深冷空氣分離裝置設(shè)計(jì)原則探討

　　[摘 要]隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展及科學(xué)技術(shù)水準(zhǔn)的不斷提高，各種新型空氣分離設(shè)備不斷出現(xiàn)，作為空氣分離技術(shù)中最早出現(xiàn)的技術(shù)，深冷技術(shù)在其發(fā)展中得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要對(duì)深冷空氣分離裝置設(shè)計(jì)深冷空氣分離裝置設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。
　　[關(guān)鍵詞]深冷空氣分離；裝置；設(shè)計(jì)原則
　　中圖分類號(hào)：S535 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）24-0347-01
　　1 深冷空氣分離法概述
　　空氣是多種氣體的混合物，主要由氧、氮和氬、氖、氦、氪、氙等稀有氣體組成，還包括二氧化碳和水蒸氣等可變組成部分。對(duì)空氣進(jìn)行分離的目的是從空氣中分離出氧氣、氮?dú)饣蛱崛『�氣、氬氣等稀有氣體，這些氣體用途很廣，所以空氣分離裝置在冶金、化工、石油、機(jī)械、采礦、食品、醫(yī)藥、軍事等工業(yè)部門(mén)有著廣泛的應(yīng)用。空氣分離法一般有深度冷凍、吸附、膜分離等方法，其中深度冷凍法簡(jiǎn)稱深冷法。深冷分離法又稱低溫精餾法，是以空氣為原料，經(jīng)過(guò)壓縮、凈化、用熱交換使空氣液化成液氧、液氮和液態(tài)稀有氣體的混合物，并利用液態(tài)氣體沸點(diǎn)不同的特性，通過(guò)精餾，使各種氣體分離來(lái)獲得氮?dú)�、氧氣和稀有氣體。深冷法一般分為兩步：先制冷，再精餾。①制冷。制冷的目的是通過(guò)不同的深度冷凍循環(huán)裝置使空氣液化，一般是利用膨脹機(jī)進(jìn)行制冷，為系統(tǒng)提供所需冷量。②精餾。精餾是一種利用回流使液體混合物得到高純度分離的蒸餾方法，空分的精餾塔一般采用雙級(jí)精餾塔，它是由上塔、下塔和塔間的冷凝蒸發(fā)器組成，采用雙級(jí)精餾塔的優(yōu)點(diǎn)是使產(chǎn)品有較高的提取率，并能同時(shí)取得高純氧和高純氮。
　　2 空分裝置工藝的基本流程
　　2.1 空氣的過(guò)濾和壓縮
　　空氣首先會(huì)進(jìn)入到自潔式空氣吸入過(guò)濾器，而空氣過(guò)濾器會(huì)將吸入到的灰塵以及其它顆粒雜質(zhì)過(guò)濾掉，而后進(jìn)入到空壓機(jī)，在多級(jí)壓縮后會(huì)進(jìn)入到空冷塔中，冷卻器中的冷卻水會(huì)帶走壓縮機(jī)級(jí)間產(chǎn)生的熱量。
　　2.2 空氣的預(yù)冷和純化
　　空氣在進(jìn)入到分子篩吸附器前會(huì)事先在空冷塔中進(jìn)行冷卻，進(jìn)入空冷塔的水有兩部分，中部是循環(huán)水，頂部是經(jīng)過(guò)氮水冷卻塔冷卻后的冷凍水，從而能夠有效降低空氣的溫度，以及減少空氣中水分的含量，最終能夠減輕分子篩吸附器的工作負(fù)荷，并對(duì)空氣起到一定的洗滌作用。而從空氣預(yù)冷系統(tǒng)冷卻后的空氣會(huì)進(jìn)入到分子篩吸附器中，它能夠?qū)⒖諝庵械乃�分、二氧化碳、碳�(xì)浠�合物等去除，得到純化后的空氣，此系統(tǒng)就是所謂的空氣純化系統(tǒng)。
　　2.3 空氣的精餾
　　一般將出吸附器的空氣分成兩個(gè)部分，即：①直接進(jìn)入到污氮換熱器，經(jīng)冷卻后進(jìn)入下塔；②通過(guò)空氣增壓機(jī)進(jìn)一步進(jìn)行壓縮，而后將膨脹機(jī)增壓端進(jìn)行增壓壓縮后的一股氣流，經(jīng)由后冷卻器進(jìn)行冷卻，而后進(jìn)入到主換熱器進(jìn)行冷卻，再經(jīng)由氣體膨脹機(jī)進(jìn)行膨脹，最終進(jìn)入下塔；增壓機(jī)的末級(jí)空氣送入冷箱，再經(jīng)主換熱器進(jìn)行冷卻后，經(jīng)由液體膨脹機(jī)進(jìn)入下塔。下塔中的上升氣體在與回流的液體發(fā)生接觸后，其含氮量會(huì)有所增加，下塔頂部的冷凝蒸發(fā)器會(huì)將純氮?dú)饫淠�，液氧�?huì)在此環(huán)節(jié)中有所蒸發(fā)。
　　純液氮、純氮?dú)�、污液氮、貧液空以及富氧液空�?huì)從下塔從上到下產(chǎn)生，其中純液氮主要為下塔提供回流液，另外一部分經(jīng)過(guò)過(guò)冷器則作為產(chǎn)品送出；而純氮?dú)鈩t經(jīng)主換熱器重新復(fù)熱后作為產(chǎn)品氮?dú)�；污液氮�?jīng)由過(guò)冷器冷卻后流向上塔頂部，并作為上塔回流液；富氧液空經(jīng)由冷卻器冷卻后去往上塔上部，并作為上塔的回流液。當(dāng)上塔頂部有污氮?dú)猱a(chǎn)生后，底部會(huì)有液氧產(chǎn)生，此時(shí)上塔中不同產(chǎn)品的去向也發(fā)生了變化，具體如下所述：從上塔頂部抽出污氮?dú)夂�，�?jīng)由冷卻器以及主換熱器污氮換熱器復(fù)熱出冷箱，一部分被當(dāng)做純化系統(tǒng)的再生氣體，另外一部分則去氮水冷卻塔；從上塔底部將液氧抽出，經(jīng)由液氧泵進(jìn)行壓縮，直至壓力與所要求的壓力相同，而后被送到主換熱器中通過(guò)與正流空氣中進(jìn)行熱交換，從而得到壓力較高的氧氣，另有部分液氧會(huì)被作為產(chǎn)品送出冷箱外。
　　3 設(shè)計(jì)原則
　　3.1 裝置布置的原則
　　為了有效滿足裝置的總體規(guī)劃要求，確保裝置以及布置能夠協(xié)調(diào)統(tǒng)一，對(duì)裝置未來(lái)的生產(chǎn)以及技術(shù)改造的相關(guān)要求進(jìn)行考慮，確定設(shè)備、設(shè)施以及建筑物的相對(duì)位置時(shí)，要按照風(fēng)向等條件進(jìn)行確定，決定零點(diǎn)標(biāo)高和絕對(duì)標(biāo)高之間的關(guān)系。而在確定是否需要進(jìn)行室內(nèi)布置時(shí)，則需要按照氣溫、降水量、風(fēng)沙等氣候條件以及生產(chǎn)過(guò)程或某些設(shè)備的特殊需求進(jìn)行確定。按照地質(zhì)條件，對(duì)重荷載和有振動(dòng)的設(shè)備進(jìn)行合理布置，要確保安裝的管道足夠的合理經(jīng)濟(jì)，較好的節(jié)省用地，降低能耗，便于施工、操作以及維修，對(duì)環(huán)境形成保護(hù)。
　　3.2 冷箱內(nèi)配管的原則
　�。�1）配管前，應(yīng)加工焊縫坡口，管件應(yīng)清洗潔凈，并應(yīng)嚴(yán)格脫脂。
　�。�2）配管的順序應(yīng)為先大管、后小管，先主管、后輔管，先下部管，后上部管。為了防止產(chǎn)生外加應(yīng)力，不得強(qiáng)行配管；直徑大于45mm的管道進(jìn)行配接或預(yù)裝時(shí)，應(yīng)留一段作為最終接管，待其他管道連接焊好后方可單獨(dú)接管。
　�。�3）管路上的溫度計(jì)、壓力表和分析管等接頭應(yīng)先開(kāi)口，不得在配管后再開(kāi)口；施工中，各容器和管道的開(kāi)口應(yīng)封閉，防止雜物掉進(jìn)設(shè)備和管道內(nèi)。
　�。�4）各管路不應(yīng)相碰，其管間的最小距離應(yīng)符合下列要求：①冷熱管道的外壁間距不應(yīng)小于200mm；②熱管道外壁距液體容器表面的間距不應(yīng)小于300mm；③冷管道外壁距保冷箱面板的間距不應(yīng)小于400mm；④冷管道外壁距分餾塔基礎(chǔ)表面的間距不應(yīng)小于300mm。
　　（5）氣體吹除管的坡度應(yīng)符合設(shè)備技術(shù)檔的規(guī)定；當(dāng)無(wú)規(guī)定時(shí)，應(yīng)設(shè)1/10的坡度向吹除閥方向下降傾斜，并應(yīng)無(wú)下凹死區(qū)，防止水分在管內(nèi)凍結(jié)。
　　3.3 閥門(mén)配置的原則
　　閥門(mén)安裝前需進(jìn)行脫脂清洗，務(wù)必按介質(zhì)流向安裝閥門(mén)，冷箱內(nèi)的閥門(mén)安裝位置能使閥門(mén)手輪中心與地面或平臺(tái)面的距離為1200mm左右，必要時(shí)閥門(mén)應(yīng)裝有伸長(zhǎng)桿，閥門(mén)填料壓蓋和緊固件應(yīng)采用不銹鋼材質(zhì)。
　　4 深冷分離技術(shù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行
　�。�1）加強(qiáng)對(duì)深冷分離裝置設(shè)備的管理，對(duì)于生產(chǎn)的設(shè)備，必不可少的日常巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)危害安全以及穩(wěn)定運(yùn)行的因素，在事故發(fā)生之前有效的消滅危險(xiǎn)源，或是采取有效措施避免，針對(duì)不同的危險(xiǎn)因素，采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。建立健全相關(guān)的規(guī)章制度，對(duì)于分離設(shè)備一定要定期清理定期維護(hù)，保證設(shè)備及相關(guān)管道等健康運(yùn)行。長(zhǎng)期帶病運(yùn)行是導(dǎo)致事故發(fā)生的直接原因，應(yīng)當(dāng)早發(fā)現(xiàn)早治療，將危險(xiǎn)扼殺在搖籃里。
　�。�2）利用先進(jìn)的安全保障設(shè)備及技術(shù)，防止危險(xiǎn)事故發(fā)生。近些年來(lái)，空冷相關(guān)的保障技術(shù)也在不斷的更新升級(jí)。新工藝和新裝置的運(yùn)用，大大提升了空冷分離制氧技術(shù)的安全性。例如：用分子篩吸附器來(lái)取代切換板式或儲(chǔ)冷器，有利于清理空氣組分中含有的二氧化碳，水分，以及其他碳氧化合物。
　　5 結(jié)語(yǔ)
　　隨著科學(xué)技術(shù)水準(zhǔn)的不斷提升，我國(guó)空氣分離設(shè)備及技術(shù)越來(lái)越向大型化、專業(yè)化、規(guī)�；�的發(fā)展趨勢(shì)邁進(jìn)。在確保企業(yè)利益最大化的基礎(chǔ)上，合理的對(duì)深冷空氣裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，將深冷技術(shù)的能耗量進(jìn)行有效降低，是空氣分離工作的主要任務(wù)。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 沈躍.深冷空氣分離法加膜分離法的制氧系統(tǒng)[J].低溫與特氣，1997（02）：30-31.
　　[2] 任慧來(lái)，于慶波，彭家燕，吳天威，姚鑫，王坤.三種空氣分離制氧工藝應(yīng)用進(jìn)展[A].中國(guó)金屬學(xué)會(huì)能源與熱工分會(huì).第八屆全國(guó)能源與熱工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].中國(guó)金屬學(xué)會(huì)能源與熱工分會(huì)：，2015：5.
　　[3] 陳宗蓬，王晨，謝東紅，王斌.空氣分離技術(shù)回顧與展望[J].醫(yī)用氣體工程，2016，1（01）：14-18.

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