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[摘 要]空气分离设备设计主要分为两种，一种是在常温或者说是非低温的情况下进行的，通常叫做“常温空分”，而“常温空分”又分为“变压吸附分离”和“膜分离”两种。作为空气分离技术中最早出现的技术，深冷技术在其发展中得到了广泛的应用。文章主要对深冷技术的概念、空气分离设备的含义及深冷技术在空气分离设备设计中的应用进行了简要的分析与探究。
[关键词]深冷技术；空气分离；设备；设计；原因
中图分类号：S738 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）26-0223-01
1 导言
深冷技术指的是采用冷媒介质作为冷却手段，对金属材料进行冷却的一项过程。在这一过程中，金属材料的性能可以得到充分发挥。因此，该技术在近年来得到了非常广泛的使用，也是效率最高的、最节约成本的一种工艺。空气分离利用空气中各组分物理性质不同，采用深度冷冻、吸附、膜分离等方法从空气中分离出氧气、氮气，或同时提取氦气、氩气等稀有气体，其最常用的方法是深度冷冻法。
2 深冷技术的概念
深冷技术是指采用冷媒介质作为冷却介质，把淬火后的金属材料的冷却过程继续下去，达到远低于室温的某一温度（-196℃），进而实现金属材料性能发送的目的。近年来，随着空气分离设备设计的不断发展，作为金属工件性能发送的新型工艺技术，深冷技术是现阶段最有效、最经济实用的技术。在深冷加工中，金属里残余的大量奥体转化为马氏体的形式，尤其是从-196℃到室温的过程中过饱和的亚稳定马氏体的过饱和度会下降，析出弥散，超微细碳化物其与基体保持共格关系，电流只有20～60A，这种现象的产生可以减少马氏体晶格畸变，降低微观应力，在材料塑性变形中细小弥散的碳化物可以对位错运动造成阻碍，进而起到基体组织强化的作用。与此同时，析出超微细碳化物颗粒后要在马氏体基体上进行均匀分布，对晶界脆化作用进行有效减弱，细化基体组织不仅可以对杂质元素在晶界的偏聚程度进行有效减弱，还可以充分发挥晶界强化的作用，进而对工模具性能进行极大改善，提高其硬度、抗冲击韧性及耐磨性。深冷技术的应用不仅体现于工作表面，还在工件内部进行渗入，展现的是整体性效果，基于此，可以对工件进行重模，多次使用。在工件方面，深冷技术的应用还可以对淬火应力进行有效降低及起到尺寸稳定性增强的作用。
3 空气分离设备的内涵
经济的发展带动了工业化的进程。我国在近年来高速发展的经济也让相关的产业发展的脚步速度加快。相比而言，国内的很多行业也走向了大型化道路。现阶段，我国的空气分离设备已经处于世界领先水平。而深冷技术基体组织细化也发挥了晶界强化的作用。此外，在国内市场上，我国的大型空气分离设备在市场中的占有率同样非常高，无论是出口还是内销的金额数量都是非常大的。
4 深冷技术在空气分离设备设计中的应用
空气深冷分离工艺是采用多塔低温精馏的方式，从压缩空气中制取高纯度的氧、氮等产品。目前在空气分离设备设计中主要有两种存在形式，第一种是常温空气分离设备，这种设备主要是在常温及非低温的状态下进行的，这种常温空气分离设备又可以分为两种不同的形式：变压吸附分离与膜分离。这里要进行分析的就是另一种空气分离设备设计形式，深冷空气分离，这种设备主要应用于温度非常低的情况下。在20世纪50年代，为提升我国国防力量，满足国防需求，我们的深冷空气分离技术及设备都是从苏联引进和仿制，当时仿制的企业为杭州铁工厂。在1953年左右时，我国才成功仿制出了属于自己的深冷空气分离设备。直至今日，我国的空气分离技术及设备制造水平已经得到了极大的发展，并为国民经济的增长贡献着自己的一份力量。目前，深冷空气分离技术主要应用于以下几方面。
4.1 空气缓冲罐
缓冲罐主要由于各种系统中缓冲系统的压力波动，主要目的在于让系统的工作能更加平稳。缓冲罐的介质在空气分离设备中是气体，按照结构可以分为隔膜式和气囊式2种。这一设备主要用于中央空调、锅炉、供水设备等大型设备当中。当系统内的压力变化，缓冲罐的气囊也会同样变化。在这一过程中，压缩空气可以利用净化设备减少内部存在的油、水等杂质，并提供必要的压缩空气，进一步保证设备的稳定性。
4.2 氧氮分离系统
构成氧氮分离系统组件主要的成份有吸附塔、压紧装置、附属阀门与仪表电器。选用复合床结构设计中的吸附塔，主要分为两种塔：A塔与B塔，将进口碳分子筛填装进塔内（为提高碳分子筛装填的均匀性可以选用伸展扭转式振动填充方式进行操作）。清洁的压缩空气要先从A塔入口端在碳分子筛的作用下流向出口端，这个时候被其吸附的主要成分有氧气、二氧化碳及水，在吸附塔出口端流出的只有产品氮气。经过时间的不断推移，当A塔内的碳分子筛吸附达到饱和前将会出现自动吸附停止的现象，在B塔中流入清洁压缩空气在进行吸氧产氮，并进行A塔分子筛的再生。通过将吸附塔快速降低到常压脱附的氧气、二氧化碳就水来实现分子筛的再生。在进行A、B塔交替吸附塔再生时，不仅可以促使氧氮分离的完成，还可以不断产生氮气。
4.3 氧氮缓冲系统
氧氮缓冲系统组件主要的构成成份有氮气缓冲罐、精密过滤器、流量计、调压阀、放空部件等，氮气缓冲罐主要是将氮氧分离系统中分离出来的氮气压力及纯度进行均衡作用，确保氮气的稳定性并保障连续供给。与此同时，在进行吸附塔切换工作之后，将自身的一些气体进行吸附塔回充作业，这种方式可以有效起到提升吸附塔压力的作用，还能起到对床层的有效保护，在空气分离设备工作时还能起到极大的保护作用。最后进行再次过滤，主要采用精密过滤器进行工作，这样可以最大限度地确保氮气的质量。
作为一种传统的制氮方式，深冷空气分离制氮已经有几十年的发展历程。这种方式主要以空气作为原料，为使空气液化变为液体空气，必须进行严格的压缩、净化，并进行热交换。液体空气主要构成的混合物分两部分组成：液态氧气与液态氮气，通过两者不同的沸点进行液态空气的精馏，将两者进行有效分离并获取氮气。在整个工作操作中深冷空气分离制氮设备及過程十分繁杂，需要占用大范围的土地面积，基础建设成本很高，气体产生的速度很慢，在安装过程中，具有较高要求及较长工作周期。对深冷空气分离设备、安装与基层建筑等方面的因素进行综合分析，当设备低于3500Nm3/h时，规格一样的PSA装置与深冷空气分离装置在成本投资方面相比，要低出20%～50%之间。在经济适应方面，深冷空气分离制氮装置并不适应中、小规模的工业制氮，主要适应于规模较大的工业制氮。
4.4 压缩空气净化组件
由高效除油器、冷冻式干燥机、精密过滤器和活动性过滤器组成。空气经空压机压缩机后，首先进入空气缓冲罐进行缓冲，然后进入高效除油器除去大部分的油、水、尘等杂质，再经冷冻式干燥机进一步除水，经精密过滤器除油、除尘，最后进入活性炭过滤器进一步除油。
结束语
综上所述，随着科学技术水平的不断提升，我国空气分离设备及技术越来越向大型化、专业化、规模化的发展趋势迈进。深冷加工技术的出现引起了科学界和工业界的高度重视，目前，在国外已经被广泛运用于一些精密零件和设备的使用方面。在我国，该项技术也得到了广泛使用，并大幅度延长了很多设备的使用寿命。空气分离设备流程冻结法净除水分和CO2，在空气冷却的过程中，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。空气分离设备流程按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以上，这些优势在未来也必将得到高度重视。
参考文献
[1] 谈硕.深冷技术在空气分离设备设计中的应用[J].科技与创新，2017（06）：149+151.
[2] 李钢.深冷技术在空气分离设备设计中的应用[J].企业技术开发，2014，33（23）：63-64.
[关键词]深冷技术；空气分离；设备；设计；原因
中图分类号：S738 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）26-0223-01
1 导言
深冷技术指的是采用冷媒介质作为冷却手段，对金属材料进行冷却的一项过程。在这一过程中，金属材料的性能可以得到充分发挥。因此，该技术在近年来得到了非常广泛的使用，也是效率最高的、最节约成本的一种工艺。空气分离利用空气中各组分物理性质不同，采用深度冷冻、吸附、膜分离等方法从空气中分离出氧气、氮气，或同时提取氦气、氩气等稀有气体，其最常用的方法是深度冷冻法。
2 深冷技术的概念
深冷技术是指采用冷媒介质作为冷却介质，把淬火后的金属材料的冷却过程继续下去，达到远低于室温的某一温度（-196℃），进而实现金属材料性能发送的目的。近年来，随着空气分离设备设计的不断发展，作为金属工件性能发送的新型工艺技术，深冷技术是现阶段最有效、最经济实用的技术。在深冷加工中，金属里残余的大量奥体转化为马氏体的形式，尤其是从-196℃到室温的过程中过饱和的亚稳定马氏体的过饱和度会下降，析出弥散，超微细碳化物其与基体保持共格关系，电流只有20～60A，这种现象的产生可以减少马氏体晶格畸变，降低微观应力，在材料塑性变形中细小弥散的碳化物可以对位错运动造成阻碍，进而起到基体组织强化的作用。与此同时，析出超微细碳化物颗粒后要在马氏体基体上进行均匀分布，对晶界脆化作用进行有效减弱，细化基体组织不仅可以对杂质元素在晶界的偏聚程度进行有效减弱，还可以充分发挥晶界强化的作用，进而对工模具性能进行极大改善，提高其硬度、抗冲击韧性及耐磨性。深冷技术的应用不仅体现于工作表面，还在工件内部进行渗入，展现的是整体性效果，基于此，可以对工件进行重模，多次使用。在工件方面，深冷技术的应用还可以对淬火应力进行有效降低及起到尺寸稳定性增强的作用。
3 空气分离设备的内涵
经济的发展带动了工业化的进程。我国在近年来高速发展的经济也让相关的产业发展的脚步速度加快。相比而言，国内的很多行业也走向了大型化道路。现阶段，我国的空气分离设备已经处于世界领先水平。而深冷技术基体组织细化也发挥了晶界强化的作用。此外，在国内市场上，我国的大型空气分离设备在市场中的占有率同样非常高，无论是出口还是内销的金额数量都是非常大的。
4 深冷技术在空气分离设备设计中的应用
空气深冷分离工艺是采用多塔低温精馏的方式，从压缩空气中制取高纯度的氧、氮等产品。目前在空气分离设备设计中主要有两种存在形式，第一种是常温空气分离设备，这种设备主要是在常温及非低温的状态下进行的，这种常温空气分离设备又可以分为两种不同的形式：变压吸附分离与膜分离。这里要进行分析的就是另一种空气分离设备设计形式，深冷空气分离，这种设备主要应用于温度非常低的情况下。在20世纪50年代，为提升我国国防力量，满足国防需求，我们的深冷空气分离技术及设备都是从苏联引进和仿制，当时仿制的企业为杭州铁工厂。在1953年左右时，我国才成功仿制出了属于自己的深冷空气分离设备。直至今日，我国的空气分离技术及设备制造水平已经得到了极大的发展，并为国民经济的增长贡献着自己的一份力量。目前，深冷空气分离技术主要应用于以下几方面。
4.1 空气缓冲罐
缓冲罐主要由于各种系统中缓冲系统的压力波动，主要目的在于让系统的工作能更加平稳。缓冲罐的介质在空气分离设备中是气体，按照结构可以分为隔膜式和气囊式2种。这一设备主要用于中央空调、锅炉、供水设备等大型设备当中。当系统内的压力变化，缓冲罐的气囊也会同样变化。在这一过程中，压缩空气可以利用净化设备减少内部存在的油、水等杂质，并提供必要的压缩空气，进一步保证设备的稳定性。
4.2 氧氮分离系统
构成氧氮分离系统组件主要的成份有吸附塔、压紧装置、附属阀门与仪表电器。选用复合床结构设计中的吸附塔，主要分为两种塔：A塔与B塔，将进口碳分子筛填装进塔内（为提高碳分子筛装填的均匀性可以选用伸展扭转式振动填充方式进行操作）。清洁的压缩空气要先从A塔入口端在碳分子筛的作用下流向出口端，这个时候被其吸附的主要成分有氧气、二氧化碳及水，在吸附塔出口端流出的只有产品氮气。经过时间的不断推移，当A塔内的碳分子筛吸附达到饱和前将会出现自动吸附停止的现象，在B塔中流入清洁压缩空气在进行吸氧产氮，并进行A塔分子筛的再生。通过将吸附塔快速降低到常压脱附的氧气、二氧化碳就水来实现分子筛的再生。在进行A、B塔交替吸附塔再生时，不仅可以促使氧氮分离的完成，还可以不断产生氮气。
4.3 氧氮缓冲系统
氧氮缓冲系统组件主要的构成成份有氮气缓冲罐、精密过滤器、流量计、调压阀、放空部件等，氮气缓冲罐主要是将氮氧分离系统中分离出来的氮气压力及纯度进行均衡作用，确保氮气的稳定性并保障连续供给。与此同时，在进行吸附塔切换工作之后，将自身的一些气体进行吸附塔回充作业，这种方式可以有效起到提升吸附塔压力的作用，还能起到对床层的有效保护，在空气分离设备工作时还能起到极大的保护作用。最后进行再次过滤，主要采用精密过滤器进行工作，这样可以最大限度地确保氮气的质量。
作为一种传统的制氮方式，深冷空气分离制氮已经有几十年的发展历程。这种方式主要以空气作为原料，为使空气液化变为液体空气，必须进行严格的压缩、净化，并进行热交换。液体空气主要构成的混合物分两部分组成：液态氧气与液态氮气，通过两者不同的沸点进行液态空气的精馏，将两者进行有效分离并获取氮气。在整个工作操作中深冷空气分离制氮设备及過程十分繁杂，需要占用大范围的土地面积，基础建设成本很高，气体产生的速度很慢，在安装过程中，具有较高要求及较长工作周期。对深冷空气分离设备、安装与基层建筑等方面的因素进行综合分析，当设备低于3500Nm3/h时，规格一样的PSA装置与深冷空气分离装置在成本投资方面相比，要低出20%～50%之间。在经济适应方面，深冷空气分离制氮装置并不适应中、小规模的工业制氮，主要适应于规模较大的工业制氮。
4.4 压缩空气净化组件
由高效除油器、冷冻式干燥机、精密过滤器和活动性过滤器组成。空气经空压机压缩机后，首先进入空气缓冲罐进行缓冲，然后进入高效除油器除去大部分的油、水、尘等杂质，再经冷冻式干燥机进一步除水，经精密过滤器除油、除尘，最后进入活性炭过滤器进一步除油。
结束语
综上所述，随着科学技术水平的不断提升，我国空气分离设备及技术越来越向大型化、专业化、规模化的发展趋势迈进。深冷加工技术的出现引起了科学界和工业界的高度重视，目前，在国外已经被广泛运用于一些精密零件和设备的使用方面。在我国，该项技术也得到了广泛使用，并大幅度延长了很多设备的使用寿命。空气分离设备流程冻结法净除水分和CO2，在空气冷却的过程中，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。空气分离设备流程按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以上，这些优势在未来也必将得到高度重视。
参考文献
[1] 谈硕.深冷技术在空气分离设备设计中的应用[J].科技与创新，2017（06）：149+151.
[2] 李钢.深冷技术在空气分离设备设计中的应用[J].企业技术开发，2014，33（23）：63-64.