特大型空分设备研发的探讨

特大型空分设备研发的探讨

关键字：大型空分

1前言

随着我国气体工业的迅速发展壮大，特别是近年国内煤化工的崛起，这些新的用户不同特色的要求也促进了我国空分设备技术不断的发展，形成了现代空分设备的特点：巨型化、规整填料无氢制氩、氧氩产品提取率高、自动化程度高、可靠性高、能耗低等；对于氧氮产品压力要求高的石化行业和煤化工行业我们均选择内压缩空分流程。内压缩空分流程同时也能满足液体产量大的要求，可以更好的保证用户的生产用气和液体销售。

从20世纪90年代开始，逐步有上述类型的空分设备被引进国内。

1998年上海宝钢引进的林德公司60000Nm3/h(GOX)和法液空72000Nm％(COX)空分设备．南京化学工业公司和陕西渭化引进的40000Nm3／h(GOX)空分设备等是国内引进的特大型空分设备的代表。

虽然我公司在大型空分设备的设计制造上有很大进步，相继为唐钢气体公司提供了25000Nm3／h(GOX)空分设备(已成功开车)和为神木化学工业公司提供了28000Nm3／h(GOX)空分设备(正在安装)，但是我们也应该充分认识到，在特大型空分设备项目上，我们的综合能力与水平同外国各大公司相比，还存在一定的差距。

在2004年我们参加了几个特大型内压缩空分的招标，虽然均未成功，但是也学习和接触了不少新东西，这对我公司的特大型空分研发都有一定帮助。

2特大型空分设备研发的几点问题：

2 1特大型空分设备的流程计算和流程计：

(1)充分发挥ASPN热力计算软件的作用，针对煤化工空分氧氮压力高的特点，解决换热器在超临界时物性数据的准确性。对此我们已经做了不少工作，目前我们又安装了HYSYS热力计算软件可以进行比较。

(2)进一步完善精馏塔(下塔、上塔)的水力学计算程序。

(3)在采用计算配管的基础上，运用世界知名的CAESARII管路应力分析软件对冷箱内管道进行应力分析、补偿计算，使冷箱内的配管更加安全可靠，确保长期运行的可靠性。

(4)在流程设计上应充分考虑由于分馏塔的增高下塔液空是否能克服液位差到上塔的液空进料口的高度或粗氩冷凝器的的高度，在必要的时候增加流程泵解决这一问题。

(5)在流程计算上考虑换热器采用高低压分置的方式；高压板式(最高通道压力：80MPa)选用进口铝制板翅式换热器(CHART~ORDON公司)，低压板式为我公司自制，这样既能保证可靠性又能降低成本。

在对以上软件的使用时，我们首先对软件进行了验证性的分析计算，已基本证明了软件是可靠的。但是通过实践的数据还可进一步完善。

2．2特大型分子筛吸附器的设计：

大型空分的分子筛吸附器采用的形式有：卧式和立式径向流两种结构形式。目前法液空的立式径向流是专利，已经失效，所以我们应在卧式的吸附器结构设计进一步完善的同时，开发设计立式径向流吸附器。立式径向流吸附器与卧式的吸附器比较有占地面积小、阻力小等特点。所以开发出立式径向流吸附器十分必要。

川空“20000”等级空分的卧式吸附器尺寸：4236x18，L=10542mm，唐钢“25000”空分的卧式吸附器尺寸：垂4236x18，L=12162mm，从目前现场的运行情况看，设计效果均很好。

特大型空分吸附器由于受运输限制，一般外径控制在4200mm，所以只能在长度方向加大尺寸，例如：我们参与投标的“50000”等级的空分吸附器尺寸为： 4200mm，L=21500mm，

在这种规模的吸附器的设计上主要应解决吸附器床层上的气流分配均匀。

2．3高效精馏塔的设计：

在第六代空分中由于填料塔的广泛运用，使得我们在规整填料的设计和装配技术上已相当成熟。但还是应注意随着设备尺寸的加大(例如：我们参与投标的50000等级的空分上塔塔径为：3850mm)，如何更好的从装配工艺和结构设计上防止壁流和淘流的现象发生，特别应考虑运输的振动有可能造成的一些问题。

在特大型空分的精馏塔中，上塔采用填料塔而下塔最好采用筛板塔(除非用户要求的产品负荷变化范围大：50～105％时建议下塔采用填料塔)，有以下原因：①填料塔的操作弹性大、阻力小；②上塔采用填料塔，原因是上塔阻力减少1KPa．下塔压力可以降低一3KPa，而且上塔的阻力是下塔的一2．5倍(如果上塔也为筛板塔时)。所以上塔采用规整填料塔可以大大降低主空压机排压；③下塔阻力降低1KPa，主空压机排压也仅仅降低1kPa。但是规整填料的价格比筛板塔贵得多，所以综合考虑一次性投资和长期运行费用的最佳选择是下塔采用筛板塔。

从目前了解的情况来看，无论是引进的设备或杭氧已经设计的“50000”等级空分下塔均采用筛板塔。从我们参加“50000”等级空分的投标来看，我公司出于运输的考虑下塔采用填料塔。(如果下塔为筛板塔，塔径为： 4600mm)我们已在“25000”和“28000”空分设备的设计上成功采用四溢流塔板，四溢流塔板可有效地减少液体流程、液面落差和溢流强度，提高塔板效率和液体处理能力。如何更好的将四溢流塔成功运用在“50000”等级的空分上，如何加大溢漉强度缩小塔径，需作进一步的试验。

2．4新型主冷的设计：

我公司设计的双沸腾型冷凝蒸发器已在唐钢“25000”空分设备上运用成功，在“50000”等级的空分上能否采用更高效的主冷凝蒸发器仍是一个关键课题。因为主冷的换热效率高低直接影响整套空分装置的能耗。林德提供给马钢的“40000”空分采用高效的主冷凝蒸发器，将下塔的操作压力降低了30KPa，从而使空压机减少～6％功耗。但是首先应保证主冷运行的安全。

采用高效的主冷凝蒸发器同时可以缩小塔径解决运输问题。

2．5冷箱总体的设计：

在第六代空分设备采用填料塔和全精馏无氢制氩工艺后，塔的高度增加。在特大型空分设备上整个分馏塔总高将达到65m，这对冷箱总体设计要求更高。

冷箱作为分馏塔内设备的外壳，要承受风载、地震载荷等。所以我们应对冷箱作应力分析。

冷箱内管道根据要求利用最新的CAESARⅡ管路应力分析软件对管道进行应力分析，使冷箱内的配管更加安全可靠，确保空分长期运行的可靠性。

2．6大型空分的制造及装配关键工艺：

(1)四溢流塔板的制造、拼装模具；

(2)厚壁铝制封头的旋压成型工艺；

(3)4500mm T型铝的加工工艺；

(4)大直径精馏塔的卧装工艺；

(5)下塔与主冷的厂内复合工艺；

(6)主冷的厂内组装工作平台的制造。

正是对这些制造技术的攻关，我们才能真正掌握特大型空分设备关键部机的核心制造技术。

3结束语

上面还未提到我公司的优势产品增压透平膨胀机。最近几年由于中压液化循环的液化装

置成功运转，积累了不少经验，这对于内压缩空分的膨胀机是很好的借鉴。但是我公司还应在中压膨胀机的密封和如何在保证可靠性前提条件下尽可能提高膨胀机的效率上下工夫。还有一些小问题不在此列举，这些问题均是现场用户返馈回来的意见，我们应重视，只有这样才能使我们的产品更好的保持优势和进步。

因为我厂地理位置对单体设备的运输尺寸有所限制，还需采用多种方法优化大件设备的尺寸，尽可能地降低运输成本，以使我们的产品具有竞争优势。

因为大型空分设备是实践性很强的项目，如果没有大型成套项目，就不可能有与之相配套的大型单元设备。没有成熟的大型单元设备．也不可能有运行稳定可靠的成套装置。即便是外国大公司也是如此，像宝钢5#“72000”和6#“60000”空分设备，外方在安装凋试过程中也遇到过很多问题，每次解决问题的过程都是积累经验的过程。大型空分设备的运行成功，反映的是行业的整体综合发展水平的提高，从单元设备、控制元件到整体的匹配性，控制系统的稳定可靠性，都要求有很高的水平。正是有这些特点，川空迫切需要在特大型空分上有所突破，在川空的发展上树起一座里程碑。但是质变均是靠量变的累积。我认为只要我们扎实的做好基础工作。就一定能实现这一历史性的突破，更好的实现将川空建成“百年老店”的目标。