深冷空氣分離裝置工藝特點及設計原則分析

鄧偉隆

摘 要：在現(xiàn)代科技帶動下，深冷空氣分離裝置工藝技術水平不斷提升，在工藝生產(chǎn)中的應用越發(fā)自如與成熟。深冷空氣分離裝置的主要作用是通過沸點不同原理，分離空氣中的稀有氣體與氧氣、氮氣，以此得到生產(chǎn)所需氣體。本文主要對裝置工藝特征與設計原則展開分析，希望對裝置空氣分離效率提升以及裝置性能優(yōu)化起到參照作用。

關鍵詞：空分裝置；工藝特點；設計原則

市場競爭加大，工業(yè)生產(chǎn)制造對氣體的要求隨之提高?？諝馓畛浜髸档彤a(chǎn)品質量；對此，需要將空氣成分分離，深冷空氣分離裝置應運而生。但影響裝置運行效果的因素較多，包括冷量供應增壓程度等因素。要求技術人員明確掌握設計原則與工藝特征，確保裝置規(guī)范操作與安全穩(wěn)定運行。

一、深冷分離法與裝置設置

1.深冷分離法概述

主要指利用不同溫度分離氣體。多采取機械性措施膨脹氣體，根據(jù)氣體沸點不同，針對性展開降溫冷卻，實現(xiàn)氣體精準分離。深冷分離法常用于氧氣分離，氣體精度高且成本大。除此之外，適合制備氮氣等比重大的氣體，但仍有局限性與不足，還需加強經(jīng)驗總結與性能優(yōu)化升級。深冷分離法基本原理主要是利用指定程序，包括濃縮與凈化、壓縮、干燥熱交換等方法，液化空氣成液態(tài)氣體。

2.裝置設置

設置空氣分離裝置，應當確保多種液流妥善收集處理。凈化后的空氣應進入到裝置主換熱增熱容器內，未獲得通過的液態(tài)氣體，通過冷卻裝置降溫后，送入凈化蒸餾容器內以收集氮氣，冷凝蒸發(fā)蒸餾器內底部液態(tài)空氣，最終獲得冷凝氮氣。置留部分液體用于分節(jié)設置。也可以再次置入到主換熱增熱容器內，隨后進入膨脹器內，降溫后獲得分離再次利用的氣體，其余部分排入大氣。可見設置空分裝置的重要性，以達到空氣壓縮凈化，以及空氣最終分離的目的。

二、空分裝置特點

1.流程特征

空分裝置以也養(yǎng)內壓縮與膨脹等流程為主，安全可靠性強，且投資成本低，操作簡單，具有較大的發(fā)展與完善空間[1-2]。

2.機組特征

涉及以下幾項內容；一是空氣過濾器。脈沖反吹自潔式過濾器包括控制系統(tǒng)、凈氣室與空氣濾筒燈主要部件。其中反吹系統(tǒng)由電磁閥、壓縮空氣管路、啟動隔膜閥等組成?？刂葡到y(tǒng)由控制電路、差壓變送器等組成。裝置空壓機入口與凈化室出口接通，利用負壓吸入空氣。過濾筒阻擋灰塵，塵膜雖然能增強過濾效果，但也增加了氣流阻力。二是預冷系統(tǒng)。空冷塔能下調溫度，優(yōu)化分子篩環(huán)境，同時清除了空氣中的酸性氣體、機械雜質。散裝填料塔能夠降低阻力與空壓機出口壓力，確保塔的換熱性能，最終達到降耗目的。分布器能促使空氣、水充分接觸，具有降低冷凍水量作用。淡水冷卻塔可回收污氮冷量，符合高效與節(jié)能等生產(chǎn)標準。

3.純化系統(tǒng)

分子篩吸附器由分子篩、活動氧化鋁雙結構組成，保護分子篩的同時，能夠降低吸附器再生阻力、再生溫度與再生能耗。每個系統(tǒng)閥門都沒有開關信號與狀態(tài)回饋，出現(xiàn)閥門卡死情況，需暫停自動控制程度，確保閥門狀態(tài)不變，或是恢復控制程序，使系統(tǒng)在正常共工作程序下進行。系統(tǒng)以長周期設計方式為主，吸附時間長，對閥門、分子篩起到了保護作用，同時減少了切換次數(shù)與壓力波動，工況得以安全穩(wěn)定進行。基于無沖擊切換方式的分子篩切換系統(tǒng)，利用切換閥能夠勻速緩慢的開關閥門?；诜殖炭刂圃瓌t的進口均壓閥門，可確保充氣過程與工況穩(wěn)定?；贒CS控制方式的切換系統(tǒng)，能夠自動判斷壓力、壓差，有效配合閥位反饋信號，進一步提升了切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.精餾塔系統(tǒng)

精餾塔系統(tǒng)包括上下塔、冷凝蒸發(fā)器。上塔具有降耗、降壓與提高效率等作用，主要以規(guī)整填料為主。下塔可降低投資成本，主要以高效篩板塔為主。冷凝蒸發(fā)器以全鋁結構為主，具有結構緊湊與成本低等特征；對此，被空分裝置廣泛應用。進料板上下層分別為精餾段、提餾段，前者具有持續(xù)冷凝分離上升汽相重組份的作用；后者具有汽化分離下流液相內輕組份的作用。上下塔以冷凝蒸發(fā)器為聯(lián)系紐帶，具有下塔頂部氣氮、上塔底部液氧熱交換的作用。液氧轉化成氣氧，以吸熱蒸發(fā)流程為主；氣氮轉化成液氧，以放熱冷凝流程為主。下塔氣氮精餾處理后，能夠達到空氣分離效果[3]。

5.控制系統(tǒng)

基于DCS系統(tǒng)的空分裝置，包括在線分析儀、調節(jié)閥等測控組件，確保裝置正常運行的同時，能夠在故障停車時確保設備安全。

三、深冷空氣分離裝置設計原則

1.裝置布置

空分裝置涉及較多凈化分離系統(tǒng)，需要加強統(tǒng)籌規(guī)劃，確保裝置協(xié)調統(tǒng)一布置，提高各個系統(tǒng)的匹配度。設計空分裝置前，應當充分了解裝置應用環(huán)境、生產(chǎn)技術要求等內容，綜合考慮安裝位置等情況，合理展開空分裝置設計。安裝空分裝置時，需要合理布置重荷載設備、有振動設備。同時圍繞經(jīng)濟合理等原則安裝管道，以降低管理成本，實現(xiàn)資源高效利用。

2.冷箱內配管

在配管前應做好配管坡口縫隙焊接工作，焊接后清理管件內外部，為確保裝置穩(wěn)定運行，應對配管展開脫脂操作，并按照順序向冷箱內放置配管。配管直徑主要根據(jù)冷箱空間確定，防止出現(xiàn)配管應力增大與形變等情況。通常情況下，冷熱管道外壁間距應>0.2m，配管上接頭需先開口，防止配管內落入雜質。嚴格按照技術文件規(guī)定，控制氣體吹除管坡度等技術參數(shù)，當無規(guī)定時，應沿吹除閥門方向下降傾斜1/10坡度，確保無下凹死區(qū)，防止出現(xiàn)管內水分凍結等情況。

3.閥門配置

合理設計閥門配置意義重大，安裝前需脫脂清洗閥門，避免閥門出現(xiàn)與分離氣體出現(xiàn)生化反應，從而降低閥門的質量，影響氣體分離成效。嚴格控制冷箱內閥門位置，要求閥門手輪中心距離地面>1.2m。合理安裝伸長桿，閥門蓋與緊固元件應以不銹鋼材質為主，避免出現(xiàn)腐蝕生銹等情況。

總結

空分裝置應用相對普及，但為了迎合安全降耗與高效等生產(chǎn)標準的號召，還需加強空分裝置技術特征與設計原則的分析，了解空分技術現(xiàn)狀，為裝置設計方案優(yōu)化提供價值參照。與此同時，本著引進來合走出其的原則，引用國外發(fā)達國家空分技術與設計經(jīng)驗，結合實際生產(chǎn)條件與裝置運行環(huán)境進行整合升級，帶動我國工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化發(fā)展。

參考文獻

[1]謝含幸，常涵彧.大型合成氣氣體分離裝置工藝路線選擇[J].中國石油和化工標準與質量，2018，38（18）：191-192.

[2]王靜，丁玉峰.深冷分離法加膜分離法的空氣分離裝置分析[J].化工設計通訊，2017（9）.

[3]孫戈礪，張霞，皮軍.深冷技術在空氣分離設備設計中的應用[J].化工設計通訊，2018.

[4]謝燦燦.空分設備保冷箱內的配管設計與優(yōu)化[J].化工設計通訊，2017（12）：98-99.