3 裝置的安全性考慮

    我們一直認為，空分的設(shè)計安全性是第一的，有了安全保障，才能去談性能的先進性。常規(guī)的外壓縮空分設(shè)備最不安全的因素在主冷，在這方面采取的主要措施是排放1％的液氧及定期分析液氧中的碳氫化合物和乙炔的含量。而內(nèi)壓縮空分設(shè)備，由于主冷中的液氧被大量抽取去液氧泵加壓，因此，在主冷中碳氫化合物大量聚集是不可能的。

    金川公司“14000”空分設(shè)備中壓氧壓力為1．8MPa(G)，液氧在中壓換熱器中復(fù)熱蒸發(fā)，在此壓力下，所對應(yīng)的沸點溫度為—141．3℃，在此溫度碳氫化合物(甲烷、乙烷、丙烷、乙烯)不可能出現(xiàn)固態(tài)析出，它們是隨著液氧的蒸發(fā)而蒸發(fā)，不會聚集，因而中壓換熱器是處于安全狀態(tài)的。

    對于金川“14000”空分設(shè)備的低壓氧制取部分，由于是采用液氧蒸發(fā)器增壓，液氧蒸發(fā)的工作狀態(tài)同主冷基本相同，碳氫化合物及乙炔聚集的可能性是存在的。針對這個問題，我們在設(shè)計中考慮了1％液氧安全排放，蒸發(fā)器為全浸式操作，并要求設(shè)置碳氫化合物及乙炔在線分析。另外，除了針對液氧的安全性考慮外，還將液氧泵的啟動和操作設(shè)在遠離液氧泵的室內(nèi)。其余還設(shè)置了必要的安全閥，尤其是在液氧管路上。

4 裝置的特點

    膨脹空氣進上塔流程的內(nèi)壓縮空分設(shè)備，原料空氣的壓縮、冷卻和產(chǎn)冷的手段基本與常規(guī)外壓縮流程相同，不同的是凈化后的原料空氣被抽取了一部分去空氣增壓機增壓，作為汽化經(jīng)加壓后的液氧的熱源，這個過程在中壓換熱器中進行。

    相對來說，內(nèi)壓縮流程所設(shè)置的增壓壓縮機，從國外引進的占大多數(shù)，各種壓力等級均有相應(yīng)的成熟產(chǎn)品。關(guān)鍵的設(shè)備(中壓換熱器、抽取液體形式的分餾塔及給液氧加壓的液氧泵)基本上在冷箱內(nèi)。

    金川“14000”空分設(shè)備的中壓換熱器設(shè)計的熱源空氣壓力是超臨界狀態(tài)的，物性參數(shù)的準(zhǔn)確性對中壓換熱器的設(shè)計十分重要。我們在引進美國S—W公司換熱器計算軟件基礎(chǔ)上，運用杭氧自行開發(fā)的內(nèi)壓縮計算模塊及美國Aspen計算軟件，對中壓換熱器進行了優(yōu)化設(shè)計，確定了各截面的設(shè)計參數(shù)。同時，為了進一步提高裝置的可靠性，中壓換熱器選擇了國外知名品牌產(chǎn)品。通過對國外公司反饋的各截面的參數(shù)的對比分析，證明我們的計算軟件是可靠準(zhǔn)確的。

    另一關(guān)鍵設(shè)備就是分餾塔，對于抽取大量液體的分餾塔，從流程計算的角度來看，要比常規(guī)外壓縮空分設(shè)備復(fù)雜得多，尤其是對帶氬的空分設(shè)備。通過對林德公司精餾計算軟件近二十年的使用開發(fā)，我們已經(jīng)對各種流程工況的計算運用十分成熟；另一方面填料塔的設(shè)計通過與法液空及蘇爾壽公司的技術(shù)合作，也充分掌握了抽取大液體量的填料塔的設(shè)計，保證了填料塔各進出口的準(zhǔn)確性，尤其是氬餾分抽口的準(zhǔn)確性。這一點我們在云銅“16000”內(nèi)壓縮空分、京聯(lián)“1500”液體設(shè)備及以后安彩“10000”空分設(shè)備上得到了實踐的證明，裝置的氬提取率都能超過我們的設(shè)計要求。金川“14000”的填料上塔采用的是法液空的填料。

    金川“14000”內(nèi)壓縮空分的液體泵，我們經(jīng)過多方的實地考察與方案比較，選用的是法國Cryostar公司的帶變頻調(diào)節(jié)的離心式單級低溫液氧泵，流程的配置采用了一用一備形式，即一臺使用另一臺拎備用。這也是國際上內(nèi)壓縮流程采用的通行的方法，這充分保證了中壓氧的連續(xù)供應(yīng)，提高了裝置整體的可靠性。

    內(nèi)壓縮空分設(shè)備另一特點是帶壓低溫管道多。目前我們冷箱的管道設(shè)計采用的是PDMS軟件，并可進行三維造型，單線圖自動輸出。這保證了管道在安裝過程中走向的準(zhǔn)確性。同時對液體管道、帶壓的低溫管道等主要管線采用MSC／NASTRAN應(yīng)力分析、計算軟件進行分析計算，確定關(guān)鍵點支架位置及形式，保證了裝置在低溫狀態(tài)下，管系有良好的受力狀態(tài)。另外對主要的管道我們選用高強度鋁合金材料，同時配備了專用焊絲，這從客觀上保證了管道焊縫的強度。

5 關(guān)鍵部機的控制方式

    在大型外壓縮常規(guī)流程中，控制的關(guān)鍵點是在氧氣透平壓縮機上。這基本上是圍繞安全這一出發(fā)點設(shè)置的，監(jiān)控點大至有一百個以上，控制回路有十多個。從我們參與的空分設(shè)備調(diào)試情況看，目前氧透的控制是十分完善的，自動化程度也很高，不需人在現(xiàn)場操作。

    在大型內(nèi)壓縮空分設(shè)備中，我們認為控制的關(guān)鍵點在增壓機的恒壓控制及液氧泵的邏輯控制上。對于增壓機的控制，各壓縮機制造廠家都有自己的成熟的控制方式，也基本都能滿足空分設(shè)備的運行要求。在這不作 進一步的探討。

    液氧泵的控制方式，對我們來說是新鮮 事物，不光需要理論上的設(shè)計，還需要實際 運行的經(jīng)驗來完善。

    針對金川“14000”內(nèi)壓縮空分設(shè)備的 液氧泵的控制原則。我們從五個方面來考 慮：第一，外部因素對液氧泵的運行及中壓臣換熱器液氧汽化的影響；第二，液氧泵自身因素對成套空分的影響；第三，兩臺液氧泵互為備用的方式；第四，液氧泵在運行過程中的調(diào)節(jié)方式；第五，液氧泵操作的安全考慮。第一、二點因各制造廠考慮的因素不同，在這里不作具體說明，第五點在裝置的安全性考慮中已有述說。

    這里對第三、四點做一些簡要說明，液氧泵互為備用方式，我們是采取冷備用方式，這其中有多種模式可以選擇，如低速備用、半負荷備用。從實際運行來看，備用泵從冷備狀態(tài)啟動達到負荷運行的時間是很短的(3~5秒)。液氧泵的負荷調(diào)節(jié)，我們設(shè)計了就地及中控均可調(diào)節(jié)；液氧泵的開停車在中控及就地均可實現(xiàn)；液氧泵的出口采用恒壓控制。通過對整套設(shè)備的調(diào)試，我們設(shè)計的控制方案是較為完善的，基本達到了國外內(nèi)壓縮空分設(shè)備對液氧泵的控制水平。

6 結(jié)束語

    目前，杭氧大型內(nèi)壓縮空分設(shè)備的成套設(shè)計已趨完善，并制定了相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范。到目前為止，杭氧已為多家用戶開發(fā)了多種形式的內(nèi)壓縮流程：膨脹空氣進上塔的有浩良河“18000” [氧氣壓力達6．4MPa(G))化工型內(nèi)壓縮空分；營口“15000”[氧氣壓力為3．0MPa(G))冶金型內(nèi)壓縮空分等；膨脹空氣進下塔的有馬鋼“20000”全提取內(nèi)壓縮空分，萊鋼“12000"、杭鋼“20000”等冶金型內(nèi)壓縮空分設(shè)備。

    在這里順便也談一下研制過程中的一些粗淺感想。內(nèi)壓縮流程的組織形式不象常規(guī)流程那么整齊劃一，它的選擇是多種多樣的，這主要取決于用戶對產(chǎn)品品種的要求及設(shè)備制造廠的技術(shù)方案的比較分析結(jié)果。我們認為滿足同一要求的合理的技術(shù)方案應(yīng)該具有安全可靠、投資省、流程簡潔、可操作性強、維護簡單方便、運行成本低等特點。

    另外，隨著內(nèi)壓縮流程不斷成熟，選用可靠的國產(chǎn)化關(guān)鍵部機是可行的，如原料壓縮機、增壓壓縮機、膨脹機、中壓換熱器、閥門等，這不僅降低了設(shè)備的投資費用，還可以帶動相關(guān)的成套設(shè)備的技術(shù)進步。

    最后，在此我們對給金川“14000”內(nèi)壓縮空分設(shè)備的設(shè)計、調(diào)試工作大力支持的金川集團公司及中國空分設(shè)備公司，表示謝意。

參考文獻：

[1]李大仁．碳氫化合物對泵壓流程空分沒備安全性的影響及措施．深冷技術(shù)，2002(2)：1~5．