[摘 要]隨著國民經(jīng)濟的迅速發(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。本文主要對深冷空氣分離裝置設(shè)計深冷空氣分離裝置設(shè)計原則進(jìn)行了簡要的分析。
　　[關(guān)鍵詞]深冷空氣分離；裝置；設(shè)計原則
　　中圖分類號：S535 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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。對空氣進(jìn)行分離的目的是從空氣中分離出氧氣、氮氣或提取氦氣、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、機械、采礦、食品、醫(yī)藥、軍事等工業(yè)部門有著廣泛的應(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)氣體沸點不同的特性，通過精餾，使各種氣體分離來獲得氮氣、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，采用雙級精餾塔的優(yōu)點是使產(chǎn)品有較高的提取率，并能同時取得高純氧和高純氮。
　　2 空分裝置工藝的基本流程
　　2.1 空氣的過濾和壓縮
　　空氣首先會進(jìn)入到自潔式空氣吸入過濾器，而空氣過濾器會將吸入到的灰塵以及其它顆粒雜質(zhì)過濾掉，而后進(jìn)入到空壓機，在多級壓縮后會進(jìn)入到空冷塔中，冷卻器中的冷卻水會帶走壓縮機級間產(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通過空氣增壓機進(jìn)一步進(jìn)行壓縮，而后將膨脹機增壓端進(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)由氣體膨脹機進(jìn)行膨脹，最終進(jìn)入下塔；增壓機的末級空氣送入冷箱，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，其含氮量會有所增加，下塔頂部的冷凝蒸發(fā)器會將純氮氣冷凝，液氧會在此環(huán)節(jié)中有所蒸發(fā)。
　　純液氮、純氮氣、污液氮、貧液空以及富氧液空會從下塔從上到下產(chǎn)生，其中純液氮主要為下塔提供回流液，另外一部分經(jīng)過過冷器則作為產(chǎn)品送出；而純氮氣則經(jīng)主換熱器重新復(fù)熱后作為產(chǎn)品氮氣；污液氮經(jīng)由過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)上塔頂部有污氮氣產(chǎn)生后，底部會有液氧產(chǎn)生，此時上塔中不同產(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氣后，經(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，另有部分液氧會被作為產(chǎn)品送出冷箱外。
　　3 設(shè)計原則
　　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，對裝置未來的生產(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位置時，要按照風(fēng)向等條件進(jìn)行確定，決定零點標(biāo)高和絕對標(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，則需要按照氣溫、降水量、風(fēng)沙等氣候條件以及生產(chǎn)過程或某些設(shè)備的特殊需求進(jìn)行確定。按照地質(zhì)條件，對重荷載和有振動的設(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，較好的節(jié)省用地，降低能耗，便于施工、操作以及維修，對環(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，不得強行配管；直徑大于45mm的管道進(jìn)行配接或預(yù)裝時，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接管。
　�。�3）管路上的溫度計、壓力表和分析管等接頭應(yīng)先開口，不得在配管后再開口；施工中，各容器和管道的開口應(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)無規(guī)定時，應(yīng)設(shè)1/10的坡度向吹除閥方向下降傾斜，并應(yīng)無下凹死區(qū)，防止水分在管內(nèi)凍結(jié)。
　　3.3 閥門配置的原則
　　閥門安裝前需進(jìn)行脫脂清洗，務(wù)必按介質(zhì)流向安裝閥門，冷箱內(nèi)的閥門安裝位置能使閥門手輪中心與地面或平臺面的距離為1200mm左右，必要時閥門應(yīng)裝有伸長桿，閥門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)定運行
　�。�1）加強對深冷分離裝置設(shè)備的管理，對于生產(chǎn)的設(shè)備，必不可少的日常巡檢，及時發(fā)現(xiàn)危害安全以及穩(wěn)定運行的因素，在事故發(fā)生之前有效的消滅危險源，或是采取有效措施避免，針對不同的危險因素，采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。建立健全相關(guān)的規(guī)章制度，對于分離設(shè)備一定要定期清理定期維護(hù)，保證設(shè)備及相關(guān)管道等健康運行。長期帶病運行是導(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)，防止危險事故發(fā)生。近些年來，空冷相關(guān)的保障技術(shù)也在不斷的更新升級。新工藝和新裝置的運用，大大提升了空冷分離制氧技術(shù)的安全性。例如：用分子篩吸附器來取代切換板式或儲冷器，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
　　隨著科學(xué)技術(shù)水準(zhǔn)的不斷提升，我國空氣分離設(shè)備及技術(shù)越來越向大型化、專業(yè)化、規(guī)模化的發(fā)展趨勢邁進(jìn)。在確保企業(yè)利益最大化的基礎(chǔ)上，合理的對深冷空氣裝置進(jìn)行設(shè)計，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)
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