空氣分離技術論文(2)
深冷技術在空氣分離設備設計中的應用
摘 要：隨著國民經濟的迅速發展及科學技術水平的不斷提高，各種新型空氣分離設備不斷出現，作為空氣分離技術中最早出現的技術，深冷技術在其發展中得到了廣泛的應用。文章主要對深冷技術的概念、空氣分離設備的含義及深冷技術在空氣分離設備設計中的應用進行了簡要的分析與探究。
關鍵詞：深冷技術;空氣分離設備;設計;應用;概念
中圖分類號：TQ116.11 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937(2014)23-0063-02
空氣分離技術起源於1985年與1903年德國卡爾?林德教授創造的第壹套空氣液化設備及10 m3/h(氧)空氣分離設備，在其100多年的發展歷程中，隨著新型技術的不斷發展，空氣分離設備及技術得到了極大的發展，深冷分離技術在空氣分離出現最早的壹種技術，經人們的不斷研究及革新，在工業生產實踐及設備更新中愈加成熟，在國民經濟發展中的應用範圍也隨之更加廣泛。
1 深冷技術的概念
深冷技術是指采用冷媒介質作為冷卻介質，把淬火後的金屬材料的冷卻過程繼續下去，達到遠低於室溫的某壹溫度(-196 ℃)，進而實現金屬材料性能發送的目的。近年來，隨著空氣分離設備設計的不斷發展，作為金屬工件性能發送的新型工藝技術，深冷技術是現階段最有效、最經濟實用的技術。
在深冷加工中，金屬裏殘余的大量奧體轉化為馬氏體的形式，尤其是從-196 ℃到室溫的過程中過飽和的亞穩定馬氏體的過飽和度會下降，析出彌散，超微細碳化物其與基體保持***格關系，電流只有20～60 A，這種現象的產生可以減少馬氏體晶格畸變，降低微觀應力，在材料塑性變形中細小彌散的碳化物可以對位錯運動造成阻礙，進而起到基體組織強化的作用。與此同時，析出超微細碳化物顆粒後要在馬氏體基體上進行均勻分布，對晶界脆化作用進行有效減弱，細化基體組織不僅可以對雜質元素在晶界的偏聚程度進行有效減弱，還可以充分發揮晶界強化的作用，進而對工模具性能進行極大改善，提高其硬度、抗沖擊韌性及耐磨性。深冷技術的應用不僅體現於工作表面，還在工件內部進行滲入，展現的是整體性效果，基於此，可以對工件進行重模，多次使用。在工件方面，深冷技術的應用還可以對淬火應力進行有效降低及起到尺寸穩定性增強的作用。
2 空氣分離設備的含義
隨著社會經濟的迅速發展及科學技術的不斷進步，在空氣分離研究等行業的發展中，其裝備發展已呈現出大型化的趨勢，對空氣分離設備配套的要求也越來越高。現階段，在空氣分離設備自主化發展中我國的水平等級已達6萬等級，與世界先進水平十分接近。2002年，杭氧的3萬等級國產空氣分離設備在寶鋼集團成功運轉，使得我國空氣分離設備的競爭力得到了極大的提升，促使國產大型空氣分離設備成功對國內市場進行了大範圍地占領。
3 深冷技術在空氣分離設備設計中的應用
空氣深冷分離工藝是采用多塔低溫精餾的方式，從壓縮空氣中制取高純度的氧、氮等產品。目前在空氣分離設備設計中主要有兩種存在形式，第壹種是常溫空氣分離設備，這種設備主要是在常溫及非低溫的狀態下進行的，這種常溫空氣分離設備又可以分為兩種不同的形式：變壓吸附分離與膜分離。這裏要進行分析的就是另壹種空氣分離設備設計形式，深冷空氣分離，這種設備主要應用於溫度非常低的情況下。在20世紀50年代，為提升我國國防力量，滿足國防需求，我們的深冷空氣分離技術及設備都是從蘇聯引進和仿制，當時仿制的企業為杭州鐵工廠。在1953年左右時，我國才成功仿制出了屬於自己的深冷空氣分離設備。直至今日，我國的空氣分離技術及設備制造水平已經得到了極大的發展，並為國民經濟的增長貢獻著自己的壹份力量。目前，深冷空氣分離技術主要應用於以下幾方面。
3.1 壓縮空氣凈化組件
壓縮空氣凈化組件主要的組成成份有高效除油器、冷凍式幹燥機、精密過濾器及活動性過濾器。首先空氣要在空氣壓縮機裏進行壓縮，再在空氣緩沖罐中進行作業，然後經過高效除油器將大部分的雜質進行有效去除，雜質主要包括油、水及塵等，在水分進壹步去除中可以采用冷凍式幹燥機進行，再次進行去油、去塵時可以選用精密過濾器實施操作，最後選用活性炭過濾器進行更深層次地去油工作。
3.2 空氣緩沖罐
空氣緩沖罐組件主要的構成成份有空氣緩沖罐與附屬閥門儀表。空氣緩沖罐在空氣分離設備設計中起到的主要作用就是緩沖，對氣流脈動起到有效降低。進而使系統壓力波動得到降低，使壓縮空氣能夠順利在壓縮空氣凈化組件中通過，最大限度地將尤、水等雜物進行有效排除。與此同時，在進行吸附塔工作切換過程中，還可以幫助氧氮分離系統在極少時間中得到大量所需的壓縮空氣，這種技術的應用，可以可以幫助吸附塔中的壓力進行迅速上升並達到工作壓力，還可以確保機械設備運行的可靠性與穩定性。
3.3 氧氮分離系統
構成氧氮分離系統組件主要的成份有吸附塔、壓緊裝置、附屬閥門與儀表電器。選用復合床結構設計中的吸附塔，主要分為兩種塔：A塔與B塔，將進口碳分子篩填裝進塔內(為提高碳分子篩裝填的均勻性可以選用伸展扭轉式振動填充方式進行操作)。清潔的壓縮空氣要先從A塔入口端在碳分子篩的作用下流向出口端，這個時候被其吸附的主要成分有氧氣、二氧化碳及水，在吸附塔出口端流出的只有產品氮氣。經過時間的不斷推移，當A塔內的碳分子篩吸附達到飽和前將會出現自動吸附停止的現象，在B塔中流入清潔壓縮空氣在進行吸氧產氮，並進行A塔分子篩的再生。通過將吸附塔快速降低到常壓脫附的氧氣、二氧化碳就水來實現分子篩的再生。在進行A、B塔交替吸附塔再生時，不僅可以促使氧氮分離的完成，還可以不斷產生氮氣。
3.4 氧氮緩沖系統
氧氮緩沖系統組件主要的構成成份有氮氣緩沖罐、精密過濾器、流量計、調壓閥、放空部件等，氮氣緩沖罐主要是將氮氧分離系統中分離出來的氮氣壓力及純度進行均衡作用，確保氮氣的穩定性並保障連續供給。與此同時，在進行吸附塔切換工作之後，將自身的壹些氣體進行吸附塔回充作業，這種方式可以有效起到提升吸附塔壓力的作用，還能起到對床層的有效保護，在空氣分離設備工作時還能起到極大的保護作用。最後進行再次過濾，主要采用精密過濾器進行工作，這樣可以最大限度地確保氮氣的質量。
作為壹種傳統的制氮方式，深冷空氣分離制氮已經有幾十年的發展歷程。這種方式主要以空氣作為原料，為使空氣液化變為液體空氣，必須進行嚴格的壓縮、凈化，並進行熱交換。液體空氣主要構成的混合物分兩部分組成：液態氧氣與液態氮氣，通過兩者不同的沸點進行液態空氣的精餾，將兩者進行有效分離並獲取氮氣。在整個工作操作中深冷空氣分離制氮設備及過程十分繁雜，需要占用大範圍的土地面積，基礎建設成本很高，氣體產生的速度很慢，在安裝過程中，具有較高要求及較長工作周期。對深冷空氣分離設備、安裝與基層建築等方面的因素進行綜合分析，當設備低於3 500 N m3/h時，規格壹樣的PSA裝置與深冷空氣分離裝置在成本投資方面相比，要低出20%～50%之間。在經濟適應方面，深冷空氣分離制氮裝置並不適應中、小規模的工業制氮，主要適應於規模較大的工業制氮。
4 結 語
綜上所述，隨著科學技術水平的不斷提升，我國空氣分離設備及技術越來越向大型化、專業化、規模化的發展趨勢邁進。深冷技術作為空氣分離最重要的分離技術，在確保企業利益最大化的基礎上，將深冷技術的能耗量進行有效降低，是空氣分離工作的主要任務。
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