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当前国产空分设备发展状况蒋旭;江楚标;徐伟民;丁友胜;赵小莹【摘要】介绍了当前国产8～12万等级空分设备的发展状况,详细阐述了国内空分企业的研发现状,相关业绩及特点,最后指出了特大型空分设备国产化的重要性.【期刊名称】《低温与特气》【年(卷),期】2013(031)006【总页数】4页(P6-9)【关键词】国产;特大型空分设备;研发状况【作者】蒋旭;江楚标;徐伟民;丁友胜;赵小莹【作者单位】中空能源有限公司设计研究院,杭州滨江 310051;中空能源有限公司设计研究院,杭州滨江 310051;中空能源有限公司设计研究院,杭州滨江 310051;中空能源有限公司设计研究院,杭州滨江 310051;中空能源有限公司设计研究院,杭州滨江 310051【正文语种】中文【中图分类】TB657.7随着我国能源化工产业的大力发展，煤化工、化肥、钢铁和有色金属冶炼以及集中园区式供气项目日益增多，与之配套的空分设备需求也越来越多。
目前我国空分设备的产能已达600万Nm3/h，随着市场需求的进一步扩大，其规模将会不断迈上新台阶。
国内空分技术的发展已有近50年的历史，尤其近十年来的进步异常迅猛，近十年来以杭氧为代表的国内空分制造商一次又一次攻城略地，节节攀升，使得国产空分设备在特大型空分规模上同世界领先企业的差距进一步缩小。
具有代表性的是开封空分德州40000 Nm3/h空分设备，中国空分包钢40000 Nm3/h空分设备(EPC)，杭氧北台50000 Nm3/h空分设备、杭氧宝钢60000 Nm3/h空分设备，杭氧广西盛隆8万等级空分设备，杭氧伊朗12万及杭氧神华宁煤10万等级空分设备，在我国空分设备技术发展和壮大当中具有里程碑式意义。
增大单套空分设备的制氧规模，不仅可以减少一次投资，节省能耗，缩小占地面积，减轻操作人员的工作维护量，而且可以减少金属材料及能源的消耗。
总的投资和消耗会降低不少，这对于气体投资者及空分用户来说，意义重大。
2007年 增刊85通一、国内大型空分的需求情况随着我国经济的高速发展，特别是近几年冶金、石化、石油、化肥等领域的持续稳定发展，给大型空分设备行业带来难得的发展机遇。
业内人士分析认为，这些领域在未来几年内对大型空分设备的需求将迎来新一轮高峰。
从冶金行业的发展情况来看，国家对于一些高技术含量、高附加值的钢铁产品是重点发展的。
中国冶金行业专家杨涌源曾对“平衡钢产量”进行过分析，他认为，“平衡钢产量”是一个国家的钢产量增长到一定程度后达到平衡（饱和）时的钢产量。
中国达到“平衡钢产量”的时间预计为2015年左右，到那时中国的钢产量将达到4.5亿～5亿t。
按照100万t钢产量需要1万～1.5万m 3/h氧气的规模计算，近10年中，冶金行业对空分设备的需求量将在150万～225万m 3/h。
再加上旧空分装置的更新和改造，10年之内钢铁工业对空分装置的总需求将达到300万～375万m 3/h。
因各钢铁企业情况不同，如果以3万等级空分设备为界，大型空分设备与中小型空分设备制氧量各占一半的话，3万等级及以上空分设备需要50～60套，3万等级以下各类中小型空分设备估计为150～180套。
目前，钢铁行业正在进行兼并重组，从长远来看对大空分设备的需求将会增加，但从近期来看，可能会因为企业之间资产、设备的共享，而搁置一些原本计划内的设备采购。
作为替代能源之一的煤制油项目，按目前在建项目计算，其投资比例约为1.1亿元人民币/万t煤制油品。
根据现有规划，2015年将形成3 000万t/a的煤制油规模，近10年期间，该领域将投入3 500亿元人民币。
根据现有工艺水平，煤制油项目对空分设备的需求比例为1.35万～1.4万m 3氧气/10万t煤制油品。
按照这个比例，到2015年，该领域对空分设备的需求量将达到415万～420万m 3。
近年来，我国甲醇产量逐年提高，特别是近3年来年增速都在两位数以上。
按照规划，到2015年甲醇产量将达到3 000万t，为此内压缩流程是近期国内大型空分国产化的最佳选择开封空分集团有限公司设计处 刘永军 朱耀成AbstractIt introduces to domestic requirement of large-scale Air Separate Equipment, compares to the capability of the inner compressing p r o c e s s a n d t h e o u t e r c o m p r e s s i n g p r o c e s s , indicates that the inner compressing process ought to be adopted to large-scale air separate equipment localized at present.通用机械将新增配套空分装置能力约253万m3/h。
煤化工51000m3/h内压缩空分设备配置及工艺流程特点摘要：简介了煤化工有限公司三套51000nm3/h内压缩流程空分设备的技术参数和流程。
详细介绍了主要设备的配置，分析了三套空分设备具有能耗低、运行安全及可靠性等工艺特点。
关键词：大型空分设备；内压缩流程；技术参数；配置；工艺特点；abstract: the coal chemical industry limited company three 51000nm / h asu using internal compression process technical parameters and process. details of the major equipment configuration, analysis of three sets of air separation equipment with low energy consumption, safe operation and reliability of process characteristics.key words: large scale air separation unit; internal compression process; technical parameters; configuration; process characteristics;前言当今由于化工方面需要大量氧气和市场对液态产品需求的增加，世界上制氧机的流程已实现了多样化，设计的模块化。
除常规的外压缩流程外，内压缩流程也呈现多样化，如膨胀空气进上塔内压缩流程、膨胀空气进下塔内压缩流程等型式。
外压缩流程与内压缩流程的制氧原理基本是一致的，其区别在于两种流程的工艺设备不同以及氧气出冷箱的状态不同。
外压缩流程，出冷箱的氧气为低压状态，通过氧压机将氧气加压至3.0mpa左右，然后送至用户；而内压缩流程是通过液氧泵将液氧加压至所需压力后，在冷箱内的主换热器中与经过空气增压机增压后的高压空气换热至常温后，出冷箱直接供用户。
华鲁恒升48000 m3/h（氧）内压缩空分设备的研究开发张永凤 褚瑞华 周智勇（杭州杭氧股份有限公司，杭州东新路388号 310004）摘要：介绍了华鲁恒升48000 m3/h高压内压缩流程空分设备的工艺流程和特点，分析了整套空分设备配置的技术要点。
实际运行表明，杭氧自行设计制造的48000 Nm3/h空分设备已经达到世界先进水平，填补了国内空分行业的一大空白。
关键词：大型空分设备；压内压缩流程；高压；液氧内压缩Research and Development of 48000 m3/h internal compression air unitfor Hulu Hhengshengzhang Yong-feng,Chu Rui-hua, Zhou Zhi-yong(Hangzhou Hangyang Stock Co.,LTD.,388 Dongxin Road,Hangzhou310004,Zhejing,P.R.China)Abstract: Technical process and characteristics of 48000 m3/h high-pressure internal compression air separation unit of Hulu Hengsheng are introduced,and key technical points for the whole set of air separation unit congifuration are analyzed. Actual operation proved that the 48000 m3/h air separation unit designed and manufactured by Hhangyang has achieved world advanced level and fills the domestic gap in air separation industry.Keywords:Large scale air separation unit;Internal compression;High pressure;Liquid oxygen internal compression一．概述我国自行研制、国产化程度最高、规模最大高压内压缩空分装置——山东华鲁恒升化工股份有限公司 48000m3/h空分设备于2007年2月3日一次开车成功，调试出合格氧、氮、氩等产品。
河南省空分行业的现状及发展毛军洲;王东国;杨海霞【摘要】介绍了河南省空分行业的设备分布及规模,从设备类型、能耗状况、企业利润、大型化等方面分析了河南省空分行业的现状以及未来发展趋势,并结合河南省所处地理位置、当今空分行业发展的方向等特点提出了作者对河南省空分行业发展的看法.【期刊名称】《冶金动力》【年(卷),期】2011(001)004【总页数】5页(P30-33,36)【关键词】河南省;空分行业;分布;趋势;大型化【作者】毛军洲;王东国;杨海霞【作者单位】安阳钢铁股份有限公司制氧厂,河南安阳455004;中海石油惠州石化分公司,广东惠州516086;安阳钢铁股份有限公司制氧厂,河南安阳455004【正文语种】中文【中图分类】TB61 前言当前空分设备已广泛应用于冶金、石油、化工、电子、玻璃和机械等工业部门,氧气、氮气及稀有气体产品已成为国民经济不可缺少的“动力”产品。
而且随着大石化、大化肥、大煤化工和大冶金工业的不断发展，我国已成为世界上建设空分设备项目最多、空分技术发展最活跃的国家之一。
为了掌握河南省空分行业设备的分布和现状,笔者作了一个粗略的统计，概括了河南省空分行业的特点，并结合国内空分行业的发展状况对河南省的空分行业的发展趋势做了初步分析，希望和空分同行、专家学习探讨。
2 空分设备的分布及规模河南省空分设备分布情况及规模见表1。
10000 m3/h(含)以上的大型空分设备共有34套；6000～10000 m3/h(含6000m3/h)的空分设备23套；6000 m3/h以下的空分设备35套；高纯氮空分设备6套；还有3套氧氮液化装置。
其中内压缩流程空分9套，全液体空分设备3套。
总计为101套空分设备，氧气生产总量约为93.7万m3/h。
3 河南省空分设备的现状3.1 分布特点从调研统计表可以看出，河南省的空分设备多集中在中部、北部地区，中南部地区空分设备相对较少，有些地市没有空分设备，这可能与河南省各地市的整体发展规划与产业侧重点有所不同有关。
3设计制造3收稿日期:200823215作者简介:张永凤(1973- ),男,工程师,1998年毕业于中南工业大学应用物理与热能工程系制冷专业,现在杭州杭氧股份有限公司设计院从事空分设备的研究开发工作。
华鲁恒升48000m 3/h 内压缩流程空分设备研制开发张永凤,褚瑞华,周智勇(杭州杭氧股份有限公司,浙江省杭州市东新路388号 310004) 摘要:介绍华鲁恒升48000m 3/h 高压内压缩流程空分设备的工艺流程和特点,分析了整套空分设备配置的技术要点。
实际运行证明,杭氧自行设计制造的48000m 3/h 空分设备已达到世界先进水平,填补了国内空分行业的一大空白。
关键词:大型空分设备;内压缩流程;高压;液氧内压缩中图分类号:TB657.7 文献标识码:ADevelopment of 48000m 3/h internal compression air separation unitfor Hualu H engshengZhang Y ong 2feng ,Chu Rui 2hua ,Zhou Zhi 2yong(Hangz hou Hangyang S tock Co.,L t d.,388Dongxi n Road ,Hangz hou 310004,Zhejiang ,P.R.Chi na )Abstract :Technical process and characteristics of 48000m 3/h high 2pressure internal compression air separation unit of Hualu Hengsheng are introduced ,and key technical points for the whole set of air separation unit configuration are analyzed.Actual operation proved that the 48000m 3/h air separation unit designed and manufactured by Hangyang has achieved world level and fills the domestic gap in air separation industry.K eyw ords :Large scale air separation unit ;Internal compression process ;High pressure ;Liquid oxygen internal compression1 48000m 3/h 空分设备简介杭州杭氧股份有限公司(以下简称:杭氧)自行研制、目前国产化程度最高、规模最大的高压内压缩流程空分设备———山东华鲁恒升化工股份有限公司(以下简称:华鲁恒升)48000m 3/h 空分设备,于2007年2月3日一次开车成功,生产出合格氧、氮、氩等产品。
自开车成功到2008年2月底,48000m 3/h 空分设备已经连续稳定运行了12个月,产品氧、氮、氩纯度和产量均已达标。
于2008年3月2日至3月5日,通过由机械工业气体分离与液化设备产品质量监督检测中心实施的稳定工况下连续运行72小时的性能测试,48000m 3/h 空分设备各项主要技术性能指标达到或超过合同值(见表1)。
华鲁恒升48000m 3/h 空分设备的开发成功,说明我国已完全具备了设计和制造50000m 3/h 等级内压缩流程空分设备的能力,同时为研制60000m 3/h 和80000m 3/h 等级空分设备积累了丰富的设计和成套经验。
・42・表1 华鲁恒升48000m 3/h 空分设备主要性能指标(合同值)产 品产量/(m 3/h )纯度出冷箱压力高压氧气480009916%O 2815MPa氮气Ⅰ31500≤5×10-6O 2～10kPa 氮气Ⅱ14000≤5×10-6O 2～460kPa 液氮400≤5×10-6O 2～012MPa 液氩16202×10-6O 2,3×10-6N 2～0119MPa2 工艺流程华鲁恒升48000m 3/h 空分设备采用高效空气预冷、分子筛吸附净化、空气二段增压、膨胀空气进下塔、增压透平膨胀机、规整填料塔、全精馏无氢制氩技术和液氧内压缩流程,如图1所示。
空气经过原料空压机组升压至0155MPa 后进入空气预冷系统冷却,然后进入分子筛纯化系统净图1 华鲁恒升48000m 3/h 内压缩流程空分设备工艺流程简图化。
净化后的空气分成两股:一股进入低压板翅式换热器与返流的污氮气换热,被冷却到接近液化点后,与膨胀空气一起进入下塔,参与下塔精馏;另外一股空气进入空气增压机组。
进入空气增压机组的空气经增压机组的第一段增压到约218MPa 后又分为两股:一股直接出增压机组,经增压机组后冷却器冷却到常温后进入高压板翅式换热器,被返流的污氮气和高压液氧冷却,再从高压板翅式换热器中部抽出进入膨胀机膨胀,膨胀后的空气进入下塔;另外一股在增压机组的第二段继续被增压到约710MPa ,并经后冷却器冷却至常温后进入高压板翅式换热器,与返流的污氮气及高压液氧换热,然后经高压节流阀节流后进入下塔。
空气经下塔初步精馏后,获得富氧液空、纯液氮、污液氮和产品压力氮气。
液空、纯液氮和污液氮经过冷器过冷后进入上塔,参与上塔的精馏。
经过上塔的进一步精馏,在上塔底部获得纯液氧,液氧经高压液氧泵升压后进入高压板翅式换热器,被正流的高压空气和中压膨胀空气汽化、复热到常温后,出冷箱进入氧气管网。
从上塔顶部引出的氮气经过冷器和低压板翅式换热器复热到常温后出冷箱,然后被氮压机组加压后进入氮气管网。
同时,在上塔上部引出的污氮气经过冷器、低压板翅式换热器和高压板翅式换热器复热出冷箱后分成两股:一股进入分子筛纯化系统作再生气;另外一股进入空气预冷系统。
从上塔中部抽取一定量的氩馏分进入粗氩Ⅰ塔,粗氩Ⅱ塔底部回流液体经粗氩泵加压后进入粗氩Ⅰ塔顶部作为粗氩Ⅰ塔的回流液。
氩馏分经粗氩塔精馏后得到无氧粗氩气,粗氩气进入精氩塔中部继续精馏,经过精氩塔精馏后在塔的底部得到991999%Ar 的纯液氩。
・52・华鲁恒升48000m3/h内压缩流程空分设备吸收了国外先进流程技术,结合杭氧近年来设计和生产数十套大型空分设备的宝贵经验,解决了设计和制造技术难题,这是成功的基础和根本保证。
杭氧对整个流程设计经过周密考虑和多次精确计算,特别是对增压机组一段与二段增压的空气参数、上下塔的物料量和组分都作了严格的设定和控制,整套空分设备采用可靠的模块化设计软件,经大量的模拟计算,优化设计出最合理的流程。
实际运行证明,理论计算的参数和实际运行的参数完全吻合,这说明国产大型空分设备在设计和制造水平上有了很大的提高。
3 流程特点华鲁恒升48000m3/h空分设备是典型的50000m3/h等级化工型高压内压缩流程空分设备,具有以下主要特点。
311 采用液氧内压缩流程48000m3/h空分设备采用空气循环单泵内压缩、下塔抽取压力氮气的流程,即采用增压空压机+液氧泵,并通过换热器系统的合理组织来取代氧压机。
针对用户用氧压力高、装置规模大的特点,选择这一流程最安全可靠,同时也最经济合理。
48000m3/h空分设备具有多种产品及灵活的变工况能力;工艺流程上设有快速启动及液体回灌管路,以缩短空分设备启动时间;具有较高的变负荷能力,变负荷范围为75%～105%。
采用这种流程后,空分设备具有安全性好、可靠性高、操作维护方便、投资成本低、占地面积小、变负荷能力强以及节能效果明显等优点。
312 具有先进的技术性能指标48000m3/h空分设备在采用液氧内压缩、下塔抽取大量压力氮气的情况下,仍然能保证比较高的氧、氩提取率。
经实际测量,氧气提取率高于99%,氩提取率高于76%,而单位制氧能耗约为0166kW・h/m3。
313 采用先进、可靠的DCS控制系统48000m3/h空分设备首次采用了Delta V系统,Delta V系统的特点是依据FF现场总线标准设计出的兼容现场总线功能的全新控制系统,充分发挥了DCS控制系统的优势,如系统的安全性、冗余功能、集成的用户界面和信息集成等;同时克服传统DCS控制系统的不足,具有规模灵活可变、使用简单和维护方便的特点。
48000m3/h空分设备的DCS控制系统由工程师站、操作站、控制器、集线器和I/O卡件等组成,共采用4台控制器分别控制各个分单元,这样能分散风险、降低故障率。
4个单元分别为:空压机、冷箱内部分、冷箱外部分和氮压机,上位操作监控共用1套以太网。
314 采用三偏心硬密封零泄漏切换蝶阀在华鲁恒升48000m3/h空分设备首次采用三偏心硬密封零泄漏切换蝶阀,其结构如图2所示。
图2 三偏心硬密封零泄漏切换蝶阀示意图 分子筛纯化系统切换阀若采用常规普通蝶阀,虽然能达到Ⅵ级,但由于软密封会随着切换次数的增加其密封性能会降低,阀门泄漏的可能性很大。
而三偏心硬密封零泄漏切换蝶阀,按照高精度公差加工成的椭圆形阀板,类似于硬质金属锥体上切下的斜片,当阀门关闭时,位于长轴处的椭圆形阀板推动阀座向外,使阀座环与阀板在椭圆短轴处相接,当阀门打开时阀板移动,不与阀座接触,阀座环恢复到圆形。
其浮动式不锈钢阀座与三偏心的椭圆形阀板之间没有摩擦,这种结构能够使阀门的切换次数大大增加,从而大大延长其使用寿命;而且零泄漏能保证分子筛纯化系统不会造成气体泄漏。
315 增压透平膨胀机采用流量防喘振控制48000m3/h空分设备增压透平膨胀机防喘振控制首次采用流量防喘振,改变了以往压力过高后打开回流阀的简易防喘振方式,使膨胀机的运行更加稳定、可靠、节能,易于操作。
防喘振控制以压比・62・与流量关系控制回流阀,在DCS 控制系统内实现。
pr =(PI 040402B +10012)/(PI 040401B +10012)f -f 1=k (pr -pr 1)f =k (pr -pr 1)+f 1FICS 040403B 1S V =k (pr -pr 1)+f 1+c k =(f 2-f 1)/(pr 2-pr 1)式中:pr 为膨胀机增压端进出口压力的绝压比值;PI 040401B 为膨胀机增压端进口压力;PI 040402B 为膨胀机增压端出口压力;f 为膨胀机增压端进口防喘振流量;f 1为喘振点1的流量;k 为喘振线斜率;pr 1为喘振点1的压比;FICS 040403B 1S V 为防喘振流量控制的设定值;c 为流量的余量常数,取正常流量的10%;f 2为喘振点2的流量;pr 2为喘振点2的压比。
