大型内压缩流程空分设备的分析与探讨

摘　要：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：内压缩流程　空分设备

一、工艺流程组织

1.氮水预冷系统配置冷冻机或氨冷器

由于化工厂氮气的用量越来越大，氮气的价值也越来越高，很多内压缩流程空分设备的氮水预冷系统均设置的冷冻机或氨冷器来维持空冷塔出口温度，从而可以减少污氮气的抽取量，提取更多的氮气产品。我厂由于合成氨工段副产液氨，所以用氨冷器来代替冷冻机。

2.分子筛吸附器

由于冷箱的工艺流程与相关配置已经固定，因此无法进行改动。目前设备主冷均采用浸浴式操作方式，内压缩流程液体采出量大，所以碳氢化合物或者氮化物积聚造成爆炸的机率很小，因此分子筛吸附器可以采用13X型分子筛的单层结构，也可以采用13X分子筛加氧化铝的双层结果，二者可以取得同样的效果。我厂采用的是下层Φ3-5氧化铝、上层13X分子筛，至今碳氢化合物未出现超标现象。

3.内压缩流程

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。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。

4.冷箱内的工艺配置

通过主冷将上下塔叠加起来，利用下塔0.43MPa氮气作为热源使上塔0.04MPa液氧蒸发。内压缩流程，进入下塔的空气含湿量都大，为了保证底部富氧液空的纯度，在下塔底部以上第五块塔板处抽取污液氮，进入上塔上部；这样不仅能增大上塔回流比，使塔顶氮气纯度高，并且容易调节，塔顶氮气采出量大；而且还能增大富氧液空含氧量，上塔的液氧纯度高。我厂的下塔上部和上塔上部的氮气纯度能达到99.999%、富氧液空含氧量37-40%、氧气纯度99.8%。增加一个粗氩塔，抽取上塔粗氩气，大大提高了氧的提取率。

二、技术指标

内压缩流程空分设备的技术指标包括以下几项：第一，产品能耗，随着我国空分设备生产技术的不断提高，国内制造企业在设计、制造方面与国外进口的内压缩流程产品，无论是在能耗方面还是外压缩流程方面，其差距不会大于5%，主要由设备的配置情况来决定；第二，连续运转时间，如果没有发生误操作的问题，由于采用了高质量的分子筛与规整填料塔，内压缩流程空分设备保守估计可连续运行两年以上；第三，运行安全性，保持主冷液面正常就能保证设备主冷的安全性；第四，液体产量，内压缩流程空分设备基于正常工况条件下，其液体产量高于氧气产量的15%，液体产量大可以增加外销收入，并且在空分装置突然跳车或者临时停车时，可以将产出的液体加压汽化作为临时供应，保证后续工况正常生产。

三、操作与调节特点

1.基于同样的加工空气量，内压缩流程空分设备的启动时间相对比较短，这是因为内压缩流程的膨胀量要大于外压缩流程，则膨胀机的效率也更高，并且还有一股7.0MPa的高压气体节流进下塔，与外压缩流程相比，其节流效应也非常好。

2.在临时停车期前，可以充入氮气对膨胀体以及低温液体泵进行保压。由于我厂膨胀机和液氧泵都有加温气管路，一般通过加温气来将其露点吹至合格，所以一般不用充压的方法来防止湿空气进入。

3.氩馏分调节简捷。现代空分设备生产调节的内容主要是调节制氩系统的运行工况，制氩系统的工况稳定，代表氧氮的生产稳定。我厂的内压缩流程空分设备氩馏分氩含量一般调整在7%左右。在内压缩流程中，产品氧所从上塔下部抽出时呈液体状态，即使液氧的抽出量存在增减不足的现象，对主冷的蒸发量也影响不大，上塔精馏工况的变化也不明显，最终对氩馏分组分也不会产生太大影响。此外，由于内压缩流程自身的特点限制，无法频繁、大幅度的对液氧抽出量作调整，所以无法利用产品氧气量与纯度调整氩馏分，而是要利用氮气量与氮气纯度来调整。尽管这种方法与氧气调整相比效果滞后，但是其简单有效，因此与外压缩流程的区别很大。

4.对净化空气进冷箱阀增设关闭联锁。由于内压缩流程在工艺设计方面，为了避免由于空压机发生喘振导致常温空气管道冻裂的事故，要求仪控系统对分子筛纯化系统后的净化空气进冷箱阀加以联锁。如果空压机出现喘振或者接收错误信号打开放空阀，空压机会卸载，然后再上载。整个过程中0.5MPa的压力等级无法提供足够的空气量，分子筛纯化系统后空气管道的压力比正常压力要低，但是这时增压机仍处于正常运行状态，所以要从冷箱中抽取气量以弥补进口端的不足，直接抽出下塔的液空，当低温液体的温度在-175℃时，分子筛纯化系统后、冷箱前的一段常温空气管道马上会被冻裂，而且低温液体进一步汽化过程中，体积的瞬间膨胀又会产生巨大压力，最终造成被冻裂的常温空气管道发生爆炸事故。在设置了关闭联锁后，即使空压机出现喘振或者接收错误信号开打放空阀，净化空气进冷箱也会马上闭合，从而防止抽出低温液体引发事故。

参考文献

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