论空气分离技术的发展和改进

张宪起

摘要：在分析低温法空气分离工艺流程的基础上，重点结合自身从事空气分离管理工作的经验出发，探讨了空气分离装置低温管道设计中应该注意的问题，并从多角度重点分析了空气分离技术的实际运用情况以及节能改进关注问题，希望对于今后推动我国的空气分离技术的发展有所帮助。

关键词：空气分析，技术发展，发展趋势，改进措施

随着我国工业现代化的快速发展，空气分离技术在石化、冶金、化肥等行业中具有广泛的应用，大型空分设备产业迎来了空前的发展机会，也对于我国的空气分离技术快速发展提供了良好的基础。这里重点从多方面论述了空气分离技术的发展和气体分离装置的应用情况。

1低温法空气分离工艺流程简述

根据不同的压力情况，主要可以分为高压流程、中压流程、低压流程，具体的适用工况压力存在着明显的差异。高压流程的则是在10-20MPa，制冷量都来自于节流效应，并没有膨胀机的设置，往往仅适用于小型制氧机或液氮机；中压流程则是属于1-5MPa的压力范围；而低压流程的工作压力和下塔压力十分接近，其也是具有广泛的应用流程，具有较低的单位能耗。

结合压缩方式来看，主要是分为分离装置外压缩和装置内压缩等两种类型。其中，前者主要是单独设置产品气体压缩机，并没有对于装置有着一定的影响；后者则是呈现出用泵压缩液态产品的特点，则是通过复热、气化处理之后，并将其送出装置外。总体来说，前者较为安全，但液体泵则是其中的关键设备，直接关联到系统的正常化运转。

2 空气分离装置低温管道设计要点

2.1 低温管道材料

在相应的超低温环境中，所涉及到的空气分离装置管道则应表现出具有一定的焊接性、抗腐蚀功能性以及低温韧性的特点，在这种工况运行中，则应保障材料的线膨胀系数足够小。当前，结合实际的运行情况来看，大都是选择奥氏体不锈钢材料用于低温管道。在此过程中，9%镍钢由于其具有较好的超低温功能，其在相应的空气分离项目中应用也越来越多。同时，需要考虑到奥氏体不锈钢管道往往具有管道壁厚较薄的情况，这样则会造成相应的刚度、强度较差的问题予以重视。最后，还应合理化相应的管道壁厚计算以及管道支架优化，避免造成不必要的震动问题。

2.2 阀门的结构及安装

相比而言，低温阀门往往在功能以及结构上存在着一定的差异性。大都是选择长阀盖结构的方式，这样能有效防止冻住填料的情况。一般来说，低温阀门中阀杆垂直向上进行安装，主要是可以避免造成填料盖和低温介质的长时间接触。结合实际工况的要求，则应将安全阀设置在高压一侧，这样能有效处理内部液体受热蒸发而造成阀门损坏的问题。最后，安装环节，则应确保阀门中正确流向。

2.3 低温柔性

考虑到冷箱内的温度往往具有较大的变化情况，在低温环境中会造成管道冷缩的情况，这就应在实践中实现冷热的补偿问题。在进行具体的低温管道设计中，柔性则通过管道走向改变的自然补偿或者二次补偿弯来实现。在较为全面的应力分析的基础上，则应利用合理管道走向来补偿由于温度而造成是收缩量情况，重点应分析低温弯曲变形问题。

2.4 保冷结构及材料选用

在进行空气分离装置中的整体隔热规划工作中，则应重视如何有效实现保冷设计，实现预期的导热系数要求，实现保冷结构体现出较强的绝热性。一般来说，当前所用的保冷材料主要涉及到玻璃棉、碳酸镁、珠光砂及矿渣棉等。其中，珠光砂重量轻，成本较低，具有较好的保冷性，填装性较好，因而主要用于保冷材料。需要检修的检修的局部隔箱来说，则选择玻璃棉、矿渣棉等。另外，对于低温管道支架保冷结来说，在符合保冷要求的基础上，还应加强保护性以及强度方面的要求，主要涉及到保冷层、防潮层和保护层等内容。对于超过80mm的保冷层厚度，则应选择分层敷设的方案。

3 空气分离技术的实际运用

3.1空气分离制氮

结合空气分离制氮的工艺情况来看，上海化工研究所提出的PSA制氮装置，能满足在08MPa的原料空气压力作用下，结合相对湿度为80%的要求，满足实现95%-99%的氮气纯度要求。在进行压缩空气至0.6MPa情况下，方应进行冷却处理，而后通过吸附塔进行吸附分离。

3.2压缩空气脱湿处理

结合工程实践应用情况，需要技术人员通过变压吸附原理来干燥处理压缩空气。而后则应进行WZG微热再生装置进一步实现加热的要求。这种装置主要是体现出无热再生的特点，加热后进行必要的吹扫工作，有效控制再生耗气量，以便更好地保障满足空气露点符合零下四十度的要求。选择分子筛的吸附剂的基础上，能满足空气露点为零下五十二度。

4 空气分离技术的改进措施

4.1 系统优化

结合当前空气分离技术的发展，旨在满足绿色低碳发展的基础上，提升设备效率，降低氧气生产单位能耗，更好地符合新时代的发展要求。在未来的系统优化过程中，主要则是应重点研究如何有效地提升压缩机效益，优化冷箱内部的物流循环工作，并加强新工艺、新材料、新设备的研发。

4.2 节能优化

（1）调节换热器温差。在进行热交换的不完全冷损分析的过程中，其主要是和热端温差直接相关，在这样的影响下，则应将热端温差严格控制在3℃的范围；通过进一步降低主换热系统热端温差的工作，并能实现相应气体流量的科学分配，从而避免造成相应的冷损问题。并结合系统要求来定期化开展珠光砂沉降程度的检查工作，有效解决存在着的冷量损失问题，主要是通过实现补砂方案来开展。

（2）主换热器。针对空分装置冷量损失进行分析，主要应考虑到主换热器中存在着不完全的热交换的情况，无法满足相应的热端温差要求，这样就会造成换热器的偏流情况，造成存在着过大的温差，从而造成主冷液位及液氧采出量的下降情况，难以保障系统的正常化运行，并能大大增加能耗。

5结语

由此可见，结合当前的空气分离技术的发展实际情况来看，特别是在具体的应用实践过程中，我们则应从实际工况要求出发来不断优化空分技术，保障能进一步全方位促进空气分离设备工艺技术的快速发展。

参考文献：

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