空分设备，即空气分离装置，是指将空气中的各组分气体进行分离，生产氧气、氮气、氩气及稀有气体（如氦、氖、氪、氙等）的一类工业系统。该设备广泛应用于冶金、新型煤化工、氮肥、专业气体供应等领域。
空分设备的工作原理主要是将空气压缩并进行深度冷却，使其液化，再通过精馏工艺将液态空气中的各类气体组分依其沸点不同依次分离。
一、空分系统流程概览
空分装置通常由以下九大系统构成：
- 空气压缩系统
- 预冷系统
- 纯化系统
- 换热系统
- 膨胀制冷系统
- 精馏塔系统
- 液体泵系统
- 产品送出系统
- 产品压缩系统
以下按流程顺序对各系统进行简要介绍。
二、空气压缩系统
主要设备包括汽轮机、主空压机、增压机、仪表气压缩机和自洁式空气过滤器。
- 汽轮机：常见类型为抽凝式，利用高压蒸汽膨胀做功，驱动压缩轴系运转。
- 空压机：大多数为单轴等温型离心压缩机，采用四级压缩三级冷却结构，配备水洗系统清洁内部沉积物。
- 增压机：有单轴型和齿轮式离心压缩机两类，齿轮式在高压场景下能效更高。
- 仪表压缩机：包括无油螺杆、活塞式、离心式等类型，按气量和洁净度需求选择，压缩空气供仪表和控制系统使用。
- 自洁式过滤器：按流量配置过滤器层数和数量，通常安装在上风口位置，用于保障进气质量。
三、预冷系统
将空气在进入纯化系统前预先降温，确保后续分子筛吸附效率。
- 循环方式：包括闭式循环（适用于水质差的场所）和开式循环（广泛使用但需补充新鲜水）。
- 空冷塔填料：通常使用多层鲍尔环填料结构，根据塔段功能分别使用耐高温不锈钢或增强聚丙烯材质。
- 水冷塔结构：有一段式（需外冷源）和两段式（利用干燥污氮气冷量）两种设计方式。
预冷系统所有进水口需设过滤装置，空冷塔设置测温仪监控热交换效果。
四、纯化系统
用于去除空气中的水分、二氧化碳及碳氢类杂质，保护后段设备。
- 吸附器类型：
- 立式轴向流：适用于1万Nm³/h以下装置，气流分布均匀。
- 卧式双层床：适用于中大型设备，双层床设计分离效率高。
- 立式径向流：适用于2万Nm³/h以上装置，占地小、能耗低。
- 再生方式：
- 电加热或蒸汽加热两种方式，依据装置等级选择。
- 配置安全阀、节流回路、防超压装置等，确保稳定运行。
五、换热系统
通过热交换器回收低温冷量并预冷进气，提升整体能效。
- 设计原则：多股混合介质自动热平衡是最优方案。
- 高低压分离：2万Nm³/h以上装置采用高低压换热器分开布置，以控制投资成本。
六、膨胀制冷系统
膨胀机是制冷的关键设备，依靠气体膨胀做功制冷，或液体减压降温。
- 类型：低压、中压、液体膨胀机。
- 启动流程：包括吹扫、通密封气、油系统运行、联锁测试、冷紧等步骤。
- 液体膨胀机：用于大规模装置（4万Nm³/h以上），可节能约2%，但投资成本高。
七、精馏塔系统
负责将液化空气按沸点分离，获取氧、氮、氩等产品。
- 下塔结构：常见有筛板塔、对流塔、填料塔等。
- 上塔与氩塔：多为填料塔结构，厂商如苏尔寿、天大北洋。
- 布置方式：多达6种典型布置，结合空间与冷源设计优化塔体位置与主冷器布置。
八、液体泵系统
将低温液体从低压储罐输送至使用点或压力区间。
- 泵型选择：卧式泵适用于中低压，立式泵用于高压系统。
- 配置要求：配加温气、密封气、排气排液阀、回流管路，立式泵需注意回气方向，防止汽蚀。
九、产品送出系统与压缩系统
将分离出的气体产品送至用户或进行高压储存与输送。
- 低压产品：设置放空管路与消声器，确保系统压力平稳。
- 高压氧氮产品：采用多级节流及降噪设计，保证安全与噪声控制。
- 产品压缩：齿轮式或透平式压缩机根据气体介质选择，氧气压缩需使用铜合金流道并设置保安氮气等安全装置。
以上就是空分设备系统各模块的结构功能与配置要点。合理设计、科学运行每一个子系统，是实现空分装置高效、安全、长周期运行的基础。
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