全低壓流程小空分設備的研究及展望

王鵬 閆立群

摘要：我國空分制氧技術經過幾十年的發展，從最開始的小規模空分設備逐漸發展到近年的大型空分機組。在今年來空分設備進行大規模升級換代之后，其工業流程由中壓流程向全低壓流程轉變。本文將對全低壓流程小空分設備的技術特點、設備操作及產品性能等信息進行全面解析，通過分析全低壓流程設備參數信息和運行狀況了解設備工作特點。并結合我國空分設備應用場景和技術發展展望全低壓流程小空分設備前景。

關鍵詞：低壓流程;空分設備;設備優勢

1、引言

我國在空分制氧領域已有五十多年的積累沉淀，隨著近年來大量新技術的使用，空分制氧設備有了極大的改進。相比于初期只能從事小批量生產的空分機組到現在超大規模的空分機組，空分設備質量有了質的提高。近年來，空分設備在空氣凈化、精餾系統等方面都取得了新的進展，全低壓流程也成為當前空分設備的主流。與此同時，當前空分設備可生產的產品也更加豐富，相比于傳統設備只能進行氧氣生產，當前空分設備可以同時進行氧氣和氮氣的生產，還可以實現高純度氣體全程液化生產包裝，極大地提高了氣體生產效率和包裝效率。在空分設備運行過程中，廣泛采用低壓通用空壓機，先進散熱器，多空蒸發器等新技術，可以有效解決設備工作過程中冷損嚴重的問題，同時還簡化了操作流程，提高設備運行穩定性。目前，空分設備研制廠家更多地將研發重點集中于減少空分設備工作能耗，這也促進了對全低壓流程空分設備的研究。

2、全低壓流程小空分設備工藝及技術特點

2.1全低壓流程小空分工藝特點

全低壓流程空分生產工藝以及在國內有所推廣，越來越多的生產企業開始采用全低壓流程，主要采用反流膨脹工藝。采用該工藝流程的主要優勢有三點。第一，空分設備在運行過程中冷損嚴重一直是其技術難點，通過利用反流膨脹技術，通過利用氣體壓力，可以有效提高氣體提取效率。第二，反流膨脹還可利用氣體壓力為設備制冷量提供保障，顯著提高了設備對于內部壓力的利用效率，進而可以減小設備空氣壓縮的工作量，減少設備能耗。第三，反流膨脹技術能夠增強空分設備在啟動時的進口壓力，在短時間內滿足設備啟動進氣量，有效縮短設備啟動所用時間。一方面可以有效減少企業生產成本，另一方面也能夠保證空分設備更好勝任復雜的空分任務。

2.2全低壓流程小空分設備技術特點

空壓機。在全低壓流程空分設備中采用了空壓機技術，在空壓機內不再使用含油性的潤滑材料，可以顯著提高設備穩定性，也極大地便捷了設備維護，降低了設備使用成本。

中壓動力壓縮機。相比于中壓流程，全低壓流程可選擇的動力壓縮機更加廣泛。在全低壓流程中，利用排氣壓力較小的動力壓縮機也能夠勝任相關工作，而且排壓小的壓縮機構造更加簡單，維護成本更低。并且不論是在設備功耗還是壓縮機成本都更低。

預冷機組。小型空分設備的用戶更多利用其生產的氧氣，氮氣使用較少。因此小型空分設備中氮氣儲備較為充足，這就為在小型空分設備中使用氮水預冷系統提供了條件。通過在空分設備中引用預冷機組，不僅可以顯著降低設備功耗，還可以減少設備損耗。

密封冷箱。在設備分餾塔處采用密封冷箱一方面可以提高設備保冷性能，另一方面也能夠有效提高設備氣體分離效率。密封冷箱采用鋁制材料來避免冷箱發生泄露事故，與此同時還采取大量改進技術措施來提高設備啟動時間。

3、全低壓流程小空分設備優勢

3.1安全可靠性

全低壓流程小空分設備在空氣分離過程中對設備內部壓力要求降低，也就減弱了設備對于抗壓和穩壓方面能力的要求，減少了設備因內部壓力過大而可能引發的泄漏事故，提高空分設備安全可靠性，而設備的安全性是空分設備在設計及使用過程中的重要考量指標。此外，在對全低壓流程小空分設備設計過程中，設計人員充分考慮到設備為期十二個月的運行周期，且在運行周期內可能會因外部干擾而出現幾次設備停機問題。為此在全低壓流程小空分設備中安添加了液氧安全汽化部件，進一步保障設備的安全性能，避免設備在啟動、運動過程中出現安全事故。

3.2快速啟動

得益于全低壓流程小空分設備對啟動條件的降低，以及設備能夠快速升壓的特點，保證全低壓流程小空分設備能夠快速啟動。保證設備快速其中對于企業制氧生產工作至關重要。空分設備在啟動過程中會造成較大的能耗，對于空分設備也是一種損耗。企業在日常生產過程中，難免會因為設備維護、園區停電等原因導致設備停止運行。若設備在啟動過程中耗費過多時間，將對企業生產效率帶來極大的影響。

3.3儀控設備自動化

空分設備中控制儀器的穩定運行對于空分設備的運行非常重要，在全低壓流程小空分設備中實現儀控設備自動化操作，保障了儀控設備的穩定性。其中，采用壓差變送器測量設備中液體存量，利用數據化顯示的方式展示原料和氣體成品的變化過程。對于設備中的預冷機組設備采用自動變頻技術，保證能夠根據預冷機組實際狀況進行實時調整。

3.4可變負荷操作

全低壓流程小空分設備在氣體生產過程中具有更強的靈活性，能夠根據生產需求改變空分設備生產負荷。大多中小企業在生產過程中缺乏穩定的訂單需求，日常生產量隨著訂單量的變化而有所浮動，這就需要空分設備具備變負荷操作的能力，使生產廠家能夠更好地應對市場需求變化，及時調整企業產能。為此，在全低壓流程小空分設備中通過控制空壓機供氧量的變化能夠實現設備生產負荷的變化，保證設備隨著企業的生產需求工作，為企業帶來更大經濟效益。

4、結論

全低壓流程空分設備不僅顯著降低了氧氣生產成本，提高企業生產效益，而且增強了空分設備的安全性和穩定性，使空分設備可以有更廣闊的使用空間。對于生產企業來說，小型空分設備能夠保證企業生產活動更加靈活，面對市場變化可以更加及時地做出生產規模和任務需求的轉變。而低壓空分設備降低了設備啟動門檻，設備啟動速度更快且能耗更低，保障企業在生產活動中遇到突發情況導致停工停產，也能夠在及時調整后快速恢復生產能力。經過我國空分技術幾十年的發展，在當前激烈的行業競爭和社會發展趨勢下，功耗低、安全性高、運轉門檻低且經濟效益更好的全低壓流程小空分設備更能夠適應當前工業生產的需求，具有更大的發展潛力。

參考文獻：

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[2]?何玉君，徐作宇. 空分設備冷啟動避免氧純度波動和快速恢復粗氬塔工況的操作[J]. 深冷技術，2019（1）：53-56.

（作者單位：1.沈陽洪生氣體有限公司;2.遼寧金恒氣瓶檢測有限公司）