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(简答题)

内压缩中压流程小型空分设备中的氧换热器(即氧气化器)的传热特点是什么?

正确答案

内压缩中压流程中氧换热器(即氧气化器)是一种在氧侧具有相变的低温换热器。一侧是空气被冷却;另一侧是液氧受热蒸发,并复热至常温。它的氧气化器往往是为了替代高压氧压机,气化的氧气供充瓶用。其传热特点如下:
1)该换热器的热源是流程内本身的空气,不用外热源,不需要消耗电能和水蒸气能。空气量取决于氧的气化量、流程的压力及热端温差。对小型中压流程(生产医用氧),空气量与氧气量之比为(1.8~1.9):1。空气量之所以大于氧气量,主要原因是在一定的热端温差下,氧的比热容大于空气的比热容。另一个原因是空气的压力低于氧的平均压力,空气的温降小于氧的温升所致。操作压力越高,空气分配量越少。
空气回收氧的冷量后被冷却到一定的温度。如果装置全部生产医用氧,则冷却后的空气被送至高压节流阀前,经节流后进下塔;如果生产部分医用氧,则空气被送至膨胀机前,经膨胀后再进下塔。
2)冷源是经过冷的液氧,其过冷度约为5℃,以防在液氧泵内产生气化。液氧首先在液氧泵中压缩到所需的压力,再送到氧气化器中气化。进氧换热器后氧的复热状况与工作压力及温度有关。在临界压力(5.037MPa)以上,温度低于临界温度(154.34K)时为液体,高于临界温度时为气体;在临界压力和临界温度以下时,有一相变的汽-液两相区,温度高于压力对应的饱和温度为气体,低于饱和温度为过冷液体。
在利用气化氧充瓶时,压力是一个反复多变的过程。传热计算为了简化起见,取2/3的最高压力作为平均压力考虑(约为10MPa)。由于压力高于临界压力,它的换热特点是分为预热段(临界温度以下)和蒸气段(临界温度以上)两个区段,没有两相共存的气化阶段。两个阶段的传热特性有很大差别(气-液换热及气-气换热),需分别考虑、计算。
在生产部分医用氧时,氧气化器为单独的换热器;在生产全部医用氧时,氧气化器与主换热器做成一体。
氧换热器在运行过程中要注意氧的出口温度是否已达到室温。氧的温度过低,说明空气量分配不够。严重时甚至部分液氧还来不及气化,管道外产生结霜。若不及时加大空气量,低温氧充入瓶内,待温升后可能发生爆炸。因此,在氧气出口管道上应装设温度计,并与液氧泵电机联锁或带报警装置。

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