全低压流程小空分设备的研究及展望

王鹏 闫立群

摘要：我国空分制氧技术经过几十年的发展，从最开始的小规模空分设备逐渐发展到近年的大型空分机组。在今年来空分设备进行大规模升级换代之后，其工业流程由中压流程向全低压流程转变。本文将对全低压流程小空分设备的技术特点、设备操作及产品性能等信息进行全面解析，通过分析全低压流程设备参数信息和运行状况了解设备工作特点。并结合我国空分设备应用场景和技术发展展望全低压流程小空分设备前景。

关键词：低压流程;空分设备;设备优势

1、引言

我国在空分制氧领域已有五十多年的积累沉淀，随着近年来大量新技术的使用，空分制氧设备有了极大的改进。相比于初期只能从事小批量生产的空分机组到现在超大规模的空分机组，空分设备质量有了质的提高。近年来，空分设备在空气净化、精馏系统等方面都取得了新的进展，全低压流程也成为当前空分设备的主流。与此同时，当前空分设备可生产的产品也更加丰富，相比于传统设备只能进行氧气生产，当前空分设备可以同时进行氧气和氮气的生产，还可以实现高纯度气体全程液化生产包装，极大地提高了气体生产效率和包装效率。在空分设备运行过程中，广泛采用低压通用空压机，先进散热器，多空蒸发器等新技术，可以有效解决设备工作过程中冷损严重的问题，同时还简化了操作流程，提高设备运行稳定性。目前，空分设备研制厂家更多地将研发重点集中于减少空分设备工作能耗，这也促进了对全低压流程空分设备的研究。

2、全低压流程小空分设备工艺及技术特点

2.1全低压流程小空分工艺特点

全低压流程空分生产工艺以及在国内有所推广，越来越多的生产企业开始采用全低压流程，主要采用反流膨脹工艺。采用该工艺流程的主要优势有三点。第一，空分设备在运行过程中冷损严重一直是其技术难点，通过利用反流膨胀技术，通过利用气体压力，可以有效提高气体提取效率。第二，反流膨胀还可利用气体压力为设备制冷量提供保障，显著提高了设备对于内部压力的利用效率，进而可以减小设备空气压缩的工作量，减少设备能耗。第三，反流膨胀技术能够增强空分设备在启动时的进口压力，在短时间内满足设备启动进气量，有效缩短设备启动所用时间。一方面可以有效减少企业生产成本，另一方面也能够保证空分设备更好胜任复杂的空分任务。

2.2全低压流程小空分设备技术特点

空压机。在全低压流程空分设备中采用了空压机技术，在空压机内不再使用含油性的润滑材料，可以显著提高设备稳定性，也极大地便捷了设备维护，降低了设备使用成本。

中压动力压缩机。相比于中压流程，全低压流程可选择的动力压缩机更加广泛。在全低压流程中，利用排气压力较小的动力压缩机也能够胜任相关工作，而且排压小的压缩机构造更加简单，维护成本更低。并且不论是在设备功耗还是压缩机成本都更低。

预冷机组。小型空分设备的用户更多利用其生产的氧气，氮气使用较少。因此小型空分设备中氮气储备较为充足，这就为在小型空分设备中使用氮水预冷系统提供了条件。通过在空分设备中引用预冷机组，不仅可以显著降低设备功耗，还可以减少设备损耗。

密封冷箱。在设备分馏塔处采用密封冷箱一方面可以提高设备保冷性能，另一方面也能够有效提高设备气体分离效率。密封冷箱采用铝制材料来避免冷箱发生泄露事故，与此同时还采取大量改进技术措施来提高设备启动时间。

3、全低压流程小空分设备优势

3.1安全可靠性

全低压流程小空分设备在空气分离过程中对设备内部压力要求降低，也就减弱了设备对于抗压和稳压方面能力的要求，减少了设备因内部压力过大而可能引发的泄漏事故，提高空分设备安全可靠性，而设备的安全性是空分设备在设计及使用过程中的重要考量指标。此外，在对全低压流程小空分设备设计过程中，设计人员充分考虑到设备为期十二个月的运行周期，且在运行周期内可能会因外部干扰而出现几次设备停机问题。为此在全低压流程小空分设备中安添加了液氧安全汽化部件，进一步保障设备的安全性能，避免设备在启动、运动过程中出现安全事故。

3.2快速启动

得益于全低压流程小空分设备对启动条件的降低，以及设备能够快速升压的特点，保证全低压流程小空分设备能够快速启动。保证设备快速其中对于企业制氧生产工作至关重要。空分设备在启动过程中会造成较大的能耗，对于空分设备也是一种损耗。企业在日常生产过程中，难免会因为设备维护、园区停电等原因导致设备停止运行。若设备在启动过程中耗费过多时间，将对企业生产效率带来极大的影响。

3.3仪控设备自动化

空分设备中控制仪器的稳定运行对于空分设备的运行非常重要，在全低压流程小空分设备中实现仪控设备自动化操作，保障了仪控设备的稳定性。其中，采用压差变送器测量设备中液体存量，利用数据化显示的方式展示原料和气体成品的变化过程。对于设备中的预冷机组设备采用自动变频技术，保证能够根据预冷机组实际状况进行实时调整。

3.4可变负荷操作

全低压流程小空分设备在气体生产过程中具有更强的灵活性，能够根据生产需求改变空分设备生产负荷。大多中小企业在生产过程中缺乏稳定的订单需求，日常生产量随着订单量的变化而有所浮动，这就需要空分设备具备变负荷操作的能力，使生产厂家能够更好地应对市场需求变化，及时调整企业产能。为此，在全低压流程小空分设备中通过控制空压机供氧量的变化能够实现设备生产负荷的变化，保证设备随着企业的生产需求工作，为企业带来更大经济效益。

4、结论

全低压流程空分设备不仅显著降低了氧气生产成本，提高企业生产效益，而且增强了空分设备的安全性和稳定性，使空分设备可以有更广阔的使用空间。对于生产企业来说，小型空分设备能够保证企业生产活动更加灵活，面对市场变化可以更加及时地做出生产规模和任务需求的转变。而低压空分设备降低了设备启动门槛，设备启动速度更快且能耗更低，保障企业在生产活动中遇到突发情况导致停工停产，也能够在及时调整后快速恢复生产能力。经过我国空分技术几十年的发展，在当前激烈的行业竞争和社会发展趋势下，功耗低、安全性高、运转门槛低且经济效益更好的全低压流程小空分设备更能够适应当前工业生产的需求，具有更大的发展潜力。

参考文献：

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[2] 何玉君，徐作宇. 空分设备冷启动避免氧纯度波动和快速恢复粗氩塔工况的操作[J]. 深冷技术，2019（1）：53-56.

（作者单位：1.沈阳洪生气体有限公司;2.辽宁金恒气瓶检测有限公司）