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[摘 要]从国内、外分别论述了现代深冷空分技术的整体发展趋势。在此基础上，结合当前深冷空分技术的发展需要，分别探讨了深冷空分生产工艺技术、设备节能两个方面的发展趋势，对现代深冷空分设备设计及生产提供一定的借鉴作用。
[关键词]深冷 空分 工艺技术 发展
中图分类号：TP739 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0284-01
空分设备及其生产的产品已经在我国国民经济的各个部门都得到了广泛的应用，而且会其他行业设备的正常运行提供所需的氧、氮、氩等空分产品，是保证我国国民经济正常运行和发展的支柱。近些年来，深冷空分技术从高压到低压经历了持续的发展，从当前已经投入到实际生产，而且成熟的系统来看，国外已经形成了已经形成了生产能力为103660m3/h的成熟系统，而国内当前广泛应用的系统为生产能力在50000 m3/h的系统。从国内外近些年深冷空分设备设计与制造技术的发展历程来看，技术整体呈现为安全、节能两个方向。
1、现代深冷空分技术的整体发展趋势
当前，随着密封技术以及化工生产技术的快速发展，设备生产制造的各个行业对氧、氮、氩等需求量迅速增加，这使得设计制造的空分设备生产能力越来越大。当前，国外的空分设备及技术主要以：巨型化、无氢制氩、内压缩、高纯度、高提取效率、自动化、高可靠度、节能以及长周期运行等特点为主。而国内的空分技术流程整体类似，主要采用分子筛前端净化、规整填料塔、全精馏无氢制氩、外压缩或内压缩或氧氮外压缩等。而化工型空分则主要采用了内压缩流程，而且生产制造的规模日益加大，形成了较大的单机生产容量特点。
从当前国内外深冷空分技术的发展特点来看，其整体发展趋势为：
（1） 气体的整体提取效率得到进一步提高。例如，传统的空分精馏塔使用了较小板间矩的筛板塔，导致气体通过时的阻力较大，而且气体的整体提取效率较低。当前大多使用了效率更高的规整填料式空分塔、粗氢塔，并且配合使用高传质的塔内件以及液体分布器件，使得气体的提取效率得到迅速提高。
（2） 设备能耗继续下降
在将规整填料应用与上塔之后，当冷凝蒸发器达到同等温度时，与传统的空分设备相比，上塔的压降可以达到0.02MaP，使得空分系统的空压机能耗下降5%～7%。同时，使用膜式换热器取代传统的换热器之后，空分系统的空压机排气压力进一步下降，使得空压机的轴功功率再次下降3%～4%。另外，在低压塔增设冷凝器之后，通过其产生冷凝回流液体，通过加压之后再回流至高压下塔，同样能够获得良好的降耗效果。
2、深冷空分生产工艺技术及设备的发展
现代深冷空分生产工艺技术能够使得空气的整体液化流程达到40%以上的卡诺循环效率。而之前不能进行商业化生产的试验室技术，例如双沸器与混合塔，单塔与双塔热泵技术等生产工艺技术与流程等都重新受到了人们的重视，并且通过技术改进和优化，已经在实际的生产过程中得到了一定程度的应用。例如，当前应用的一种新型的制氮设装置，能够不利用膨胀机或者液体进行冷量的提供，而是通过使用涡流管系统为系统提供所需要的冷量，从而使得整个制氮装置的生产工艺和生产设备得到简化，设备的投资规模下降，而且设备的可靠性得到迅速提高，能够保证装置的安全长周期运行。另外，近年来发现并开始开发的非深冷空分技术通过与传统的深冷空分技术配合使用，能够获得较好的分离效果，即所谓的联合生产工艺技术。不但能够获得较优的经济效果，而且节能效果明显。随着国内外机械设计与制造技术的发展，深冷空分生产过程中用到的空气压缩机性能得到进一步提升。例如，当前广泛使用半开后靠式叶片、短轴与单轴单转子的设计方式，有效的提高了空压机在极限转速下的运行稳定性和安全性，使得空压机的使用寿命显著提高，能够达到12万h，而且运行过程中的噪声下降至85dB以下。
3、现代深冷空分技术的节能发展趋势
随着环境保护实际需求以及环保政策的收紧，国内外深冷空分设备生产制造业对能耗的控制以及设备使用过程中能源使用效率的提高也成为了当前设备生产设计的一个重要方面。从环保节能的实际需要，当前深冷空分技术的发展呈现出了一些新的特点和趋势：全低压、低能耗、铝结构、填料塔、内压缩、全液体、自动化以及长周期等。而从国内外深冷空分技术的横向对比结果来看，两者之间的差距正逐步缩小，尤其是在节能控制方面，国内相关企业生产的系统和设备已经具有较强的国际竞争能力。
从深冷空分系统节能的主要技术角度来看，其主要方式是通过对充分合理利用能源的角度来设计的。即在生产过程中利用能量转换、回收以及利用等方式来对整个生产系统所消耗的能量进行控制，从而实现動态平衡、节能。而对系统控制设备的节能处理则主要采取局部节能方式，这主要是通过充分利用当前不断发展的热力学理论以及过程系统的工作技术产业转化成果，通过建立起系统中各个部件之间的联系，达到系统的整体平衡。但是，当前部分设计采用了对单一操作设备进行节能设计的方式，这虽然对设备个体进行了改良，但是没有重视设备的整体运行性能，在节能与产品的生产性能方面没有形成较好的平衡。因此，在深冷空分系统节能设计的过程中，应该遵循这样几条基本的原则：降低操作控制设备运行的阻力损失；控制换热器对数平均温差数值，避免不同状态下物流之间的直接混合；采取更高的气体提取率，减少并消除分离、热循环等实际环节的操作，使得原料的消耗量得到控制。
从深冷空分系统的控制节能角度来看，节能的环节主要包括这样两个部分：①为了提高对节能系统的控制精度，在控制系统中应该尽量使用更高精度的仪器仪表进行计量，并结合系统的实际用气需要，在完成现场的能量计算以及实际用能需求之后，形成完善的操作方案，为操作系统的节能提供依据；② 为了提高系统生产运行过程中的节能效过，还应该对生产过程中的操作进行优化，使得操作控制方式随着实际系统的运行参数变化而变化，确保实际运行参数与节能方案的优化参数接近，从而达到较好的节能效果。
从当前市场对氧、氮和氩的需求来看，深冷空分技术和设备还将向大型化、多元化的方向发展，而且随着控制技术的迅速发展，自动化、智能化也将成为未来深冷空分技术的发展趋势。
参考文献
[1]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（下半月）， 2014（15）.
[2]顾福民.国内外空分发展现状与展望（上）[J].低温与特气，2005，23（3）.
[3]司标.深冷法空分设备节能技术[J]. 河南科技， 2007（21）.
[关键词]深冷 空分 工艺技术 发展
中图分类号：TP739 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0284-01
空分设备及其生产的产品已经在我国国民经济的各个部门都得到了广泛的应用，而且会其他行业设备的正常运行提供所需的氧、氮、氩等空分产品，是保证我国国民经济正常运行和发展的支柱。近些年来，深冷空分技术从高压到低压经历了持续的发展，从当前已经投入到实际生产，而且成熟的系统来看，国外已经形成了已经形成了生产能力为103660m3/h的成熟系统，而国内当前广泛应用的系统为生产能力在50000 m3/h的系统。从国内外近些年深冷空分设备设计与制造技术的发展历程来看，技术整体呈现为安全、节能两个方向。
1、现代深冷空分技术的整体发展趋势
当前，随着密封技术以及化工生产技术的快速发展，设备生产制造的各个行业对氧、氮、氩等需求量迅速增加，这使得设计制造的空分设备生产能力越来越大。当前，国外的空分设备及技术主要以：巨型化、无氢制氩、内压缩、高纯度、高提取效率、自动化、高可靠度、节能以及长周期运行等特点为主。而国内的空分技术流程整体类似，主要采用分子筛前端净化、规整填料塔、全精馏无氢制氩、外压缩或内压缩或氧氮外压缩等。而化工型空分则主要采用了内压缩流程，而且生产制造的规模日益加大，形成了较大的单机生产容量特点。
从当前国内外深冷空分技术的发展特点来看，其整体发展趋势为：
（1） 气体的整体提取效率得到进一步提高。例如，传统的空分精馏塔使用了较小板间矩的筛板塔，导致气体通过时的阻力较大，而且气体的整体提取效率较低。当前大多使用了效率更高的规整填料式空分塔、粗氢塔，并且配合使用高传质的塔内件以及液体分布器件，使得气体的提取效率得到迅速提高。
（2） 设备能耗继续下降
在将规整填料应用与上塔之后，当冷凝蒸发器达到同等温度时，与传统的空分设备相比，上塔的压降可以达到0.02MaP，使得空分系统的空压机能耗下降5%～7%。同时，使用膜式换热器取代传统的换热器之后，空分系统的空压机排气压力进一步下降，使得空压机的轴功功率再次下降3%～4%。另外，在低压塔增设冷凝器之后，通过其产生冷凝回流液体，通过加压之后再回流至高压下塔，同样能够获得良好的降耗效果。
2、深冷空分生产工艺技术及设备的发展
现代深冷空分生产工艺技术能够使得空气的整体液化流程达到40%以上的卡诺循环效率。而之前不能进行商业化生产的试验室技术，例如双沸器与混合塔，单塔与双塔热泵技术等生产工艺技术与流程等都重新受到了人们的重视，并且通过技术改进和优化，已经在实际的生产过程中得到了一定程度的应用。例如，当前应用的一种新型的制氮设装置，能够不利用膨胀机或者液体进行冷量的提供，而是通过使用涡流管系统为系统提供所需要的冷量，从而使得整个制氮装置的生产工艺和生产设备得到简化，设备的投资规模下降，而且设备的可靠性得到迅速提高，能够保证装置的安全长周期运行。另外，近年来发现并开始开发的非深冷空分技术通过与传统的深冷空分技术配合使用，能够获得较好的分离效果，即所谓的联合生产工艺技术。不但能够获得较优的经济效果，而且节能效果明显。随着国内外机械设计与制造技术的发展，深冷空分生产过程中用到的空气压缩机性能得到进一步提升。例如，当前广泛使用半开后靠式叶片、短轴与单轴单转子的设计方式，有效的提高了空压机在极限转速下的运行稳定性和安全性，使得空压机的使用寿命显著提高，能够达到12万h，而且运行过程中的噪声下降至85dB以下。
3、现代深冷空分技术的节能发展趋势
随着环境保护实际需求以及环保政策的收紧，国内外深冷空分设备生产制造业对能耗的控制以及设备使用过程中能源使用效率的提高也成为了当前设备生产设计的一个重要方面。从环保节能的实际需要，当前深冷空分技术的发展呈现出了一些新的特点和趋势：全低压、低能耗、铝结构、填料塔、内压缩、全液体、自动化以及长周期等。而从国内外深冷空分技术的横向对比结果来看，两者之间的差距正逐步缩小，尤其是在节能控制方面，国内相关企业生产的系统和设备已经具有较强的国际竞争能力。
从深冷空分系统节能的主要技术角度来看，其主要方式是通过对充分合理利用能源的角度来设计的。即在生产过程中利用能量转换、回收以及利用等方式来对整个生产系统所消耗的能量进行控制，从而实现動态平衡、节能。而对系统控制设备的节能处理则主要采取局部节能方式，这主要是通过充分利用当前不断发展的热力学理论以及过程系统的工作技术产业转化成果，通过建立起系统中各个部件之间的联系，达到系统的整体平衡。但是，当前部分设计采用了对单一操作设备进行节能设计的方式，这虽然对设备个体进行了改良，但是没有重视设备的整体运行性能，在节能与产品的生产性能方面没有形成较好的平衡。因此，在深冷空分系统节能设计的过程中，应该遵循这样几条基本的原则：降低操作控制设备运行的阻力损失；控制换热器对数平均温差数值，避免不同状态下物流之间的直接混合；采取更高的气体提取率，减少并消除分离、热循环等实际环节的操作，使得原料的消耗量得到控制。
从深冷空分系统的控制节能角度来看，节能的环节主要包括这样两个部分：①为了提高对节能系统的控制精度，在控制系统中应该尽量使用更高精度的仪器仪表进行计量，并结合系统的实际用气需要，在完成现场的能量计算以及实际用能需求之后，形成完善的操作方案，为操作系统的节能提供依据；② 为了提高系统生产运行过程中的节能效过，还应该对生产过程中的操作进行优化，使得操作控制方式随着实际系统的运行参数变化而变化，确保实际运行参数与节能方案的优化参数接近，从而达到较好的节能效果。
从当前市场对氧、氮和氩的需求来看，深冷空分技术和设备还将向大型化、多元化的方向发展，而且随着控制技术的迅速发展，自动化、智能化也将成为未来深冷空分技术的发展趋势。
参考文献
[1]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（下半月）， 2014（15）.
[2]顾福民.国内外空分发展现状与展望（上）[J].低温与特气，2005，23（3）.
[3]司标.深冷法空分设备节能技术[J]. 河南科技， 2007（21）.