹时压缩空气需求量仅为0.1～0.5m3/min ，电容量约为100～500W。
⑤ 占地面积小，产品为积木式结构，大型机可采用多层叠放。
⑥ 结构简单，设备轻，为同容量的布袋式过滤器及其它过滤器的1/2左右。
⑦ 防腐性能好，净气室采用优质涂层及不锈钢内衬，杜绝过滤后的二次污染。外表面采用高级防腐船用漆，保证室外环境下长期不受腐蚀。
⑧ 日常维护工作量小，约二年左右更换过滤筒，更换过滤筒不需停机。
3.2 自清除
在全低压切换式换热器的流程中，切换式换热器在换热的同时冻结清除空气中的水分及二氧化碳，这称之为自清除。
其基本原理是当空气通过切换式换热器时空气从常温冷却到-172℃，空气中的水分和二氧化碳基本上全部冻结在换热器的通道内。经一定时间间隔，自动切换并让低压的干燥返流氮气通过该通道，使这段冻结在通道内的水分和二氧化碳在该气流中蒸发、升华而被带走，保证通道畅通，再次自动切换，空气再次通过，水分和二氧化碳又被冻结在通道内，为此，自清除是水分、二氧化碳冻结与蒸发升华交替进行的过程。为深刻理解自清除原理，首先要了解空气中水分和二氧化碳的析出及蒸发、升华规律。
3.2.1 饱和与未饱和
空气中水蒸气的含量随着时间、地点和环境条件的不同会发生变化。在一定的条件下，水蒸气的含量有一定的限度，这个限度就是最大水分含量。通常把水蒸气含量已达到最大值的空气叫“饱和空气”，把水蒸气含量尚低于最大值的空气叫“未饱和空气”。空气中的最大水分含量（或叫饱和水分含量）和温度有关，随着气温的升高最大水分含量增加，温度降低，最大水分含量减小。例如空气温度在20℃时最大水分含量为17.3g/m3空气，在30℃时则为30.3g/m3空气。当大气中水蒸气含量超过饱和水分含量时，就会有水分凝结出来，这时随着环境条件的不同，凝结水分就表现出不同的形式，也就是自然界所看到的云、雾、雨、霜、冰雹等。
在一定温度下空气的最大含水量所对应的水蒸气分压力，称作饱和蒸气压，水蒸气分压力所对应的饱和温度为“露点”。每m3空气中的水蒸气含量可叫做绝对湿度。绝对湿度只表示空气中所含水分量的多少，但不足以表明空气是否还有继续吸收水分的能力，因此，常用相对湿度来表示空气中水蒸气的相对含量，即空气的潮湿程度。相对湿度指每m3空气中的含水量与相同温度下饱和含水量之比。
因为每m3空气中饱和水分含量仅与温度有关，所以当压力提高而温度不变时，每m3空气中饱和水分含量不变，但压力越高，空气的重度越大，即每m3空气质量越大。因此，对每kg空气来说随着压力的提高，每kg空气中水分含量减少。
对于未饱和空气，空气中的水蒸气尚处于过热状态，在一定温度下提高压力，则水蒸气分压力达到饱和蒸气压力时，就变成饱和空气。
3.2.2 空气中二氧化碳的饱和
空气中通常含有0.03%～0.05%（300～500×10-6）的二氧化碳，远未达到饱和状态，与含水量相似，在一定的温度下，空气中的二氧化碳含量也有一最大值即饱和含量，并对应有饱和蒸气压。如果空气中二氧化碳的分压力等于饱和蒸气压，就会有二氧化碳析出。
二氧化碳三相点温度为-56.6℃。空气进入切换式换热器后，随温度的降低空气中水蒸气析出，（直至-60℃）。可以认为，空气中已不含水分。空气在-60℃至-130℃的范围内基本是干燥区，从-130℃以下，CO2开始析出至-170℃左右空气中已基本上不含CO2，因此空气在出切换式换热器时，不但温度已降到接近液化温度，而且水分及CO2的含量也已极少，即净化了水分及CO2。
3.2.3 不冻结条件
以CO2自清除为例，为保证切换式热器不被CO2冻结，也就必须在每个切换周期内，返流气带出的CO2量等于或者大于正流空气析出的CO2量。
3.3 吸附法
吸附法可以用来清除水分、二氧化碳、乙炔及其它碳氢化合物。小型制氧机曾用硅胶干燥器清除水分。大型制氧机曾设置加温解冻系统干燥器及启动干燥器，这是吸附法除水的应用。空分装置的液空吸附器、液氧吸附器，都是吸附法的应用。分子筛纯化器则是应用吸附法同时净除水分、二氧化碳、乙炔及其它碳氢化合物。虽然水分、二氧化碳、乙炔性质各异，吸附剂对它们吸附性能不同，但吸附机理相类似。
3.3.1 吸附
某种物质的分子在一种多孔固体表面浓聚的现象称之为吸附。被吸附的物质叫“吸附质”，而具有多孔的固体表面的吸附物质称作“吸附剂”。依据吸附质与吸附剂之间的吸附力的不同，吸附又可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附的吸附力为分子力也称为范德华吸附；而化学吸附则是由化学键的作用而引起的。净化空气所采用的吸附法纯属物理吸附。
对于吸附剂而言，固体表面上有未饱和的表面力，为使表面力作用加强，活性显著，吸附剂应该是颗粒状的多孔物质。吸附使表面力饱和，表面能降低，因而吸附过程放热，所放出的热量称为“吸附热”。
当吸附达到饱和时，使吸附质从吸附剂表面脱离从而恢复吸附剂的使用能力的过程谓之解吸（或再生），与吸附相反，解吸需要吸热称为“脱附热”。“脱附热”与“吸附热”相等。
3.3.2 吸附剂
作为吸附剂应该是多孔固体颗粒。它具有巨大的表面积。例如，细孔硅胶颗粒内布满了直径为25～40A(1A=10-8cm)的微孔，每g硅胶的表面积达400～600m2，每克分子筛的表面积高达800～1000m2。吸附剂的吸附能力要强，也就是吸附容量大。吸附容量是指每㎏吸附剂吸附被吸物质的量。吸附剂应具备选择性的吸附特性，才能应用它进行净化或分离。
此外，吸附剂应该有一定的机械强度和化学稳定性，容易解吸（或再生），价格低廉。
空气分离常用的吸附剂有硅胶、铝胶、分子筛。
1、硅胶
硅胶的分子式为SiO2·nH2O，是一种坚硬无定形链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒，为一种亲水性的极性吸附剂。能吸附大量的水分。当硅胶吸附气体中的水分时，可达其自身重量的50%，而在相对湿度60%的空气流中，吸湿量也可达其重量的24%。吸水后吸附热很大，可使硅胶温升到100℃并使硅胶破碎。硅胶分为细孔硅胶和粗孔硅胶。
2、活性氧化铝
它是氧化铝的水化物（A12O3·nH2O）。活性氧化铝与硅胶不同，不仅含有无定形的凝胶，还含有氢氧化物晶体形成的钢性骨架结构，因而很稳定，它是无毒的坚实颗粒，浸入水中也不会软化，溶胀或崩裂，耐磨抗冲击。
3、分子筛
制氧机应用的分子筛为沸石分子筛。它是结晶的硅、铝酸盐多水化合物。化学通式为：Mex/n[（AIO2）x（SiO2）y]·mH2O。分子筛具有均匀的孔径，如3A、4A、5A、9A、10A细孔，对分子具有筛分作用。
分子筛目前主要有A型、X型和Y型三个类型，外型有条状和球状。13X分子筛是目前空分设备中唯一选用的一种吸附剂，凡可吸附于3A、4A、5A型分子筛上的分子，都能被13X分子筛吸附。它吸水性强，在高温、低分压下具有良好的吸附性能，并能吸附加工空气中更多种类的有害杂质。13X分子筛晶穴体积大，比表面积也大，其吸附容量高，扩散也快。13X分子筛透过曲线斜率较大，故其传质区较短，吸附速度快。
分子筛吸附剂的吸附特点：
（1）选择吸附
根据分子大小不同的选择吸附：各种类型分子筛只能吸附小于其孔径的分子。根据分子极性不同的选择吸附：对于大小相类似的分子，极性愈大则愈易被分子筛吸附。根据分子不饱和性不同的选择吸附：分子筛吸附不饱和物质的量比饱和物质为大，不饱和性愈大吸附得愈多。根据分子沸点不同的选择吸附：沸点愈低越不易被吸附。
（2）干燥度很高。分子筛比其它吸附剂（硅胶、铝胶）可获得露点更低的干燥空气，通常可干燥到-70℃以下。因此，分子筛也是极良好的干燥剂。即便气体中的水蒸汽含量较低，分子筛也具有较强的吸附力。分子筛对高温、高速气体，也具有良好的干燥能力。
（3）有其它吸附能力。分子筛在吸附水的同时，还能吸附乙炔、二氧化碳等其它气体。水分首先被吸附。吸附顺序是H2O＞C2H2＞CO2，对于碳氢化合物的吸附顺序为C4+＞C3H6＞C2H2（C2H4·C2O·C3H8）＞C2H6＞CH4
（4）分子筛具有高的稳定性,在温度高达700℃时，仍具有不熔性的热稳定性。除了酸与强碱外，对有机溶剂具有强的抵抗力。遇水不会潮解。
（5）有简单的加热可使其再生。一般再生温度为200～320℃，脱除H2O需300℃，脱除CO2 需150℃，再生温度愈高再生越完善，吸附器工作性能愈好，但分子筛寿命会缩短。随再生次数的增加，吸附容量要降低，例如经200次再生后的分子筛，其吸附容量下降30％，但此后一直可保持到再生到2000次。
分子筛在分离与净化气体方面有很大的应用价值，不但能高效地进行净化和分离，同时也能将吸附物质回收，得到高纯度的气体。
3.3.3 吸附机理
1、吸附质的扩散
吸附的发生，可分为两个阶段。第一阶段为外扩散，即吸附质从气体主流通过吸附剂颗粒周围的气膜到颗粒表面，而后发生吸附，称作外表面吸附。第二阶段为内扩散，即吸附质分子从颗粒外表面未被吸附而进入颗粒内部，被内表面吸附。而内扩散还分为表面扩散和孔扩散。表面扩散是吸附质分子沿着粒内的孔壁向深处扩散；孔扩散是分子向其它孔中扩散。分子吸附过程按顺序进行，先外扩散再内扩散而后吸附，脱附（或再生）时逆向进行。吸附是一个传质过程，传质能力的大小与扩散系数高、低密切相关。
2、吸附平衡与静吸附容量
吸附现象的产生是由于吸附质分子扩散到吸附剂的表面，在表面力的作用下而在表面上积聚。但吸附质的分子因其本身的热运动以及外界气体分子的碰撞，有可能又脱离了固体表面返回气体之中。吸附发生的初期被吸附的分子数较多，随着吸附时间的延续，吸附剂单位时间内吸附的分子数逐渐减少，到某一时刻，被吸附的分子数不再变化，也就是吸附表面被覆盖，吸附剂丧失了吸附能力，可称为吸附达到饱和或吸附平衡。所谓平衡，只是宏观上失去了吸附作用，其实是动态平衡，微观上吸附仍在进行，只是被吸附的分子数与脱附的分子数相等而已。此时的吸附剂所吸附的吸附质的量为静吸附容量。
在吸附剂及吸附质一定的情况下，静吸附容量与温度、压力或浓度有关。温度降低静吸附容量增加；压力升高，静吸附容量增加。
3、吸附过程与动吸附容量
在固定床吸附器中，气体（或液体）通过吸附剂层时，不是所有吸附剂同时发生吸附作用而是首先在气体进口处一薄层内发生吸附作用，这一薄层叫做吸附带或传质区。随着吸附时间的推移，吸附带向出口方向移动，一旦吸附带的前沿达到了吸附器的出口，流出的气体中的吸附质含量将迅速增加，很快就与气体的初始浓度相同，这一点就是“转效点”。相应从吸附开始直到转效点的时间为吸附器的工作时间或转效时间。在转效时间内吸附剂对吸附质的平均吸附量为动吸附容量。
吸附剂的吸附能力可以由静吸附容量和动吸附容量来表示。静吸附容量实质是在吸附达到平衡时的最大吸附量。而动吸附容量则与吸附带长度及移动速度有关。显而易见它受气流速度的直接影响。换言之，气体的流动不可能有足够长的时间使吸附剂所有表面都达到吸附平衡，也就是动吸附容量永远小于静吸附容量。通常为静吸附容量的40%～60%。静吸附容量一般用来表示吸附剂的性能。设计吸附器时，当然要以动吸附容量为依据，操作中，掌握转效时间很重要，它意味着吸附剂的失效，即吸附器的最长工作时间。
影响动吸附容量的因素：
（1）温度：正如前述静吸附容量随温度的升高而降低，所以动吸附容量也同样随温度的升高而下降。这是因为，吸附是放热过程，温度升高吸附质的分子热运动加强，从吸附剂表面脱离返回气体中的分子数增加之结果。
（2）压力：压力高其吸附质的分压力也高即浓度提高，单位时间内碰撞吸附剂表面的分子数增加，因而被吸附的几率增加。所以压力升高，静、动吸附容量都增加。值得注意的是，一旦达到吸附质的饱和状态，随着压力的再提高，单位体积内吸附质的含量已经不再变化，这时吸附容量已与压力无关了。
（3）流体的流速：流体的流速高，吸附质在吸附床层内停留时间过短，吸附效果差，传质区增长，动吸附容量小。但流速过低，净化设备单位时间内处理的气量少。从吸附机理方面看，流体的极限速度是吸附速率。也可以说，最短的停留时间应该是吸附时间。所谓吸附速率是完成外扩散，内扩散及吸附的全过程的速度。对于物理吸附其吸附速率主要取决于扩散阶段的速度，而已达到表面发生吸附阶段只在瞬间完成。诚然，假若流体流速高于吸附速率，即停留时间短于吸附时间，吸附就不会发生，其吸附容量为零。只有在流体流速小于吸附速率的前提下，才具有流速越低吸附容量越小的规律。
吸附剂吸附时所采用的流速通常为空塔速度，即不装填吸附剂的内筒体截面流速。
⑷ 吸附剂的再生完善程度：吸附剂的解吸（或再生）越彻底，吸附过程中的吸附容量越大。解吸是吸附的反过程，所谓解吸，即采用一定的方法将积聚在吸附剂表面的吸附质分子赶走，恢复吸附剂的吸附能力。当再生温度高，压力低以及解吸气体中吸附质的含量越小，吸附剂的再生越完善。
需要指出的是，吸附剂经过多次反复地再生，吸附容量会有所减少，吸附性能也有一定的衰减。这是由于吸附剂表面被碳聚合物等所覆盖，或者吸附剂微孔结晶个别地方被破坏。分子筛吸附器设计时应留有余量。
⑸ 吸附剂床层高度：在吸附剂的量一定的情况下，吸附器的高度有一最小值。这最低床层高度就是吸附带长度。当吸附床层高度低于吸附带长度时，吸附器则一接通，就发生转效。吸附剂的吸附容量很小或为零。如果吸附器的截面缩小，高度增加，这对提高吸附容量是有利的。但是随之气体流速增加，阻力加大，吸附壁效应影响大。一旦流速过快，气体的停留时间小于吸附时间吸附容量会下降为零。无论何种吸附器保证吸附床层有足够的高度还是十分必要的。
4、吸附剂的解吸方法
解吸方法概括起来有四种：
⑴加热法。用加热气体使吸附剂升温，供给吸附质分子能量，使之脱附。这是利用吸附容量随温度升高而减少的原理而实现解吸的。
⑵减压法。在吸附进行时操作压力较高，解吸时为常压或抽真空，以降低吸附质的分压，改变条件破坏原有的吸附平衡，使吸附质的分子脱附。这利用了随吸附质分压力下降，吸附容量减少的规律。
⑶清洗法。向吸附剂床层通入不吸附或难吸附的气体，以释稀吸附质的浓度，降低其分压力而达到解吸。
⑷置换法。向吸附剂床层通入更易被吸附的气体借以置换已被吸附的吸附质分子，使吸附质获得解吸。
在空气净化方面应用加热与清洗相结合的方法，也称为加热再生法（TSA法），而减压解吸的变压吸附法被称作PSA法。
为了吸附器能够连续地工作，在系统中吸附器常需要设置两个或两个以上，一个吸附器在进行吸附，而另一个吸附器处于解吸操作之中。
3.3.4吸附器
1、液体吸附器的概述
在切换式换热器全低压流程中常见的有液空过滤吸附器及液氧吸附器。液空过滤吸附器的作用有两个，其一是吸附溶解在液空中的乙炔的，其二是过滤干冰颗粒及硅胶粉末。液空吸附过滤器实际上是清除加工空气中的二氧化碳的继续。液氧吸附器的设置是为了清除液氧中的乙炔及其它碳氢化合物，确保制氧机的安全运行。以板式6000m3/n制氧机的液氧吸附器为例，其结构是外径为φ758mm的圆筒设备。壁厚为4mm，内装细孔硅胶，床高约为1000mm，吸附器为铝合金设备，容器内上、下设有过滤网。工作压力0.18～0.2Mpa，工作温度90k，工作周期30天。
2、液体吸附器加温再生注意事项
液空吸附器和液氧吸附器的加温再生一般按使用周期进行。当发现主冷凝蒸发器液氧中乙炔含量超过规定值时，可提前倒换。按设计规定，使用周期一般液空吸附器为7～10天，液氧吸附器为30天，倒换过于频繁，则冷损太大，还影响空分装置工况稳定，而且易误操作。
加温再生的操作程序是：预冷一台吸附器→并联→倒换→排液→静置→加温。
下面以液空吸附器为例加以说明。
预冷应缓慢进行，直至未使用的吸附器温度达到-173℃结束。操作中应注意，稍开未使用吸附器的出口伐，缓慢引入液空进行预冷，否则液空突然气化、体积将增大约675倍，容易造成超压事故。在并联使用两台吸附器前，最好先将主冷液面提高100～200mm，以防因未预冷好而对塔内工况产生影响，并联使用时间约需40分钟左右。倒换要缓慢进行，以免影响空分的正常生产。排液时需随时观察主冷液面，严防因出口伐未关严而发生将液空大量排出的事故。静置是为了使残留在吸附器中的液体继续蒸发，设备自然升温。
在通加热气体前，应先用干燥氮气冷吹到-10℃左右，以避免吸附器骤然受热，产生热应力而损坏设备。通加热气体切忌过快，冷吹也要缓慢进行，否则会使硅胶破碎。加温气体温度为70～90℃，当出口温度达到5℃时即可切断热源，出口达30℃结束。
3、吸附器硅胶泄漏造成的后果，原因及处理
⑴ 吸附器内的硅胶一旦发生泄漏，将会造成严重的后果。
① 堵塞管道系统。
② 进入精馏塔沉积在塔板上，会破坏精馏的正常进行，甚至产生液泛。
③ 积聚在阀门里会磨坏阀口，有损密封。
④ 降低硅胶吸附能力。
泄漏发生后如不及时处理，容易造成恶性循环。硅胶进塔后很难彻底清除，严重时要停车处理，甚至需将设备切割开才能清除干净。
⑵ 硅胶是否产生泄漏可从下述现象来判断：
① 从主冷排放的液氧中有硅胶粉末。
② 泄漏严重时上塔阻力较大，氧、氮纯度下降，而且产量上不去。
③ 补充硅胶时充填量不正常。
⑶ 造成硅胶泄漏的原因有：
① 吸附器中的滤网损坏，起不到过滤作用。
② 吸附器中的压圈与容器壁之间的间隙过大，而又无软填料时，硅胶易漏出被带走。
③ 硅胶强度不好，龟裂、粉碎后被带出。
④ 由于硅胶充填不实，在气流的冲击下，硅胶粉化后被带出。
⑤ 吸附器解吸时，阀门开得过快造成硅胶冲击粉碎。
硅胶产生泄漏后首先要查明原因，对症下药，采取相应的处理措施。例如更换新滤网、改进滤网的焊接、加装软填料、采用质量好的硅胶等。对带入塔内的硅胶可采用反吹的办法来清除，如果吹除无效，就只得切割开后进行清扫。
3.4分子筛纯化器
80年代后期，常温分子筛净化空气已成为空气主要的净化方法。早在70年代，我国的中压小型制氧机就已普及了分子筛纯化器。目前，分子筛纯化器已在大型全低压制氧机普遍推广。分子筛纯化器能够同时净除空气中的水分、二氧化碳、乙炔及其它碳氢化合物，它的应用使制氧机流程发生了重大的变革。
全低压制氧流程中所配置的分子筛纯化器有立式、卧式、径向式三种。通常容易小于6000m3/h的制氧机采用立式轴向流纯化器。
国产6000m3/h制氧机的分子筛纯化器为立式吸附器。纯代器外径为3.8m，总高为4.8m，每筒装填13X分子筛6000kg，纯化器的工作压力为0.66MPa，净化空气量为32000m3/h，入口温度10℃，工作时间为240min，为保证分子筛床层厚度均匀，在床层上部设有耙平机构，再生使用污氮气，气量为7000～11000m3/h。
10000m3/h制氧机的分子筛纯化器是卧式的。吸附筒为双层，外筒外径3.8m，内筒外径为3.0m，筒总长为7.5m，吸附床层截面为18.4m2。，双层结构设置的目的是为绝热，以保持吸附床层内部有较高且均匀的温度场，以使再生时节能。
纯化器的工作压力仍然为0.66MPa，净化空气量58000m3/h，入口温度10℃。
随着制氧机的大型化，卧式分子筛纯化器的截面势必进一步增大。其气流分配及保持床层平整的两大困难更为突出。立式径向流纯化器内设同心内、外分布筒，其间填装13X分子筛，空气从纯化器底部进入，经导流后进入外筒及外分布筒组成的分流流道，而后均匀地穿过外分布筒的小孔，径向的通过吸附床层时作变速运动。被净化的气体再流过内分布筒的小孔，进入由内分布筒及中心集气管所组成的集流流道，从中心集气管流出。
3.4.1 纯化系统流程
分子筛纯化系统电加热器再生流程如图所示。被压缩的空气经预冷系统冷却到一定温度后，自下而上通过MS1201（或MS1202）分子筛吸附器（以下简称吸附器）时，空气中所含有的H2O、CO、C2H2等杂质相继被吸附清除，净化后的空气进入冷箱中的主换热器。两只吸附器交替使用,一只工作时另一只再生。
吸附器的再生一般分四步进行：第一步降压；第二步加热(用加热的干燥气体吹扫吸附剂)；第三步吹冷(用未经加热的干燥气体吹扫吸附剂)；第四步升压。
⑴ 降压
吸附器在工作周期即将结束时,须将容器内的带压空气降压排放，为了避免吸附剂床层受到压力波动的冲击,降压速度不能太快，此步完成时间一般在6～10分钟。降压是按压力联锁PIS1201（PIS1202）实现的，当PIS1201（PIS1202）≤10Kpa时，打开再生氮气进、出口阀V1211、V1205(或V1212、V1206)。
⑵ 加热
打开FCV1201A阀，相应地关闭FCV1201C，使污氮气经加热器升至165℃（考虑到设备的连续运行，电加热器两用一备），干燥的热污氮气在吸附器入口处温度在150℃以上，自上而下通过吸附器，末期出口温度达20℃以上，加温时间需80分钟左右。
⑶ 吹冷
打开FCV1201B，相应地关闭FCV1201A,，使吹冷用污氮气不经过电加热器而旁通进入吸附器。吹冷初期，污氮气出口的温度会继续上升，待上升到120℃左右就逐渐下降，吹冷末期污氮气出吸附器温度可下降至比工作温度高5～10℃时结束，冷吹时间需120分钟左右。
⑷升压
先打开FCV1201C，关闭FCV1201B、V1211(V1212)、V1205(V1206).再打开HV1203（HV1204）开始充压，当压差小于5Kpa时，升压便结束。为避免气流冲击吸附剂床层，使床层发生移动或摩擦，故升压要缓慢，此步骤完成时间一般在12～20分钟。
再生四步骤结束后，该只吸附器就投入工作。各切换阀门的动作都是由时间程序控制器控制的，由于吸附热的关系，刚切换投入工作之瞬间，出口温度比入口温度高约20℃。工作周期之末要高4～6℃（如工作温度提高，温差相应增大）。此外在切换期间要密切注意切换阀门的动作情况，必要时可用手动方式开启或关闭（切换阀均有自动、手动转换机构）以防止塔内超压，保持工况的稳定。
3.4.2 分子筛加热再生温度曲线
首先要求对分子筛进行加热所需的再生气压力、流量达到工艺设计值。
AB为卸压阶段。由于压力下降分子筛吸附容量减小，原来被吸附的水分和二氧化碳有部分解吸出来，温度下降。
BC为加热阶段。污氮气进口。
温度迅速升高，但是出口温度开始还会继续下降，然后才逐渐升高。因为此时的热量首先消耗在解吸所需的热量上，将床层的中上部分子筛解吸，并将热量贮存在床层中。这一阶段对再生效果的影响因素是：污氮气流量、加热时间和再生温度。主要是监控污氮进口温度。
CD为冷吹阶段。污氮出口温度会继续升高。在该阶段之初，是利用贮存在分子筛床层内的热量对下部的分子筛继续进行解吸，直至冷吹曲线的最高点――“冷吹峰值”。该温度是整个床层再生是否彻底的标志。因为在出口部位最不容易再生彻底，如果该处的温度能达到要求，内部的温度肯定要超过此温度，表示内部均已再生完毕。因此，在冷吹阶段主要是监视出口的峰值温度。
冷吹曲线出现多峰值的原因
在冷吹阶段污氮气的出口温度会继续升高，形成一个峰值，但有的冷吹曲线会出现两个或三个峰值，或整个峰顶比较平坦，峰值不明显，这是因为如果床层高低不平，气流在不同的部位通过的床层厚度不同，则在出口不是同时达到最高温度。出现这种情况，加热及冷吹到指定温度往往需要更长的时间，这就需要待有停机机会对床层进行平整处理。
3.4.3 分子筛吸附器的切换操作
分子筛吸附器在切换时，首先要进行充压。在充压过程中如果充压伐开得过快，势必造成空气量有大的波动，而影响空分的稳定生产；如果充压伐开得过慢，将会延长分子筛的使用时间，对吸附效果不利。
在泄压时，如果泄压过快，由于泄压伐在分子筛床的下面，分子筛下部的压力卸掉得快，而分子筛床层上面的压力必须通过分子筛层才能卸掉压力。其压力差越大，对筛床的压力也将大大增加，这将对分子筛床的安全不利。
所以，要密切注意分子筛加热、冷吹等工艺情况。充压和泄压的时间过长和过短都不利。
3.4.4 分子筛净化系统操作注意事项
1、对分子筛吸附器的安装要求：要认真检查上、下筛网有无破损，固定是否牢固；分子筛是否充填满，并且扒平；认真封好内、外筒人孔，防止相互窜气。
2、分子筛吸附器在运行时，要定期监视分子筛温度曲线和出口二氧化碳的含量以判断吸附器的工作是否正常。
3、要密切监视吸附器的切换程序，切换压差是否正常。如遇故障，要及时处理。
4、要密切注意冷冻机的运行是否正常。如遇短期故障，造成空气出口温度升高时，应及时缩短吸附器的切换周期，并及时排除故障。
5、空压机启动升压时，应缓慢进行，防止空气流速过大。向低温系统送气，或系统增加负荷（启动膨胀机、开启节流阀）时，要缓慢进行，防止系统压力波动。
6、空分设备停车时，应立即关闭分子筛吸附器后空气总阀，以免再启动时气流速度过大而冲击分子筛床层。
3.4.5 分子筛纯化系统常见故障及处理
1、分子筛纯化器切换系统的故障及处理（表3-1）
序号
故障情况
处理方法
1
控制系统故障
程序出现错误
⑴转入手动操作，如有备用控制器，转换到备用控制器上。
⑵如手动操作无效，或无法实现手动操作，应停机检查处理。
2
电磁伐故障
切换伐不能开或关
⑴检查电源、气源是否正常，有问题要做处理。
⑵处理无效时，进行手动操作，并更换电磁伐。
3
切换伐动作缓慢
⑴检查气源压力，低时进行调节。
⑵机械卡阻，处理卡阻或加润滑。
4
切换伐门泄漏
⑴检查行程。如行程不足或过度，调至正常位置。
⑵执行机构与阀杆联接松动，重新紧固。
⑶阀门密封坏，处理和更换密封。
2、如何判断造成水分和二氧化碳含量超标的原因及处理方法。
⑴ 出分子筛纯化器后空气中的水分和二氧化碳含量超标的判断，通常有以下方法：
① 设在分子筛吸附器后的水分和二氧化碳检测仪表的指示值，在周期末上升很快，并且很快达到报警值。
② 主换热器内水分和二氧化碳有冻结现象。热端温差明显增大，空分装置的冷量不足，需要增加膨胀空气量。在水分和二氧化碳检测仪表失灵时要特别注意这种情况。
⑵ 出现这种情况可能的原因及处理办法：
① 分子筛长期使用，吸附性能下降。此时应更换分子筛或缩短切换周期。
② 分子筛再生不完全，或者分子筛吸附水分负荷过大，影响对二氧化碳的吸附。调整加热温度或加热时间。
③ 对于卧式分子筛吸附器，由于气流脉动等原因造成床层起伏不平，出现气流短路。利用停车机会重新整理床层。
④ 对于立式分子筛吸附器，由于吸附床层出现空隙，造成气流短路。利用停车机会重新整理床层或添加分子筛。
3、纯化系统发生进水事故的原因及预防措施
在分子筛纯化器前，为了降低加工空气进入纯化器的温度，全低压制氧机多设有氮水预冷系统，其中包括空气冷却塔和水冷却塔。在空气冷却塔中，空气自下而入，从塔顶引出，进入分子筛纯化器。水从塔顶喷淋与空气接触，混合而使空气冷却，空冷塔内设置多块穿流筛板或填料，以增加气液接触面积。为了分离水在塔顶设有水捕集层，当空气流速过快，挟带水分过多或者喷淋水量过多，水位自动调节失灵时，就会造成分子筛纯化器进水事故发生。另外还由于循环水系统因加药原因造成冷却水泡沫过多，在空冷塔顶淤集影响水下流，也会造成带水事故的发生。
例如某厂3000m3/h制氧机，在空压机自动停车后，空气冷却塔内压力下降，空压机再启动时，发生了分子筛纯化器进水事故。分析其原因，是由于水位自动调节伐及有压回水逆止伐失灵。空压机自动停车时，空冷塔空气进口至空压机出口逆止伐处积满水，当空压机再启动，空气从空气冷却塔下部进入时，将这部分水全部压入空气冷却塔，使空气冷却塔中水位上升至顶部后沿出口管道进入分子筛纯化器。
分子筛化器进水时，分子筛的压力忽高忽低地波动，吸附器的阻力升高，加热和冷吹后曲线发生变化。其中最明显的是冷吹后的温度下降，并出现平头峰。平头峰的曲线距离越长，表示分子筛进水越多。
为了防止分子筛纯化器发生进水事故，在操作上注意：
⑴ 空冷塔应按操作规程操作，先通入气，待压力升高稳定后再通入水。
⑵ 不能突然增大或减少气量。
⑶ 保持空冷塔的水位。
⑷ 水喷淋量不能过大。
⑸ 水质应达到要求，降低进水温度，并减少水垢。
发生进水事故后，首先应处理空冷塔的工况，停止水泵供水，把空冷塔的水液位降下来，并使之恢复到正常工况，同时对空分设备进行减量生产，以减少分子筛的负荷量，并对分子筛进行活化操作。活化时注意首先用大气流冷吹，在游离水吹净时再加热。如果活化操作不成功，则只能更换分子筛。
4、分子筛净化系统的操作对空分运行周期的影响
空分设备在两次大加温之间的运行周期长短与很多因素有关，从操作的角度，主要取决于主换热器的空气通道堵塞状况。而堵塞的主要原因是进装置的空气中的水分、二氧化碳的含量超标（对水分要求露点低于-65℃，二氧化碳含量小于1×10-6），在主换热器内积累、冻结，直至堵塞。
分子筛净化系统操作不正常，会缩短装置的运转周期。主要由以下几方面原因引起的：
（1）分子筛吸附器床层短路。在开车过程中由于空气流速控制不稳，或切换时两容器压差过大，会对床层产生冲击，使分子筛床层凹凸不平，造成床层短路。严重时会将吸附器的防尘网冲破，将分子筛粉末带进换热器通道，造成堵塞。
（2）喷淋冷却塔带水。空气通过喷淋冷却塔的气速过大，将水雾带进吸附器，使吸附器清除水的负荷大大增加，出口空气中的水分、二氧化碳的含量超标，带入主换热交换器而产生冻结，使阻力增大。如果是冷段阻力增大，则是二氧化碳冻结；如果是热段阻力增大，则是水分冻结；整个换热器阻力增大，则二者都冻结，或是分子筛粉末堵塞。
（3）冷冻机工作不正常，造成冷冻水温度升高，空气不能冷却到正常的温度。一方面使得空气离开喷淋塔时的饱和水含量增加；另一方面使得分子筛的吸附能力下降。
（4）喷淋塔断水或水位过高，将造成分子筛吸附器温度升高，或产生带水事故。
第四章 换热器
4.1 概述
制氧机的换热器很多。空气在压缩过程中，为了提高等温效率就需要机壳冷却、级间冷却器、空气液化循环中需设置主换热器。空分装置的保冷箱中有液化器、过冷器以及精馏系统的主冷凝蒸发器等。它们的性能直接影响制氧机的经济指标，其可靠性关系着制氧机的安全运行状况。
4.2 换热器分类
4.2.1 换热器原理可分为三大类：
1、混合式换热器。冷、热流体通过直接接触进行热量交换，故亦称直接接触式换热器.如水冷塔、空冷塔。
2、蓄热式换热器。冷、热流体交替通过传热表面。当冷流体通过时将冷量（或热量）贮存起来，而后热流体（或冷流体）再将冷量取走。如蓄冷器。
3、间壁式换热器（亦称间接式换热器）。冷、热流体被固体传热表面隔开，而热量的传递通过固体传热面而进行。此类换热器应用十分普遍,在空分装置中所应用的换热器多属于此种类型。
间壁式换热器按其传热面的结构又分为：管式换热器、板式换热器、板翅式换热器等。
4.2.2 换热器根据流体状态变化可分为三种：
1、 传热双方都没有相变。例如蓄冷器（或可逆式换热器）中是气体与气体之间的传热。过冷器是气体与液体间的传热。
2 、仅有一侧发生相变。例如液化器是气体与冷凝气体之间的传热。饱和空气在液化器中放出热量后部分变成液体。
3 、传热双方都有相变。如主冷凝器和辅助冷凝器中气氮放出热量冷凝成液氮、液氧吸收热量蒸发为气氧。
4.3 换热器的结构形式及工作原理
4.3.1 空冷塔的作用及工作原理
为了使冷却水与空气充分接触，充分混合，以增大传热面积，强化传热通常采用的是“填料塔”或“筛板塔”。也有用空心喷淋塔的。
目前我国大型空分设备的空气冷却塔主要采用上段为填料塔，装新型塑料环，下段为筛板塔取得了较好的效果。顶部的传热温差只有0.5℃，并彻底解决了结垢问题。
其次，在空气冷却塔中，空气和水直接接触，既换热又受到了洗涤，能够清除空气中的灰尘，溶解一些有腐蚀性的杂质气体如H2S、SO2、SO3等，避免板翅式换热器铝合金材质的腐蚀，延长使用寿命。同时由于空气冷却塔的容积较大，对加工空气还能起到缓冲的作用，吸附器倒换时空压机不易超压。
4.3.2 水冷塔的形式及工作原理
1、水冷却的结构大致有三种形式
①填料塔。目前在6000～30000m3/h的空分设备上使用一种新型的填料塔，采用阿尔法鲍尔环或共轭环及阶梯环。它是有流通量大、阻力小、传热效果好、强度好的优点。
②筛扳塔。塔板采用孔径和孔间距较大的淋降塔板，氮气及水都从筛孔通过，由于阻力大，换热不如填料塔，基本淘汰。
2、工作原理
水冷却塔是一种混合式换热器。在水冷却塔中水与污氮逆向直接接触，由于污氮是不饱和的，所以一部分水蒸发变成蒸汽进入污氮。水蒸发时吸收大量潜能而使水得到冷却，必须指出：污氮吸湿是使水降温的主要因素。因此污氮的温度是影响冷却效果的关键。
在分子筛净化流程普遍推广的今天，氮水预冷器的设置尤为重要，通常分子筛纯化器吸附要求加工空气入纯化器的温度为8～12℃，为此空冷塔要采用两级喷淋。一级为常温水。二级喷淋为泠冻水。水冷塔冷却水温要保持在15～18℃。再经过氟里昂制冷机冷却而形成冷冻水，其水温在5～8℃。才有可能保证出空冷塔空气温度在控制范围内。
4.3.3 间壁式换热器种类及形式（工作原理）
间壁式换热器又称为板翅式换热器或管式换热器（长管和短管）。随着科技不断发展，管式换热器由于体积大、重量重、成本高已被板翅式换热器取代。由于板翅式换热器结构紧凑、体积小、重量轻、传热效率高、热容量小、可缩短启动时间，成为当今空分设备的主流。以下着重介绍板翅式换热器。
4.4 板翅式换热器
4.4.1 翅片的型式及适用场合
翅片是板翅式换热器最基本的元件。它的作用是增大传热面积，实际上热流体通过隔板将热量传给冷流体时，因为翅片的面积比隔板大得多，大部分热量是隔板先传给翅片，再由翅片传给冷流体的。仅有一小部分是直接通过隔板来完成的。隔板同时还起到支撑和加固隔板的作用。使板束形成有机的整体，增加其强度。
常用的翅片有三种型式：光直型、锯齿型和多孔型。图4-1
光直型翅片是带光滑壁的长方形翅片。这种翅片主要的作用是扩大传热面积,对于促进流体扰动的作用很小。因此,它的传热性能稍差一些，但流动阻力小，宜用于高温流体和低温流体传热温差较大的情况。也用在流体有相变(冷凝或蒸发)时传热系数很大的情况。
锯齿型翅片是翅片间隔一定距离,有切口,并使之向流体突出。它对促进流体扰动和破坏层流边界层十分有效，所以传热性能很好。与光直型翅片相比，在压力降相同的的情况下，传热系数可高出30%以上，所以常用于高、低温流体温差较小的切换式换热器中。它一方面可以强化气体间的换热；一方面便于水分和二氧化碳的析出和清除。
多孔型翅片是在光直型翅片上冲出许多孔洞而成的。由于翅片上这些孔洞，层流边界层不断发生破裂，以提高传热性能。这种翅片常作为导流片和用在流体有相变（冷凝或蒸发）的场合。例如冷凝蒸发器多采用多孔型翅片，以避免乙炔等碳氢化合物杂质结晶的局部集结。同时有利于汽化核心的生成。在冷凝侧，孔洞可破坏冷凝膜边界层，以增强放热。
4.4.2 板翅式换热器的基本组成构件
它是一种全铝结构的紧凑式高效换热器。如图4-1所示。它的每一个通道由隔板、翅片、导流片和封条等部分组成。
图4-1板翅式换热器的基本元件
1 封条；2 翅片；3 隔板
在两块相邻的隔板之间放置翅片、导流片，两边用封条封住，构成一个夹层，称为“通道”，将多个夹层进行不同的叠置或适当的排列，构成许多平行的通道，要通道的两头再配上冷、热流体进、出口的导流板，用钎焊的方法将它们焊成一体，就构成一组板式（或称单元）。再配上流体出入的封头管道接头，就构成完整的板翅式换热器。
隔板中间的瓦楞形的翅片一方面是对隔板起到支撑作用，增加强度；另一方面它又是扩展的传热面积，使单位体积内的传热面积大大增加，整个换热器可以做得紧凑，流体从翅片内的通道流过，由于在换热器内要实现冷、热流体间的换热，冷、热流体的通道要间隔布置。
冷、热流体同时流过不同的通道，通过隔板和翅片进行传热，故称之为板翅式换热器，也叫紧凑式换热器，它是当今空分装置中应用最广泛的换热器。
4.4.3 板翅式换热器流体换热的实现
板翅式换热器适应性较大，可用于气——气、气——液、液——液各种不同流体之间的换热，而且通过各种流道的布置和组合，能够适应逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热工况。如图4-2
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图4-2板翅式换热器通路形式
a 错流形；b 多向流路形；c 对流形；d 多流体形
可逆式换热器的冷段一般是氧、纯氮、污氮环流四股冷流体和一股热流体（空气）之间的换热。各股流体的冷量密度不同，它们的通道数也不相同，在换热组装时，按不同流体的通道数分配。把冷、热流体的通道相间布置。要通道的两头利用导流片改变流体的流动方向，把同一股流体的出口和入口分别集中到某一侧，例如空气与污氮设在上、下侧，氧、纯氮、环流设在左、右两侧。
通常冷、热流体采用逆流或错流布置。然后再接上接头，把同一种流体的各个通道集中起来，再焊接上相应的管道，即可实现几股气流之间的换热。图4-3
图4-3翅片的形式
a 光直形；b 锯齿形；c 多孔形
扩展阅读：
【空分知识】板翅式换热器4.4.4 主换热器（非切换式板翅换热器）与切换式换热器的比较
非切换式板翅换热器就是指该换热器的所有通道，包括空气、氧、氮、污氮的通道都是不随时间改变，且稳定流动的多股流的换热设备。一般用在分子筛的低压流程上，也有用在中压流程上。它是空分设备中最主要的换热器，也通称为主热交换器。
通道内的气体不切换，因此在设计上可以取较高的流速，使传热系数提高，而且截面的传热温差也不受自清除条件下的限制，为了减少热端冷量不完全回收损失，因此热端温差仍取得较小值（2～3℃）。而冷端温差因不受自清除限制，可取得比切换式换热器的冷端温差大得多。所以在这种流程中可不设置液化器，液化器的任务由该换热器的冷段来完成。入塔空气的含湿量由精馏系统根据塔的热平衡来确定的。
由于主交换器的传热温差比切换式换热器大，传递的热量所需的传热面积可以减小，所以非切换式板翅换热器的长度一般要比切换式换热器短。板式单元的长度约为5.4m，而切换式换热器长度需要6m。
由于装置内设备简单，冷损较小。换热器的中抽温度一般可以取得较高，或与长板式切换式换热器的环流温度差不多。
板翅式换热器单元的截面积因流速提高而可以比切换式换热器小。所以同样的设备，非切换式板翅换热器的质量要轻，而且它的配管简单，操作方便，设备启动快，获得越来越广泛地应用。
4.4.5 主换热器的热端温差及中抽温度的控制
对分子筛净化增压流程的非切换式板翅换热器的控制，在稳定工况不象自清除流程对切换式换热器的温差控制那样要求严格。由于没有自清除问题，热交换器只需控制热端温差和中部抽气温度即可。它的热端温差的控制也比较简单。若采用多组并联的大型板翅式交换器组，只需控制大组（由若干个小组并联而成）分配给氧、氮和污氮的空气量即可，各小组内不设置调节阀门。对小型的非切换式板翅换热器，一般空气侧不设置氧、氮及馏分（或污氮）的气量分配阀。氧、氮产品量抽的多少对冷端相邻的空气出口温度的影响不加考虑，让其自平衡。在稳定工况下，空气出冷端汇合后的温度几乎是不变的。
中抽温度与装置的冷量平衡有关。若需要增加制冷量，即增加膨胀量，中抽温度就会下降。当几组并联的板翅式换热器工作时，中抽温度可以通过大组中抽量的调节阀来保持，温度高的一组，开大一些，反之则关小一点。至于膨胀机的温度还可以用旁通空气（热交换器出口的低温空气）来调节。
总之，对非切换式板翅换热器只要控制了热端温差，不让其扩大，中抽温度在一定的范围，换热器的工况基本稳定了。即使有些变化，只要冷量能平衡也不需要多作调节了。
4.5 冷凝蒸发器
4.5.1 冷凝蒸发器在空分设备中的作用
氧、氮的分离是通过精馏来实现的。精馏过程必须有上升蒸汽和下流液体，为了得到氧、氮产品，精馏过程是在上、下两个塔内实现双级精馏过程。冷凝蒸发器是联系上塔和下塔的纽带。它用于上塔底部的回流下来的液氧和下塔顶部上升的气氮之间热交换。
液氧在冷凝蒸发器中吸收热量而蒸发为气氧。其中一部分作为产品氧送出，而大部分（70%～80%）供给上塔，作为精馏用的上升蒸气。气氮在冷凝蒸发器内放出热量而冷凝成液氮，一部分直接作为下塔的回流液。一部分经节流降压后供至上塔顶部，作为上塔的回流液参与精馏过程。
由于下塔压力高于上塔压力，所以下塔气氮的饱和温度反而高于上塔液氧的饱和温度。液氧吸收温度较高的气氮放出的冷凝潜热而蒸发。因此而得名叫“冷凝蒸发器”。冷凝蒸发器是精馏系统中必不可少的重要换热设备。它工作的好坏关系到整个空分装置的动力消耗和正常生产。所以要正确操作和维护好冷凝蒸发器。
4.5.2 影响冷凝蒸发器温差的原因分析
冷凝蒸发器一般是指气氮和液氧的平均温差。它是基于氧和氮在不同的压力及纯度下的沸点（即饱和温度）不同而建立起来的。因此，冷凝蒸发器温差的大小受氧、氮的纯度和上、下塔压力变化的影响。
对于液氧的蒸发过程，当压力一定时，液氧的纯度提高，蒸发温度（沸点）就提高。例如，当绝对压力为0.14MPa时，如果氧纯度从98%提高到99.5%，则蒸发温度从93.1K提高到93.5K。当液氧纯度一定时，压力提高，蒸发温度也提高。例如当液氧纯度为99.5%时，如果绝对压力从0.14MPa提高到0.15MPa，则蒸发温度会从93.5K提高到94.25K。
对于气氮的冷凝过程，当压力一定时，气氮的纯度提高，则冷凝温度下降。例如当绝对压力0.57MPa时，氮纯度从98%提高到99.9%，则冷凝温度从96.1K下降到95.9K。当气氮纯度一定时，压力提高，冷凝温度也提高。例如当氮纯度为99.9%时，绝对压力从0.57MPa提高到0.6MPa，则冷凝温度会从95.9K提高到96.6K。
由此可见，当上、下塔压力一定时，提高液氧的纯度会缩小主冷温差，提高气氮纯度也会缩小主冷温差。若气氮的纯度和压力不变，在液氧纯度一定的情况下，提高上塔压力可使冷凝蒸发器的温差缩小。在开车的积液阶段，通常用适当提高上塔压力，缩小冷凝蒸发器温差的方法，来降低冷凝蒸发器的热负荷，以加快液体的积聚。
4.5.3 冷凝蒸发器主冷液面高低的原因分析
在正常运行中，冷凝蒸发器的操作主要是保持氧液面在规定的高度上，引起主冷液面波动的原因较多，但归结起来是不外乎冷量不平衡或液体量分配不当造成的。
制冷量的多少是整个空分设备冷量不平衡所要求的。制冷量大于要求时，冷凝蒸发器的液面会升高。就应相应的减少制冷量。在液面降到合适的高度时，还需要稍增加一点制冷量才能使其平衡、稳定。如果装置的冷损增加或由于其它原因制冷量小于需要量时，则冷凝蒸发器的液面会下降，就会增加制冷量。当液面长到合适的位置时，还要稍微减少一定制冷量，才能使液面稳定。
对全低压空分设备来说，增加或减少制冷量主要是增加或减少膨胀机的膨胀量（或改变机前压力和转速）。
冷凝蒸发器液面过高或过低，还要看看其它液面是否合适。如果冷凝蒸发器液氧面过高而下塔液空面过低。可能是由于打入上塔的液空量过大，此时应关小液空节流阀。反之，若冷凝蒸发器液氧面过低，而下塔液空面过高，则要开大液空节流阀，以保持冷凝蒸发器的液面稳定。
当冷凝蒸发器液面过高时，可以排放一部分液氧。这不仅能使液面迅速下降，还可以清除一部分杂质，有利于安全运行。
如果是带氩塔的设备，应事先提高液氧液面，积聚冷量，然后再启动氩塔。
4.5.4 冷凝蒸发器的传热面不足对氧产量的影响
冷凝蒸发器的传热不足，它的热负荷就要降低，即传热量减少。因此，液氧的蒸发量就会减少，气氮的冷凝量相应减少。这会直接影响上、下塔的精馏工况。同时，下塔进气量就会减少，空气吃不进，氧产量随之要降低。
此外，当冷凝蒸发器的传热面不足时，要保证一定的热负荷，势必要提高下塔的压力来增大传热温差。根据空压机的特性曲线,随着排气压力的升高,气量也会减少,从而也会使氧产量降低。
4.5.5 在冷凝蒸发器及液化器中装设氖、氦吹除管的作用。
氖、氦、氮和空气几个物理参数如表4-1所示：
氖、氦、氮的基本物理参数 表4-1
气体种类
氖（Ne）
氦(He)
氮(N2)
空气
标准沸点/℃
-245.91
-268.79
-195.65
-191.2
标准密度/kg.m-3
0.8713
0.1769
1.251
1.293
由上表可以看出，虽然氖、氦在空气中所占的比例很少，氖在空气中的体积分数为15×10-6～18×10-6；氦在空气中占的体积分数为4.6×10-6～5.3×10-6。由于它们的液化温度都比氮低，所以在下塔氖、氦气上升至主冷凝蒸发器冷凝侧的上部（即主冷顶盖处）时冷凝不下来。这样，它们就占据了冷凝器的部分位置，使其换热面积不能充分利用，氖、氦越聚越多。例如6000m3/h制氧机在主冷顶部8小时聚集的氖、氦气有6m3左右。这么多的不凝结气体将严重影响冷凝蒸发器的正常工作。
为了将所需冷凝的氮气量冷凝下来，只能靠提高下塔压力，以增大传热温差，这样就会增大空分设备的能耗。因此在冷凝蒸发器顶部都装有氖、氦吹除管，运行中需定期打开氖、氦吹除阀，将它们排放掉。同理，在液化器中的空气液化时也会有氖、氦不凝性气体积聚，所以在液化器上部也装有氖、氦吹除管，定期进行排放。
4.5.6 冷凝蒸发器全浸的优点
板翅式冷凝蒸发器的板翅式单元是否采用全浸操作，这个问题也有一个认识和实践过程。刚从国外引进板翅式冷凝蒸发器时，规定液氧面浸渍率约为70%。当然这样已能满足传热的要求，不影响精馏工况。随着板翅式冷凝蒸发器发生过多次氧通道局部爆炸事故，从安全的角度考虑，国外提出了板翅式冷凝蒸发器的板式单元要全浸操作。随后我国也作了相同的规定。
采用全浸的优点：
1、从氧通道流动的角度来看，板式单元外是液氧面，氧通道内是密度较小的气液两相混合物，实际上构成了一个液氧自循环回路。当热负荷一定时，液氧面越高，氧通道内液氧循环倍率越大。即液氧对通道壁面冲刷的能力越好，使得乙炔等碳氢化合物不容易在壁面析出，二氧化碳颗粒也不容易堵塞通道截面。
2、从传热角度，由于板翅式冷凝蒸发器的液氧侧的沸腾传热系数与流体的流动有关。流动越好，传热系数越大。当液面提高后，氧通道内的流速加快，不断冲刷壁面的气泡。将使蒸发侧的传热系数提高。对于冷凝侧的传热，由于它的传热系数大于蒸发侧，并且，当板式单元的高度确定时，冷凝传热系数几乎不变。所以，冷凝蒸发器的总传热系数主要取决于蒸发侧的传热情况。液面高对提高传热系数有利，板翅式冷凝蒸发器采用全浸操作既安全、又合理。
