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摘要：深冷技术作为最早出现的空气分离技术，经过长时间的使用，随着时代的发展和科学技术水平的进步，在各方面都有了完善和改革，其技术和手段已经十分成熟，对深冷技术的运用也越来越多。为进一步了解深冷技术的应用，下面本文对深冷技术在空气分离设备设计中的应用进行分析。
关键词：深冷技术；空气分离设备设计；应用
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深冷技术的概念
深冷技术又称超低温技术，是指温度在-130℃～-196℃的低温技术，是利用冷媒介质作为冷却介质，将淬火后的金属材料的冷却过程继续下去，达到远低于室温的某一温度（-196℃），从而达到发送金属材料性能的目的。深冷处理能够有效提高金属材料的机械性能和使用寿命、稳定尺寸、改善均匀性、减小变形，此外，还能改善金属材料的导电性、导热性等物理性能。深冷技术是近年来兴起的一种发送金属工件性能的新工艺技术，是目前最有效、最经济的技术手段。在深冷加工过程中，金属中大量残余奥体转变为马氏体，特别是过饱和的亚稳定马氏体在从-196℃至室温的过程中会降低过饱和度，析出弥散、尺寸仅为20～60A并与基体保持共格关系的超微细碳化物，可以使马氏体晶格畸变减少，微观应力降低，而细小弥散的碳化物在材料塑性变形时可以阻碍位错运动，从而强化基体组织。同时由于超微细碳化物颗粒析出后均匀分布在马氏体基体上，减弱了晶界脆化作用，而基体组织的细化既减弱了杂质元素在晶界的偏聚程度，又发挥了晶界强化作用，从而改善了工模具的性能，使硬度、抗冲击韧性和耐磨性都显著提高。深冷技术的改进效果不仅限于工作表面，它渗入工件内部，体现的是整体效应，所以可对工件进行重磨，反复使用，而且对工件还有减少淬火应力和增强尺寸稳定性的作用。
2空气分离设备的含义
随着社会经济的迅速发展及科学技术的不断进步，在空气分离研究等行业的发展中，其装备发展已呈现出大型化的趋势，对空气分离设备配套的要求也越来越高。现阶段，在空气分离设备自主化发展中我国的水平等级已达6万等级，与世界先进水平十分接近。2002年，杭氧的3万等级国产空气分离设备在宝钢集团成功运转，使得我国空气分离设备的竞争力得到了极大的提升，促使国产大型空气分离设备成功对国内市场进行了大范围地占领。
3深冷技术在空气分离设备设计中的应用
目前在空气分离设备设计中主要有两种存在形式，第一种是常温空气分离设备，这种设备主要是在常温及非低温的状态下进行的，这种常温空气分离设备又可以分为两种不同的形式：变压吸附分离与膜分离。这里要进行分析的就是另一种空气分离设备设计形式，深冷空气分离，这种设备主要应用于温度非常低的情况下。在20世纪50年代，为提升我国国防力量，满足国防需求，我们的深冷空气分离技术及设备都是从苏联引进和仿制，当时仿制的企业为杭州铁工厂。在1953年左右时，我国才成功仿制出了属于自己的深冷空气分离设备。直至今日，我国的空气分离技术及设备制造水平已经得到了极大的发展，并为国民经济的增长贡献着自己的一份力量。目前，深冷空气分离技术主要应用于以下几方面。
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3.1压缩空气净化组件
压缩空气净化组件主要的组成成份有高效除油器、冷冻式干燥机、精密过滤器及活动性过滤器。首先空气要在空气压缩机里进行压缩，再在空气缓冲罐中进行作业，然后经过高效除油器将大部分的杂质进行有效去除，杂质主要包括油、水及尘等，在水分进一步去除中可以采用冷冻式干燥机进行，再次进行去油、去尘时可以选用精密过滤器实施操作，最后选用活性炭过滤器进行更深层次地去油工作。
3.2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。
3.3氧氮分离系统
由吸附塔、压紧装置、附属阀门及仪表电器组成。采用复合床结构设计的吸附塔分A、B两塔，塔内填装进口碳分子筛（采用伸展扭转式振动填充法使碳分子筛装填更加均以）。洁净的压缩空气首先从A塔入口端经碳分子筛向出口端流动，此时O2、CO2、H2O被其吸附，产品氮气由吸附塔出口端流出。经一段时间后，A塔内的碳分子筛吸附达到饱和前自动停止吸附，洁净的压缩空气流入B塔进行吸氧产氮，并对A塔分子筛进行再生。分子筛的再生是通过将吸附塔迅速下降至常压脱附的O2、CO2、H2O来实现的。两塔交替进行吸附塔再生，即完成氧氮分离，连续产出氮气。
3.4氧氮缓冲系统
氧氮缓冲系统组件主要的构成成份有氮气缓冲罐、精密过滤器、流量计、调压阀、放空部件等，氮气缓冲罐主要是将氮氧分离系统中分离出来的氮气压力及纯度进行均衡作用，确保氮气的稳定性并保障连续供给。与此同时，在进行吸附塔切换工作之后，将自身的一些气体进行吸附塔回充作业，这种方式可以有效起到提升吸附塔压力的作用，还能起到对床层的有效保护，在空气分离设备工作时还能起到极大的保护作用。最后进行再次过滤，主要采用精密过滤器进行工作，这样可以最大限度地确保氮气的质量。
作为一种传统的制氮方式，深冷空气分离制氮已经有几十年的发展历程。这种方式主要以空气作为原料，为使空气液化变为液体空气，必须进行严格的压缩、净化，并进行热交换。液体空气主要构成的混合物分两部分组成：液态氧气与液态氮气，通过两者不同的沸点进行液态空气的精馏，将两者进行有效分离并获取氮气。在整个工作操作中深冷空气分离制氮设备及过程十分繁杂，需要占用大范围的土地面积，基础建设成本很高，气体产生的速度很慢，在安装过程中，具有较高要求及较长工作周期。对深冷空气分离设备、安装与基层建筑等方面的因素进行综合分析，当设备低于3500Nm3/h时，规格一样的PSA装置与深冷空气分离装置在成本投资方面相比，要低出20%～50%之间。在经济适应方面，深冷空气分离制氮装置并不适应中、小规模的工业制氮，主要适应于规模较大的工业制氮。
结束语：
综上所述，随着科学技术水平的不断提升，我国空气分离设备及技术越来越向大型化、专业化、规模化的发展趋势迈进。深冷技术作为空气分离最重要的分离技术，在确保企业利益最大化的基础上，将深冷技术的能耗量进行有效降低，是空气分离工作的主要任务。
参考文献：
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[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，2014，11（09）
[3]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）
论文作者:李瑞芹1,张奎同2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/16
标签：空气论文; 技术论文; 分离设备论文; 氮气论文; 冷空气论文; 分子筛论文; 设备论文; 《基层建设》2018年第28期论文;