深冷技术在空气分离设备设计中的应用

谈硕

摘 要：空气分离设备就是将空气液化、精馏、最终分离成为氧、氮及其他有用气体的气体分离设备，简称空分设备。随着近年来工业水平的迅速发展，空气分离设备也朝着大型化、智能化的方向发展，运转周期也有了明显的提升。而深冷技术的出现，大幅度提升了设备的工作效率。旨在分析深冷技术在空气分离设备设计中的具体应用，为后续发展提供理论依据。

关键词：深冷技术；空气分離设备；膜分离；氮气

中图分类号：TQ116.11 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.06.149

深冷技术指的是采用冷媒介质作为冷却手段，对金属材料进行冷却的一项过程。在这一过程中，金属材料的性能可以得到充分发挥。因此，该技术在近年来得到了非常广泛的使用，也是效率最高的、最节约成本的一种工艺。空气分离利用空气中各组分物理性质不同，采用深度冷冻、吸附、膜分离等方法从空气中分离出氧气、氮气，或同时提取氦气、氩气等稀有气体，其最常用的方法是深度冷冻法。

1 空气分离设备的内涵

经济的发展带动了工业化的进程。我国在近年来高速发展的经济也让相关的产业发展的脚步速度加快。相比而言，国内的很多行业也走向了大型化道路。现阶段，我国的空气分离设备已经处于世界领先水平。而深冷技术基体组织细化也发挥了晶界强化的作用。此外，在国内市场上，我国的大型空气分离设备在市场中的占有率同样非常高，无论是出口还是内销的金额数量都是非常大的。

2 深冷技术的具体运用

目前的技术书评下，空气分离设备有2种主要方式。其中，一种是在温度非常低的环境下进行，另一种是在常温下进行的。前者被称为深冷空分，后者被称为常温空分。而常温空分也有2种模式，即膜分离和变压分离。早在20世纪50年代，我国因国防需要，向苏联引进了深冷空分设备，并在此基础上进行了自主研发工作。几年过后，我国也成功研制出了深冷空分的设备。直至今天，我国已经有数以百计的厂家能够具备该项技术，且其中也不乏进入世界前列水平的企业。因此，笔者也根据自身的工作经验，结合发展的资料，对深冷技术在现阶段空气分离设备设计中的具体运用作出了总结，具体内容如下。

2.1 空气缓冲罐

缓冲罐主要由于各种系统中缓冲系统的压力波动，主要目的在于让系统的工作能更加平稳。缓冲罐的介质在空气分离设备中是气体，按照结构可以分为隔膜式和气囊式2种。这一设备主要用于中央空调、锅炉、供水设备等大型设备当中。当系统内的压力变化，缓冲罐的气囊也会同样变化。在这一过程中，压缩空气可以利用净化设备减少内部存在的油、水等杂质，并提供必要的压缩空气，进一步保证设备的稳定性。

2.2 压缩设备

压缩设备主要包含除油设备、干燥机、过滤器等设备。当压缩机内有空气进入时，通过缓冲罐先进行缓冲后，在进入除油设备时，将内部存在的杂质去除，然后利用过滤器内的活性炭进一步去除杂质。

2.3 氮氧分离设备

氮氧分离设备包括吸收塔、阀门、仪表设备等几个部分。吸收塔是实现吸收操作的设备，按气液相接触形态分为3类：①气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔；②液体以液滴状分散在气相中的喷射器、喷雾塔；③液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。塔内气液两相的流动方式可以逆流，也可以并流。而复合结构下的吸收塔分为2个部门，通过一段时间后，一塔内的碳分子吸收饱和后，将空气压缩后进入二塔，然后一塔的分子筛又进行重复再生。在两塔的交替作用下实现氮氧分离，最终保障氮气能在这一环节中源源不断产出。

2.4 缓冲体系

缓冲体系包括过滤器、流量计、压力调节阀、氮气缓冲罐几个部分组成。氮气缓冲罐的作用在于，当分离系统能够产出氮气时，氮气缓冲罐可以起到连续供给和稳定氮气质量的作用。而当吸收塔在运行时，也可以让其中的一部分气体回到吸收塔内，不仅可以起到一定程度上的保护作用，也可以提升塔内压力，目的都在于维持氮气的质量。

这些所有的技术与工艺融合后，就成为了一种非常有效的氮气制作方式。在长期的发展过程中利用空气作为材料，然后经过净化和压缩的过程，并获得氮气。这种工艺有效，且优势明显，比如工作效率非常高、设备的使用周期比较长。采用气流控制技术和分子筛装填技术，最大限度地减小了气流对分子筛的冲击，降低了分子筛的磨损，寿命更长。但与此同时，也存在着一些局限性：制氮设备所需要的成本相对较高，因为需要占用非常广阔的面积来容纳运行的设备；在安装和配备的要求上也相对困难。因此，这种设备的投资规模一般也比较大，适合于一些大型的企业。针对于一些小型的企业而言，这种方式会显得成本消耗过高，不利于企业自身的可持续发展。

3 结束语

深冷加工技术的出现引起了科学界和工业界的高度重视，目前，在国外已经被广泛运用于一些精密零件和设备的使用方面。在我国，该项技术也得到了广泛使用，并大幅度延长了很多设备的使用寿命。空气分离设备流程冻结法净除水分和CO2，在空气冷却的过程中，水分和CO2在换热器通道内析出、冻结；经一定时间后将通道切换，由返流污氮气体将冻结的杂质带走。空气分离设备流程按分子筛吸附净化流程。空气在进入主换热器前，已由吸附器将杂质净除干净。吸附器的切换周期长，使操作大大简化，纯氮产品量不再受返流气量要求的限制，运转周期可达两年或以上，这些优势在未来也必将得到高度重视。

参考文献

[1]李钢.深冷技术在空气分离设备设计中的应用[J].企业技术开发，2014，2（23）.

[2]潘福昌.深冷技术在空气分离设备设计中的应用[J].科技资讯，2012，11（09）.

[3]李永康.空气分离设备技术进展[J].深冷技术，2011，12（01）.

[4]张超，马岗，曹张军.深冷技术在空气分离设备设计中的应用探析[J].工业，2015，01（17）.