开封市鑫联空分设备有限公司 河南开封 475000
摘要：内压缩制氧装置使用的是一套的填料上塔、高效筛板下塔、液氧内压缩以及空气预净化流程，即常温空气在分子筛吸附器中预净化完成，透平膨胀机给制氧装置提供冷量，空气增压进液氧蒸发器，双塔精馏，液氧泵内压缩在液氧蒸发器中气化的流程。本文主要对内压缩制氧装置工艺特点以及设计原则进行探究。
关键词：深冷分离；内压缩装置；流程特点；设计原则
1、前言
内压缩制氧装置主要是通过对精馏塔、液氧内压缩以及空气预净化等环节，即常温空气在分子筛吸附器中预净化完成，透平膨胀机给制氧装置提供冷量，保证空气的液化及分离，而氧气产品所需要的压力由液氧泵在冷箱内压缩液氧完成，液氧经液氧泵压缩后在液氧蒸发器中蒸发为氧气经主换热器复热后送给用户。为了内压缩制氧设备的稳定运行和提高气体的提取率，所以对内压缩制氧装置工艺特点以及设计原则的分析非常有必要。
2、空分装置的特点
2.1流程特点
内压缩空分流程具有以下特点：
内压缩流程不设置氧压机，提高了装置的安全性。
主冷通过液氧泵大量抽取液体，使碳氢化合物不容易在主冷内聚集。
产品液氧在液氧蒸发器内先蒸发，液氧蒸发器定期取液氧以稀释其中的烃类物质，避免烃类物质在主换热器中析出并聚集，从而威胁到主换热器的安全。
低温液氧泵，一用一备，备泵可以在线低速备用，可快速切换，操作方便，且维修工作量极少。
2.2成套设备特点
（1）自洁式空气过滤器
自洁式空气过滤器根据PLC控制器通过定时或者运行阻力对空气滤芯进行冲吹，可以使滤芯保持清洁，延长滤芯的使用寿命。
（2）预冷系统
空冷塔采用水气直接接触的换热方式，使空气温度降低，提高分子筛吸附剂的吸附效率，同时又洗涤空气中的杂质和H2S、SO2等。利用高效低阻散堆填料塔，不但保证了空冷塔的换热性能，降低阻力，降低空压机出口的压力，节省能耗。空冷塔采用新型、高效、先进的分布器，使水与空气充分的接触，保证塔的换热性能，还可减少冷冻水的流量，从而实现降低能耗的目的。水冷却塔与空冷塔的结构相同，利用氮气和污氮的温度和不饱和性对冷量进行回收.
（3）纯化系统
双层床结构的分子筛吸附器比单层床纯化器具有增强吸附效果、延长分子筛吸附剂使用寿命、降低能耗、延长纯化系统使用时间的特点。活性氧化铝对水份吸附容量大，而且对水分的吸附热比分子筛小，吸附水分后使空气温升也小，便于后部分子筛对CO2的吸附。活性氧化铝解吸水分比较容易，而分子筛则相对困难，分子筛再生时其冷吹峰值需要达到120℃以上才能使其再生完成，而活性氧化铝只需要达到80℃左右即可，可以减少电加热器的工作时间，降低电加热器的用电量。
纯化系统阀门由DCS系统控制进行自动切换，阀门有开关信号反馈，如阀门在切换过程开关不到位中，分子筛切换程序会自动暂停切换程序，使阀门保持在该操作状态不变，由运行维护人员进行检修，待故障解决后自动恢复，让纯化系统自动按时序继续运行。分子筛纯化系统采用长周期设计，单个吸附器吸附周期为4h，采用新型分子筛吸附剂吸附周期可以达到6h，切换次数减少，不但可以延长设备、填料以及阀门的使用寿命，切换所造成的损失也会减小，同时将切换而引起的压力波动次数有所降低，使分馏塔工况保持稳定，对于采用预冷系统的流程来说，采用长周期设计可以减少再生污氮量，使更多的污氮进入水冷塔去冷却循环水，减低冷水机组的能耗。
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纯化系统的切换采用无冲击切换技术，使阀门的缓慢开关，匀速进行切换；均压/泄压阀采用分程控制，保证均压/泄压过程平稳，另外均压和泄压均设有差压和压力程序保护，当均压和泄压不彻底时，纯化系统切换程序会自动暂停，直至达到设定值方可自动进入下一步程序；再生气放空阀采用预开式，阀前并加手动阀门控制再生气流量，能有效的防止上塔超压，程序控制采用自动/手动控制模式，便于临时检修，时序中的加热、冷吹的时间可修改，运行中根据露点的变化进行调整。
（4）分馏塔系统
冷箱内设备主要有上塔、下塔、冷凝蒸发器、膨胀机系统、液氧泵和液氧蒸发器等。上塔采用规整填料，运行阻力小，不但可以提高精馏效率，还可以减小空压机的排气压力，节省电耗。下塔采用高效筛板塔，减少了冷箱高度，可以降低投资。冷凝蒸发器内板式换热器采用板翅式结构，板束设计采用独特的防爆结构，有限的防止碳氢化合物和一氧化二氮等易爆物质在翅片中的积聚。
液氧泵用于提高产品氧的压力，将液氧通过液氧泵增压，然后气化，在冷箱出口处得到所需压力的氧气，备泵处于低速运转状态，能在在线泵出故障的情况下，快速提频实现连续供气。
液氧的运行方式：
A、两台同时运行，每台负荷为50%，当其中一台故障时，另一台可以快速提升至满负荷运行状态。
B、一台液氧泵满负荷运行，另一台处于低转速备用，当运行泵故障时，备用泵可可以快速提升至满负荷运行状态。
（5）仪控系统
仪控系统是整套空分设备的眼睛，监控着设备的生产运行，确保仪控系统的安全运行是确保空分设备长期安全、稳定、可靠运行的基础。
空分装置的测量和控制以DCS控制为主，必要的操作和紧急停车在DCS上完成，重要的参数在中控室DCS中显示、记录、报警。在DCS系统上可以实现设备调节、操作、启动联锁和保护联锁等功能。
3、内压缩制氧装置设计原则
3.1制氧装置布置的设计原则
制氧装置是由空气过滤和压缩系统、预冷系统、纯化系统、分馏塔系统等组成的，在装置的总体规划设计时要做到布置的统一。设备布置的一般设计原则是能保证空分装置设备、机器有充分（必要）的进出通道以便于装置操作、安装、维修的前提下顺流程布置。同时还应满足和符合国家和地方消防法规、防爆及安全和卫生标准。
3.2配管的设计原则
冷箱内管件应尽可能的采用焊接结构，减少泄漏的可能；低温阀门与管道连接采用焊接方式（膨胀机冷箱冷箱中的低温阀门除外）。
膨胀机和液氧泵的过滤器或滤芯的设置设置单独的加温吹扫管道，便于复温和吹除机械杂质。
膨胀机冷箱、液氧泵冷箱与主空分冷箱分开布置以便于维护。
冷箱内所有管道的设计进行应力计算，达到设计要求。
为了减少机械接管处的应力，以免影响正确的安装找正或机械的内部间隙或妨碍其顺利运行，转动机械配管时确保有足够的柔性和适当的支承。
转动机械的机间配管应使机械的内件和外壳的各部分方便拆卸进行维修，而不影响与其连接的接管。
3.3阀门配置的设计原则
所有阀门、阀门连接管、调节阀、仪表等均应安装在便于操作和维修处，必须有可靠的加固和防振措施。冷箱内的阀门安装位置能使阀门手轮中心与地面或平台面的距离1.2m，冷箱上的阀门的紧固元件以及阀门盖应该采用不锈钢材质的，避免阀门因冷量泄漏而冻裂阀门。
3.4 流程工艺的设计原则
空分装置要根据用户的用气量合理的配置各系统的设备，尽可能的在满足工艺要求的前提下，减小投资，减小能耗。预冷系统要根据用户氮气和污氮气的用量，合理的配置冷水机组；纯化系统要根据当地大气条件合理的配置分子筛吸附剂和活性氧化铝的装填量，保证出纯化系统的空气CO2含量≤1PPm；在主冷液氧和液氧蒸发器中设置总碳量分析仪，控制总碳量在100PPm，C2H2的含量小于0.1PPm。
4、结语
在节能环保政策的监督下，工业生产企业在主要倾向于选择低能耗以及安全性高的深冷制氧装置，而且气体分离技术已经取得到了很大的发展，为了提高空气分离效率和装置安全运行的可靠性，重视内压缩制氧装置工艺特点及设计原则的分析对于空分技术在工艺流程方面的发展以及空分设备的改进方面有很大的帮助。
参考文献
[1]徐刚.空分装置工艺技术分析及选择分析[J].军民两用技术与产品，2016（8）：89.
[2]臧安华，杨光磊，张梦.空分装置预冷系统长期运行的常见问题探讨[J].中国化工贸易，2015（20）：45.
论文作者:游超拢
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年5期
论文发表时间:2019/7/9
标签：液氧论文; 分子筛论文; 装置论文; 阀门论文; 系统论文; 空分论文; 空气论文; 《建筑学研究前沿》2019年5期论文;