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绪论 1

第1章 低温热力学基础 3

1.1 气体与蒸汽的热力性质 3

1.1.1 基本状态参数 3

1.1.2 理想气体的基本定理及其状态方程 4

1.1.3 混合气体的性质 5

1.1.4 实际气体在低温时的基本热力性质 6

1.1.5 饱和蒸汽与其液体平衡时的性质 8

1.1.6 湿空气 10

1.2.1 基本知识 11

1.2 热力学基本定律 11

1.2.2 势力学第一定律 13

1.2.3 热力学第二定律 14

1.3 气体的热力性质图 15

1.4 获得低温的方法 17

1.4.1 节流膨胀效应 17

1.4.2 气体的等熵膨胀 19

1.4.3 节流与等熵膨胀的比较 19

1.5 气体液化循环 20

1.5.1 气体液化的理想循环和理论最小功 20

1.5.2 利用节流效应为基础的循环 21

1.5.3 以等熵膨胀为基础的循环 23

第2章 空气分离原理及精馏塔 28

2.1 空气的组成及溶液的基本知识 28

2.1.1 空气的组成 28

2.1.2 溶液的基本知识 28

2.1.3 溶液的基本定律 30

2.1.4 氧、氮混合物的汽液平衡及平衡图的应用 32

2.2 空气的精馏过程及设备 37

2.2.1 空气分离的基本原理 37

2.2.2 空气的蒸发与冷凝过程 37

2.2.3 空气的精馏 40

2.2.4 单级精馏塔和双级精馏塔 42

2.2.5 精馏设备 45

2.3 精馏过程的基本知识 53

2.3.1 双级精馏塔的理论塔板数图解(二元系) 53

2.3.2 氧-氩-氮三元系精馏过程计算 56

2.3.3 精馏塔板效率 60

2.4 氩的提取 62

2.4.1 稀有气体在精馏塔内的分布 62

2.4.2 氩的提取 63

3.1.2 空分设备中换热器的类型 65

3.1.1 热传递及换热器在空气分离设备中的应用 65

第3章 传热原理及设备 65

3.1 概述 65

3.2 传热基本原理 66

3.2.1 热量传递的三种基本方式 66

3.2.2 传热方程 69

3.3 流体流动与对流放热 76

3.3.1 流体流动状态 76

3.3.2 影响对流放热的因素 77

3.3.3 管内受迫对流放热准则方程式 77

3.3.4 流体横掠管束受迫流动时的放热系数 79

3.3.5 换热器的流动阻力 80

3.4 盘管式换热器 81

3.4.1 管式换热器的特点 81

3.4.2 盘管式换热器的结构 81

3.4.3 间壁式换热器热力设计原理 82

3.5 列管式换热器 86

3.5.1 冷凝蒸发器典型结构 86

3.5.2 液氧在管内沸腾特征 87

3.5.3 气氮在管外冷凝放热 88

3.5.4 管外液氧蒸发与管内气氮冷凝 89

3.6.2 板翅式换热器基本结构 92

3.6 板翅式换热器 92

3.6.1 板翅式换热器的特点 92

3.6.3 板翅式换热器的制造 94

3.6.4 板翅式换热器传热 95

3.7 强化传热研究和工程上应用 97

3.7.1 无相变对流放热强化 98

3.7.2 相变对流放热强化 98

3.7.3 热管 99

4.2 固体杂质的净除 101

4.1 概述 101

第4章 原料气净化原理及设备 101

4.3 吸附法净化空气 104

4.3.1 吸附的基本原理 104

4.3.2 吸附剂 107

4.3.3 吸附剂用于原料气净化 109

4.4 吸附设备 112

4.4.1 常温空气纯化设备--吸附器 112

4.4.2 干燥器 113

4.4.3 低温乙炔吸附器 113

4.5.1 吸附器的设计实例 114

4.5 吸附器的设计和运行 114

4.5.2 空气净化设备流程及运行操作 116

4.6 变压吸附法在空气分离中的应用 117

第5章 空气分离设备的流程 119

5.1 空气分离流程的特点 119

5.1.1 冷量损失 119

5.1.2 冷量的生产 120

5.1.3 空气的净化 120

5.1.4 空气的预冷 121

5.1.5 精馏系统的组织 122

5.2 空分流程简介 123

5.2.1 基本工艺过程和系统 123

5.2.2 一次节流的高压流程 125

5.2.3 带膨胀机的高压流程 125

5.2.4 中压流程 126

5.2.5 制氮流程 132

5.2.6 带外冷源的流程 134

5.2.7 新系列小型空分设备流程 136

5.3 流程基本参数的确定 140

5.3.3 主冷凝蒸发器温差的确定 141

5.3.2 跑冷损失的确定 141

5.3.1 膨胀机产冷量的确定 141

5.3.4 空分设备的物料及组分平衡 142

5.3.5 热交换器的热量平衡及△h-T图 143

5.3.6 精馏塔的热量平衡 144

5.3.7 克劳特循环中空气压力、膨胀机进气温度、膨胀量间的关系 145

第6章 活塞式压缩机 147

6.1 活塞式压缩机的工作原理 147

6.1.1 活塞式压缩机的工作过程 147

6.1.2 活塞式压缩机的理想循环 148

6.1.3 活塞式压缩机的实际工作循环 149

6.2.1 多级压缩的依据 150

6.1.4 实际循环进气量 150

6.2 多级压缩 150

6.2.2 压力比分配 152

6.3 活塞式压缩机的热力性能参数 153

6.3.1 排气量 153

6.3.2 排气压力 155

6.3.3 排气温度 155

6.3.4 功率和效率 156

6.4 活塞式压缩机变工况工作及排气量调节 157

6.4.1 压缩机变工况工作 157

6.4.2 压缩机排气量的调节 159

6.5 压缩机的基本部件及辅助设备 160

6.5.1 活塞式压缩机的总体结构及其特点 160

6.5.2 压缩机的主要零部件 161

6.5.3 压缩机构的主要零部件 165

6.5.4 压缩机辅助设备 170

6.5.5 压缩机的润滑系统 171

6.5.6 无油润滑压缩机结构特点 172

6.6 提高压缩机运转可靠性措施 174

6.6.1 提高压缩机活塞环、导向环运转寿命的措施 174

6.6.2 改善压缩机的运转条件 176

第7章 膨胀机 178

7.1 概论 178

7.1.1 膨胀机的用途和特点 178

7.1.2 膨胀机的分类 179

7.2 透平膨胀机基本概念和基本方程式 180

7.2.1 膨胀过程和反击度 180

7.2.2 连续性方程式 181

7.2.3 膨胀过程能量方程式 181

7.2.4 动量矩方程式 182

7.3.1 蜗壳中气体的流动 183

7.3 透平膨胀机通流部分的工作原理 183

7.3.2 气体在导流器中的流动 184

7.3.3 无叶导流器的工作原理 185

7.3.4 气体在叶轮中的流动 186

7.3.5 气体在径向间隙中的流动 186

7.3.6 气体在扩压管中的流动 187

7.4 透平膨胀机的损失和效率 187

7.4.1 在焓-熵图上的膨胀过程 187

7.4.2 透平膨胀机的损失 187

7.4.3 透平膨胀机的效率 188

7.4.4 透平膨胀机的性能与参数 189

7.5 透平膨胀机的结构 190

7.5.1 透平膨胀机的结构特点 190

7.5.2 主要元件的结构 190

7.5.3 透平膨胀机机组 196

7.5.4 透平膨胀机的典型结构 197

7.6 中、高压透平膨胀机 198

7.6.1 中、高压透平膨胀机的工作特点 198

7.6.2 中、高压透平膨胀机结构型式 198

7.7 透平膨胀机的特性和调节 203

7.7.1 透平膨胀机的特性 203

7.7.2 调节方法 204

7.7.3 调节方法的比较 207

7.8.1 透平膨胀机的装配 208

7.8.2 透平膨胀机的试验 208

7.8 透平膨胀机的试验、操作及故障处理 208

7.8.3 透平膨胀机的操作要点 209

7.8.4 透平膨胀机的正常维护和检修 210

7.8.5 透平膨胀机的常见故障及消除方法 211

7.9 活塞膨胀机的工作原理及过程 212

7.9.1 工作原理 212

7.9.2 工作过程 212

7.10.1 在T-s图上的膨胀过程 215

7.10 活塞膨胀机的效率与冷量损失 215

7.10.2 活塞膨胀机的冷量损失 216

7.10.3 活塞膨胀机的效率和总制冷量 218

7.10.4 主要参数对活塞膨胀机性能指标的影响 220

7.11 活塞膨胀机结构 222

7.11.1 活塞膨胀机结构特点 222

7.11.2 活塞膨胀机总体结构 222

7.11.3 主要零部件的结构 225

7.12 活塞膨胀机的配气机构 227

7.12.1 膨胀机的气阀机构 228

7.12.2 气阀传动机构 231

7.12.3 活塞膨胀机的冷量调节机构 232

7.13 活塞膨胀机的安全机构 234

第8章 往复式低温液体泵 236

8.1 往复式低温液体泵工作原理 236

8.1.1 低温往复泵的工作原理 236

8.1.2 工作特点 237

8.2 往复式低温流体泵的主要性能参数 238

8.2.1 流量 238

8.2.3 吸入压力 241

8.2.2 排出压力 241

8.2.4 功率和效率 242

8.3 低温往复泵的结构 242

8.3.1 液力端的典型结构 242

8.3.2 流体阻尼器 245

8.3.3 吸入阀和排出阀 246

8.4 安装、操作及故障 249

8.4.1 安装注意事项 249

8.4.2 操作 249

8.4.3 故障及其处理 250

9.1 空气分离产品及其输送系统 251

9.1.1 空气分离产品及其质量标准 251

第9章 空气分离产品输送系统 251

9.1.2 用氧分类及用氧条件 253

9.1.3 氧气站(厂)空气分离设备选型 254

9.1.4 供氧系统 257

9.1.5 氮气的主要用户和供氮系统 263

9.2 输送系统设备的选用 264

9.2.1 贮气器和缓冲罐的选用 264

9.2.2 充气台及钢瓶 267

9.2.3 液氧贮存系统设备 267

10.1.1 弹簧管压力表 271

10.1 压力测量仪表 271

第10章 空分生产过程的检测 271

10.1.2 液柱式压力计 274

10.2 气体流量的测量 275

10.2.1 充瓶计量方法 275

10.2.2 孔板流量计 275

10.2.3 转子流量计 277

10.3 温度测量仪表 278

10.3.1 测温元件 278

10.3.2 温度显示仪表 280

10.4.1 低温玻璃液面计 281

10.4 液面测量仪表 281

10.3.3 多点切换开关 281

10.4.2 翻板液面计 282

10.4.3 差压式液面计 283

10.5 转速记录仪 284

10.6 物流成分分析仪 284

10.6.1 化学吸收式气体分析仪 284

10.6.2 磁导式氧分析仪 285

10.6.3 热导式氩分析仪 286

10.6.4 氧化锆氧分析仪 287

10.6.5 电导式成分分析仪 287

10.7.1 氧气分析 288

10.7 气体分析检验 288

10.7.2 氮气分析(氮中氧分析) 290

10.7.3 二氧化碳分析 294

10.7.4 乙炔的分析 295

10.7.5 油的分析 297

10.7.6 水分的分析 299

10.7.7 气相色谱法 301

10.8 能量测量仪表 302

11.1.2 活塞式膨胀机的启动准备 304

11.1.1 活塞式空压机的启动准备 304

11.1 启动前的准备工作 304

第11章 小型空分设备的操作方法 304

11.1.3 空分塔及辅助设备的启动准备 305

11.2 成套空分设备的启动步骤 306

11.2.1 空压机的启动 306

11.2.2 空分塔和膨胀机的启动 306

11.2.3 氧压机的开车准备及启动 308

11.3 空分设备启动过程的调整方法 309

11.3.1 压力的调节 310

11.3.3 液面的控制 311

11.3.2 温度及温差的调节 311

11.3.4 流量的调节 312

11.3.5 纯度的调节 313

11.4 主要控制机构的作用及操作方法 314

11.4.1 节流阀 314

11.4.2 膨胀机凸轮(气量调节器) 317

11.4.3 氧氮排出阀 318

11.4.4 高压空气截止阀和冷角式弯阻阀 318

11.5 正常运转的维护及变工况操作 319

11.5.1 空压机的正常维护 319

11.5.2 空分塔的正常运转要领 319

11.5.3 膨胀机的维护 320

11.5.4 氧压机正常运转的维护 321

11.5.5 充氧台操作注意事项 321

11.6 变工况操作 322

11.6.1 间断制氧 322

11.6.2 生产部分液氧时的操作 323

11.6.3 生产部分液氮时的操作 323

11.6.4 暂停膨胀机的操作 324

11.6.5 临时停车、紧急停车及恢复生产 324

11.7.1 成套空分设备的正常停车 325

11.7 空分设备的停车及加温吹除 325

11.7.2 空分塔的加温吹除 326

11.7.3 空分塔的吹除 326

11.8 空分设备运转时的故障及其排除 327

11.8.1 空分塔常见故障及其排除方法 327

11.8.2 活塞膨胀机的故障及其排除方法 330

11.8.3 活塞式压缩机的故障及其排除方法 330

11.8.4 电动机故障 335

第12章 空分设备的检修 336

12.1 制氧设备的脱脂 336

12.1.1 脱脂物料 336

12.1.2 脱脂工艺和规定 338

12.1.3 空分设备脱脂周期 340

12.1.4 与氧接触的设备、机器和管道的脱脂 340

12.2 制氧设备的修理 343

12.2.1 空分塔的修理 343

12.2.2 阀门的修理 347

12.2.3 空分塔的计划预防性检修 348

12.3 机器的修理 349

12.3.1 活塞式压缩机检修 349

12.3.2 活塞膨胀机的检修 354

12.4 封存和启封 356

12.4.1 封存和启封的一般要求 357

12.4.2 机器的封存和启封 357

12.4.3 设备的封存和启封 358

第13章 安全技术 359

13.1 空分设备的防爆 359

13.1.1 空分设备的爆炸事故 359

13.1.2 发生爆炸的原因 360

13.1.3 防爆措施 361

13.1.4 高压氧气管道的燃烧事故及防止措施 364

13.2.2 活塞式空气压缩机的安全技术 365

13.2.1 总则 365

13.2 空分设备运转时的安全技术 365

13.2.3 活塞式氧压机的安全技术 367

13.2.4 膨胀机的安全技术 367

13.3 空分设备检修时的安全技术 368

13.4 运用液化气体时的安全技术 371

13.4.1 运用液化气体通则 371

13.4.2 发生深冷冻伤时的急救措施 372

13.4.3 液态氧使用特性 372

13.4.4 液态氮使用特性 373

13.5 钢瓶充装和输送时的安全技术 374

13.4.5 含氧量低的大气对人体的生理作用 374

13.6 脱脂时的安全技术 377

附录 380

附表1 常用气体的基本物理、化学常数 380

附表2 空气内一些杂质气体的特性数据 381

附表3 爆炸可燃气体的性质 381

附图1 空气的T-s图 382

附图2 空气的h-T图 383

附图3 空气的h-s图 384

参考文献 385