空分装置流程设计工程师

① 空分工艺流程具体是怎样的

楔横轧专业化工厂的主要工艺流程

楔横轧专业化工厂主要工艺流程如下：长棒料→定尺下料→加热→轧制→空冷→正火→抛丸→矫直→检验
下面就每一工序的作用加以说明：
(1)长棒料。从冶金厂来的棒料一般长度为4～6m，到厂后应经检验，主要内容包括：化学成分、直径公差及椭圆度、表面有无缺陷，中心疏松级别等。
(2)定尺下料。按照零件毛坯体积（加烧损）加上料头损失为下料体积进行定尺下料。用剪断机下料的优点是生产率高、在断口处无材料损失，缺点是剪口有马蹄形。故这种下料只能用于产品两头需轧细并去掉料头的产品。用带式锯下料虽然有切口损失，但由于切口质量好，是楔横轧车间主要下料方式。
(3)加热。楔横轧车间理想的加热方法为电感应加热。它与燃料加热比较，优点为不容易发生过热与过烧，产品质量有保证；氧化铁皮损失小；生产机动灵活；生产环境好以及节省人力与地方；容易实现机械化，自动化生产等。所以，凡有条件的工厂都应采用中频电感应加热。
(4)轧制。轧制是楔横轧轴类零件的主要工序。轴类零件的成形工艺在这里完成，所以也是整个生产流程的中心环节。对于碳素钢和低合金钢，一般轧制温度为
1000～1200℃。对利用楔横轧工艺制坯，紧接着模锻成形零件（如生产发动机连杆），一般取较高的温度轧制，没有特殊要求的取较低的温度轧制。轧机的生产率一般为每分钟6～12件（或对）。
(5)空冷。多数轧件采用轧后空冷。空冷经检验后就可以向用户交货，也有需要正火状态交货的，大多采用空冷后，再加热经正火后交货的，但也有采用轧后余热正火的。
(6)正火。一般采用台车式电阻正火炉进行轴类零件毛坯的正火处理。正火的主要目的是得到符合切削加工的硬度（一般hb190～220）；符合晶粒度等内部组织的要求以及消除零件的内应力等。
(7)抛丸清理。轴类零件毛坯多采用抛丸清理。其主要目的一是清除轧制、正火后轧件表面形成的氧化铁皮及其他缺陷（皱纹、毛刺等），减少在切削加工中刀具的磨损；二是显露轧件表面缺陷，为检查轧件质量提供条件。
(8)矫直。对于楔横轧轴类件，尤其是细长的轴类件，在加热、轧制、冷却以及正火处理中，免不了有弯曲变形，所以通常需要矫正工序。一般做法是，在小型压力机的工作台上垫上v形铁，靠人工操作将冷下的轧件矫直。
(9)检验。轧件质量检验的目的在于保证产品质量符合锻件的技术标准。其检验的内容包括：尺寸与几何形状、表面质量、内部质量、力学性能与化学成分等。

② 空分是用做干什么的

空分就是将空气中的氧气和氮气进行分离，或同时提取氦气、氩气等稀有气体。

氧气、氮气及氩气、氦气等稀有气体用途很广，所以空气分离装置广泛用于冶金、化工、石油、机械、采矿、食品、军事等工业部门。

空气压缩、空气净化、换热、制冷与精馏是空分的五个主要环节。一般先将空气压缩，并冷至很低温度，或用膨胀方法使空气液化，再在精馏塔中进行分离。

(2)空分装置流程设计工程师扩展阅读

空气分离三种技术方法：吸附法、膜分离法及低温法。

吸附法：利用分子筛对不同分子的选择吸附性能来达到最终分离目的，该技术流程简单，操作方便，运行成本低，但获得高纯度产品较为困难，而且装置容量有限，所以该技术有其局限的应用范围。

膜分离法：利用膜渗透技术，利用氧、氮通过膜的速率的不同，实现两种组分的粗分离。这种方法装置更为简单，操作方便，投资小但产品只能达到28%--35%的富氧空气，且规模只宜中小型化，只适用于富氧燃烧及医疗保健领域应用。

低温法：利用空气中各组分沸点的不同，通过一系列的工艺过程，将空气液化，并通过精馏来达到不同组分分离的方法。这种方法较前两种方法可实现空气组分的全分离、产品精纯化、装置大型化、状态双元化（液态及气态），故在生产装置工业化方面占据主导地位。

目前工业应用最为广泛的就是低温空气分离技术。

③ 空分技术的流程

(1)根据制冷方式分类
1)按工作压力分为高压流程、中压流程和低压流程。高压流程的工作压力高达10.0～20.0MPa，制冷量全靠节流效应，不需膨胀机，操作简单，只适用于小型制氧机或液氮机。中压流程的工作压力在1.0～5.0MPa，对于小型空分装置由于单位冷损大，需要有较大的单位制冷量来平衡，所以要求工作压力较高，此时，制冷量主要靠膨胀机，但是节流效应制冷量也占较大的比例。低压流程的工作压力接近下塔压力，它是目前应用最广的流程，该装置具有低的单位能耗；
2)按膨胀机的型式分为活塞式、透平式和增压透平式。活塞式膨胀量小，效率低，只用于一部分旧式小型装置。透平式由于效率高，得到最广泛的应用。对低压空分装置，由于膨胀后的空气进入上塔参与精馏，希望在满足制冷量要求的情况下膨胀量尽可能地小，以提高精馏分离效果。增压透平是利用膨胀机的输出功，带动增压机压缩来自空压机的膨胀空气，进一步提高压力后再供膨胀机膨胀，以增大单位制冷量，减少膨胀量。这在新的低压空分流程中得到越来越广泛的应用；
3)按膨胀气体分为空气膨胀流程和氮膨胀流程。膨胀后空气进上塔会影响精馏；氮气膨胀使主冷中氮的冷凝量减少，即进入上塔的回流液减少，同样对上塔精馏有影响，二者各有优缺点。
(2)按净化方式分类
1)冻结法净除水分和CO2。空气在冷却过程中，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。根据换热器的型式不同，又分为蓄冷器和板翅式切换式换热器。这种方式切换动作频繁，启动操作较为复杂，技术要求高，运转周期为1年左右；
2)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两年以上，目前受到越来越广泛的应用。
(3)按分离方式分类
低温法分离空气是靠精馏塔内的精馏过程。
1)根据产品的品种分为生产单高产品、双高产品、同时提取氩产品或全提取稀有气体等流程；
2)根据精馏设备分为筛板塔和规整填料塔等。
(4)按产品的压缩方式分类
可分为分离装置外压缩和装置内压缩两类。装置外压缩是单独设置产品气体压缩机，对装置的工作没直接影响。装置内压缩是用泵压缩液态产品，再经复热、气化后送至装置外。相对来说内压缩较为安全，但是，液体泵是否正常将直接影响到装置的运转。

④ 空分装置基本原理和过程

空分设备是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备，广泛应用于传统的冶金、新型煤化工、大型氮肥、专业气体供应等领域。

具体流程为：自空压机来的压缩空气，经分子筛除去水分、二氧化碳、碳氢化合物等杂质后，一部分空气被直接送往精馏塔的上塔，另一部分则进入膨胀机经膨胀制冷后，被送往下塔。精馏塔中，上升蒸汽和下落液体经热量交换后，在上塔的顶部可得到纯度很高的氮气，在上塔底部可得到纯度很高的氧气。

(4)空分装置流程设计工程师扩展阅读：

空分生产生产区现场人员的衣着必须无油和无油脂。装置工作区内禁止贮放可燃性物品。对装置运行所必需的润滑剂和原材料，必须由专人妥为保管。要防止氧气的局部增浓。如果发现某些区域空气中的氧气已经增浓或存在增浓的可能性，则必须清楚地作出标记，并加以强制通风，对存在氢增浓的地方也应参照办理。

在空分装置正常运行时，2#膨胀机增压后空气出口水分含量分析AIA402突然出现波动，最高上涨到54.7ppm，以远远超过正常值在2ppm。同时2#膨胀空气与主换阻力PI405AA也增长至50kPa，导致膨胀空气进塔量突然减少2000m/h。

⑤ 啥叫空分空分装置和系统流程大揭秘

大家对各类压缩机、汽轮机并不陌生，但是他们在空分环节的作用，你是否真正了解？工厂里的空分车间，你知道是什么样的吗？空分，简单地说，就是用来把空气中的各组份气体分离，生产氧气、氮气和氩气的一套工业设备。还有稀有气体氦、氖、氩、氪、氙、氡等。

空分设备

空分设备是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备，广泛应用于传统的冶金、新型煤化工、大型氮肥、专业气体供应等领域。

简单来说就是空分的系统流程包括：

压缩系统

预冷系统

纯化系统

换热系统

产品送出系统

膨胀制冷系统

精馏塔系统

液体泵系统

产品压缩系统

我们按照空分系统流程对设备进行一一介绍：

压缩系统

有 自洁式空气过滤器 、 汽轮机 、 空压机 、 增压机 ， 仪表压缩机 等。

（1）自洁式过滤器一般随着气量的增大，滤筒数增多，层数也越高，一般2.5万等级以上双层，6万等级以上三层布置；一般单台压缩机需要单独布置过滤器，同时布置在上风口。

（2）汽轮机是高压蒸汽进行膨胀做功，带动同轴叶轮转动，从而实现进行对工质做功的型式。汽轮机一般常用的有三种形式：全凝、全背压和抽凝，较为常用的是抽凝。

（4）空压机一般大型空分装置投资均为单轴等温型离心压缩机，进口较国产能耗低2%左右，投资高80%；空压机采用出口放空，不设置回流管路，一般有最小吸入流量防喘振要求，采用入口导叶进行流量调节，进口国产机组均是四级压缩三级冷却（末级不冷却）。主空压机配备一套水洗系统，用以冲洗各级叶轮和蜗壳表面沉积物。该系统随主机成套。

（5）增压机一般大型空分装置投资采用单轴等温型离心压缩机和齿轮式离心压缩机两种，其中齿轮式在能耗上占较大优势，尤其压比较大的工况。

（6）仪表气压缩机一般有三种形式：无油螺杆机，活塞式和离心式。由于活塞式和离心式天然无油，所以不需要除油装置，只需要配套干燥装置（除水）和精密过滤器（除固体颗粒）即可；而螺杆机一般有有油和无油然后除油两种，喷油螺杆机需要设置除油装置，同时需要设置精度非常高的除油过滤器，以满足工艺要求，这种机型的优势是价格较便宜；无油螺杆采用干转子或者水润滑，这种机型优点是绝对不含油，缺点是价格较贵。气量500Nm³/h以下适合选活塞式；气量在2000Nm³/h以下适合选螺杆机或活塞机；气量在2000Nm³/h以上即三种机型都可以选，气量大时离心式压缩机较有优势，其易损件较少，同时好维护，性价比较高。

仪表压缩机在开车时使用，正常运行后由分子筛纯化器后抽取。

预冷系统

预冷系统空冷塔有两种形式： 闭式循环 （空冷塔分为上下两段，冷冻水在空冷塔上段和水冷塔之间循环）和 开式循环 （进循环水系统），闭式循环主要应用于水质不好的化工厂，需要补充新鲜水及药剂；开式循环应用较广，但是循环水系统同样也需要定期补充新鲜水，预冷系统还需要考虑夏天工况。

空冷塔 一般设计为底部为1米φ76不锈钢鲍尔环（耐高温），3米φ76增强型聚丙烯鲍尔环（大通量），4米φ50增强型聚丙烯鲍尔环。

水冷塔 也有两种：两段式（无外加冷源时，干燥污氮气的冷量回收充分，使之预冷系统有保障，但是阻力大一倍，（7米+7米φ50聚丙烯鲍尔环）和一段式（有外加冷源时，8米φ50聚丙烯鲍尔环）。

此外，预冷系统一般所有进水均要设置过滤器（一般6台：4台水泵，水冷塔进水，冷水机组蒸发侧进水），防止杂质带入系统。预冷系统的效果检测为：下段4米填料段出口气比进水低1℃；上段8米填料段出口气比水高1℃，一般在空冷塔中部设置测温计（伸入内部）。

纯化系统

纯化系统采用的的 吸附器 有立式轴向流，卧式双层床和立式径向流三种。

立式轴向流 主要用于1万等级（直径已经到4.6m）以下空分设备的配套，床层厚度1550∽2300mm，双层单层均可布置，立式轴向流吸附器的气流分布最好。

卧式双层床 主要用于大中型空分设备的配套，床层厚度1150mm（分子筛）+350mm（铝胶）。

立式径向流 吸附器可以有效利用容器内部空间，使得同直径吸附层面积扩大1.5倍左右，这样可以有效降低塔器高度，同时立置方式占地面积较小。由于气流分布均匀，不像卧式吸附器气流不均，使得分子筛用量减少20%，再生能耗也节省20%。

但是立式径向流缺点是气流中心集中（扇形区），使得其比卧式穿透时间要快（要求CO2＜0.5ppm）。床层厚度1000mm+200mm，立式径向流可以满足2万等级以上的空分设备的配置。

再生加热 有电加热器和蒸汽加热器两种方式。

蒸汽加热器有卧式（4万等级以下），立式（4万等级以上），立式高效蒸汽加热器（蒸汽利用率高，节能20%）布置方式有：一台蒸汽加热器（有H2O泄漏测点）；电加热器（两用一备或者一用一备）并联（高温低流量联锁停设置，防止烧坏，加热管材质为1Cr18Ni9Ti）；电加热器（满足活化再生，250∽300℃）与蒸汽加热器并联；电加热器与蒸汽加热器串联（蒸汽温度低时，不过造成再生阻力较大）。

对纯化系统还需要设置节流再生管路以满足开车需要。另外再生气侧设置安全阀，蒸汽加热器侧设置安全阀，防止设备或者阀门压力高侧泄漏或者超压，以及节流超压。

再生流路配置手动蝶阀来调配阻力，以使得主塔运行稳定（或者不设置，采用总管设置调节阀时序调节）。

换热系统

换热系统严格来说多股流混合介质设计在同一换热器里，让各介质传热自动平衡，能耗最低，但是这样对于内压缩流程会造成全部换热器均为高压换热器，会造成投资的积聚增加，所以2万等级以上内压缩换热器组织还是采用高低压分开的办法，更为经济些，2万等级以下采用全部高压换热器配置。

产品送出

低压氧氮产品 ，设置产品调节阀与放空流路，放空进消音器（氮气内件为碳钢，氧气内件为不锈钢）。污氮气设置去水冷塔放空（起污氮气放空作用、调配再生气以及调整上塔压力的作用，要求水冷塔塔径能够满足泄放要求，尤其有氮气也通入的场合，不能使上塔压力憋高，水冷塔阻力6kPa(8米高填料)，管路及阀门4kPa，对大气放空压差2kPa，总共12kPa）。

高压氧气产品 ，放空采用两级节流，先是高压产品气节流至10barG，经过偏心异径管，中间设置蒙乃尔降噪板，再通过偏心异径管扩大管路直径，氧气介质流速控制在10m/s以下，再通入消声塔节流放空，消声元件不锈钢；高压氮产品，氮气产品先节流至10bar，通过不锈钢降噪板，再通入消声塔节流放空，消声元件碳钢；氧气阀门要求不得人去操作（调节阀禁带手轮，手动阀放置防爆墙内）。

消声塔还可以与压缩机系统放空合二为一，空压机增压机降噪（按照空压机量计算），通入消声塔，以及纯化系统泄压空气，增压机打回流，泄放部分。

膨胀制冷系统

膨胀机一般有三种，即 低压膨胀机 ， 中压膨胀机 和 液体膨胀机 。

对于一定类型的气体膨胀机来说，工质体积流量越大，效率越高。一般流量8000Nm³以上的低压膨胀机效率为85∽88%，流量小于3000∽8000Nm³效率会低至70∽80%。

中压膨胀机一般采用一台进口一台国产（备用）。气量8000Nm³/h以上进口膨胀机效率82∽91%（增压端少4个点）；国产膨胀机效率78∽87%（增压端少5个点）。

膨胀机启动前需要先吹扫（除去管系杂质，膨胀机蜗壳内杂质），再通密封气（正常时由增压端提供），然后进行油系统外循环，内循环，做完联锁测试然后方能启动，冷试合格后冷紧；冷启动需要启动油箱加热器，正常运行后不需要，此时轴承的冷热已经平衡。

液体膨胀机本质是利用高压液体的压力头来进行水力做功（同时液体焓值降低，但是与气体相比，相差甚远），一般4万等级以上内压缩空分设备均可用液体膨胀机代替高压液空节流阀。它的优势为利用液体膨胀机制冷和膨胀功发电达到节能目的，一般可实现节能2%左右，但是其投资达千万元。

精馏塔系统

下塔1.5∽5万等级采用筛板塔较多，环流塔板在1.5万等级以下直径塔较有优势（液体流程较对流长，但是制造复杂），对流3万等级以下应用较多，1.5万等级以上较占优势，四溢流在3万等级以上大塔较占优势，填料塔能耗较低，不过下塔高度要增加5米左右。5万等级以上空分较占优势，尤其上下塔平行布置的情况。

上塔、粗氩塔及精氩塔采用填料塔，厂家一般为苏尔寿或天大北洋，对粗氩塔冷源配置一般是富氧液空，同时可将废气放散入污氮气管路，氩系统停运时能耗低；精氩塔热源为富氧液空，或下塔氮气，冷源可以是贫液空或者液氮，进料有液相和气相两种。需要注意的是粗氩塔冷凝器板式的密封性要求较高，否则会导致氩产品不合格。

主冷有单层，立式双层、卧式横列双层，立式三层和降膜主冷（液氧与气氧向下，与氮气同流向）。

精馏塔系统的布置有6种方式：

（1）上下塔垂直布置，为常规布置方式，高度较低，无下塔液体难以进入上塔或者粗氩塔冷凝器的状况（管路全液相上行背压能够满足，此时管径不能小）；

（2）上下塔垂直布置，为常规布置方式，高度适中，下塔液体难以进入上塔或者粗氩塔冷凝器采用设置汽提管路带液体去上塔（要求管路出口满足ρυ²＞3000，ρ为密度，υ为流速，进气位置在管路汽化率为1%高度处，此时需要适当缩小管径，同时液体过冷度不能大）；

（3）上塔自氩馏分段落地布置，采用两台循环氧泵连接，降低上塔高度可以解决下塔液体无法进入上塔或者粗氩塔冷凝器的状况；

（4）上塔自氩馏分段落地布置，采用循环泵连接，粗氩塔最上段座在上塔上部，这样可以使冷箱空间缩小；

（5）上塔自主冷落地布置，采用循环泵连接，主冷在下塔顶部，优点是主冷可以做的很大；

（6）上塔自主冷落地布置，采用循环泵连接，粗氩塔最上段座在上塔上部，优点是主冷可以做的很大，同样可以使冷箱空间缩小。

液体泵系统

卧式泵 水平布置（进液管低于排液管），需要设置加温气（设置在泵后，或者泵前过滤器前，防止杂质进入），密封气，排液排气阀（低处排液，高处排气）和回流管路（回液进气相），卧式泵转速不能太高，一般排压30barG以下，卧式泵由于水平布置，冷态收缩轴承受力较好，但是转速高转子动平衡不好满足。

立式泵 采用轴承悬挂式布置（进液管高于排液管），承受向下拉力较大，转子重心与轴重合，转速可以很高；一般30bar以上，需要设置：泵前回气（注意卧式泵无），加温气（设置在泵过滤器前，高处进气）， 密封气，排液排气阀（低处排液，高处排气，预冷时看是否冷透）和回流管路（回液进气相）。立式泵一般均是多级，回气管路要求不得向下（平出，或者倾斜向上），否则会造成气体不能排出，易导致泵汽蚀。另外低温泵电机需要设置吹风管路，防止夏天过热，冬天结霜。

液氧泵液氮泵 在线冷态备用，其中液氮泵密封气密封气压力7barG以上；氧泵密封气压力4barG(下塔压力氮气即可满足)；循环液氩泵，一用一备，密封气一般采用液氩汽化密封，要求流量有20%的余量。一般液氩泵自身回流阀压力-旁通控制，出口阀流量-液位控制，采用双回路控制。

产品压缩系统

氮透一般压缩空气的均可满足， 氮气透平压缩机 压力较高采用齿轮式较为节能。

氧透根据排压有单缸（压力低）和双缸（高压缸和低压缸）（8级压缩至30bar），一般30barG以下，需要设置5barG的密封气（压力氮气可满足），同时由于氧气介质有高压高温火患原因，所有过流部分均采用铜合金，需要设置保安氮气，一般由工程设计院考虑；进口氧透价格较高，为国产2倍左右，一般不采用，目前一般均杭氧氧透，排压3∽30barG，流量8000Nm³/h以上均可满足。但是流量小，氧透效率较低，一般8000Nm³/h（55%）∽80000Nm³/h（68%）。

氧透一般应用于外压缩流程，从3∽30barG均有,不过一般要和带增压机的内压缩流程（效率一般70%以上，也有流量限制，效率要较氧透高10个点以上，这样甚至可以抵消外压缩较内压缩少复热附加能耗损失的优势，但是内压缩用于钢厂排压需要提高，以免换热系统波动）进行能耗比较，最后确定方案。