【導(dǎo)讀】平的節(jié)能和智能型的大型內(nèi)壓縮流程。流程、常溫分子篩凈化填料型上塔全精餾制氬流程。目前正在實(shí)現(xiàn)大型內(nèi)壓縮空分流程的變革，旨在使我。國(guó)空分設(shè)備總體水平能緊跟世界先進(jìn)水平，服務(wù)于廣大用戶，自立于世界空分之林。分流程的變革，都以其獨(dú)具的技術(shù)閃光點(diǎn)將空分設(shè)備的技術(shù)水準(zhǔn)推上了一個(gè)又一個(gè)新的臺(tái)階。型空分流程技術(shù)的發(fā)展歷程作一回顧，并就每個(gè)流程的優(yōu)點(diǎn)和不足逐一評(píng)述，希望能了解過(guò)去，開(kāi)拓未來(lái)，吉林化肥廠從蘇聯(lián)進(jìn)口的3350m3/h空分設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)近兩年的努力，于1958年4月30日試制成功。鋁帶蓄冷器凍結(jié)高低壓空分流程(見(jiàn)圖1)是我國(guó)最早的大中型空分設(shè)備的主導(dǎo)?？辗衷O(shè)備的冷量來(lái)源于兩個(gè)壓力等級(jí)下空氣的焦湯效應(yīng)、氮?dú)馀蛎浿评浜桶鳖A(yù)冷系統(tǒng)制冷等三。蓄冷器的自清除效果采用返流氣量大于正流氣量來(lái)保證，通常返流與正流氣的。預(yù)冷系統(tǒng)的凍結(jié)而清除的。目前這些空分設(shè)備已完成歷史使命，均已報(bào)廢或停機(jī)?？諝庠诠潭▏娮旌腿~輪中進(jìn)行兩次

　　

【正文】 h 空分設(shè)備主要指標(biāo)： 氧氣： 30000m3／ h(標(biāo)態(tài) )， 99． 6％ 02 出冷箱壓力： 2． 5MPa(G) 液氧： 2020m3／ h(標(biāo)態(tài) )， 99． 6％ 02 氮?dú)猓?35000m3／ h(標(biāo)態(tài) )， 210602 液氮： 800m3／ h(標(biāo)態(tài) )， 210602 精液氬： 1250m3／ h(標(biāo)態(tài) )， ≤110602 ≤2106N2 出冷箱壓力： 3． OMPa(G) 7． 1 流程特點(diǎn) (1)內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備是在第六代空分設(shè)備流程的基礎(chǔ)上，采用液氧泵對(duì)氧產(chǎn)品進(jìn)行壓縮的一種流程形式。為了使加壓后液氧的低溫冷量能夠轉(zhuǎn)換成為同一低溫級(jí)的冷量，使空分設(shè)備實(shí)現(xiàn)能量平衡，必須要有一股逆向流動(dòng)的壓縮空氣在換熱器中與加壓后的液氧進(jìn)行換熱。在使液氧氣化和復(fù)熱的同時(shí)，這股壓縮氣體則被冷卻和液化，然后送人塔內(nèi)參與精餾。根據(jù)熱力學(xué)原理，參與換熱的這股高壓氣體 的壓力必須高于被壓縮液氧的壓力，所以在內(nèi)壓縮流程中需設(shè)置一臺(tái)循環(huán)增壓機(jī)和一個(gè)高壓換熱器。根據(jù)循環(huán)增壓機(jī)壓縮的介質(zhì)不同，流程形式可分為空氣循環(huán)和氮?dú)庋h(huán)，兩種流程見(jiàn)圖 圖 8。 AC空氣冷卻塔 AF—空氣過(guò)濾器 APl、 AP2—流程液氬泵 ATC1—空氣透平 壓縮機(jī) ATC2—空氣增壓 壓縮機(jī) B增壓機(jī) C1下塔 C2填料上塔 C3I—粗氬填料塔 I段 C4精氬填料塔 El主換熱器 E2高壓換熱器 E3液空液氮過(guò)冷器 SH—蒸汽加熱器 ET透平膨脹機(jī) K1冷凝蒸發(fā)器 K2粗氬冷凝器 K3精氬冷凝器 K4精氬蒸發(fā)器 LQ—粗氬液化器 MSl、 MS2分子篩吸附器 NP—液氮泵 OP—液氧泵 WC—水冷卻器 WPl、 WP2—水泵 圖 7 常溫分子篩凈化空氣膨脹雙泵內(nèi)壓縮空分流程圖 AC空氣冷卻塔 AF—空氣過(guò)濾器 APl、 AP2—流程液氬泵 ATC—空氣透平 壓縮機(jī) B增壓機(jī) C1下塔 C2填料上塔 C3I—粗氬填料塔 I段 C3Ⅱ —粗氬填料塔 Ⅱ 段 CA精氬填料塔 El主換熱器 E2高壓換熱器 E3液空液氮過(guò)冷器 SH蒸汽加熱器 ET透平膨脹機(jī) K1冷凝蒸發(fā)器 K2粗氬冷凝器 K3精氬冷凝器 K4精氬蒸發(fā)器 LQ—粗氬液化器 MSl、 MS2分子篩吸附器 NTC—循環(huán)氮?dú)?壓縮機(jī) OPl、 OP2—液氧泵 RU—制冷機(jī)組 WC—水冷卻器 WPl、 WP2—水泵 圖 8 常溫分子篩凈化氮?dú)馀蛎涬p泵 內(nèi)壓縮空分流程圖 根據(jù)膨脹后空氣進(jìn)塔位置的不同，內(nèi)壓縮流程又可分為膨脹空氣進(jìn)上塔流程和膨脹空氣進(jìn)下塔流程。內(nèi)壓縮流程還可根據(jù)產(chǎn)品壓縮情況分為單泵內(nèi)壓縮流程和雙泵內(nèi)壓縮流程。 (2)與加壓液氧進(jìn)行換熱的空氣 (或氮?dú)?)壓力和流量的確定、高壓換熱系統(tǒng)的組織和精餾的組織等，是內(nèi)壓縮空分流程的核心問(wèn)題。所以，與常規(guī)外壓縮流程不同的是：內(nèi)壓縮流程要根據(jù)最終產(chǎn)品的壓力、流量及使用特點(diǎn)等具體情況經(jīng)過(guò)不斷的優(yōu)化計(jì)算，選擇合理的流程組織方式、最佳的氣化壓力和循環(huán)流量，使空分設(shè)備的氧、氬提取率更高。 (3)內(nèi)壓縮流程取消了氧壓機(jī)，因而無(wú)高溫氣氧，火險(xiǎn)隱患小，安全性好。主冷大量抽取液氧，保證碳?xì)浠衔锏姆e聚可能性降到最低程度。產(chǎn)品液氧在高壓下蒸發(fā)，使烴類物質(zhì)積累的可能性大大降低。特殊設(shè)計(jì)的液氧泵自動(dòng)啟動(dòng)與運(yùn)行程序，可有效地保證裝置的安全運(yùn)行與連續(xù)供氧。 (4)內(nèi)壓縮流程的低溫高壓液氧泵均采用進(jìn)口產(chǎn)品，且在線冷備用，若運(yùn)行泵出故障，則備用泵在 10秒鐘內(nèi)自動(dòng)達(dá)到工作負(fù)荷，所以內(nèi)壓縮流程的可靠性較高。對(duì)于化工和石化用戶一般要求氧氣壓力很高，因而采用外壓縮則必須是氧透 +活塞式氧壓機(jī)，而內(nèi)壓縮流程則只用一臺(tái)增壓空壓機(jī) 替代了二臺(tái)氧壓機(jī)，其運(yùn)行可靠性大大提高。 (5)高壓液氧泵操作方便，維修工作量極少。內(nèi)壓縮流程主 空壓機(jī) 與增壓 空壓機(jī) 如采用汽輪機(jī)一拖二的形式，則布置緊湊，占地面積小。而氧壓機(jī)則需要有足夠多的安全距離， 占地面積大，且基建費(fèi)用高。 (6)內(nèi)壓縮流程的單位產(chǎn)品能耗與空分設(shè)備的規(guī)模、產(chǎn)品壓力、液體產(chǎn)品的多少有較大關(guān)系，由于內(nèi)壓縮的不可逆損失大，產(chǎn)品的提取率略低，內(nèi)壓縮流程的單位產(chǎn)品能耗要比常規(guī)外壓縮流程約高 3％ ~7％ (按相同產(chǎn)品工況比較 )。 7． 2 主要用戶 云銅 16000m3／ h 和金川 14000m3／ h、銅陵 6500m3／ h 和萊蕪 12020m3／ h 內(nèi)壓縮空分設(shè)備已成功投運(yùn)，性能指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)值，馬鋼 20200m3／ h(2， 5MPa)、浩良河 18000m3／ h(6． 4MPa)等內(nèi)壓縮空分設(shè)備正在凋 試安裝中，營(yíng)口 15000m3／ h(3． OMPa)及杭鋼 20200m3／ h(2． OMPa)、 渭河 30000m3／ h(8． 7MPa)內(nèi)壓縮空分設(shè)備正在設(shè)計(jì)或制造中，這些都標(biāo)志著杭氧已開(kāi)始向大型中高壓內(nèi)壓縮空分領(lǐng)域進(jìn)軍。 8 總結(jié)和展望 空分裝置是由諸多配套部機(jī)組成的成套設(shè)備，回顧近 50年來(lái)我國(guó)大中型空分流程技術(shù)發(fā)展的歷程，每一次空分流程的變革和推進(jìn)，無(wú)一不是新設(shè)備、新工藝的出現(xiàn)所引起。透平膨脹機(jī)的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了大型空分設(shè)備的全低壓流程。高效板翅式換熱器的出現(xiàn)，使切換板翅式流程取代了石頭蓄冷器流程。增壓 膨脹機(jī)的出現(xiàn)和分子篩吸附器的改進(jìn)，改變了分子篩流程能耗高的缺陷，使常溫分子篩凈化流程替代了切換式換熱器全低壓流程，成為 20世紀(jì) 80年代末期到 90年代中期空分設(shè)備技術(shù)發(fā)展的一個(gè)閃光點(diǎn)。規(guī)整填料在空分行業(yè)的應(yīng)用，進(jìn)一步降低了空分設(shè)備的能耗，實(shí)現(xiàn)了全精餾制氬，使空分設(shè)備在高效、節(jié)能、安全等方面大大邁進(jìn)了一步，使我國(guó)的空分技術(shù)上了一個(gè)新臺(tái)階，達(dá)到了 20世紀(jì) 90年代中期先進(jìn)水平。高壓板翅式換熱器的成功研制和低溫液體泵的不斷完善，促進(jìn)了內(nèi)壓縮流程的發(fā)展和逐步走向成熟。計(jì)算機(jī)的采用使大型空分設(shè)備的自動(dòng)控制、變負(fù)荷跟蹤和無(wú) 人操作成為現(xiàn)實(shí)?？v觀五十年來(lái)，歷次空分流程的變革，都圍繞節(jié)能和安全這兩個(gè)中心。節(jié)能、智能和安全將是空分設(shè)備技術(shù)發(fā)展永恒的主題。 隨著大化肥、煤化工、石油化工、鋼鐵冶煉等大型工程項(xiàng)目的興建和擴(kuò)建，從降低投資、減少運(yùn)行費(fèi)用和方便管理等方面考慮，工程配套的空分設(shè)備也日益趨于大型化。世界上最大的空分設(shè)備為法國(guó)液空公司提供給南非 SASOL公司的 3350t／ d 空分設(shè)備，用于石化行業(yè)，其制氧容量達(dá)到 103660m3／ h，但國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的最大的空分設(shè)備為美國(guó)空氣制品與化學(xué)品公司提供給寶鋼的5空分設(shè)備，制氧容量為 72020m3／ h，由于國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速持續(xù)發(fā)展， “十五 ”及今后一段時(shí)間，國(guó)內(nèi) 40000m3／ h~50000m3／ h 等級(jí)特大型空分設(shè)備需求量約 20套左右，因而，加速開(kāi)發(fā)特大型內(nèi)壓縮流程，提高特大型空分設(shè)備各配套單元設(shè)備和部機(jī)技術(shù)水平，提高自動(dòng)控制和變負(fù)荷跟蹤技術(shù)水平，是我國(guó)大型空分設(shè)備流程再次變革的奮斗目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)特大型空分設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，不僅可以為國(guó)家節(jié)約大量外匯，為企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，還可以提高我國(guó)重大工業(yè)裝備的設(shè)計(jì)制造水平，并具備參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的能力。 參考文獻(xiàn)： [1]黃先鋼，沈維楞，陳允愷， 蔡光森等．中國(guó)氣體分離及液化設(shè)備工業(yè)發(fā)展史．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1986． [2]中國(guó)氣體分離設(shè)備行業(yè)協(xié)會(huì)．大中型空分設(shè)備市場(chǎng)調(diào)研． 2020． [3]江楚標(biāo)，陳明敏．內(nèi)壓縮空分流程及與常規(guī)流程的比較．深冷技術(shù)， 1999(4)： 10~16