空分裝置流程設計工程師

① 空分工藝流程具體是怎樣的

楔橫軋專業化工廠的主要工藝流程

楔橫軋專業化工廠主要工藝流程如下：長棒料→定尺下料→加熱→軋制→空冷→正火→拋丸→矯直→檢驗
下面就每一工序的作用加以說明：
(1)長棒料。從冶金廠來的棒料一般長度為4～6m，到廠後應經檢驗，主要內容包括：化學成分、直徑公差及橢圓度、表面有無缺陷，中心疏鬆級別等。
(2)定尺下料。按照零件毛坯體積（加燒損）加上料頭損失為下料體積進行定尺下料。用剪斷機下料的優點是生產率高、在斷口處無材料損失，缺點是剪口有馬蹄形。故這種下料只能用於產品兩頭需軋細並去掉料頭的產品。用帶式鋸下料雖然有切口損失，但由於切口質量好，是楔橫軋車間主要下料方式。
(3)加熱。楔橫軋車間理想的加熱方法為電感應加熱。它與燃料加熱比較，優點為不容易發生過熱與過燒，產品質量有保證；氧化鐵皮損失小；生產機動靈活；生產環境好以及節省人力與地方；容易實現機械化，自動化生產等。所以，凡有條件的工廠都應採用中頻電感應加熱。
(4)軋制。軋制是楔橫軋軸類零件的主要工序。軸類零件的成形工藝在這里完成，所以也是整個生產流程的中心環節。對於碳素鋼和低合金鋼，一般軋制溫度為
1000～1200℃。對利用楔橫軋工藝制坯，緊接著模鍛成形零件（如生產發動機連桿），一般取較高的溫度軋制，沒有特殊要求的取較低的溫度軋制。軋機的生產率一般為每分鍾6～12件（或對）。
(5)空冷。多數軋件採用軋後空冷。空冷經檢驗後就可以向用戶交貨，也有需要正火狀態交貨的，大多採用空冷後，再加熱經正火後交貨的，但也有採用軋後余熱正火的。
(6)正火。一般採用台車式電阻正火爐進行軸類零件毛坯的正火處理。正火的主要目的是得到符合切削加工的硬度（一般hb190～220）；符合晶粒度等內部組織的要求以及消除零件的內應力等。
(7)拋丸清理。軸類零件毛坯多採用拋丸清理。其主要目的一是清除軋制、正火後軋件表面形成的氧化鐵皮及其他缺陷（皺紋、毛刺等），減少在切削加工中刀具的磨損；二是顯露軋件表面缺陷，為檢查軋件質量提供條件。
(8)矯直。對於楔橫軋軸類件，尤其是細長的軸類件，在加熱、軋制、冷卻以及正火處理中，免不了有彎曲變形，所以通常需要矯正工序。一般做法是，在小型壓力機的工作台上墊上v形鐵，靠人工操作將冷下的軋件矯直。
(9)檢驗。軋件質量檢驗的目的在於保證產品質量符合鍛件的技術標准。其檢驗的內容包括：尺寸與幾何形狀、表面質量、內部質量、力學性能與化學成分等。

② 空分是用做干什麼的

空分就是將空氣中的氧氣和氮氣進行分離，或同時提取氦氣、氬氣等稀有氣體。

氧氣、氮氣及氬氣、氦氣等稀有氣體用途很廣，所以空氣分離裝置廣泛用於冶金、化工、石油、機械、采礦、食品、軍事等工業部門。

空氣壓縮、空氣凈化、換熱、製冷與精餾是空分的五個主要環節。一般先將空氣壓縮，並冷至很低溫度，或用膨脹方法使空氣液化，再在精餾塔中進行分離。

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空氣分離三種技術方法：吸附法、膜分離法及低溫法。

吸附法：利用分子篩對不同分子的選擇吸附性能來達到最終分離目的，該技術流程簡單，操作方便，運行成本低，但獲得高純度產品較為困難，而且裝置容量有限，所以該技術有其局限的應用范圍。

膜分離法：利用膜滲透技術，利用氧、氮通過膜的速率的不同，實現兩種組分的粗分離。這種方法裝置更為簡單，操作方便，投資小但產品只能達到28%--35%的富氧空氣，且規模只宜中小型化，只適用於富氧燃燒及醫療保健領域應用。

低溫法：利用空氣中各組分沸點的不同，通過一系列的工藝過程，將空氣液化，並通過精餾來達到不同組分分離的方法。這種方法較前兩種方法可實現空氣組分的全分離、產品精純化、裝置大型化、狀態雙元化（液態及氣態），故在生產裝置工業化方面占據主導地位。

目前工業應用最為廣泛的就是低溫空氣分離技術。

③ 空分技術的流程

(1)根據製冷方式分類
1)按工作壓力分為高壓流程、中壓流程和低壓流程。高壓流程的工作壓力高達10.0～20.0MPa，製冷量全靠節流效應，不需膨脹機，操作簡單，只適用於小型制氧機或液氮機。中壓流程的工作壓力在1.0～5.0MPa，對於小型空分裝置由於單位冷損大，需要有較大的單位製冷量來平衡，所以要求工作壓力較高，此時，製冷量主要靠膨脹機，但是節流效應製冷量也占較大的比例。低壓流程的工作壓力接近下塔壓力，它是目前應用最廣的流程，該裝置具有低的單位能耗；
2)按膨脹機的型式分為活塞式、透平式和增壓透平式。活塞式膨脹量小，效率低，只用於一部分舊式小型裝置。透平式由於效率高，得到最廣泛的應用。對低壓空分裝置，由於膨脹後的空氣進入上塔參與精餾，希望在滿足製冷量要求的情況下膨脹量盡可能地小，以提高精餾分離效果。增壓透平是利用膨脹機的輸出功，帶動增壓機壓縮來自空壓機的膨脹空氣，進一步提高壓力後再供膨脹機膨脹，以增大單位製冷量，減少膨脹量。這在新的低壓空分流程中得到越來越廣泛的應用；
3)按膨脹氣體分為空氣膨脹流程和氮膨脹流程。膨脹後空氣進上塔會影響精餾；氮氣膨脹使主冷中氮的冷凝量減少，即進入上塔的迴流液減少，同樣對上塔精餾有影響，二者各有優缺點。
(2)按凈化方式分類
1)凍結法凈除水分和CO2。空氣在冷卻過程中，水分和CO2在換熱器通道內析出、凍結；經一定時間後將通道切換，由返流污氮氣體將凍結的雜質帶走。根據換熱器的型式不同，又分為蓄冷器和板翅式切換式換熱器。這種方式切換動作頻繁，啟動操作較為復雜，技術要求高，運轉周期為1年左右；
2)分子篩吸附凈化流程。空氣在進入主換熱器前，已由吸附器將雜質凈除干凈。吸附器的切換周期長，使操作大大簡化，純氮產品量不再受返流氣量要求的限制，運轉周期可達兩年或兩年以上，目前受到越來越廣泛的應用。
(3)按分離方式分類
低溫法分離空氣是靠精餾塔內的精餾過程。
1)根據產品的品種分為生產單高產品、雙高產品、同時提取氬產品或全提取稀有氣體等流程；
2)根據精餾設備分為篩板塔和規整填料塔等。
(4)按產品的壓縮方式分類
可分為分離裝置外壓縮和裝置內壓縮兩類。裝置外壓縮是單獨設置產品氣體壓縮機，對裝置的工作沒直接影響。裝置內壓縮是用泵壓縮液態產品，再經復熱、氣化後送至裝置外。相對來說內壓縮較為安全，但是，液體泵是否正常將直接影響到裝置的運轉。

④ 空分裝置基本原理和過程

空分設備是以空氣為原料，通過壓縮循環深度冷凍的方法把空氣變成液態，再經過精餾而從液態空氣中逐步分離生產出氧氣、氮氣及氬氣等惰性氣體的設備，廣泛應用於傳統的冶金、新型煤化工、大型氮肥、專業氣體供應等領域。

具體流程為：自空壓機來的壓縮空氣，經分子篩除去水分、二氧化碳、碳氫化合物等雜質後，一部分空氣被直接送往精餾塔的上塔，另一部分則進入膨脹機經膨脹製冷後，被送往下塔。精餾塔中，上升蒸汽和下落液體經熱量交換後，在上塔的頂部可得到純度很高的氮氣，在上塔底部可得到純度很高的氧氣。

(4)空分裝置流程設計工程師擴展閱讀：

空分生產生產區現場人員的衣著必須無油和無油脂。裝置工作區內禁止貯放可燃性物品。對裝置運行所必需的潤滑劑和原材料，必須由專人妥為保管。要防止氧氣的局部增濃。如果發現某些區域空氣中的氧氣已經增濃或存在增濃的可能性，則必須清楚地作出標記，並加以強制通風，對存在氫增濃的地方也應參照辦理。

在空分裝置正常運行時，2#膨脹機增壓後空氣出口水分含量分析AIA402突然出現波動，最高上漲到54.7ppm，以遠遠超過正常值在2ppm。同時2#膨脹空氣與主換阻力PI405AA也增長至50kPa，導致膨脹空氣進塔量突然減少2000m/h。

⑤ 啥叫空分空分裝置和系統流程大揭秘

大家對各類壓縮機、汽輪機並不陌生，但是他們在空分環節的作用，你是否真正了解？工廠里的空分車間，你知道是什麼樣的嗎？空分，簡單地說，就是用來把空氣中的各組份氣體分離，生產氧氣、氮氣和氬氣的一套工業設備。還有稀有氣體氦、氖、氬、氪、氙、氡等。

空分設備

空分設備是以空氣為原料，通過壓縮循環深度冷凍的方法把空氣變成液態，再經過精餾而從液態空氣中逐步分離生產出氧氣、氮氣及氬氣等惰性氣體的設備，廣泛應用於傳統的冶金、新型煤化工、大型氮肥、專業氣體供應等領域。

簡單來說就是空分的系統流程包括：

壓縮系統

預冷系統

純化系統

換熱系統

產品送出系統

膨脹製冷系統

精餾塔系統

液體泵系統

產品壓縮系統

我們按照空分系統流程對設備進行一一介紹：

壓縮系統

有 自潔式空氣過濾器 、 汽輪機 、 空壓機 、 增壓機 ， 儀表壓縮機 等。

（1）自潔式過濾器一般隨著氣量的增大，濾筒數增多，層數也越高，一般2.5萬等級以上雙層，6萬等級以上三層布置；一般單台壓縮機需要單獨布置過濾器，同時布置在上風口。

（2）汽輪機是高壓蒸汽進行膨脹做功，帶動同軸葉輪轉動，從而實現進行對工質做功的型式。汽輪機一般常用的有三種形式：全凝、全背壓和抽凝，較為常用的是抽凝。

（4）空壓機一般大型空分裝置投資均為單軸等溫型離心壓縮機，進口較國產能耗低2%左右，投資高80%；空壓機採用出口放空，不設置迴流管路，一般有最小吸入流量防喘振要求，採用入口導葉進行流量調節，進口國產機組均是四級壓縮三級冷卻（末級不冷卻）。主空壓機配備一套水洗系統，用以沖洗各級葉輪和蝸殼表面沉積物。該系統隨主機成套。

（5）增壓機一般大型空分裝置投資採用單軸等溫型離心壓縮機和齒輪式離心壓縮機兩種，其中齒輪式在能耗上占較大優勢，尤其壓比較大的工況。

（6）儀表氣壓縮機一般有三種形式：無油螺桿機，活塞式和離心式。由於活塞式和離心式天然無油，所以不需要除油裝置，只需要配套乾燥裝置（除水）和精密過濾器（除固體顆粒）即可；而螺桿機一般有有油和無油然後除油兩種，噴油螺桿機需要設置除油裝置，同時需要設置精度非常高的除油過濾器，以滿足工藝要求，這種機型的優勢是價格較便宜；無油螺桿採用干轉子或者水潤滑，這種機型優點是絕對不含油，缺點是價格較貴。氣量500Nm³/h以下適合選活塞式；氣量在2000Nm³/h以下適合選螺桿機或活塞機；氣量在2000Nm³/h以上即三種機型都可以選，氣量大時離心式壓縮機較有優勢，其易損件較少，同時好維護，性價比較高。

儀表壓縮機在開車時使用，正常運行後由分子篩純化器後抽取。

預冷系統

預冷系統空冷塔有兩種形式： 閉式循環 （空冷塔分為上下兩段，冷凍水在空冷塔上段和水冷塔之間循環）和 開式循環 （進循環水系統），閉式循環主要應用於水質不好的化工廠，需要補充新鮮水及葯劑；開式循環應用較廣，但是循環水系統同樣也需要定期補充新鮮水，預冷系統還需要考慮夏天工況。

空冷塔 一般設計為底部為1米φ76不銹鋼鮑爾環（耐高溫），3米φ76增強型聚丙烯鮑爾環（大通量），4米φ50增強型聚丙烯鮑爾環。

水冷塔 也有兩種：兩段式（無外加冷源時，乾燥污氮氣的冷量回收充分，使之預冷系統有保障，但是阻力大一倍，（7米+7米φ50聚丙烯鮑爾環）和一段式（有外加冷源時，8米φ50聚丙烯鮑爾環）。

此外，預冷系統一般所有進水均要設置過濾器（一般6台：4台水泵，水冷塔進水，冷水機組蒸發側進水），防止雜質帶入系統。預冷系統的效果檢測為：下段4米填料段出口氣比進水低1℃；上段8米填料段出口氣比水高1℃，一般在空冷塔中部設置測溫計（伸入內部）。

純化系統

純化系統採用的的 吸附器 有立式軸向流，卧式雙層床和立式徑向流三種。

立式軸向流 主要用於1萬等級（直徑已經到4.6m）以下空分設備的配套，床層厚度1550∽2300mm，雙層單層均可布置，立式軸向流吸附器的氣流分布最好。

卧式雙層床 主要用於大中型空分設備的配套，床層厚度1150mm（分子篩）+350mm（鋁膠）。

立式徑向流 吸附器可以有效利用容器內部空間，使得同直徑吸附層面積擴大1.5倍左右，這樣可以有效降低塔器高度，同時立置方式佔地面積較小。由於氣流分布均勻，不像卧式吸附器氣流不均，使得分子篩用量減少20%，再生能耗也節省20%。

但是立式徑向流缺點是氣流中心集中（扇形區），使得其比卧式穿透時間要快（要求CO2＜0.5ppm）。床層厚度1000mm+200mm，立式徑向流可以滿足2萬等級以上的空分設備的配置。

再生加熱 有電加熱器和蒸汽加熱器兩種方式。

蒸汽加熱器有卧式（4萬等級以下），立式（4萬等級以上），立式高效蒸汽加熱器（蒸汽利用率高，節能20%）布置方式有：一台蒸汽加熱器（有H2O泄漏測點）；電加熱器（兩用一備或者一用一備）並聯（高溫低流量聯鎖停設置，防止燒壞，加熱管材質為1Cr18Ni9Ti）；電加熱器（滿足活化再生，250∽300℃）與蒸汽加熱器並聯；電加熱器與蒸汽加熱器串聯（蒸汽溫度低時，不過造成再生阻力較大）。

對純化系統還需要設置節流再生管路以滿足開車需要。另外再生氣側設置安全閥，蒸汽加熱器側設置安全閥，防止設備或者閥門壓力高側泄漏或者超壓，以及節流超壓。

再生流路配置手動蝶閥來調配阻力，以使得主塔運行穩定（或者不設置，採用總管設置調節閥時序調節）。

換熱系統

換熱系統嚴格來說多股流混合介質設計在同一換熱器里，讓各介質傳熱自動平衡，能耗最低，但是這樣對於內壓縮流程會造成全部換熱器均為高壓換熱器，會造成投資的積聚增加，所以2萬等級以上內壓縮換熱器組織還是採用高低壓分開的辦法，更為經濟些，2萬等級以下採用全部高壓換熱器配置。

產品送出

低壓氧氮產品 ，設置產品調節閥與放空流路，放空進消音器（氮氣內件為碳鋼，氧氣內件為不銹鋼）。污氮氣設置去水冷塔放空（起污氮氣放空作用、調配再生氣以及調整上塔壓力的作用，要求水冷塔塔徑能夠滿足泄放要求，尤其有氮氣也通入的場合，不能使上塔壓力憋高，水冷塔阻力6kPa(8米高填料)，管路及閥門4kPa，對大氣放空壓差2kPa，總共12kPa）。

高壓氧氣產品 ，放空採用兩級節流，先是高壓產品氣節流至10barG，經過偏心異徑管，中間設置蒙乃爾降噪板，再通過偏心異徑管擴大管路直徑，氧氣介質流速控制在10m/s以下，再通入消聲塔節流放空，消聲元件不銹鋼；高壓氮產品，氮氣產品先節流至10bar，通過不銹鋼降噪板，再通入消聲塔節流放空，消聲元件碳鋼；氧氣閥門要求不得人去操作（調節閥禁帶手輪，手動閥放置防爆牆內）。

消聲塔還可以與壓縮機系統放空合二為一，空壓機增壓機降噪（按照空壓機量計算），通入消聲塔，以及純化系統泄壓空氣，增壓機打迴流，泄放部分。

膨脹製冷系統

膨脹機一般有三種，即 低壓膨脹機 ， 中壓膨脹機 和 液體膨脹機 。

對於一定類型的氣體膨脹機來說，工質體積流量越大，效率越高。一般流量8000Nm³以上的低壓膨脹機效率為85∽88%，流量小於3000∽8000Nm³效率會低至70∽80%。

中壓膨脹機一般採用一台進口一台國產（備用）。氣量8000Nm³/h以上進口膨脹機效率82∽91%（增壓端少4個點）；國產膨脹機效率78∽87%（增壓端少5個點）。

膨脹機啟動前需要先吹掃（除去管系雜質，膨脹機蝸殼內雜質），再通密封氣（正常時由增壓端提供），然後進行油系統外循環，內循環，做完聯鎖測試然後方能啟動，冷試合格後冷緊；冷啟動需要啟動油箱加熱器，正常運行後不需要，此時軸承的冷熱已經平衡。

液體膨脹機本質是利用高壓液體的壓力頭來進行水力做功（同時液體焓值降低，但是與氣體相比，相差甚遠），一般4萬等級以上內壓縮空分設備均可用液體膨脹機代替高壓液空節流閥。它的優勢為利用液體膨脹機製冷和膨脹功發電達到節能目的，一般可實現節能2%左右，但是其投資達千萬元。

精餾塔系統

下塔1.5∽5萬等級採用篩板塔較多，環流塔板在1.5萬等級以下直徑塔較有優勢（液體流程較對流長，但是製造復雜），對流3萬等級以下應用較多，1.5萬等級以上較占優勢，四溢流在3萬等級以上大塔較占優勢，填料塔能耗較低，不過下塔高度要增加5米左右。5萬等級以上空分較占優勢，尤其上下塔平行布置的情況。

上塔、粗氬塔及精氬塔採用填料塔，廠家一般為蘇爾壽或天大北洋，對粗氬塔冷源配置一般是富氧液空，同時可將廢氣放散入污氮氣管路，氬系統停運時能耗低；精氬塔熱源為富氧液空，或下塔氮氣，冷源可以是貧液空或者液氮，進料有液相和氣相兩種。需要注意的是粗氬塔冷凝器板式的密封性要求較高，否則會導致氬產品不合格。

主冷有單層，立式雙層、卧式橫列雙層，立式三層和降膜主冷（液氧與氣氧向下，與氮氣同流向）。

精餾塔系統的布置有6種方式：

（1）上下塔垂直布置，為常規布置方式，高度較低，無下塔液體難以進入上塔或者粗氬塔冷凝器的狀況（管路全液相上行背壓能夠滿足，此時管徑不能小）；

（2）上下塔垂直布置，為常規布置方式，高度適中，下塔液體難以進入上塔或者粗氬塔冷凝器採用設置汽提管路帶液體去上塔（要求管路出口滿足ρυ²＞3000，ρ為密度，υ為流速，進氣位置在管路汽化率為1%高度處，此時需要適當縮小管徑，同時液體過冷度不能大）；

（3）上塔自氬餾分段落地布置，採用兩台循環氧泵連接，降低上塔高度可以解決下塔液體無法進入上塔或者粗氬塔冷凝器的狀況；

（4）上塔自氬餾分段落地布置，採用循環泵連接，粗氬塔最上段座在上塔上部，這樣可以使冷箱空間縮小；

（5）上塔自主冷落地布置，採用循環泵連接，主冷在下塔頂部，優點是主冷可以做的很大；

（6）上塔自主冷落地布置，採用循環泵連接，粗氬塔最上段座在上塔上部，優點是主冷可以做的很大，同樣可以使冷箱空間縮小。

液體泵系統

卧式泵 水平布置（進液管低於排液管），需要設置加溫氣（設置在泵後，或者泵前過濾器前，防止雜質進入），密封氣，排液排氣閥（低處排液，高處排氣）和迴流管路（回液進氣相），卧式泵轉速不能太高，一般排壓30barG以下，卧式泵由於水平布置，冷態收縮軸承受力較好，但是轉速高轉子動平衡不好滿足。

立式泵 採用軸承懸掛式布置（進液管高於排液管），承受向下拉力較大，轉子重心與軸重合，轉速可以很高；一般30bar以上，需要設置：泵前回氣（注意卧式泵無），加溫氣（設置在泵過濾器前，高處進氣）， 密封氣，排液排氣閥（低處排液，高處排氣，預冷時看是否冷透）和迴流管路（回液進氣相）。立式泵一般均是多級，回氣管路要求不得向下（平出，或者傾斜向上），否則會造成氣體不能排出，易導致泵汽蝕。另外低溫泵電機需要設置吹風管路，防止夏天過熱，冬天結霜。

液氧泵液氮泵 在線冷態備用，其中液氮泵密封氣密封氣壓力7barG以上；氧泵密封氣壓力4barG(下塔壓力氮氣即可滿足)；循環液氬泵，一用一備，密封氣一般採用液氬汽化密封，要求流量有20%的餘量。一般液氬泵自身迴流閥壓力-旁通控制，出口閥流量-液位控制，採用雙迴路控制。

產品壓縮系統

氮透一般壓縮空氣的均可滿足， 氮氣透平壓縮機 壓力較高採用齒輪式較為節能。

氧透根據排壓有單缸（壓力低）和雙缸（高壓缸和低壓缸）（8級壓縮至30bar），一般30barG以下，需要設置5barG的密封氣（壓力氮氣可滿足），同時由於氧氣介質有高壓高溫火患原因，所有過流部分均採用銅合金，需要設置保安氮氣，一般由工程設計院考慮；進口氧透價格較高，為國產2倍左右，一般不採用，目前一般均杭氧氧透，排壓3∽30barG，流量8000Nm³/h以上均可滿足。但是流量小，氧透效率較低，一般8000Nm³/h（55%）∽80000Nm³/h（68%）。

氧透一般應用於外壓縮流程，從3∽30barG均有,不過一般要和帶增壓機的內壓縮流程（效率一般70%以上，也有流量限制，效率要較氧透高10個點以上，這樣甚至可以抵消外壓縮較內壓縮少復熱附加能耗損失的優勢，但是內壓縮用於鋼廠排壓需要提高，以免換熱系統波動）進行能耗比較，最後確定方案。