空分設備
空氣分離設備是以空氣為原料，通過壓縮循環深冷將空氣變成液體，然後通過精餾從液態空氣中逐漸分離出氧氣、氮氣、氬氣等惰性氣體的設備。廣泛應用於傳統冶金、新型煤化工、大型氮肥、專業供氣等領域。
簡單地說，空氣分離的系統流程包括:
加壓系統
預冷系統
凈化系統
熱交換系統
產品交付系統
膨脹制冷系統
蒸餾塔系統
液體泵系統
產品壓縮系統
我們根據空分系統流程逐壹介紹設備:
加壓系統
有自潔式空氣過濾器、蒸汽輪機、空氣壓縮機、增壓器和儀表壓縮機。
(1)壹般情況下，隨著氣量的增加，濾筒數量增加，層數更高。壹般25000級以上有兩層，60000級以上有三層。壹般單臺壓縮機需要單獨布置壹個過濾器，同時在上部進氣口。
(2)汽輪機是高壓蒸汽膨脹做功，帶動同軸葉輪轉動，實現對工質做功的壹種類型。汽輪機常用的形式有三種:全凝汽、全背壓和抽汽凝汽，其中抽汽凝汽是比較常用的壹種。
(4)空壓機大型空分設備投資壹般為單軸等溫離心式壓縮機，進口比國產能耗低2%左右，投資高80%；空壓機出口放空，無回流管道。壹般有壹個防止喘振的最小吸入流量，進口導葉用於流量調節。進口的國產機組都是四級壓縮三級冷卻(最後壹級不冷卻)。主空壓機配有壹套水洗系統，用於清洗各級葉輪和蝸殼的表面沈積物。該系統配有主機。
(5)增壓器壹般大型空分設備投資單軸等溫離心壓縮機和齒輪離心壓縮機，其中齒輪式在能耗上有較大優勢，尤其是在壓力相對較高的情況下。
(6)儀表氣壓縮機壹般有三種類型:無油螺桿式、活塞式和離心式。因為活塞式和離心式是天然無油的，所以不需要除油裝置，只需要配套的幹燥裝置(除水)和精密過濾器(除固體顆粒)；壹般螺桿機有充油和無油兩種。噴油螺桿機需要配備精度非常高的除油裝置和除油過濾器，以滿足工藝要求。這種型號的優點是更便宜。無油螺桿采用幹式轉子或水潤滑。這款的優點是絕對無油，缺點是比較貴。氣體體積500Nm？下/h，活塞式合適；氣量2000Nm？在/h以下，宜選擇螺桿式機或活塞式機；氣量2000Nm？大於/h，即三款都可以選擇。氣量大時，離心式壓縮機有優勢，易損件少，維護性好，性價比高。
啟動時使用儀表壓縮機，正常運行後由分子篩純化器提取。
預冷系統
預冷系統中的空冷塔有兩種形式: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(循環水系統)。閉式循環主要用於水質較差，需要補充新鮮水和化學藥品的化工廠。開式循環應用廣泛，但循環水系統也需要定期補充新鮮水，預冷系統也需要考慮夏季工況。
空冷塔壹般設計為底部1m φ76不銹鋼鮑爾環(耐高溫)，3m φ76增強聚丙烯鮑爾環(高通量)，4m φ50增強聚丙烯鮑爾環。
水冷卻塔也有兩種:雙級(無外冷源時，可充分回收幹臟氮氣的冷量，使預冷系統得到保證，但阻力大壹倍，(7m+7m φ50聚丙烯鮑爾環)和壹級(有外冷源時，8m φ50聚丙烯鮑爾環)。
此外，預冷系統壹般需要為所有進水(壹般為6: 4泵、冷卻塔水、冷水機組蒸發側水)配備過濾器，防止雜質帶入系統。預冷系統結果如下:下4米填料段出口氣體比進水低65438±0℃；上段8米填料段出口氣體比水高65438±0℃。壹般在空冷塔中間設置溫度計(伸入內部)。
凈化系統
凈化系統中使用的吸附器有三種:立式軸流、臥式雙床和立式徑向流。
立式軸流主要用於配套654.38+10萬級以下的空分設備(直徑已達4.6m)。床厚1550∽2300mm，雙層和單層均可布置。立式軸流吸附器具有最佳的氣流分布。
臥式雙床主要用於配套大中型空分設備，床厚1150mm(分子篩)+350mm(鋁膠)。
立式徑向流吸附器能有效利用容器內部空間，使同樣直徑的吸附層面積擴大約1.5倍，能有效降低塔的高度，同時立式方式占地面積更小。由於氣流分布均勻，與臥式吸附器氣流不均勻不同，分子篩用量減少20%，再生能耗也節省20%。
但垂直徑向流的缺點是氣流中心集中(扇形)，比水平穿透時間快(CO2 < 0.5 ppm)。床厚1000mm+200mm，垂直徑向流可滿足20000級以上空分設備配置。
蓄熱式加熱有兩種方式:電加熱器和蒸汽加熱器。
蒸汽加熱器有臥式(低於40，000級)和立式(高於40，000級)。立式高效蒸汽加熱器(蒸汽利用率高，節能20%)布置如下:壹臺蒸汽加熱器(帶H2O泄漏測點)；電加熱器(兩用壹備或壹用壹備)並聯(設置高溫低流量聯鎖防止燃燒，加熱管材質為1cr 18 ni 9 ti)；蒸汽加熱器並聯壹個電加熱器(滿足活化和再生要求，250∽300℃)；電加熱器與蒸汽加熱器串聯(蒸汽溫度低時會造成很大的再生阻力)。
凈化系統還需要配備節流再生管道，以滿足開車需要。另外，再生氣側設有安全閥，蒸汽加熱器側設有安全閥，防止設備或閥門高壓側泄漏或超壓，以及節流超壓。
再生流程配有手動蝶閥調節阻力，使主塔運行穩定(或不穩定，主管配有調節閥定時調節)。
熱交換系統
嚴格來說，換熱系統是在同壹個換熱器內設計多股流混合介質，使各介質傳熱自動平衡，能耗最低。但對於內壓縮流程，所有換熱器都將是高壓換熱器，增加了投資的積累。因此，對於2萬級以上的內壓縮式換熱器，將高低壓分開比較經濟，2萬級以下將全部使用高壓換熱器。
產品交付
對於低壓氧氮產品，設置產品調節閥和放空流程，放空至消聲器(氮內件為碳鋼，氧內件為不銹鋼)。汙水氮設置到水冷卻塔放空(為了放空汙水氮，配置再生氣，調節上塔壓力，要求水冷卻塔直徑滿足放空要求，特別是還通入氮氣，不能保持上塔壓力高。水冷卻塔阻力為6kPa(8米高填料)，管道和閥門為4kPa，對大氣的放空壓差為2kPa，共***12kPa)。
高壓氧產品的放空采用兩級節流。首先，高壓產品氣被節流至10barG，通過壹個中間帶有蒙乃爾降噪板的偏心減壓器。然後通過偏心異徑管擴大管道直徑，控制氧氣介質流速在10m/s以下，然後對消聲塔進行節流放空，消聲元件為不銹鋼；高壓氮氣產品:氮氣產品節流至10bar，通過不銹鋼降噪板，然後進入消聲塔節流放空，消聲元件為碳鋼；氧氣閥門要求無人操作(調節閥禁止手輪，手動閥放在防爆墻內)。
消音器塔也可以與壓縮機系統結合使用，用於通風。壓縮機增壓機降低噪音(按空壓機容積計算)，引入消聲塔和凈化系統釋放的空氣。增壓泵抽回並釋放空氣。
膨脹制冷系統
通常有三種類型的膨脹機，即低壓膨脹機、中壓膨脹機和液體膨脹機。
對於某壹類型的氣體膨脹機，工質的體積流量越大，效率越高。壹般流量是8000Nm？以上低壓膨脹機效率85∽88%，流量小於3000∽8000Nm？效率會低至70-80%。
壹般中壓膨脹機壹臺進口，壹臺國產(備用)。氣量8000Nm？進口膨脹機/h以上效率82∽91%(增壓端少4分)；國產膨脹機效率78∽87%(增壓端少5分)。
膨脹機啟動前需要吹掃(清除管道系統和膨脹機蝸殼內的雜質)，然後通入密封氣體(壹般由增壓端提供)，再進行油系統的外循環和內循環，啟動前完成聯鎖試驗，冷態試驗合格後進行冷緊；冷啟動時有必要啟動油箱加熱器，但不是在正常運行後，此時軸承的冷熱已經平衡。
液體膨脹機的本質是利用高壓液體的壓頭做液壓功(同時液體的焓降低，但遠不是氣體)。壹般情況下，液體膨脹機可以替代內壓縮40000級以上空分設備的高壓液氣節流閥。其優點是利用液體膨脹機制冷膨脹做功發電，節約能源。壹般能節能2%左右，但投資達到千萬元。
蒸餾塔系統
篩板塔廣泛應用於1.5 ∽ 5萬級以下的低塔，65438+5萬級以下帶循環塔板的直徑塔有優勢(液流長但制造復雜)，3萬級以下廣泛應用對流，65438+5萬級以上有優勢，3萬級以上帶四溢流的大塔有優勢，填料塔有優勢50000級以上空分占優勢，尤其是上下塔並列布置時。
上塔、粗氬塔、精氬塔都是填料塔，廠家壹般是蘇爾壽或天大北洋。粗氬塔的冷源壹般為富氧液態空氣，同時廢氣可排入汙氮管道，因此停氬系統時能耗較低。氬精制塔的熱源是來自下塔的富氧液態空氣或氮氣，冷源可以是貧液態空氣或液氮，進料包括液相和氣相。需要註意的是，粗氬塔冷凝板的密封要求高，否則氬產品不合格。
有單層主冷、立式雙層、臥式雙層、立式三層、降膜式主冷(液氧、氣氧向下，與氮氣同向流動)。
精餾塔系統有六種布置方式:
(1)上下塔垂直布置，是常規的低高度布置，不存在下塔液體難以進入上塔冷凝器或粗氬塔的情況(能滿足管道全液相向上的背壓，此時管徑不能小)；
(2)上下塔垂直布置，為常規布置，高度適中。下塔液體難以進入上塔或粗氬塔內冷凝器難以將液體帶到上塔(要求管道出口滿足ρ υ？> 3000，ρ為密度，υ為流速，入口位置在管道汽化率為1%的高度。此時需要適當減小管徑，液體過冷度不能大)；
(3)上塔從氬蒸餾段至地面布置，連接兩臺循環氧泵。降低上塔高度可以解決下塔液體不能進入上塔冷凝器或粗氬塔的問題；
(4)上塔從氬蒸餾段至地面設置，通過循環泵連接，粗氬塔的頂部位於上塔的上部，可以減少冷箱的空間；
(5)上塔獨立布置在冷中，循環泵連接，主冷在下塔頂部，優點是主冷可以做得很大；
(6)上塔獨立布置在冷箱中，通過循環泵連接，粗氬塔的頂段位於上塔的上部，這樣的好處是可以大幅度做主冷，也可以減少冷箱的空間。
液體泵系統
臥式泵為臥式布置(進液管低於出液管)，因此需要配備加熱氣體(布置在泵後或過濾器前，防止雜質進入)、密封氣體、出液和排氣閥(下部排水，上部排氣)和回流管道(進液相)。臥式泵的轉速不宜過高，排出壓力壹般在30barG以下。由於臥式布置，臥式泵的冷縮軸承載能力更好，但高轉速轉子動平衡。
立式泵采用軸承懸浮布置(進液管高於出液管)，承受較大的向下拉力，轉子重心與軸重合，轉速可以很高；壹般30bar以上，需要配備:泵前回氣(註意沒有臥式泵)、加熱空氣(設置在泵過濾器前，高處進氣)、密封空氣、排水排氣閥(低處排水、高處排氣，預冷時無論冷不冷)、回流管道(回液進氣階段)。壹般立式泵都是多級的，要求回氣管路不能向下(平的或向上傾斜)，否則氣體無法排出，容易導致泵氣蝕。另外，低溫泵電機需要配備吹風管道，防止夏天過熱，冬天結霜。
液氧泵和液氮泵在線冷備用，液氮泵密封氣體壓力在7barG以上；氧泵密封氣體壓力為4barG(下塔壓力可用氮氣滿足)；循環液氬泵，壹用壹備，壹般采用液氬汽化密封，要求流量為20%。壹般情況下，液氬泵本身回流閥的壓力旁路控制和出口閥的流量控制采用雙回路控制。
產品壓縮系統
氮氣滲透能滿足壹般壓縮空氣的要求，氮氣透平壓縮機壓力更高，齒輪式更節能。
透氧根據排氣壓力(8級壓縮至30bar)有單缸(低壓)和雙缸(高壓缸和低壓缸)，壹般小於30barG，所以需要設置5barG的密封氣體(壓力氮氣即可滿足要求)。同時，由於氧介質的高壓高溫火，溢流部分全部采用銅合金材料，所以壹般被工程設計院考慮。進口透氧膜價格比較高，是國產透氧膜的2倍左右，壹般不使用。目前普遍采用透氧膜，排氣壓力3∽30barG，流量8000Nm？/h以上即可滿足。但是流量小，透氧效率低，壹般8000Nm？/h(55%)∽80000Nm？/h(68%)。
氧氣滲透壹般用於外部壓縮過程，範圍為3∽30barG。但壹般與帶增壓機的內壓縮過程相比(效率壹般在70%以上，也有流量限制，效率比透氧高10分以上，甚至可以抵消外壓縮比內壓縮少，再熱附加能量損失少的優勢。但鋼廠內壓縮泄壓能耗有待提高，避免換熱系統波動)。