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