摘要：现阶段我国的经济不断发展，煤化工产业也随之逐步发展起来，不仅设备在不断升级，装置也在向规模化发展。例如我们熟知的空分设备有着变负荷能力强、较大的液体生产量且运行安全、可靠等特点，并且制氩系统的运行也非常稳定；而内压缩流程空分设备的适用性也很广，在化工行业、冶金行业等采用内压缩空分设备可以起到有效的节能、降耗的作用。本文就对大型内压缩流程空分设备做简单介绍。
关键词：空分制氧技术；内压缩流程；外压缩流程；优缺点；
1现在空分设备技术的发展
国内的空分行业，一方面立足自力更生、不断进取，另一方面借鉴国外的先进技术，吸收消化，已有了长足的进步。已从第一代的高低压流程，铝带盘蓄冷器的空分设备发展到第6代规整填料上塔，全精馏制氩的空分设备。国外的空分技术，发展更快，在流程及单元机组上不断开发新技术.作为空分技术工艺流程上开发的新技术，内压缩工艺流程自1978年问世以来，开始应用于化工系统。发展很快，冶金系统新上和即将建设的制氧机组，目前，空分工艺流程已由单一的外压缩流程，发展到现今的外压缩流程与内压缩流程并存的局面。
2 空分内压缩流程和外压缩流程比较
空分内压缩流程与外压缩流程的区别主要是：产品氧、氮输出的压缩方式不同，以单氧泵内压缩为例：其低压塔液氧由泵压缩至所需压力在主换热器中汽化成气氧送出冷箱至用户管网。而外压缩则是塔内低压氧液体由主换热器汽化后送出冷箱，再由氧压机压至所需压力，送入用户管网。内压缩流程和外压缩流程应取长补短，同时发展，成为更加完善的空分技术。为达到这个目的，将两者进行比较对比是必要的，下面以马钢40000m3/h空分制氧机组为例，从安全性、投资、产液体能力、能耗、占地面积、供氧连续性、操作维护等几个主要环节上对这两种工艺流程进行比较。
3空分设备的可靠性、安全性
3.1 内压缩流程与外压缩流程
外压缩也被称为常规空分流程，是在精馏塔底将氧气抽出之后，运用主换热器实行复热，再通过氧压机的作用压缩，从而达到用户的压力需求，最终进入至厂区的氧气管网。
内压缩流程是与外压缩流程相对应的，把液氧从主冷凝蒸发器里抽取出来，通过低温液氧对其实施压缩，达到用户要求的压力时再利用主换热器进行复热，最终将其送至厂区的氧气管网。3.2对于安全性的要求
众所周知，氧气具有助燃的作用，如果对氧气施加过大的压力，它的温度会逐渐升高导致爆炸事故发生，形成潜在的危险。运行大型的氧压机以及氧气增压均由高速旋转的大叶轮实现压缩，而液氧泵在低转速和小转速下就可实现压缩，而高速的旋转可带来较大的氧气压力，由此可见，液氧压缩较气氧压缩安全系数高。
（1）在不提取氪、氙的工况下
空气分离又被称为空分，是通过空气中的气体所具有的不同物理性质，把它们从中分离出来的过程，一般情况下，可以通过这一过程分离出氮气和氧气的同时，也可获取到氩气以及氦气等稀有气体。对于内压缩流程而言，其设计方式呈现出多样性，不同的流程组织形式，相关的设备配置存在差异。我厂空分设备的内压缩流程采用的是膨胀空气进上塔、空气增压循环，通过配置氮压机来满足厂里高、中、低压力等级的氮气产品。空气增压机是采用末端排气还是中抽，是由客户要求的膨胀量与产液体量决定的。如果采用板翅式换热器，为了降低冷损，节约空间，可以采用高、低压组合一起的方式。内压缩流程具有很高的安全可靠性，这是因为在较高的液氧压力下，随着液氧沸腾温度的升高，烃的挥发度及溶解度也随之提高，液氧的沸腾压力在3bar以上时，就可排除烃积累到危险浓度的可能性。内压缩流程氧气产品全量以液氧形式从主冷中排放，即使大气中碳氢化合物骤然增加也难以在液氧中大量积聚。另外，没有了高速运转的氧压机，消除了氧压机事故隐患。外压缩流程由于液氧压力低，其冷凝蒸发器的安全受环境影响大，且有高速运转氧压机，事故隐患大。
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（2）在提取氪、氙的工况下
提取氪、氙后内压缩流程安全可靠性下降，但还是优于外压缩流程，这是因为液氧排出冷凝蒸发器的量与进入精馏塔空气的比例大大减少，因而有害物质的积聚可能性增加。同样，由于没有了高速运转的氧压机，消除了氧压机事故隐患。外压缩流程由于液氧压力低，其冷凝蒸发器的安全受环境影响大，且有高速运转氧压机，事故隐患大。
4设备投资方面
内压缩流程比外压缩流程总投资及设备投资皆降低，据初步估算，设备投资节省4~5%。
总投资及设备投资皆较高，这是因为外压缩流程透平氧压机技术要求高，材质要求严，控制系统要求精密和复杂。而一台氧压机的价格要高于内压缩流程的增压机、液氧泵之和。
5占地面积
内压缩流程占地面积较小，整个装置占地面积约12820㎡。外压缩流程由于多一台安全、防护要求港的氧压机，其占地面积较大，据初步估算，整个装置占地面积约12900㎡。
6供压氧连续性
内压缩流程由于有2台液氧泵，1台正处于运行时，另一台处于低温待命状态，一旦出现故障，备用一台在20秒内正常运行。因而，能保证正常供氧。外压缩流程由于不可能备2台氧压机，一旦氧压机故障就不能保证正常供氧。
7操作控制和维护
对于内压缩流程而言，其设计方式呈现出多样性，不同的流程组织形式，相关的设备配置存在差异。空气增压机是采用末端排气还是中抽，是由客户要求的膨胀量与产液体量决定的。如果采用板翅式换热器，为了降低冷损，节约空间，可以采用高、低压组合一起的方式。我厂采用的是板翅式换热器，分为高压板式换热器、膨胀板式换热器、低压板式换热器。膨胀换热器采用高压换热器中抽污氮气来作为冷源。冷量损失小，还能生产部分液氧、液氮产品。因内压缩流程机组少，操作人员少，没有了复杂的氧压机，操作方便，维护工作量少。
外压缩流程由于有了复杂的氧压机，操作复杂，维护工作量大。
8调压操作
内压缩流程中为了保证主换热板式能在恒压下工作，所以产品压力是在产品出主换热板式后用调节阀调节。因而，不节能。外压缩流程调压操作节能。内压缩流程氪、氙提取率较低，约为55%，这是因为氪氙是含在主冷的液氧中，因内压缩流程的气氧产品是由液氧汽化而得来，故不少氪氙被带走。外压缩流程氪、氙提取率较高，约为85%。
结束语
综上所述，内压缩流程与外压缩流程相比具有明显的优势，其发展远景广阔。对供氧连续性要求较高，液氧、液氮等液体副产品蝉联需求多的行业，应优选择内压缩流程。内压缩流程发展时间不长，其性能提高的潜力很大，应在内压缩流程组织上进一步优化，降低能耗，尽快使引进设备国产化，以便降低投资，使其在我国空分行业中得到更好的推广。
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论文作者:刘国鸿
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/10
标签：流程论文; 液氧论文; 空分论文; 压机论文; 设备论文; 换热器论文; 压力论文; 《基层建设》2018年第22期论文;