小型空分設備液氮節流閥的作用原理|資料

液氮節流閥(節-4閥)在不同場合下的使用：空分塔啟動初期應全開(約轉12～15轉)。當冷凝蒸發器液氧液面接近或達到430mm時，與節-2閥同時緩慢地關小。關閥的速度在初期以液氧液面和中壓壓力的情況而定；當節-4閥關至2轉左右，在液空液面正常的情況下，應分析液空、液氮的純度，視純度的情況而定。最后將節-4閥的開度控制在液空、液氮純度 的位置上。在正常生產的工況下，液氮節流閥不需要經常變動。當碰到液氮純度自動升高，液空純度自動下降，液空液面自動上漲時，可能是閥頭被干冰所堵，應急劇轉動閥門刮霜后復位。當間斷制氧或臨時停車時，應用節-4閥保持中壓，以縮短重新啟動時間。再次復車啟動時，視液空、液氧液面的高低來決定。當設備準備停車加溫時，停車前應開大節-4閥，將液體送往上塔。空分塔全面加溫時，節-4閥應全開。
節-4閥的作用是將下塔液氮槽內的液氮經液氮過冷器送往上塔頂部的節流閥。正常生產期間，在開度合適的前提下起到控制液空、液氮純度的作用，同時還會影響液空的液面和上塔液氣比的改變，從而影響上塔的氮氣純度和氧氣產量。在節-4閥關小后，液氮純度提高，液空純度下降，節-2閥開度不變時液空液面會升高。開大節-4閥則相反。
為什么節-4閥能控制液氮和液空純度呢?因為進入下塔的空氣是呈飽和的氣、液混合狀態，大多數是蒸氣。蒸氣沿下塔塔板的小孔上升，蒸氣中的氧分子受到塔板上液體的冷凝，成為液氧進入液相；塔板上液體中的氮分子受到氧分子冷凝時放出的冷凝熱而進入氣相。每經一塊塔板的傳熱、傳質，使液體中氧分子含量增加，而上升蒸氣中氮分子含量增加。蒸氣經下塔的反復的冷凝蒸發，這樣到下塔頂部，蒸氣中的氮分子含量達到設計要求，然后在冷凝蒸發器內，被液氧冷凝成液氮，絕大部分液體積聚在液氮槽內。如果節-4閥開度過大，送入上塔的液體就多，回流入下塔的液氮量就減少。下塔塔板上回流液過少，就意味著下塔冷量不可能把蒸氣中的氧分子充分地冷凝下來，上升到下塔頂部的蒸氣中含氧量增加，使液氮純度下降。又由于下塔的回流液過少，下塔塔板上的氮分子充分的蒸發，下流液體中氧分子含量增加，因此液空純度提高。另外，下塔送入上塔頂部的液氮中氧分子較多，液氮本身含氧量較高，使上塔氮氣中氧含量增加。因此，液氮純度過低會引起出塔氮氣降低，氧氣產量減少。
關小節-4閥，去上塔的液氮量減少了，液氮槽內溢出、回流入下塔的液氮量增多，整個下塔的冷量增加，上升蒸氣中的氧分子得到充分的冷凝，下塔頂部蒸氣中氧分子含量減少，液氮純度提高。但由于回流液的增多，塔板上液體中的氮分子得不到充分的蒸發，下塔底部的液空純度下降，液空量增加。如果把節-4閥關得過小，液氮純度過高，必然會帶來液空純度過低，液空量過多，進入上塔的液氮量過少。而從上塔精餾工況要求來說，提餾段回流比小一些好，以利氧氣純度的提高；精餾段回流比大一些好，有利于氮純度的提高，若精餾段回流比過小，液氮的純度雖很高，但由于量過少，氣氮純度反會下降，氧氣量減少。
從上述分析來看，節-4閥的開度過大、過小都不利。因此節-4閥的調整要緩慢，有時僅僅只有1°～2°。據經驗，高純度設備(指氣氮純度在99.5%以上)，用節-4閥控制液氮純度可與氣氮純度相一致；單高氧氣設備(氣氮純度在94%～96%)，用節-4閥控制，液氮純度(含氮)可比氣氮純度低1%～2%。