2000年11月，杭州制氧機集團有限公司簽訂了為金川集團公司提供一套KDON-14000／14000型內壓縮空分設備合同，并于次年續簽了一套為該空分配套的全精餾制氬裝置。成套空分設備在2002年底安裝完畢，進行單機及聯動負荷調試，并于2003年1月17日順利完成對成套空分設備的72小時性能考核。
本套裝置是杭氧首套中壓內壓縮大型空分設備，為使廣大關心杭氧技術發展的朋友們進一步了解該設備的情況，我們在這里對這套設備的研制情況作一系統的介紹。
1 設備的主要性能指標
金川“14000”空分設備性能指標見表1。
表1 金川14000m3／h內壓縮空分設備主要指標
產品名稱
產量 m3／h
純度
出裝置壓力 MPa(G)
低壓氧氣
6700(8350)
99．6％02
0．05
中壓氧氣
8000(6500)
99．7％02
1．8
液 氧
300(150)
99．7％02
0．17
氮 氣
(14000)
<10×10-602
0．017
液 氬
(420)
≤2×10-602，3×10-6N2
0．16
*( )內為產液氬時工況指標
2 流程的組織
大型內壓縮流程的空分設備，在20世紀80年代初主要是由于大型合成氨工程的上馬，才由德國林德公司引入我國。到了90年代，隨著我國大型冶金、石化企業的發展，相繼引進了一批大型內壓縮空分設備，此時的工藝流程形式已經取得了飛速的發展，空氣凈化采用分子篩吸附，制氬采用了全精餾無氫制氬流程。同時這種新的流程形式也得到了國內冶金、石化企業的普遍關注。正是由于內壓縮流程的一些新穎的特點，如用增壓空氣壓縮機+液氧泵+中壓換熱器取代了較為復雜的氧透，在客觀上為制氧行業提供了一個新的流程選擇形式。
目前國內外空分制造廠家，所采用的內壓縮流程絕大部分是空氣增壓流程，在這類流程中根據用戶的不同需要大體可分為兩種形式：一種是膨脹空氣進上塔，另一種是膨脹空氣進下塔。
膨脹空氣進上塔流程，主要針對產品液體量需求不大的用戶，產品液體總量一般是產品氧氣量的3％~5％。它的優點是：流程簡單；采用常規增壓透平膨脹機，操作方便；中壓換熱器單個設計，可靠性強，液氧不會產生偏流；裝置的氧、氬提取率大致與常規外壓縮空分相當。
膨脹空氣進下塔流程，主要針對產品液體量需求大的用戶，產品液體總量可達到產品氧氣量的10％以上。它的優點是提取率高，這是因為所有進冷箱的空氣都可參加精餾；相對而言，流程較為復雜，操作考慮的因素較多，設備的投資增大。
針對金川14000m3／h內壓縮空分設備，我們對多種內壓縮方案進行了比較論證，最終選擇了膨脹空氣進上塔流程，并得到了實踐的驗證。
金川“14000”空分流程簡圖如圖1所示。
AF—空氣過濾器 MS—分子篩吸附器 TC2—中壓空氣透平壓縮機 K2—氧增壓器 K702—粗氬液化器 TCl—空氣透平壓縮機 EH—電加熱器 E3—氧熱交換器 C701—粗氬塔I K703—精氬冷凝器 AC—空氣冷卻塔 ET—增壓透平膨脹機 K1—冷凝蒸發器 C702—精氬塔Ⅱ K704-精氬蒸發器 WC—水冷卻塔 E1—主熱交換器 C1—下塔 C703—精氬塔 AP—液氬泵 WP-水泵 E2—液空液氮過冷器 C2—上塔 K701—粗氬冷凝器 OP—掖氧泵
圖1 KDON—14000／14000型分子篩增壓全精餾制氬內壓縮空分設備流程簡圖
在內壓縮流程中，還有一個十分重要的參數需要確定，那就是空氣增壓機的出口壓力。這個壓力設計得是否合理，直接關系到流程設計的合理性以及設備的一次投資及運行成本的高低。眾所周知，所謂的內壓縮就是在冷箱內用液氧泵將液氧加壓到所需壓力，然后通過中壓換熱器與經過增壓壓縮機增壓后的中壓空氣進行換熱，復熱后送至用戶。作為熱源的中壓空氣的壓力是可變的，在一定的壓力范圍內，壓力低所需的空氣量就要大，壓力高所需的空氣量相對要小，這與空分設備的投資、能耗直接相關。我們在引進林德公司精餾計算軟件的基礎上，針對性地開發了內壓縮流程的計算模塊，該模塊可將熱力平衡計算、物料平衡計算及換熱器熱力計算(引進美國S—W公司軟件)與林德的精餾計算軟件有機地聯系起來，并可同時完成精氬的計算，這就有條件對增壓機的出口壓力進行優化設計。我們通過選擇不同的出口壓力進行計算，綜合壓縮機制造商普遍的制造水平、裝置能耗水平、投資的因素及中壓換熱器的因素，確定了合理的出口壓力，相應地也確定了所需的中壓空氣量及中壓換熱器的參數。這些經優化的參數在以后的調試過程中證明與我們的設計思路是十分吻合的，裝置運行的參數是十分準確的。
另外對于金川“14000”空分設備的低壓氧氣的制取，我們利用液氧的液位差，采用液氧自增壓的方法得到所需壓力的氧氣，熱源是低壓空氣，低壓氧氣經過換熱器復熱后送至用戶。這就同時滿足了用戶對產品不同壓力等級的需要。
