深冷技术在空气分离设备设计中的应用
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工业技术
深冷技术在空气分离设备设计中的应用
潘福昌
（杭州凯德空分成套设备有限公司技术部
浙江杭州
３１００１
３）
摘要：空气分离设备设计主要分为两种，一种是在常温或者说是非低温的情况下进行的，通常叫做“常温空分”，而“常温空分”又分
为“变压吸附分离”和“膜分离”两种。另外一种是在非常低的温度下进行的，通常叫做“深冷空分”，本文首先期邃了空气分离设备的涵叉，其次，对深冷技术在空气分离设备设甘中的应用透行了深入的撂讨，具有一定的参考价值。关键词：深冷技术空气分离设备设计应用中图分类号：ＴＫｌ２４文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－－３７９ｌ（２０ｌＯ）０３（ｅ）－０１１０－０１深冷技术就是利用冷媒介质作为冷冷空分”，上世纪５０年代，我们国家因应自己
却介质，将淬火后的金属材料的冷却过
国防方面的需要，只好从苏联那边引进“深程继续下去，达到远低于室温的某一温冷空分”技术和设备，并交由“杭州铁工厂”度（一１９６℃），从而达到发送金属材料性能仿制，在１９５３年前后，终干仿制成功了自己
的目的。深冷技术是近年来兴起的一种发的“深冷空分设备”，发展到今天，我国的深
送金属工件性能的新工艺技术，是目前
冷空分设备厂家已好几百家，但是，只有“杭最有效、最经济的技术手段。
氧”能够进入全球８强，跻身干世界一流的深
在深冷加工过程中，金属中大量残余冷空分设备制造商行列。当然了，“开空”、
奥体转变为马氏体，特别是过饱和的亚稳
“川空”、“苏氧”等厂商发展的也不好。但是，定马氏体在从一１９６℃至室温的过程中会降
相对于“杭氧”而言，还是排在后面一些。深
低过饱和度，析出弥散、尺寸仅为２０～６０Ａ冷空分设备的构成如下。
并与基体保持共格关系的超微细碳化物，２．１压缩空气净化组件
可以使马氏体晶格畸变减少，微观应力降由高效除油器、冷冻式干燥机、精密过低，而细小弥散的碳化物在材料塑性变形滤器和活动性过滤器组成。空气经空压机时可以阻碍位错运动，从而强化基体组织。
压缩机后，首先进入空气缓冲罐进行缓冲，同时由于超微细碳化物颗粒析出后均匀分
然后进入高效除油器除去大部分的油、水、
布在马氏体基体上，减弱了晶界脆化作用，尘等杂质，再经冷冻式干燥机进一步除水，
而基体组织的细化既减弱了杂质元素在晶经精密过滤器除油、除尘，最后进入活性炭
界的偏聚程度，又发挥了晶界强化作用，从过滤器进一步除油。
而改善了工模具的性能，使硬度、抗冲击韧
２．２空气缓冲罐
性和耐磨性都显著提高。深冷技术的改进由空气缓冲罐及附属阀门仪表组成。效果不仅限于工作表面，它渗入工件内部，
空气缓冲罐是降低气流脉动，起缓冲作用：体现的是整体效应，所以可对工件进行重
从而减少系统压力的波动，使压缩空气能磨，反复使用，而且对工件还有减少淬火应
平稳地通过压缩空气净化组件以便充分除力和增强尺寸稳定性的作用。去油、水、尘等杂质，减少了氧氮分离系统的负荷。同时，也为氧氮分离系统在进行吸１空气分离设备的涵义
附塔工作切换时，提供短时间内迅速升压随着国民经济迅速发展，国内相关行业
所需的大量压缩空气，不仅使吸附塔内压
装备均向大型化方向发展，对配套空气分离力很快Ｌ升到工作压力，而且还保证了设设备要求也日趋大型化。目前，我国空气分备可靠稳定的运行。
离设备自主化水平已经达到６万等级，接近２．３氧氮分离系统
世界先进水平。２００２年，杭氧为宝钢集团提由吸附塔、压紧装置，附属阀门及仪表
供的国产３万等级空气分离设备成功运转，
电器组成。采用复合床结构设计的吸附塔极大提升了我国空气分离设备的竞争力，使分Ａ、Ｂ两塔，塔内填装进口碳分子筛（采用
得我国大型国产空气分离设备迅速占领国伸展扭转式振动填充法使碳分子筛装填更内市场－截至目前，杭氧空气分离设备已出加均以）。洁净的压缩空气首先从Ａ塔入口口３０多个国家和地区。仅２００８年空气分离设端经碳分子筛向出口端流动，此时０，、备出口合同额就达到９５７０万欧元。
ＣＯ，、Ｈ，Ｏ被其吸附，产品氮气由吸附塔出口端流出。经一段时间后，Ａ塔内的碳分子筛２深冷技术在空气分离设备设计中的应
吸附达到饱和前自动停止吸附，洁净的压用
缩空气流入Ｂ塔进行吸氧产氮，并对Ａ塔分
空气分离设备设计主要分为两种，一种子筛进行再生。分于筛的再生是通过将吸是在常温或者说是非低温的情况下进行的，
附塔迅速下降至常压脱附的Ｏ，、ＣＯ，、Ｈ，Ｏ来
通常叫做“常温空分”，而。常温空分”又分为
实现的。两塔交替进行吸附塔再生，即完成
“变压吸附分离”和“膜分离”两种。另外一种
氧氮分离，连续产出氮气。
是在非常低的温度下进行的，通常叫做“深２．４氧氮缓冲系统
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万方数据
科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
由氮气缓冲罐、精密过滤器、流量计，
调压阀，放空部件等组成。
氮气缓冲罐主要用于均衡从氮氧分离系统分离出来的氮气压力和纯度，保证连续供给氮气稳定。同时，在吸附塔进行工作切换后，它将本身的部分气体回充吸附塔，一方面帮助吸附塔升压，另外也起到保护床层的作用，在设备工作过程中起到极重要的工艺辅助作用。最后经精密过滤器进行过滤，充分保证氮气的品质。
我们以深冷空分制氮为例来说明，深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有近几十年的历史。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。
液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同（在１大气压下，前者的沸点为一１８３＂Ｃ，后者的为一１９６℃），通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制
氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢（１２～２４ｈ），安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素，３５００Ｎｍ３／ｈ以下的设备，相同规格的ＰＳＡ装置的投资规模要比
深冷空分装置｛ｋ主２０％～５０％。深冷空分制氮
装置宜于大规模工业制氮，而中、小规模制
氮就显得不经济。
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