淺談制氧裝置生產(chǎn)工藝研究

楊亮亮

日照盈達(dá)氣體有限公司 山東日照 276800

隨著化工行業(yè)迅猛發(fā)展，市場競爭激烈。引入一套可擴(kuò)展、高效率的制氧裝置是當(dāng)今化工行業(yè)發(fā)展中的重要問題。但制氧裝置相對而言投資大、門檻高、見效慢，管理人員應(yīng)該明確中制氧裝置的痛點(diǎn)問題，綜合利用PLC 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)耦合、數(shù)據(jù)分析，擴(kuò)大制氧裝置系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，降低人為失誤，提高出氧率，滿足市場化的多樣要求。

1 制氧裝置的分類

目前常見的制氧工藝包括電解法，膜法富氧技術(shù)，深冷法和變壓吸附法，電解法相對能源消耗大，一般工業(yè)生產(chǎn)中不會選用，而膜法富氧技術(shù)作為一種新興的制氧技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過程中還存在著較多問題，需喲啊進(jìn)一步的發(fā)展和研究。深冷法分子篩工藝流程作為常見的工藝制氧技術(shù)流程，其設(shè)備較多，但工藝較為成熟，出氧量高，但對設(shè)備生產(chǎn)的要求較高，適合企業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。

2 淺談制氧裝置生產(chǎn)工藝研究

2.1 原料來源

制氧裝置的主要原料來源是空氣，空氣中包含21%的氧氣，但由于空氣是一種均勻的多組分服務(wù)混合物質(zhì)，除了包含氧氣，還包含大量的氮?dú)?，二氧化碳和一些稀有氣體，在常溫下分離困難。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氧、氮、氬的沸點(diǎn)分別是-183℃、-196℃、-186℃，氧和氮的沸點(diǎn)相差約13℃，氬和氮的沸點(diǎn)相差約10℃，借助沸點(diǎn)差可以進(jìn)行低溫液化。一般情況下就是利用蒸餾法首先把空氣冷凝成液體，按照各組分的蒸發(fā)溫度不同進(jìn)行分離。

2.2 原料空氣壓縮

加壓降溫將空氣壓縮到工藝標(biāo)準(zhǔn)，然后直接輸送到下一工序。目前壓縮機(jī)基本設(shè)有自潔式的空氣過濾器，可以有效過濾掉空氣中的雜質(zhì)，保證氧氣純度。一般空壓機(jī)由單缸3 段4 級組成，輸送力108000Nm3/h，出口壓力平均值為0.615MPa。管理人員要實(shí)時監(jiān)測各個零組件之間的組合抓牢情況，通過對細(xì)節(jié)的檢驗(yàn)，綜合反映制氧裝置的磨損程度與密封性。通過完善的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，降低前期的工作量，實(shí)現(xiàn)整體層面上的參數(shù)化設(shè)計，提高內(nèi)部質(zhì)量，并通過網(wǎng)格化的建模方式，快速定位、以濃度，壓力，溫度等重要參數(shù)入手，完成多角度的制氧裝置精細(xì)化管理[1]。將連續(xù)的制氧裝置分割成單一的微小單元組織，建立單元與單元之間通過固定的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，利用特定的網(wǎng)絡(luò)形狀進(jìn)行等效的計算，減少工作步驟，擬合建立制氧裝置等效方程，并采用系統(tǒng)系統(tǒng)方程求解，優(yōu)化制氧流程。

2.3 空氣預(yù)冷和純化系統(tǒng)

空氣預(yù)冷和純化系統(tǒng)主要包括水冷塔，空氣冷卻塔，冷卻水泵和冷卻機(jī)組等。空氣自空壓機(jī)輸送出來后，直接進(jìn)入到空氣冷卻塔中進(jìn)行冷卻，空氣冷卻塔的水分為兩段，下段使用循環(huán)水，上段直接用氦氣冷卻，整體系統(tǒng)采用噴淋式的空冷法，降低空氣中二氧化碳對于分子篩的影響，有效延長分子篩的使用壽命，當(dāng)空氣經(jīng)過空氣塔冷卻后，溫度直接降到15℃之下。空氣中的二氧化碳和部分碳?xì)浠衔锉晃?。空氣是多個組分的混合氣體，隨著空氣進(jìn)入空壓機(jī)內(nèi)部的水分和二氧化碳析出，可能會凍結(jié)和堵塞氣體通道，因此必須利用分子純化器篩除水分和二氧化碳。分子篩作為空分裝置的關(guān)鍵，分子篩吸附器內(nèi)裝有16 噸的活性氧化鋁和22 噸的13X分子篩。一般分子篩吸收器分為兩支，一只工作，另一只備用。分子篩工作時長為四小時，切換周期為八個小時。管理人員要定時進(jìn)行自動切換，以保證設(shè)備正常運(yùn)行[2]。

2.4 制冷換熱

空氣凈化之后主要分為三支，一支空氣被抽出作為儀表空氣，一支空氣直接進(jìn)入到主交換器中，最后一路空氣去增壓機(jī)中增壓之后進(jìn)入主換壓器。作業(yè)過程中其主要利用了透平膨脹機(jī)系統(tǒng)，增壓透平膨脹機(jī)可以利用膨脹機(jī)輸出的膨脹力來增加壓力，提高空氣量，進(jìn)一步提高質(zhì)量效率，同時對能源的消耗率較小，熱力學(xué)更為完整，部分空氣在膨脹機(jī)膨脹端從壓力0.75MPa 膨脹至45kPa，熵增效率可達(dá)到85%，有效降低了能量損失。

主精餾塔主要分為上塔和下塔，主冷凝蒸發(fā)器將上塔與下塔連接起來，主冷凝蒸發(fā)器作為一種板式的換熱器，既是下塔的冷凝器，又是上塔的蒸發(fā)器，上塔壓力低，40kPa 左右，而下塔壓力在0.5MPa。在下塔中夜華的高壓空氣向上流動，淡季含量逐漸增高，氧氣直接從上塔引出，經(jīng)過熱換熱器回收后直接送入到后續(xù)的氧氣壓縮機(jī)中。經(jīng)過主換熱器復(fù)熱后，也可以直接進(jìn)入到用戶管網(wǎng)中。

2.5 氧氣壓縮輸送裝置

氧氣壓縮輸送裝置輸送裝置主要包括了氧氣壓縮機(jī)，氮?dú)鈮嚎s機(jī)，氧氣氣罐匹配裝置，氧氣和氮?dú)鈴闹骼淠涑鰜碇蠓謩e壓縮到3MPa，進(jìn)入到氧氣氣罐。在一般情況下，氧氣壓縮采用氧氣透平壓縮機(jī)，整體鋼型為雙缸，八級壓縮人員要明確氧氣的物理化學(xué)特點(diǎn)，純氧表現(xiàn)為高純度，高壓力，高流速。一旦壓縮機(jī)中一旦出現(xiàn)火星，很容易導(dǎo)致爆燃，因此在使用之前，應(yīng)該二次檢驗(yàn)壓縮機(jī)內(nèi)是否存在雜質(zhì)，氧氣接觸的壁面是否含有油脂等燃點(diǎn)較低的物質(zhì)。

例如，氧氣接觸的金屬面要采取化學(xué)性能穩(wěn)定，不容易氧化的材料制成。體積較大的鑄鐵表面要鍍銅的方法，不與氧氣接觸的部件均采用不銹鋼制造的方法。與氧氣接觸的部件要進(jìn)行脫脂清洗，采取間歇式作業(yè)方法，在段和段之間設(shè)置中間冷卻器，一旦溫度超過185°，PLC 控制系統(tǒng)會直接叫停，有效避免事故擴(kuò)大化[3]。此外，可以綜合設(shè)置防火墻，保證輸氧管道與外界隔離，現(xiàn)場操作柜外直接射入在防火墻外，在氧氣制氧設(shè)備工作過程中，工作人員均處在安全區(qū)內(nèi)，避免意外發(fā)生爆炸，最大程度上保證保證一線人員的生命健康。

3 結(jié)語

當(dāng)下工業(yè)體系快速發(fā)展，氧氣作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要資源。但由于化工行業(yè)高耗能，高污染的特點(diǎn)，制氧機(jī)組耗能高，其工藝設(shè)計較為復(fù)雜。管理人員要明確制氧裝置的功率和設(shè)備的節(jié)能特點(diǎn)，明確細(xì)節(jié)控制要點(diǎn)，降低能耗，保證我國資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。