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第一章　低温热力学基础 1

1　气体的基本状态参数 1

1.1 温度 1

1.2　压强（压力） 1

目录 1

1.3 比体积 2

2　气体基本定律 2

3　热力学基础 3

3.1　热力学第一定律 4

3.2　热力学第二定律 5

4　气体的热力性质图 6

4.1 T—S图 6

4.3　H—S图 7

4.2　H—T图 7

5　溶液热力学基础 8

5.1 溶液 8

5.2　溶液的基本定律 8

5.3　二元溶液的相平衡图 10

6　获得低温的方法 11

6.1　节流膨胀效应 11

6.2　气体的等熵膨胀 12

6.3　节流与等熵膨胀的比较 13

第二章 空气过滤、预冷和净化原理及设备 14

1 概述 14

2　除尘系统 14

2.1 除尘机理 14

2.2　除尘计算 15

2.3　空分设备中使用的除尘器 16

3　空气预冷系统 19

3.1 流程 19

3.2　工作原理 21

3.3　冷却塔 23

3.4　冷水机组 25

3.5　离心水泵 26

4　分子筛纯化系统 28

4.1 流程 28

4.2　原料空气净化原理 31

4.3　吸附剂用于原料空气的净化 34

4.4　净化设备 41

1.2　研究传热过程的目的和任务 47

1.4　低温换热器的特点 47

1.3　换热器分类 47

1　概述 47

1.1　热量传递条件和方向 47

第三章　传热传质原理及设备 47

2　传热基本原理 48

2.1　热量传递3种基本方式 48

2.2　传热方程和传热系数 51

2.3　流体流动与对流放热 53

3　冷凝与蒸发 55

3.1　冷凝蒸发器的形式 55

3.2　液氧在管内沸腾特征 55

3.3　气氮平壁冷凝 56

4.1　板翅式换热器的发展和结构 57

4　板翅式换热器 57

3.4　管外液氧蒸发与管内气氮冷凝 57

4.2　传热过程分析 62

4.3　传热方程 64

4.4　放热系数确定 66

4.5　多股流传热 68

4.6　空分设备中板翅式换热器 68

第四章　活塞式压缩机应用技术 75

1　压缩机类别 75

2　无油润滑压缩机在生产上的应用与发展 76

3　无油润滑压缩机氟塑料密封技术 80

3.1　填充聚四氟乙烯的特性 80

3.2　影响PTFE寿命的主要因素 80

3.3　PTFE密封元件的设计特点 85

4.1.1　主要技术规范 104

4　无油润滑压缩机的安装调试和操作维修技术 104

4.1　2Z2-1.6/165型氧压机概况 104

4.1.2　氧压机的装配间隙和试压要求 105

4.1.3　氧压机的仪控设施 106

4.2　氧压机的结构形式 106

4.3　氧压机的安装要点 107

4.4　氧压机的试运转 108

4.4.1　氧压机的空运转 108

4.4.2　氧压机的吹除 109

4.4.3　氧压机的升压和负荷运转试验 109

4.5　氧压机的操作要点 110

4.5.1　氧压机的启动 110

4.7　氧气设备燃烧事故预防措施 111

4.6　氧压机的维修 111

4.5.2　氧压机的停车 111

第五章　透平膨胀机应用技术 113

1 空分设备配套膨胀机的基本要求及工作原理 113

2　透平膨胀机的分类 113

3　透平膨胀机的基本方程和工作原理 114

3.1　基本方程 114

3.2　工作原理 117

4　透平膨胀机的通流部分 118

4.1　气体在蜗壳中的流动 118

4.2　气体在喷嘴中的流动 118

4.3　气体在工作轮中的流动 121

4.4　气体在扩压管中的流动 122

5　透平膨胀机的损失和效率 123

6.2　透平膨胀机的制动 125

6　透平膨胀机的制动 125

6.1　制冷量与输出功 125

7　透平膨胀机的特性曲线及工况调节 126

7.1　透平膨胀机的特性曲线 126

7.2　透平膨胀机的工况调节 127

8　透平膨胀机的主机结构 131

8.1　透平膨胀机的主要特点 131

8.2　透平膨胀机主机典型结构 132

9　透平膨胀机组 143

9.1　机组的组成 143

9.2　轴承润滑系统 144

9.3　安全保护系统 146

10.1　运行 147

10　透平膨胀机的运行、维护和故障处理 147

10.2.1　装拆说明 148

10.2.2　维护说明 148

10.2　维护和检修 148

10.2.3　主要故障及处理 149

第六章 空气分离原理及低温精馏塔 151

1　气体分离方法 151

2　空气的组成及空气分离的基本原理 151

2.1　空气的组成 151

2.2　空气分离的基本原理 152

3　精馏原理在精馏塔中的应用 154

3.1　单级精馏塔 154

3.2　双级精馏塔 155

4.2　三元精馏过程的计算 156

5　精馏塔的分类 156

4　精馏过程的计算 156

4.1　二元精馏过程的计算 156

6　筛板塔 157

6.1　筛板塔的结构 157

6.2　典型的筛板结构 158

6.3　在选用筛板塔的结构时应注意的问题 158

6.3.1　保证塔板的水平度 158

6.3.2　创造良好的气液接触条件 159

6.4　筛板塔的结构设计 159

6.4.1　筛板塔的流体动力工况 159

7.1.1　填料塔内的气液流动过程分析 160

7.1　填料塔的流体力学与传质 160

7　填料塔 160

6.4.2　筛板塔的结构设计 160

7.1.2　填料塔内的传质过程 161

7.2　填料与塔内件 161

7.2.1　填料 161

7.2.2　塔内件 162

第七章 空分设备流程 166

1　空分设备流程 166

1.1 系统组织 166

1.2　我国大中型空分设备流程技术发展 166

1.3　外压缩流程空分设备简述 176

1.4　内压缩流程空分设备简述 178

1.5　外压缩流程与内压缩流程空分设备的比较 179

1.5.1 投资成本 180

1.5.2　运行费用 181

1.5.3　安全性与可靠性 181

1.5.4　不同行业对空分设备的选择 182

1.6　内压缩流程的形式 182

2　液化装置流程 183

2.1　节流循环 183

2.2　等焓膨胀和等熵膨胀的组合循环 186

2.3　液化流程及流程选择的原则 188

3　液体空分设备流程 189

3.1　低压循环流程 189

3.2　带低温冷冻机的低压循环流程 189

3.3　中压循环流程 189

4　纯氮设备流程 190

4.1　空气正流膨胀流程 190

3.4　中压双膨胀流程 190

4.2　空气返流膨胀流程 191

5　典型空分设备流程设计与计算 191

5.1　空分设备流程参数的确定 191

5.2　空分设备的能耗 194

5.2.1　外压缩流程空分设备 195

5.2.2　内压缩流程空分设备 197

5.2.3　能耗的定量数据 198

5.2.4　关于能耗计算的一些想法 199

第八章 透平压缩机应用技术 200

1 简述 200

2　离心式压缩机的工作原理 200

3　离心式压缩机的典型结构 201

4.1　转子 202

4　离心式压缩机的基本组成 202

4.2　静子或固定元件 203

5　离心式压缩机的辅机 205

5.1　驱动机 205

5.2　齿轮增速机 205

5.3　气体冷却器 205

5.4　强制供油系统 206

6　离心式压缩机的基本方程和热力学基本定律 206

6.1　欧拉方程式 206

6.2　能量方程式 207

6.3　伯努利方程式 207

6.4　气体压缩过程和压缩功 208

6.5　整机效率和级效率 209

7.1　喘振工况 210

7　离心式压缩机的两个特殊工况：喘振和阻塞 210

7.2　阻塞工况 212

8　空分设备配套的原料空气透平压缩机 212

8.1　原料空气透平压缩机典型结构 212

8.2　原料空气透平压缩机的仪表控制 213

8.3　启动及停机操作 214

8.4　联锁报警 216

8.5　防喘振装置 216

8.6　机组运行中的维护、故障判断及排除方法 217

9　空分设备配套的氧气透平压缩机 217

9.1　典型结构 218

9.2　仪表控制 218

9.3　保护及安全措施 218

9.4　启动及停机操作 221

9.5　联锁报警 223

9.6　防喘振装置 224

10　空分设备配套的氮气透平压缩机 224

10.1　典型结构 224

10.2　仪表控制、保护及安全措施 224

11　空分设备配套的循环压缩机 225

11.1　典型结构 225

11.2　循环压缩机的仪表控制、保护及安全措施 225

12　透平压缩机机组的检修、故障及排除方法 226

12.1　检修 226

12.1.1 主要检查项目 226

12.1.2　主要检修项目 226

12.2.2　轴承工作面损坏 227

12.2.1　振动过大 227

12.2　几种主要故障的故障树分析 227

12.2.3　叶轮损坏 228

12.2.4　齿面啮合不良 228

12.2.5　异常声音 229

12.2.6　气量不足 229

12.2.7　过载 230

第九章　低温液体泵应用技术 231

1　概述 231

2　往复式低温泵 231

2.1　往复式低温泵的分类 231

2.2　往复式低温泵的工作原理 231

2.3　往复式低温泵的工作特点 232

2.4　往复式低温泵的主要性能参数 233

2.5　往复式低温泵的结构形式 236

2.6　安装、操作及故障处理 240

2.6.1　安装注意事项 240

2.6.2　操作 240

2.6.3　故障及处理 241

3　离心式低温泵 241

3.1　离心式低温泵的分类 241

3.2　离心式低温泵的工作原理 241

3.3　离心式低温泵的工作特点 242

3.4　离心式低温泵的主要性能参数 242

3.5　离心式低温泵的性能曲线 243

3.6　离心式低温泵装置性能和工况点 244

3.7　离心式低温泵的比转数 245

3.9　离心式低温泵的结构 246

3.8　离心式低温泵的气蚀 246

3.10　泵的轴封 247

3.11　安装、操作及故障处理 247

3.11.1　安装注意事项 247

3.11.2　维护及操作 248

3.11.3　常见故障及处理方法 249

3.11.4　离心式低温泵的串、并联工作情况 250

第十章 稀有气体的制取 251

1　稀有气体的性质和用途 251

2　稀有气体的制取原理 252

3　稀有气体的制取方法 252

4　氩的制取 252

4.1　加氢除氧制氩 253

4.2　全精馏无氢制氩 255

4.3　两种制氩流程的比较 257

5　氖、氦的制取 258

5.1　提取粗氖、氦混合气 258

5.2　粗氖、氦气中杂质的清除 258

5.3　纯氖和纯氦的制取 259

6　氪、氙的制取 259

6.1 贫氪混合物的制取 260

6.2　贫氪混合物中碳氢化合物、二氧化碳和水分的清除 260

6.3　粗氪、氙的制取和纯化及氪、氙的分离 260

第十一章　控制技术及气体分析 261

1 空分设备仪控系统的构成 261

1.1　检测仪表 261

1.2　显示仪表 269

1.3　控制仪表 270

1.4　执行器 270

1.5　现场仪表及阀门的环境使用要求 278

2　仪表的性能指标 279

2.1 精确度 279

2.2　灵敏度 279

2.3　迟滞（回差、滞环） 279

2.4　重复性 280

2.5　量程比 280

2.6　响应时间 280

3　空分设备上典型仪表的回路构成 280

3.1　温度显示回路 280

3.3　流量显示控制回路 281

3.2　压力显示回路 281

4　智能仪表 282

5　DCS系统控制技术 282

5.1 DCS系统的网络结构 282

5.2　DCS系统的主要功能 282

5.3　远程控制技术 284

6　PID控制 284

6.1 比例、积分、微分调节规律对控制系统动态及静态品质的影响 285

6.2　PID参数的调整 288

7　空分设备应用软件的组态原则、主要功能及基本操作 289

7.1　组态原则 289

7.2　主要功能 289

8　仪控系统事故状态下的紧急处理 292

11.1　空分设备的高级控制策略——自动变负荷及优化生产控制技术 293

11 国内空分设备的控制发展动态和方向 293

9　膨胀机、氧气透平压缩机等机旁柜采用仪电一体化设计 293

10　ESD紧急停车系统 293

11.2　控制系统的发展动态——现场总线控制系统FCS 294

12　过程分析仪表在空分设备中的应用 295

12.1 空分设备成套分析仪系统简述 295

12.2　过程分析仪表 295

12.3　样品预处理系统 299

第十二章　低温液体贮运 301

1　低温液体容器概述 301

1.1　真空粉末绝热液体贮槽 302

1.2　普通粉末绝热液体贮槽 304

2　汽化器结构介绍 304

3.1　总体结构 305

3　低温液体容器的结构 305

3.2　容积与形状 306

3.3　绝热形式 306

3.4　机械构件 307

3.5　气体回收及附件 307

4　材料 307

5　低温液体容器的设计 308

5.1　设计压力和计算压力 308

5.2　壁厚附加量 308

5.3　许用应力 309

5.4　焊接接头系数 309

5.5　设计计算 310

1.1　冷箱基础的建设 312

1.2　压力容器、管道及阀门的压力和气密性试验 312

第十三章 大型空分设备及部机安装、调试与操作原理 312

1　大型空分设备安装技术要求与要点 312

1.3　压力容器、阀门和管道及其附件的除锈、脱脂 313

1.4　冷箱的安装 314

1.5　精馏塔系统的安装 314

1.6　冷箱内阀门的安装 315

1.7　冷箱内管道的连接 315

1.8　冷箱外管道及容器的安装 316

1.9　冷箱内管道的气压试验及冷箱外管道的压力试验 317

1.10　管路和容器的吹刷 317

1.11　整体冷试 318

1.12　保温材料的充填 318

2　大型空分设备启动前的准备工作 318

3.2.1　启动冷却水系统 319

3.2.2　启动仪表空气系统和分子筛纯化系统切换程序 319

3　大型空分设备的启动 319

3.2　启动准备 319

3.1　启动应具备的条件 319

3.2.3　启动空气透平压缩机 320

3.2.4　启动空气预冷系统 320

3.2.5　启动分子筛纯化系统 320

3.2.6　加温、吹刷精馏塔系统的管路 320

3.3　冷却阶段 322

3.3.1　精馏塔冷却前必备条件 322

3.3.2　启动增压透平膨胀机 322

3.3.3　冷却精馏塔系统 322

3.4.3　液体的积累 324

3.4.2　温度的控制 324

3.3.4　冷却阶段应注意事项 324

3.4.1 阀门的调节 324

3.4　积液和调整阶段 324

3.4.4　精馏过程的建立 325

3.4.5　精馏工况的调整 325

3.4.6　粗氩塔工况的调整 326

3.4.7　精氩塔的操作与调整 326

3.5　安全操作措施 327

3.5.1　液氧的安全排放 327

3.5.2　冷凝蒸发器液氧中碳氢化合物的控制 327

4.1.1　精馏控制 328

4.1　正常操作 328

4　空分设备的管理 328

3.5.6　全面加温时加温气量的控制 328

3.5.5　启动时分子筛吸附器进出口阀的操作 328

3.5.4　循环冷却水防腐剂量的控制 328

3.5.3　冷箱的充气 328

4.1.2　达到规定指标的调节 329

4.1.3　液体的排放 329

4.2　维护 329

4.2.1　操作管理 329

4.2.2　热交换器 329

4.2.3　冷凝蒸发器 329

4.2.4　精馏塔 329

4.3.2　供电中断 330

4.3.1　供气停止 330

4.3　故障及排除方法 330

4.2.6　阀门 330

4.2.5　分子筛吸附器 330

4.2.7　测量和控制装置 330

4.3.3　透平膨胀机发生故障 331

4.3.4　切换装置发生故障 331

4.3.5　仪表空气中断 331

4.4　变工况操作 331

4.4.1　增加或减少气体产品的变负荷操作 331

4.4.2　增加氧气产量的操作 332

4.4.3　增加液体产量的变工况操作 332

4.4.4　手动变负荷操作中应注意的问题 332

5.1　停车和重新启动 333

5.1.1　正常停车 333

5　停车和加温 333

4.4.5　变负荷范围的技术限制 333

5.1.2　临时停车 334

5.1.3　临时停车后的启动 334

5.2　全面加温精馏塔 334

5.2.1　低温阀门的加温 334

5.2.2　透平膨胀机的加温 335

5.2.3　精馏塔系统的加温 335

5.2.4　分子筛纯化系统的吸附和再生 335

5.2.5　加温气的提供 335

6　全精馏无氢制氩系统操作 335

6.1　全精馏无氢制氩系统的启动 336

6.2　全精馏无氢制氩系统正常工况的调整 337

6.2.1　主塔工况的调整 337

6.2.2　粗氩塔工况的调整 337

6.3　全精馏无氢制氩系统的停车 338

6.2.3　精氩塔工况的调整 338

第十四章 空分设备安全技术 339

1　空分设备的爆炸及防范措施 339

1.1 主冷爆炸 339

1.1.1 事例 339

1.1.2　防范措施 340

1.1.3　膜式主冷及铝填料的安全性 340

1.2　冷箱爆炸 341

1.2.1 事例 341

1.2.2　防范措施 341

1.3　氢爆炸 342

2　空分设备部机的安全技术 342

3　氧气管道的燃爆事故及防止措施 343

5　低温液体的安全贮运 345

4　工业气体的安全技术 345

6　钢瓶充装和运输的安全技术 346

7　空分设备发生事故时的应急救援 347

8　氧气厂（站）安全评价事项 348

8.1　厂址的选择 348

8.2　空分设备吸风口的方位 348

8.3　环境空气质量 349

8.4　防火距离和消防设施 349

8.5　氧气流道严禁油脂 349

8.6　氧气放散时放散口严禁烟火 349

8.7　防电 349

8.8 防冻 350

8.9　严格的安全管理 350

主要参考文献 352