深冷空氣分離裝置工藝特點(diǎn)及設(shè)計(jì)原則分析

鄧偉隆

摘 要：在現(xiàn)代科技帶動(dòng)下，深冷空氣分離裝置工藝技術(shù)水平不斷提升，在工藝生產(chǎn)中的應(yīng)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(diǎn)不同原理，分離空氣中的稀有氣體與氧氣、氮?dú)?，以此得到生產(chǎn)所需氣體。本文主要對(duì)裝置工藝特征與設(shè)計(jì)原則展開分析，希望對(duì)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(guān)鍵詞：空分裝置；工藝特點(diǎn)；設(shè)計(jì)原則

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加大，工業(yè)生產(chǎn)制造對(duì)氣體的要求隨之提高。空氣填充后會(huì)降低產(chǎn)品質(zhì)量；對(duì)此，需要將空氣成分分離，深冷空氣分離裝置應(yīng)運(yùn)而生。但影響裝置運(yùn)行效果的因素較多，包括冷量供應(yīng)增壓程度等因素。要求技術(shù)人員明確掌握設(shè)計(jì)原則與工藝特征，確保裝置規(guī)范操作與安全穩(wěn)定運(yùn)行。

一、深冷分離法與裝置設(shè)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(jī)械性措施膨脹氣體，根據(jù)氣體沸點(diǎn)不同，針對(duì)性展開降溫冷卻，實(shí)現(xiàn)氣體精準(zhǔn)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?dú)獾缺戎卮蟮臍怏w，但仍有局限性與不足，還需加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與性能優(yōu)化升級(jí)。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(shè)置

設(shè)置空氣分離裝置，應(yīng)當(dāng)確保多種液流妥善收集處理。凈化后的空氣應(yīng)進(jìn)入到裝置主換熱增熱容器內(nèi)，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(nèi)以收集氮?dú)猓淠舭l(fā)蒸餾器內(nèi)底部液態(tài)空氣，最終獲得冷凝氮?dú)狻Ｖ昧舨糠忠后w用于分節(jié)設(shè)置。也可以再次置入到主換熱增熱容器內(nèi)，隨后進(jìn)入膨脹器內(nèi)，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(shè)置空分裝置的重要性，以達(dá)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(diǎn)

1.流程特征

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

2.機(jī)組特征

涉及以下幾項(xiàng)內(nèi)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(dòng)隔膜閥等組成。控制系統(tǒng)由控制電路、差壓變送器等組成。裝置空壓機(jī)入口與凈化室出口接通，利用負(fù)壓吸入空氣。過濾筒阻擋灰塵，塵膜雖然能增強(qiáng)過濾效果，但也增加了氣流阻力。二是預(yù)冷系統(tǒng)?？绽渌芟抡{(diào)溫度，優(yōu)化分子篩環(huán)境，同時(shí)清除了空氣中的酸性氣體、機(jī)械雜質(zhì)。散裝填料塔能夠降低阻力與空壓機(jī)出口壓力，確保塔的換熱性能，最終達(dá)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(biāo)準(zhǔn)。

3.純化系統(tǒng)

分子篩吸附器由分子篩、活動(dòng)氧化鋁雙結(jié)構(gòu)組成，保護(hù)分子篩的同時(shí)，能夠降低吸附器再生阻力、再生溫度與再生能耗。每個(gè)系統(tǒng)閥門都沒有開關(guān)信號(hào)與狀態(tài)回饋，出現(xiàn)閥門卡死情況，需暫停自動(dòng)控制程度，確保閥門狀態(tài)不變，或是恢復(fù)控制程序，使系統(tǒng)在正常共工作程序下進(jìn)行。系統(tǒng)以長(zhǎng)周期設(shè)計(jì)方式為主，吸附時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)閥門、分子篩起到了保護(hù)作用，同時(shí)減少了切換次數(shù)與壓力波動(dòng)，工況得以安全穩(wěn)定進(jìn)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(guān)閥門?；诜殖炭刂圃瓌t的進(jìn)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(dòng)判斷壓力、壓差，有效配合閥位反饋信號(hào)，進(jìn)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(jié)構(gòu)為主，具有結(jié)構(gòu)緊湊與成本低等特征；對(duì)此，被空分裝置廣泛應(yīng)用。進(jìn)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(nèi)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(zhuǎn)化成氣氧，以吸熱蒸發(fā)流程為主；氣氮轉(zhuǎn)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(dá)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(diào)節(jié)閥等測(cè)控組件，確保裝置正常運(yùn)行的同時(shí)，能夠在故障停車時(shí)確保設(shè)備安全。

三、深冷空氣分離裝置設(shè)計(jì)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(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃，確保裝置協(xié)調(diào)統(tǒng)一布置，提高各個(gè)系統(tǒng)的匹配度。設(shè)計(jì)空分裝置前，應(yīng)當(dāng)充分了解裝置應(yīng)用環(huán)境、生產(chǎn)技術(shù)要求等內(nèi)容，綜合考慮安裝位置等情況，合理展開空分裝置設(shè)計(jì)。安裝空分裝置時(shí)，需要合理布置重荷載設(shè)備、有振動(dòng)設(shè)備。同時(shí)圍繞經(jīng)濟(jì)合理等原則安裝管道，以降低管理成本，實(shí)現(xiàn)資源高效利用。

2.冷箱內(nèi)配管

在配管前應(yīng)做好配管坡口縫隙焊接工作，焊接后清理管件內(nèi)外部，為確保裝置穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)對(duì)配管展開脫脂操作，并按照順序向冷箱內(nèi)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(yīng)力增大與形變等情況。通常情況下，冷熱管道外壁間距應(yīng)>0.2m，配管上接頭需先開口，防止配管內(nèi)落入雜質(zhì)。嚴(yán)格按照技術(shù)文件規(guī)定，控制氣體吹除管坡度等技術(shù)參數(shù)，當(dāng)無規(guī)定時(shí)，應(yīng)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(nèi)水分凍結(jié)等情況。

3.閥門配置

合理設(shè)計(jì)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(yīng)，從而降低閥門的質(zhì)量，影響氣體分離成效。嚴(yán)格控制冷箱內(nèi)閥門位置，要求閥門手輪中心距離地面>1.2m。合理安裝伸長(zhǎng)桿，閥門蓋與緊固元件應(yīng)以不銹鋼材質(zhì)為主，避免出現(xiàn)腐蝕生銹等情況。

總結(jié)

空分裝置應(yīng)用相對(duì)普及，但為了迎合安全降耗與高效等生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的號(hào)召，還需加強(qiáng)空分裝置技術(shù)特征與設(shè)計(jì)原則的分析，了解空分技術(shù)現(xiàn)狀，為裝置設(shè)計(jì)方案優(yōu)化提供價(jià)值參照。與此同時(shí)，本著引進(jìn)來合走出其的原則，引用國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家空分技術(shù)與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件與裝置運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行整合升級(jí)，帶動(dòng)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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