内压缩流程技术【绝版好资料，看到就别错过】

内压缩流程技术 内压缩流程是空分设备的一种工艺流程组织方式，是相对于外压缩流程而言的。外压缩流程就是空分设备生产低压氧气，然后经氧压机加压至所需压力供给用户，也称之为常规空分。内压缩流程就是取消氧压机，直接从空分设备的精馏塔生产出中、高压力的氧气供给用户。该流程与常规外压缩流程的主要区别在于，产品氧的供氧压力是由液氧在冷箱内经液氧泵加压达到，液氧在高压板翅式换热器中与高压空气进行热交换从而汽化复热回收冷量送出冷箱。 目前 ,大型化工空分用户和有较大液体需要量 的冶金空分用户，都采用内压缩流程。 1 内压缩流程型式 1.1 按应用领域分 按氧气用在冶金领域还是化工领域分为冶金型和化工型。 冶金型行业一般对氧气、氮气产品压力要求在 3.0 MPa 左右，大多采用空气循环、膨胀空气进下塔的氧内压缩流程，采用增压空气压缩机 +液氧泵 +中压换热器取代氧气透平压缩机。 化工型行业氧气产品压力一般在 4.510.0 MPa。目前开发的流程型主要有：氮气循环单泵内压缩流程，空气循环双泵内压缩流程，空气循环单泵内压缩膨胀空气进下塔流程，空气循环单泵内压缩膨 胀空气进上塔流程。 1.2 按制冷循环介质分 按制冷循环介质分有空气制冷循环和氮气制冷循环两种型式。 空气制冷循环以一股正流压缩空气为热源，在主换热器中与被加压的液氧进行热交换。在液氧复热、汽化的同时，将液氧的低温冷量转换为同一低温等级空气的冷量 ,使这股压缩空气冷却和液化，实现空分设备的冷量平衡。 氮气制冷循环是采用氮气作为循环介质来吸收和转化加压液氧的低温冷量。但由于氮气冷凝温度和潜热均比空气小，这就决定了汽化同样数量的加压液氧，需要被加压的氮气量比空气量更多且压力更高，不是很经济 ，故用循环氮气作为加热气体的内压缩流程用得较少。 1.3 按膨胀空气进行入精馏塔的位置分 目前国内外空分制造厂家所采用的内压缩流程绝大部分是空气增压流程。按膨胀空气进行入精馏塔的位置分为两种型式：一种是膨胀空气进上塔，另一种是膨胀空气进下塔。 膨胀空气进上塔流程，主要针对产品液体量需求不大的用户，产品液体总量一般是产品氧气量的 35%。它的优点是：流程简单；采用常规增压透平膨胀机，操作方便；中压换热器单个设计，可靠性高，液氧不会产生偏流；装置的氧氩提取率大致与常规外压缩空分相当。 膨胀空气进下塔流程，是目前国内制造的内压缩流程空分设备中比较典型的流程，主要针对产品液体量需求大的用户，产品液体总量可达到产品氧气量的 10%以上。它的优点是提取率高，如氩的提取可达到 90%以上。 2 特点 内压缩流程是相对于外压缩流程而言的。与外压缩流程相比，内压缩流程主要的技术变化在两个部分：精馏与换热。外压缩流程空分是由精馏塔直接产生低压氧气，再经主换热器复热出冷箱；而内压缩流程空分是从精馏塔的主冷凝蒸发器抽取液氧，再由液氧泵加压至所需压力，然后再由一股高压空气与液氧换热，使其汽化出冷箱作为 产品气体。可以简单地认为，内压缩流程是用液氧泵加上空气增压机取代了外压缩流程的氧压机。 2.1 安全性提高 氧压机在设计制造中需要考虑的安全因素较多，用液氧泵取代了氧压机后，将压缩过程中的危险取掉了，安全性提高。 2.2 占地面积小 内压缩流程中的空气增压机压缩机可以单独设置，也可以与主空压机连体设置，都可以减少占地面积。用循环氮压机的内压缩流程，也可以与氮压机合二为一。另外还取消了氧压机的占地面积。对用地紧张的新上项目和改扩建项目很适合。 2.3 易于维护 用液氧泵取 代了氧压机，氧压机的制造和维护都要求高，液氧泵相对就方便多了。 2.4 满足不同压力产品的需要 对化工产品用户，氧压力、氮压力高，氮产品压力等级多，氮产品温度高，装置规模大，采用内压缩流程，可降低投资成本，设备可靠性高。 2.5 现场供气和同时出售液体产品时竞争力大 对许多采用管道现场供气方式的气体公司，在经营现场供气业务的同时，通常还出售大量的液体产品。在这样的情况下，内压缩流程空分就在运行成本上有较大的优势。 大中型空分设备流程的发展 从 1958 年我国试制成功第一套 3350m3/h 空分设备以来，大中型空分流程已经历了铝带蓄冷器冻结高低压空分流程、石头蓄冷器冻结全低压空分流程、切换式换热器冻结全低压空分流程、常温分子筛净化全低压空分流程、常温分子筛净化增压膨胀空分流程、常温分子筛净化填料型上塔全精馏制氩流程。各流程简介如下： 1 铝带蓄冷器冻结高低压空分流程 (简称第一代空分 ) 铝带蓄冷器冻结高低压空分流程是我国最早的大中型空分设备的主导流程，标志着我国在空气分离设备的制造已实现了从小型向大型的飞跃发展。 典型产品： 3350m3/h(20 状态 )空分设备 ，这是我国第一代空分产品，流程组织较为复杂，主要由空气过滤压缩、高压空气压缩、 CO2碱洗、氨预冷、膨胀制冷、换热、精馏等系统组成。 【流程特点】 (1)加工空气压力分成低压 (0.53 0.57MPa)和高压 (16 20MPa)两个等级。空分设备的冷量来源于两个压力等级下空气的焦汤效应、氮气膨胀制冷和氨预冷系统制冷等三个方面。 (2)采用了氧、氮蓄冷器各两只 (分别一只走正流、另一只走返流 )，内充盘装铝带填料，供换热和清除低压空气中的水分和 CO2 用，蓄冷器的自清除效果采用返流气量大于正流气量 来保证，通常返流与正流气的流量之比为1.03 1.04倍。 (3)采用了一对高压换热器来冷却高压空气，高压空气中的 CO2 是通过碱洗塔碱液的洗涤，水分是通过氨预冷系统的冻结而清除的。 (4)将冷凝蒸发器分成主冷和辅冷两部分，辅助冷凝蒸发器放置位置低于主冷凝蒸发器，利用液氧液位落差使上塔液氧不断流入辅助冷凝蒸发器，同时被下塔顶部引入的压力氮气气化成氧气后，导入乙炔分离器吸附掉乙炔，作为产品氧气的一部分输出，这就保证了精馏塔的安全运行。主冷凝蒸发器为列管式 (共 17749根列管，温差 1.8K)，辅助冷凝蒸 发器为盘管式 (温差 3.2K)。 【流程缺点】 (1)流程组织较复杂。为了提供空分设备所需的部分冷量及由此而引起的高压空气中水分、 CO2 的清除问题，在冷箱外增设了高压空气压缩机、碱洗塔、氨预冷系统等多套机组；同时冷箱内设备也较多，使整套空分设备的操作、维护不便。 (2)蓄冷器的自清除问题没有得到妥善解决，氧气 (或氮气 )和空气的传质和传热虽按不同时间间隔错开但却在同一腔内进行，使产品的纯度受到较大污染，氧气纯度由 99.5%O2下降到 99%O2，氮气纯度由 99.8%N2 下降到 98%N2，而后者由 于纯度较低，只能放空；此外蓄冷器热端温差较大 (5) ，复热不足损失大。 (3)膨胀机结构为冲动式固定喷嘴的型式，效率较低，只有 60%左右。若用空气作膨胀工质，对膨胀后的空气如何处理，没有得到妥善解决，影响了空分流程的组织水平。 (4)氧提取率低，一般只有 83.3%。 (5)能耗高，设计值为 0.66kWh/m3O2，而实际运行值高达 0.70.9kWh/m3O2。 2 石头蓄冷器冻结全低压空分流程 (简称第二代空分 ) 管式石头蓄冷器冻结全低压空分流程，是我国第二代空分产品，主要由空气过滤压缩、空气预冷、膨胀制冷、换热、精馏等系统组成。 典型产品 :6000 m3/h 空分设备，标志着我国气体分离和液化设备工业正式进入了全低压空分流程的时代。 【流程特点】 (1)采用反动式固定喷嘴透平膨胀机。空气在固定喷嘴和叶轮中进行了两次膨胀，使膨胀机效率有了很大的提高 (可达 80%)，空分设备的制冷手段得到了改善，因此使加工空气由第一代空分流程的两个压力等级转变到只要 0.5MPa(G)的一个压力等级成为可能，实现了高低压空分流程向全低压空分流程的变革。 (2)将铝带蓄冷器改为石 头蓄冷器，让产品氧气、氮气始终走蛇管内部换热，保证了氧、氮纯度不受污染，使氧的纯度达到 99.6%O2，氮的纯度达到10010 -6O2。 (3)为了清除冻结在石头上的 CO2 和水分，除了采用正流空气和返流污氮气交替切换的方法外，还采用了中间抽气法，即在蓄冷器中部抽出了相当于加工空气量 10%的空气，这就保证了抽口以下正流气量小于返流气量的自清除要求，进一步缩小了蓄冷器冷端温差，使自清除更为彻底。 (4)膨胀后空气送入上塔中部参与精馏，充分利用了上塔精馏潜力，提高了氧提取率 (可达 84%)。 (5)用循环液氧泵和液氧吸附器组成的强制循环来清除液氧中的乙炔等碳氢化合物，确保了空分设备的安全运行，取消了前一流程的辅助冷凝蒸发器。 (6)能耗比第一代空分有了明显的下降，可达到 0.55 0.6kWh/m3O2。 【流程缺点】 (1)管式石头蓄冷器中的石头填料单位体积所具有的比表面积只有铝带的 1/5，而密度却远比铝带大，因而处理同样的空气量，石头蓄冷器比铝带蓄冷器体积要大 5 倍以上，这就使得石头蓄冷器体积庞大、笨重，所需的安装基础必须深沉坚实，占地面积大，工程费用多。 (2)由于采用中 间抽气法来保证蓄冷器的不冻结性，因而设置了相应的抽气阀箱和 CO2 吸附器，使冷箱内设备及配管复杂化。 (3)膨胀机采用固定喷嘴，只能依靠调节压力来调节气量，因而膨胀量调节范围较小，对空分变工况生产需要大量冷量时的适应性较差，只能用增设备用膨胀机来解决冷量的调节问题，这显得很不经济。 (4)主冷凝蒸发器仍为长列管式，管子数目仍然较多，体积大、制造难。 3 切换式换热器冻结全低压空分流程 (简称第三代空分 ) 随着高效率板翅式换热器的研制成功和反动式透平膨胀机技术的进一步发展，空分流程水平又大 大向前推进了一步，出现了切换式换热器冻结全低压空分流程，是我国第三代空分产品。主要由空气过滤压缩、空气预冷、膨胀制冷、换热、精馏 (含提氩设备 )等系统组成。 典型产品 :10000m3/h空分设备 【流程特点】 (1)板翅式换热器，取代了石头蓄冷器、列管式冷凝蒸发器及盘管式过冷器、液化器等，使单元设备的外形尺寸大大缩小，空分设备的冷箱也相应缩小、跑冷损失减少、膨胀量下降、启动时间缩短等一系列的良性循环，提高了空分设备的技术经济性。 (2)用切换式换热器取代石头蓄冷器后，由于用间壁式连续换 热代替了蓄冷器的间歇换热，使温度场分布较为稳定，同时在气流通道中供水分和 CO2 冻结的空间也增大了，使切换周期可以延长，切换损失可由蓄冷器流程的 4%下降到 2%。 (3)采用了环流法来保证切换式换热器的不冻结性，可使空气和返流污氮气冷端温差由蓄冷器流程的 3.5 缩小到 2.5 ，这是一种较为完整的不冻结性的方法，不再需要中抽气阀箱， CO2吸附器等附加设备，使流程简化。 (4)采用反动式可调喷嘴的透平膨胀机，使膨胀机效率变化平稳，对变工况生产适应性强，同时采用了电机制动来回收膨胀机的对外做功。 (5)采用了体积小、重量轻、流通能力大的切换碟阀取代笨重的强制切换阀，使布置紧凑。 (6)氧提取率提高到 87%。 (7)能耗大大下降， 10000m3/h 空分设备一般为 0.49 0.52kWh/m3O2，6000m3/h 空分设备一般为 0.53 0.55kWh/m3O2。 【流程缺点】 (1)为了满足切换式换热器自清除要求，需要返流污氮气量较大，一般而言，污氮气量与总加工空气量之比不得少于 55%，即纯氮产量只能达到总加工空气量的 45%，这样，纯氮气和氧气产量之比最多只能达到 1： 1，无法 满足用户对大量纯氮气需求。 (2)为满足切换式换热器的不冻结性要求，冷端要保证有一个最小温差，空分设备的启动要分成四个阶段来完成，以避免水分和 CO2 进入精馏塔内，因而启动操作要十分小心，比较麻烦。 这类流程由于技术落后，操作维护复杂，运转周期较短，是下一步实施技术改造的重点对象。 4常温分子筛净化全低压空分流程 (简称第四代空分 ) 随着国际上分子筛净化技术的发展和在空分设备中的广泛应用。分子筛净化空气冷箱外 “ 前端净化 ” 技术，代表着 20 世纪 70 年代国际空分设备流程发展的主导方向。该流程设 备主要由空气过滤压缩、空气预冷、分子筛净化、膨胀制冷、换热、精馏等系统组成。 典型产品 :6000m3/h 空分设备 【流程特点】 (1)利用分子筛吸附剂在常温下吸附空气中水分和二氧化碳及碳氢化合物的特性，将切换式换热器的传热传质和换热两种功能分家，在冷箱外用分子筛吸附器清除空气中水分和 CO2，在冷箱内的换热器仅起换热作用，这样不仅使进冷箱的空气较纯净，而且延长了换热器的寿命。冷箱内不再需要设置自动阀箱、液空液氧吸附器循环液氧泵及相应的切换阀门管道等，使空分流程简化，冷箱内设备减少，操作维护方 便。 (2)由于主换热器没有自清除要求，冷端温差不用严格限制，使纯氮气和氧气产量比大大提高，可达到 2.3 2.5，可以满足需要大量纯氮气的用户要求。 (3)分子筛吸附器切换周期为 108 分钟，远远长于切换式换热器切换周期3.5 分钟，因此空气切换损失就大大减少，由通常的占加工空气总量的 2%下降到 0.5%，有利于氧提取率的提高。同时切换次数的减少，精馏塔受切换而引起的波动干扰减少，有利于氩的提取。 (4)分子筛吸附器清除空气中有害杂质较彻底，空分设备的操作安全性好，连续运行周期可达二年以上。 (5)启动和操作过程中，不需考虑自清除的影响，因而操作简便，有利于实现变负荷操作和提高自动化控制水平。 (6)氧提取率提高到 90 92%，氩提取率 52%。 【流程缺点】 为了保证分子筛吸附器能在较佳的温度 8 10 下工作，以充分发挥分子筛吸附剂的吸附效果，设置了制冷机组；同时为了分子筛吸附剂的加温解吸，设置了电加热器。为了保证再生时污氮气有足够的压力，空压机的排压应适当提高，这些导致了能耗比切换式换热器流程要高 4%，约为 0.510.57kWh/m3O2。 采用常温分子筛虽 然具有切换损失少、操作维护方便等优点，但由于能耗较高，所以它存在致命的缺点，很快就被新的带增压膨胀机的常温分子筛净化空分流程所代替。 5、常温分子筛净化增压膨胀空分流程 (简称第五代空分 ) 在寻求降低能耗的途径上，常温分子筛净化增压膨胀空分流程的出现，是空分流程技术 的一大进步。这一时期，国内空分设备制造商纷纷应用该技术，实现了制氧容量从小到大的全系列空分设备的升级换代，使我国的空分设备整体性能接近 20 世纪 80年代国际先进水平。 典型产品 :6000m3/h空分设备。 【流程特点】 （ 1）在常温分子筛净化全低压空分流程的基础上，将膨胀机的制动发电机改成了增压机。增压机的作用是将膨胀空气在膨胀过程中产生的功，直接用来使进膨胀机的空气增压，使膨胀机前压力的提高，就增加了单位膨胀空气的制冷量，在空分设备所需冷量一定的情况下，减少了膨胀空气量，总的加工空气量也就相应降低，使常温分子筛净化增压膨胀空分流程的氧提取率进一步提高、能耗进一步下降。第五代空分的提取率可达到 93% 97%，氩提取率 54%60%。 (2)采用了全可控涡理论设计的三元流叶轮和全等温冷却的单轴空气透平压缩机。 (3)采用了立式单层床内绝热结构的分子筛吸附器。 (4)成功地实现了计算机集散控制系统对空分流程的控制调节要求，使自动化控制水平上了一个台阶。 (5)由于加工空气量下降了 4%，能耗与切换式换热器冻结全低压空分流程相当，约为 0.47 0.53kWh/m3O2。 6、常温分子筛净化填料型上塔全精馏制氩空分流程 (第六代空分 ) 常温分子筛净化增压膨胀空分流程，已作为主导流程在国际空分行业广泛采用。但是为了进一步提高空分设备效率、降低能耗， 20世纪 80年代初期，国外一些著名空分制造商开始 将规整填料技术应用于空分设备上，到了 90年代采用规整填料和全精馏无氢制氩技术的空分设备已全面推向工业化应用。主要由空气过滤压缩、高效空气预冷、分子筛双层床净化、增压膨胀制冷、换热、精馏及全精馏制氩等系统组成。 典型产品 :6000、 20000m3/h空分设备 【主要特点】 (1)继承了第五代空分的所有优点：具有流程简单，操作维护方便、采用 DCS 集散系统、切换损失少、碳氢化合物清除彻底、空分设备的操作安全性好，连续运行周期大于二年等优。 (2)采用规整填料型上塔代替筛板型上塔，上塔阻 力只有相应筛板塔的1/4 1/6，使空压机的排压由 0.65MPa(A)下降到 0.61MPa(A)，使空压机的能耗节约 5% 7%。 (3)由于上塔操作压力降低、操作弹性大，使空分装置的氧提取率进一步提高，精馏塔的氧提取率可达 99.5%；空分设备氧提取率 97% 99%。 (4)精氩的制取采用低温精馏法直接获得，即一步到位的采用全精馏 (无氢 )制氩技术。节约了制氢能耗 3% 4%，同时，精馏塔氩提取率大大提高，可达65% 84%。精氩产品的品质高：含氧量可以低于 2ppmO2。 (5)采用了高效空 气预冷系统，空气预冷系统设置水冷塔，充分利用干燥氮气的吸湿性，使冷却水温降低，可减少冷水机组的制冷负荷；根据用户用氮情况也可不另配冷水机组。 (6)分子筛纯化空气系统采用活性氧化铝 -分子筛双层床结构，大大延长了分子筛的寿命，同时可使床层阻力减少。 (7)采用了高效增压型透平膨胀机技术，膨胀机效率可达 83 88%。 (8)采用先进的 DCS 计算机控制技术，实现了中控、机旁、就地一体化的控制，可有效的监控整套空分设备的生产过程。成套控制系统具有设计先进可靠、性能价格比高等特点。 (9)第六 代空分设备由于采用了多项新技术，节能效果显著，与第五代空分相比设备总能耗约下降 8% 10%，制氧能耗为 0.37 0.43kWh/m3O2。 7、常温分子筛净化大型内压缩空分流程 典型产品： 16000、 28000、 30000、 40000m3/h 空分设备 ? 主要由空气过滤压缩、空气预冷、分子筛净化、空气 (氮气 )循环增压系统、膨胀制冷、高压换热系统、精馏等系统组成。 【流程特点】 (1)内压缩流程空分设备是在第六代空分设备流程的基础上，采用液氧泵对氧产品进行压缩的一种流程形式。 根 据循环增压机压缩的介质不同，流程形式可分为空气循环和氮气循环两种流程。根据膨胀后空气进塔位置的不同，内压缩流程又可分为膨胀空气进上塔流程和膨胀空气进下塔流程。内压缩流程还可根据产品压缩情况分为单泵内压缩流程和双泵内压缩流程。 (2)与加压液氧进行换热的空气 (或氮气 )压力和流量的确定；高压换热系统的组织和精馏的组织等是内压缩空分流程的核心问题。所以，与常规外压缩流程不同的是：内压缩流程要根据最终产品的压力、流量及使用特点等具体情况经过不断的优化计算，选择合理的流程组织方式、最佳的气化压力和循环流量，使 空分设备的氧、氩提取率更高。 (3)内压缩流程取消了氧压机，因而无高温气氧，火险隐患小、安全性好。主冷大量抽取液氧，保证碳氢化合物的积聚可能性降到最低程度。产品液氧在高压下蒸发，使烃类物质积累的可能性大大降低。特殊设计的液氧泵自动启动与运行程序可有效地保证装置的安全运行与连续供氧。 (4)内压缩流程的低温高压液氧泵均采用进口产品，且在线冷备用，若运行泵出故障，则备用泵在 10秒钟内自动达到工作负荷，所以，内压缩流程的可靠性较高。 对于化工和石化用户一般要求氧气压力很高，因而采用外压缩则 必须是氧透 +活塞式氧压机，而内压缩流程则只用一台增压空压机替代了二台氧压机，其运行可靠性大大增加。 (5)高压液氧泵操作方便，维修工作量极少。内压缩流程主空压机与增压空压机如采用汽轮机一拖二的形式，布置紧凑，占地面积小。而氧压机则需要有足够多的安全距离，占地面积大，且基建费用高。 (6)内压缩流程的单位产品能耗与空分设备的规模、产品压力、液体产品的多少有较大关系，由于内压缩的不可逆损失大，产品的提取率略低，内压缩流程的单位产品能耗要比常规外压缩流程约高 3% 7%(按相同产品工况比较 )。 膜分离制 氮设备 一、膜分离制氮设备原理 膜气体在膜中传质过程的研究推算起来实际已有 100 多年历史了 ,人们对单一的气体在聚合物及其膜中传送进行了大量的研究 , 从而在理论上得到了较好的发展 . 然而 , 膜在实际中的应用却是近几十年间的事 , 较突出的例子是核武器中同位素铀的分离 . 直到 20世纪 70年代末期 ,气体在聚合物膜中的渗透性和选择性已发展到具有工业化经济价值时 , 膜才象今天这样得到大规模应用。 中空纤维膜是用数以万计的高分子材料制成的中空纤维丝聚合的膜组件。当两种或两种以上的气体混合通过高分子膜时，由于 各种气体在膜中的溶解度和扩散系数的差异，导致不同气体天膜中的渗透速率有所不同，根据这一特性，可将气体分为 快气 慢气 。 气体透过 中空聚合物膜是一个复杂的过程，其透过机制一般是气体分子首先被吸附到膜的表面 溶解，然后在膜中扩散，最后从膜的另一侧解吸出来，膜分离技术依靠不同气体在膜 中溶解和扩散系数的差异来实现气体的分离。当混合气体在一定的驱动力（膜两侧的压力差或压力比）作用下，渗透速率相当快的气体如水汽、氧气、氢气、氦气、硫化 氢、二氧化碳等透过膜后，在膜的渗透侧被排除，而渗透速率相对慢的气体如氮 气、 氩气、甲烷和一氧化碳等被滞留在膜的滞留侧被富集从而达到混合气体分离的目的。 因为膜分离器所选择材质其分离效率的限制，一般用于自空气中分离氮气的分离器其工业化组件以中空纤维膜较为突出，以中空纤维巨大的分离比表面积为基础载体的工业化膜组件能较好的满足客户的分离要求，通常地，为了取得较好的经济性指标，达到低投入、低单耗的目的，膜制氮采用高压流程 。 二、高压流程膜制氮 压缩空气经预处理系统除去油、尘埃等固体杂质及大部分的气态水 ,预热后进入膜分离器，渗透速率相当快的气体如水汽、氧气、氢气 、氦气、硫化氢、二氧化碳等透过膜后，在膜的渗透侧被排除，而渗透速率相对慢的气体如氮气、氩气、甲烷和一氧化碳等被滞留在膜的滞留侧被富集；系统在 PLC或 DCS系统的控制下可实现连续稳定的输出氮气。以这种原理来实现氧氮分离的方法我们称之为高压流程膜制氮 (MKH-N)。 膜制氮设备主要特点 - 1、 装置工艺流程简单、结构紧凑、设备投资省 2、 装置占地面积小，可用于室内、外操作 3、 装置自动化程度高，开停车方便快捷； 10分钟内达到纯度指标。 4、 无阀门切换等运动部件，不需定期更换易 损件，维修量少。 5、 通过增加膜分离器，很容易扩大氮气产量。 6、 装置运行和维护费用较 PSA 法制氮低；在纯度 80 98%的范围内，具有优越的性能价格比。它具有其它空气分离方法所不可比拟的优势，运行能耗较低。 7、 装置运行独立性强，稳定性好，可靠性高，常温低压下工作，安全性能好 8、 装置规模可从 0.2-50000 Nm3/h，产品氮气纯度可满足 80-99.9%。 三、高压流程膜制氮设备主要组成 1、空气压缩机 2、空气源预处理组件 3、空气缓冲罐 4、膜分离器 5、成品氮气缓冲罐 6、切换阀门及相应的管件 7、自动控制、检测系统 8、可扩展的减压配置增压系统 四、膜制氮设备安装运行条件 1、安装条件：安装现场应清洁、平整，吊车或叉车容易到达并进行安装； 2、使用环境要求：安装现场周围空气应干净、无油雾、无腐蚀气体，通风良好； 3、配套条件：电源： 380V/50Hz/3 相五线； 冷却水：符合工业用冷冻、冷却水。 五、膜制氮设备选型注意事项 1、在具体选型前首先确认对所需 氮气设备最终产品气的要求，在制造厂商的建议下确定所需设备的流程； 2、考察设备设计的合理性（每一个配件的设置是否合理、必需，并发挥其最大功效）； 3、考察设备运行的可靠性（考证设备设计中保证措施的合理性）； 4、制造厂商研究开发能力、制造经验及水平； 5、 全面计算制氮设备的成本（设备价格、投入设备所必备的水、电、场地及其费用，设备的使用维护成本，设备的使用寿命），而不仅仅只考虑设备的价格。 变压吸附制氮设备 1、变压式吸附制氮原理 变压吸附制氮设备是采用碳分子筛为吸附 剂，利用变压吸附原理来获取氮气的设备。在一定的压力下，利用空气的氧、氮在碳分子筛孔隙中扩散速率不同而达到分离空气的目的，即碳分子筛对氧的扩散吸附远大于氮，通过可编程序来控制多个阀门的导通、关闭，达到两吸附罐的交替循环，加压吸附，减压脱附的过程，而完成氧、氮的分离，得到所需纯度的氮气。 制氮机主要由两个填满碳分子筛的吸附塔组成，当洁净的压缩空气进入吸附塔时，由于其中的 O2 在碳分子筛内扩散速率较快，使 N2 在气相中得到富集；另一塔已完成吸附的碳分子筛则被减压解吸，然后用 N2吹扫再生，使其恢复原有吸附能力 ，两塔交替循环，即可得到纯度为 99%-99.9%的廉价氮气。再用氮气净化装置除去其中微量的 O2， H2O 等杂质， N2 纯度可达 99.999%以上。 2、工艺特点： 能耗低，故运行成本比其它制氮工艺低； 结构简单，占地面积小； 微电脑控制，只要轻轻一按， 30 分钟，即可产出合格氮气，即开即用，实现无人值守，纯度、流量长期稳定； 使用方便，省去了不断更换钢瓶的麻烦； 使用更安全，且无须支付运费。 3、应用范围 金属热处理 -渗碳、碳氮共渗、光亮退火、粉末金属及磁 性材料烧结、氮基气氛保护石油天然气、化学工业 -管道及容器空气置换、注氮采油、化工过程保护气电子工业 -半导体及电子元件生产的氮气保护煤炭工业 -煤矿井下防灭火食品工业 -充氮包装、保鲜、酒类保存医药工业 -原料及药品充氮保存，中草药防虫、防霉玻璃工业 -浮法玻璃生产过程的保护其他需用氮气的工业部门 。 膜分离制氧设备 一、膜分离制氧基本原理 气体在膜中传质过程的研究推算起来实际已有 100 多年历史了，人们对单一的气体在聚合物及其膜中传送进行了大量的研究 , 从而在理论上得到了较好的发展。然而 , 膜在实际 中的应用却是近几十年间的事 , 较突出的例子是核武器中同位素铀的分离。直到 20 世纪 70 年代末期，气体在聚合物膜中的渗透性和选择性已发展到具有工业化经济价值时，膜才像今天这样得到大规模应用。 一般说来，膜对所有气体都是可以渗透的，只不过渗透的程度不同而已。气体透过 中空聚合物膜是一个复杂的过程，其透过机制一般是气体分子首先被吸附到膜的表面溶 解，然后在膜中扩散，最后从膜的另一侧解吸出来，膜分离技术依靠不同气体在膜中溶 解和扩散系数的差异来实现气体的分离。当混合气体在一定的驱动力（膜两侧的压力差或压力比） 作用下，渗透速率相当快的气体如水汽、氧气、氢气、氦气、硫化氢、二氧 化碳等透过膜后，在膜的渗透侧被富集，而渗透速率相对慢的气体如氮气、氩气、甲烷 和一氧化碳等被滞留在膜的滞留侧被富集从而达到混合气体分离的目的。 二、膜分离制氧设备的流程 根据分离条件中压力 不同，通常我们将膜制氧分成两种不同的工艺流程，用户可根据不同的工况要求，选择适合的流程以达到最低单耗的目的。 1、 高压流程膜制氧 压缩空气经预处理系统除去油、尘埃等固体杂质及大部分的气态水 ,预热后进入膜分离器，渗透速率 相当快的气体如水汽、氧气、氢气、氦气、硫化氢、二氧化碳等透过膜后，在膜的渗透侧被富集，而渗透速率相对慢的气体如氮气、氩气、甲烷和一氧化碳等被滞留在膜的滞留侧被富集；系统在 PLC或 DCS系统的控制下可实现连续稳定的输出氧气。 2、 负压流程制氧 经鼓风机后的原料空气，净化除去粉尘再进入膜分离器，渗透速率相对慢的气体，如氮气、氩气、甲烷和一氧化碳等被滞留在膜的滞留侧富集后作为废气排出，以真空泵抽真空将渗透侧的富氧空气收集作为产品气。系统在 PLC或 DCS 系统的控制下可连续获得稳定纯度的氧气。 三、膜分离制氧设备的特点 膜法氧氮分离设备主要特点 1、 装置工艺流程简单、结构紧凑、设备投资省 2、 装置占地面积小，可用于室内、外操作 3、 装置自动化程度高，开停车方便快捷； 10分钟内达到氧浓度。 4、 无阀门切换等运动部件，不需定期更换易损件，维修量少。 5、 通过增加膜分离器，很容易扩大富氧空气产量。 6、 装置运行和维护费用较 PSA 法制氧低；在纯度 25 35%的范围内，具有优越的性能 价格比。在助燃应用方面，它具有其它空气分离方法所不可 比拟的优势，运行能耗较低。 7、 装置运行独立性强，稳定性好，可靠性高，常温低压下工作，安全性能好。 8、 装置规模可从 0.2-50000 Nm3/h，产品氧气纯度可达 25-45%； 四、膜分离制氧设备的基本组成 高压流程设备主要组成 /低压流程设备组成 1、空气压缩机 / 1、鼓风机组 2、空气源预处理组件 / 2、除尘、冷却器 3、空气缓冲罐 / 3、膜分离器 4、膜分离器 / 4、成品氧气缓冲罐 5、成品氧气缓冲罐 / 5、切 换阀门及相应的管件 6、切换阀门及相应的管件 / 6、真空泵机组 7、自动控制、检测系统 / 7、氧气增压机 8、可扩展的增压系统 / 8、自动控制、检测系统 五、膜制氧设备安装运行条件 1、安装条件：安装现场应清洁、平整，吊车或叉车容易到达并进行安装； 2、使用环境要求：安装现场周围空气应干净、无油雾、无腐蚀气体，通风良好； 3、配套条件：电源： 380V/50Hz/3相五线； 4、冷却水：符合工业用冷冻、冷却水。 六、膜制氧设备选型 注意事项 1、在具体选型前首先确认对所需氧气设备最终产品气的要求，在制造厂商的建议下确定所需设备的流程； 2、考察设备设计的合理性（每一个配件的设置是否合理，必需，并发挥其最大功效）； 3、考察设备运行的可靠性（考证设备设计中保证措施的合理性）； 4、制造厂商研究开发能力、制造经验及水平； 5、 全面计算制氧设备的成本（设备价格、投入设备所必备的水、电、场地及其费用，设备的使用维护成本，设备的使用寿命），而不仅仅只考虑设备的价格。 天然气概况 一、天然气概述 天然气无色、无味、无毒且无腐蚀性，主要成分为甲烷，也包括一定量的乙烷、丙烷和重质碳氢化合物。还有少量的氮气、氧气、二氧化碳和硫化物。另外，在天然气管线中还发现有水分。 甲烷的分子结构是由一个碳原子和四个氢原子组成，燃烧产物主要是二氧化碳和水。 CH4 2O2 CO2 2H2O 与其它化石燃料相比，天然气燃烧时仅排放少量的二氧化碳粉尘和极微量的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物，因此，天然气是一种清洁的能源。 二、天然气利用的历史 1、天然气的发现和早期应用 在公元前 6000 年到公元前 2000 年间，伊朗首先发现了从地表渗出的天然气。许多早期的作家都曾描述过中东有原油从地表渗出的现象，特别是在今日阿塞拜疆的巴库地区。渗出的天然气刚开始可能用作照明，崇拜火的古代波斯人因而有了 永不熄灭的火炬 。中国利用天然气是在约公元前 900 年。中国在公元前 211年钻了第一个天然气气井，据有关资料记载深度为 150米（ 500英尺）。在今日重庆的西部，人们通过用竹竿不断的撞击来找到天然气。天然气用作燃料来干燥岩盐。后来钻井深度达到 1000 米，至 1900 年已有超过 1100口钻井。 直到 1659 年在英国发现了天然气，欧洲人才对它有所了解，然而它并没有得到广泛应用。从 1790 年开始，煤气成为欧洲街道和房屋照明的主要燃料。在北美，石油产品的第一次商业应用是 1821年纽约弗洛德尼亚地区对天然气的应用。他们通过一根小口径导管将天然气输送至用户，用于照明和烹调。 2、天然气管线的改进 由于还没有合适的方法长距离输送大量天然气，天然气在整个十九世纪只应用于局部地区。工业发展中的应用能源主要还是煤和石油。 1890 年，燃气输送技术发生了重大的突破，发明了防漏管线连接技术。然 而，材料和施工技术依然较复杂，以至于在离气源地 160 公里（ 100英里）的地方，天然气仍无法得以利用。因而，当生产城市煤气时，伴生气通常烧掉（即在井口燃烧掉），非伴生气则留在地下。 由于管线技术的进一步发展，十九世纪二十年代长距离天然气输送成为可能。 1927年至 1931 年，美国建设了十几条大型燃气输送系统。每一个系统都配备了直径约为 51厘米（ 20 英寸）的管道，并且距离超过 320 公里。在二战之后，建造了许多输送距离更远、更长的管线。管道直径甚至可以达到 142厘米。十九世纪七十年代初，最长的一条天然气输送管 线在前苏联诞生。例如，将位于北极圈的西西伯利亚气田的天然气输送到东欧的管线，全长 5470 公里，途经乌拉尔山和 700 条大小河流。结果，世界最大的 Urengoy 气田的天然气输送到东欧，然后再送到欧洲消费。另外一条管线是从阿尔及利亚到西西里岛，虽然距离较短，但施工难度也很大，该管线管径为 51厘米，沿途要穿越地中海，所经过的海域有时深度超过 600 米。 三、 什么是 LNG？ 当天然气在大气压下，冷却至约 -162 时，天然气由气态转变成液态，称为液化天然气（ Liquefied Natural Gas， 缩写为 LNG）。 LNG 无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的 1/600， LNG 的重量仅为同体积水的 45%左右，热值为 52MMBtu/t（ 1MMBtu=2.52108cal ）。 四、液化天然气链 天然气从气田开采出来，要经过处理、液化、航运、接收和再气化等几个环节，最终送至终端用户。液化过程能净化天然气，除去其中的氧气、二氧化碳、硫化物和水。这个处理过程能够使天然气中甲烷的纯度接近 100%。 1、天然气田开发 天然气田蕴藏在地层内，一般通过地震学数据探 测天然气田构造及气田深度，也可用磁力仪，通过测量地球表面磁场的微小变化来寻找天然气和石油。开采天然气田的技术在现代石油工业中已相当成熟。 2、天然气液化 天然气被冷却至约 -162 变成液态，这将使其体积减少约 600 倍，便于储存和运输。 3、 LNG 船 LNG 船是指将 LNG 从液化厂运往接收站的专用船舶。 LNG 船的储罐是独立于船体的特殊构造。在该船舶的设计中，考虑的主要因素是能适应低温介质的材料，对易挥发 /易燃物的处理。船只尺寸通常受到港口码头和接收站条件的限制。目前 125000m3 是最常用的尺寸， 138000m3 是现有船只中最大的尺寸。 LNG船的使用寿命一般为 35年 -40年。 目前世界液化天然气船的储罐系统有自撑式和薄膜式两种（如下图所示）。自撑式有 A型和 B 型两种， A 型为棱形或称为 IHI SPB， B 型为球形。 4、液化天然气接收终端 液化天然气的接收终端内建有专用码头，用于运输船的靠泊和卸船作业；储罐用于容纳从 LNG 船上卸下来的液化天然气；再气化装置则是将液化天然气加热使其变成气体后，经管道输送到最终用户。 液化天然气在再气化过程中所释放的冷能 可被综合利用。一般而言，约有 25%的冷能可被利用。 五、什么是 CNG 和 LPG? 压缩天然气 (Compressed Natural Gas,简称 CNG)是天然气加压 (超过3,600 磅 /平方英寸 )并以气态储存在容器中。它与管道天然气的组分相同。 CNG可作为车辆燃料利用。 LNG 可以用来制作 CNG，这种以 CNG为燃料的车辆叫做 NGV（ Natural Gas Vehicle）。与生产 CNG 的传统方法相比，这套工艺要求的精密设备费用更低，只需要约 15%的运作和维护费用。 液化石油气 (Liquefied Petroleum Gas,简称 LPG)经常容易与 LNG混淆，其实它们有明显区别。 LPG的主要组分是丙烷（超过 95%），还有少量的丁烷。LPG 在适当的压力下以液态储存在储罐容器中，常被用作炊事燃料。在国外， LPG被用作轻型车辆燃料已有许多年。 六、使用天然气会中毒吗？ 天然气的主要成分是甲烷（ CH4），它本身是一种无毒可燃的气体。同其它所有燃料一样，天然气的燃烧需要大量氧气（ O2）。如果居民用户在使用灶具或热水器时不注意通风，室内的氧气会大量减少，造成天然气的不完全燃烧。不完全燃烧的 后果就是产生有毒的一氧化碳（ CO），最终可能导致使用者中毒（反应式见下）。 2CH4+3O22CO+4H2O 七、天然气的用途 天然气主要可用于发电，以天然气为燃料的燃气轮机电厂的废物排放水平大大低于燃煤与燃油电厂，而且发电效率高，建设成本低，建设速度快；另外，燃气轮机启停速度快，调峰能力强，耗水量少，占地省。 天然气也可用作化工原料。以天然气为原料的一次加工产品主要有合成氨、甲醇、炭黑等近 20个品种，经二次或三次加工后的重要化工产品则包括甲醛、醋酸、碳酸二甲酯等 50 个品 种以上。以天然气为原料的化工生产装置投资省、能耗低、占地少、人员少、环保性好、运营成本低。 天然气广泛用于民用及商业燃气灶具、热水器、采暖及制冷，也用于造纸、冶金、采石、陶瓷、玻璃等行业，还可用于废料焚烧及干燥脱水处理。 天然气汽车的一氧化碳、氮氧化物与碳氢化合物排放水平都大大低于汽油、柴油发动机汽车，不积碳，不磨损，运营费用很低，是一种环保型汽车。 中国空分设备市场现状与近期发展 吴兆龙 林德工艺装置有限公司 ,大连市金州区龙湾路 5-1 号 116100 【摘要】概述了中国空分市 场的现状，指出了中国空分制造业与国外各大公司相比存在的差距。简要分析了国内空分制造业经多年的发展已具有的实力，在材料和人工成本上具有的竞争优势；与国外空分行业的差距在逐步缩小：对差距与不足及近期发展的对策谈了一些看法。 关键词：空分设备；市场份额；经济背景；优势与劣势；对策 1 国内外空分市场概况 近年来，随着中国经济持续稳定地增长，中国空分设备制造业也逐步发展，特别是在大型空分项目上，国产设备的市场份额在逐年上升，以往外国大公司在大型空分项目上一统天下的局面正在逐步改观。但是 ，我们应该充分认识到，在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。在世界空分设备市场，每年大部分份额由外国大公司所瓜分。 这八大公司大多数都向中国供过大中型空分设备，仅德国 Linde公司就向中国供过五十多套空分设备，而法液空、 BOC、 PRAXIAIR、 MESSER 在中国已投资多家气体公司，仅 MESSER 到 1999年底在中国已投资了 15家合资企业，总投资达 1.7 亿美元。另外，法液空与杭氧合资成立液空 (杭州 )有限公司，林德与金重合资成立林德工艺装置有限公司，主要从事空 分设备的生产制造业务。 当然，中国的空分市场也是世界空分市场的一部分。由于原来的基础落后，与国外的差距很大。改革开放后，引进许多大型成套装置，特别是 20 世纪 90年代后经济的持续增长，促进大型钢铁和化工企业的投入增加，大型空分设备的引进进一步加快，从而促进国内企业从配套能力到设计、制造、安装、运行管理的整体水平进一步提高，逐步形成以杭氧、开空、川空为核心企业的三足鼎立的局面。其中杭氧到 2002 年占国内份额的 68%左右，而大型装置则占国内份额的 70以上， 2002 年的工业总产值达 106873 万元，销售收入 达 105611 万元， 2003 年上半年新订 “2 万 ” 等级以上的空分有十多台，最大装置创国内记录 -“5 万 ” 级空分；川空则是后起之秀， 2002年跃居第二，工业总产值达 40319万元，销售收入达 36378 万元， 2003 年上半年新订 “2 万 ” 级以上的空分有 3个，最大装置达 “2.8 万 ” ；开空近年来也发展很快， 2002 年的工业总产值达25648 万元，销售收入达 25777 万元，最大空分设备做到 “4 万 ” 。除此之外，还有哈氧、苏氧、邯氧、江氧等中小型企业占有一小部分空分市场份额，外资企业液空 (杭州 )与林德工艺装置有限公司近年来在 大型空分设备上业绩都呈现逐步增长趋势。 2 中国空分市场的宏观经济背景 在世界经济不景气，特别是发达国家经济出现衰退的情况下，中国宏观经济形势依然呈现出良好的发展局面。至 2002 年，中国 GDP 达 102239.8 亿元人民币， 比上年度增长 8%。中国的经济总量已跃居世界第六，化肥产量 1999年达 3251 万吨，钢产量 2001 年达 1.58 亿吨。而冶金、机械、石油化工的增长幅度一直高于综台经济增长率。原因在于中国是个发展极不平衡的发展中国家，基础工业装备落后，为了加速经济的发展，必须加大对固定资产的投 入，因此，20世纪 90年代后中国经挤持续增长的直接原因是与每年增长率大于 10%的社会固定资产投入分不开的。即便是发达的美国，在过去的 10 年中，气体工业的增长率是 GDP 增长率的 1.25 1.5 倍。 2003 年预计中国 GDP增长将达 7%，社会固定资产投资增长仍将超过 10%，国家将对重点的大型工程项目的投入逐步实施，冶金钢铁企业扩建，改造淘汰低水平的生产装置，提高效率，降低能耗；大型石油化工 (化肥、炼油、乙烯 )工程的扩建、增容；医疗、电子工业等的发展，引发对气体的需求。 这些良好的经济背景，直接扩大了空分设 备市场的需求。国家宏观经济政策对基础工业的影响是直接的、即时的，如钢材市场的限产压库；而对空分设备这样的工业装备行业的影响是间接的、滞后的。因此，可以预见目前良好的经济形势至少可以保证空分设备行业在今后 35 年保持稳定的增长。在未来几年中，中国的钢铁、化工、电子、制造加工业、食品、保健和其他所有气体用户将继续推动气体工业的发展，其年增长率至少为 15%。而在亚洲，气体工业比中国还滞后的国家如印度、越南也将步入高速发展的时期。 中国目前的空分市场是总量大，均量小，个量 (单项指标 )不足，持续增长仍有一定的 增长空间。就拿亚洲和澳大利亚来说， 2000 年制氧能力的总和约为 200000t d，其中中国占 35%。 日本占 30% ，韩国占 12.5%， 中国台湾占5%，澳大利亚占 4%，马来西亚占 3%，印尼占 3%，泰国占 2%，新加坡占 1.5%，其它 4%。从均量上看。 日本是中国的 4.5 倍。中国的钢产量约为日本的 1.5倍， 而制氧能力却仅为日本的 1.17倍；从个量上看，中国空分基本是氧、氮、氩的制取，而高纯氮、氦等稀有气体的制取尚不足。因此，中国空分设备的发展仍有一定的空间。所以，国内企业应抓住机遇，努力开拓市场，寻求进一步 发展。 从历史的发展来看，改革开放前，中国的空分行业与国外的差距相当大。改革开放后，随着国外大空分的引进，促使中国的空分业迅猛发展。而这一时期世界的空分业也出现过几次较大的技术改进，例如，板翅式换热器、分子筛吸附器、规整填料塔等等，中国的空分业也迅速跟进，使得中国的空分业与国际上的差距在逐步缩小。从目前的情况来看，造成这种差距既有技术上的原因，也有经济上的原因。从技术上讲，以杭氧为首的国内大型骨干企业已具备“60000” 级的空分设备的设计、制造、安装能力，但尚无成熟的经验和独立承包的业绩。如果没有镇 海化工的 “28000” 空分的成功改造与宝钢系列大空分的配套供货的经验，如果宝钢不把 “30000” 空分改造给杭氧，中国的空分业就不可能跨出 “30000” ，迈向 “40000” 、 “50000” 、 “60000” 级的装置。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，外方在安装调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。这种高水平不仅需要长期的理论研究为指导，还需要长期的实践经验来验证。我们的企业更需要的是这种机会。反之，如果宝钢不把 “30000” 空分给国内业户，又有谁会将 “30000” 空分给国内业户呢 ?因为大型空分设备是投入大，运行有一定风险的项目，一般空分用户不会轻易把 “30000” 级空分给尚无这样业绩的供货商。从这点上讲，国家应给企业以扶持，企业间应给予支持与合作 ，以促进我们的大型空分有突破性发展。因此，严格地说，这不仅是个技术上的瓶颈，更大程度上是经济上的瓶颈。同样，这种差距也不仅仅是技术上的差距，更大程度上仍是经济上的差距。 从目前现状来石，内资企业与外资企业相比，在 “30000” 级以下的项目上内资企业有较大的优势；在 “30000 50000” 级的项目上内资企业是弱势；在 “60000” 级以上的项目上内资企业基本不具备竞争力。 3 内资企业的优势分析 改革开放后，中国空分设备市场在大型装置上 由外国大公司一 统天下的局面逐步有所改观， 20 世 纪 80 年代， 10000m3 h(O2)以上的空分设备基本由外国公司承包，到 90 年代末，杭氧承担镇海 化工的 28000m3 h(O2)、宝钢的 30000m3 h(O2) 的改造、渭南化肥的 40000m3 h(O2)配氩、宝钢 系列大型空分的国内配套，都标志着国内已具备设 计制造 30000m3 h(O2)级以上空分设备的能力。 2001 年杭氧承包宝钢 30000m3 h(O2)、 2002 年开 空德州“40000” 、 2003 年杭氧北台 “50000” 空分 设备供货合同的签订，在中国空分史上树起了一座座里程碑。因此，在 突破 30000m3 h(O2)级空分 设备之后，为中国空分制造业向超大规模的空分设备的发展更迈近一步。尽管此间的国内大空分的大部分份额仍被外国公司抢走 ,如 2002 年林德马钢 “43000” 、南京扬子 ?BOC“38500” 及武钢 “60000” ； 2002 年法液空的兖州 “60000” ，金陵石化“56000” ，鞍钢 “35000” 以及最近林德本溪两套 “35000” ，但在短短的几年内国内空分制造企业取得如此业绩还是令人鼓舞的。同时，在为国外大型空分设备配套过程中，也促进国内空分制造企 业的能力与水平的提高，宝钢 6#空分设备的引进 与配套就是一个很好的例证。 目前，国内空分制造企业 20000m3 h(O2)级 以下的空分设备的技术与流程已经成熟，应有充分的能力与国外公司竞争。首先，国内空分制造企业有较低的综合经营成本，使得国产：空分设备在初期投入成本上有较强的竞争力。 从材料成本上看，普通碳钢国际市场的价格略 高于国内市场；铝合金材料，国际市场常用的 ASME-5083(德国 A1Mg4.5Mn 系列 )与国内相仿； 不锈钢材料，国际市场价格比国内市场便宜，综合 起来计算：国际市场的这些材料成本与国内市场相仿，加 之进口关税及运费，原材料综合成本高出国 内成本；而配套设备如控制元件、过滤器、压缩 机、泵、阀门、仪表系统、 DCS 等，国外市场价格 比国内高得多。在人工成本就方面，国内远远低于 国外，由此看来，国外产品仅人工成本就比国内高 出一大部分，其产品的最终报价也超出国内很多， 因此国内产品在价格上有很大的竞争优势。虽然国外的产品在综合质量水平上比我们的高，但是，以性能价格比考虑， 国产设备有明显的优势。近年来，外国公司在大型空分设备上逐步降低价格，充分说明内资企业能力的增强给他们造成了压力。 但是，从长远来 看，单纯的低成本优势应该说 是有局限性的。随着中国加入 WTO， 中国经济逐步融人世界经济体，国际市场料工费的综合成本逐渐趋于平衡，人民币有预期升值的可能，中国境内的劳动密集型产品的成本必然上升，从而也使单件小批量生产特性的空分设备的料工费成本上升，其中人工成本增长幅度会更大。另一方面，跨国公司的优化资源配置、料工费的本地化、外资嫁接的 “ 水土不服 ” 也将逐渐减弱，会使其成本逐步降低， 与国内空分制造业产品的价格差距会越来越小，并 逐步对国内空分制造业构成威胁。所以，国内空分 制造业应在充分利用现有优势的基础上 ，尽快在技 术开发及经营规模等方面增加投入，在项目管理方面提高水平，争取在短时间内有所突破。 4 内资企业的差距与不足 战略上，应抓住市场机遇，加强人才培训，提 高人才素质，特别是在大型空分项目亡的技术水平 与项目的管理水平有待进一步提高，才能创出良好 的业绩以博得国内气体产品用户的信任，从而给自 身的发展创造更多的机遇，进一步走上良性发展的 道路。特别是近年来跨国公司在中国的人才战略， 更应引起国内企业的关注。因此抓好人才战略，是 中国空分业在大型空分项目上进一步突破的关键。 技术上 ，进一步改进并完善工艺流程，采用标准化模块设计，使之运行更加稳定成熟，大力推广 使用新技术、新工艺，如第六代空分设备上采用的 规整填料塔，全精馏无氢制氩等。加快关键设备的开发，如大型膨胀机、板翅式换热器、液氧蒸发绕 管换热器、空压机、过滤器等设备。关于技术上差距的详细内容，大家可参阅江楚标的论文 “ 低温法空气分离装置：技术进展，差距与对策 ” 。 在行业的宏观布局上，龙头企业应进一步加大 投入与开发力度，继续向超大规模迈进，并进一步 提高装置的稳定可靠性，提高企业的知名度与品牌 价值，努力扩大出口。而对于 中小企业，应进一步 整合，分工协作，提高专业化水平和与大空分的配 套能力。应该说，我们的任何一个企业都不具备与 大型跨国公司抗衡的能力，林德集团近几年的年销 售额约 90 亿欧元，法液空的年销售额在 80 亿欧元 左右。而我们 2002 年全行业的销售收入约人民币 21 亿元 (约 2.3 亿欧元 )，最大的杭氧的销售收入 仅人民币 10.28 亿元 (约 1.1 亿欧元 )。当然，这 里还存在另一个经济学问题， 由于中国维持低汇率，产出与国际上存在量值不等且出入很大，即杭氧生产出 “10000” 空分的产值与林德是不同的。 因此，这种比较只能 是宏观上的粗略分析。不过， 总体上还是能看出我们与人家的差距的。 制造能力上，应不断增加投入。本人因工作培训，于 1999 年与 2002 年两次去过林德的慕尼黑工厂，我感触很深的是他们的生产设备最早可以追溯至二战时期，之后各个时期的设备都有，经过多年的积累，各种各样的生产设备应有尽有，仅仅在 1999 年到 2002 年二年间，就新增了许多大型设备。 因此，人家在制造能力上始终处于领先地位。 建立完善的行业技术标准体系。完善的设计规范、结构部件的标准化，都能提高效率，降低成本。例如，林德公司的内部标准体系 非常完善，从单元设备的标准位号到管道支承的标准图，非常详细，给设计、制造、安装带来了方便。甚至有些成熟的中小型成套装置也形成标准化，批量生产，从而降低了成本，提高了经济效益。 5 多方位、全面开发空分市场 应该看到，国内的空分设备企业的总的供货能 力已经超过现有的市场容量，供大于求的局面在所难免，加上跨国公司的介入，国内市场激烈竞争的局面依然存在。所以，审时度势，空分设备制造业应制定相应的对策，以应对激烈的市场竞争。在坚定主业的基础上，一方面利用各自的优势，开发相关行业的市场和非空分产品。其实 ，上述的跨国公司大多数也都是多元化经营的大型集团公司，所不同的是人家的经营规模大，如仅林德公司的工程承 包公司2002年的新增订单就达 15 亿欧元，它的业务范围和制造能力超过我们的杭氧、开空、川空的总和。另一方面，应努力扩大出口。如前所述，气体行业在印度、越南、缅甸这些发展相对滞后的发展中国家近期会快速发展，且国内企业已有向这些国家出口成套空分设备的较好的业绩，他们的发展也给我们带来了扩大出口的机会。 只有这样，才能避免国内市场竞相压价，才能保护国内制造业有足够的利润空间，作为促使全行业发展的经济动力 ，进一步开发超大规模的装置， 提高企业的国际竞争力和抗风险能力。同时在国家整顿与规范经济秩序的宏观经济政策指导下，进一步规范行业内部市场行为，使项目报价评估更加透明化，既避免高价暴利垄断，又可避免低价位微利 运营的恶性循环，以最终形成在稳定的行业利润指 标上良性循环的局面。 应该承认，改革开放后我国的空分行业几经波折，取得了巨大成就，与国外空分行业的差距在逐 步缩小。这是我们新老交替几代空分业者共同奋斗的结果，也是值得我们自豪的。但是，我们应该看 到仍然存在的差距和问题。空分工作者应再接再厉，以发展 民族工业为己任，努力使中国空分业在超大型装置上尽快迈上新台阶。目前，国内的超大型空分设备上使用的压缩机、透平机、换热器、精馏塔等核心设备及控制系统的研制工作正在紧锣密鼓中进行，两年前我在开始撰写此文时曾说过： “ 我们坚信，在不远的将来，中国的 40000 ， 50000 、 60000 级空分设备不仅会矗立于中国市场，也会走向世界市场。 ” 而今天，我们又可以激动 地说： “ 我们已经看到了中国的 40000 ，即将看到中国的 50000 ，中国的 60000 还会远吗 ?” 空分设备在国民经济中的应用 -在煤化 工中的应用 煤化工是煤化学工程的简称，主要研究煤炭转化利用技术，包括煤的加工、煤的气化、煤的液化等。 在煤的液化和气化中，德士古气炉和鲁奇反应器都要用到空分设备生产的氧气作为气化剂，生成合成气，用于工业生产和民用。 一、煤气化 在煤气化中，氧气作为气化剂参与反应，生成合成气，合成气可用于生产合成氨、甲醇等；也可生产城市煤气，代替焦炉煤气或城市煤气；也可生产合成天然气，代替天然气。 煤气化的另一应用是 “ 整体煤气化联合循环发电技术（ IGCC） ” 。 目前，我国大型化工项目推行 的 “ 煤改油 ” 计划，对化肥行业的合成氨生产进行改造，用的就是煤气化技术，由壳牌公司提供煤气技术，如中石化巴陵石化分公司，配套 60000 m3/h 空分设备；中石化岳阳分公司、安庆石化公司和湖北枝江化肥厂，配套的空分设备为 48000 m3/h，均为内压缩流程。据悉，将进行化肥改造的项目有 14 套。 城市煤气化方面，我行业的业绩主要有： 1999 年，义马煤气公司， 7500 m3/h空分设备 2 套； 1994 年，哈尔滨依兰煤气工程， 10000 m3/h 空分设备； 1993 年，哈尔滨依兰煤气 工程， 6000m3/h空分设备； 1991 年，兰州煤气化工程， 6000 m3/h 空分设备。 目前，义马煤化工工程启动，建 40 万吨甲醇项目，分二期建设，一期为 20万吨，需配套空分设备。 二、煤液化 煤液化有煤间接液化和煤直接液化两种。煤间接液化用费托（ FT）合成原理；煤直接液化用加氢液化原理。煤间接液化工艺要配套空分设备。 煤液化技术主要由神华集团投资，在上海、天津等建立的试验基地，在内蒙古、陕西等地有煤液化的项目，配套用的空分设备主要是大型的，4000060000m3/h。 三、煤化工中空分设备的流程 煤化工配套用的空分设备为化工型流程，压力比较高，如镇海炼化的28000m3/h 空分设备；现多采用液氧内压缩流程，可节约用电 ,如安庆石化、枝江化肥和岳阳石化的 48000m3/h 空分设备。 在钢铁工业中的应用 空分设备在冶金工业中的应用 ,主要是为冶炼工艺过程提供工业气体。 氧、氮、氩是钢铁企业不可缺少的工业气体，如宝钢、武钢、鞍钢、首钢、马钢、邯钢、天钢、杭钢等钢铁企业都有大型空分设备，这些空分设备为钢铁企业的连续生产源耕源不断地提供着气体。在炼钢生产 工艺过程中要用到氧气、氮气和氩气。 氧气主要用于吹氧炼钢。吹氧炼钢的主要方式有：转炉纯氧顶吹或底吹炼钢、电孤炉炼钢和平炉炼钢。转炉炼钢每吨钢耗氧 5060m3；电孤炉炼钢每吨钢耗氧 1025m3；平炉炼钢每吨钢耗耗氧 2040m3。 此外，轧钢每吨钢耗氧 36m3、钢材加工、连铸坯火焰切割，火焰清除、炉衬火焰每吨钢耗氧 11.414.2m3。 高炉富氧喷煤炼铁：高炉富氧喷煤炼铁可提高利用系数和降低焦比。 氮气在钢铁厂的应用主要是用作保护气，如轧钢、镀锌、镀铬、热处理（尤为薄钢片）连 续铸造等都要用氮气作保护气，而且氮气纯度要求 99.99%以上。 炼钢过程也要用氩：如向熔融的钢水中吹入氩气，使成份均匀，钢液净化，并可除掉溶解在钢水中的氢、氧、氮等杂质，提高钢坯质量。吹氩还可以取消还原期，缩短冶炼时间，提高产量，节约电能等。氩气吹炼和保护是提高钢材质量的重要途径，我国已有不少钢厂采用。据介绍，氩气耗量为 13m3 吨钢。 氧、氮、氩是炼钢企业不可缺少的工业气体，据报导，目前炼铁、炼钢、轧钢的综合氧耗已达 100140m3/t，氮耗 80120m3/t，氩耗 34m3/t。 目前，钢铁企业用的大型空分设备主要采用分子筛常温净、增压膨胀、填料塔和全精馏制氩的外压缩流程和内压缩流程两种形式，同时考虑提取部分液体作为生产调峰用。 乙炔生产工艺的防火 乙炔也叫电石气，用途很广，主要用于金属切割、焊接及金属表面喷镀、热处理等，还可用于制造有机化合物。 一 .火灾危险性 乙炔是一种无色的可燃气体，爆炸极限范围是各类危险品中最宽的一种（在空气中为 2.5 82，在纯氧中为 2.3 93），且点火能量也是最小的。在生产中还要用到清净剂、干燥剂。丙酮等可燃易燃物质，一旦遇到火 星，热源，即可发生火灾，造成巨大损失。 二 .防火措施 1.原料制备时，储存、粉碎电石的建筑应为一、二级耐火建筑，并要按照建筑设计防火规范的有关规定来进行设计，还应采取防爆、泄压措施。电石需经仔细检查，清除其中的杂质，特别是混入其中的硅铁。电石中的含硫、含磷量和发气量应经检测符合要求方可投入生产。粉碎室应安装吸尘设备，除去电石粉尘。运输、贮存电石时，严防电石被雨水淋湿、受潮，要轻拿轻放。操作者应使用不发生火花的工具，开启装电石及丙酮的桶，勿使用铁制工具。丙酮不可放在日光下曝晒或靠近热源，搬运时 轻拿轻放，库内保持良好通风，丙酮储罐不能设在乙炔压缩间和灌充气瓶间。 2.投料时，加料量应严格控制，切忌加料过多过快，在贮料斗中加装电石前，加料斗顶盖可能撞击打出火花的部位均应用铝皮、橡胶皮覆盖。当贮料斗中的气体确信被氮或惰性气体置换干净后方可打开发生器顶盖。若贮料斗活门被大块电石卡住，应用木锤轻轻敲打使其松脱。 3.对乙炔发生器及其附属设备应选用有关部门签定的合格产品，并在开车前仔细检查其中的压力计、液位计、阀门、阻火器等是否灵敏好用，检查电气设备及自动联锁装置是否完好，检查置换用惰性气体的含 氧量是否小于 3。全部达到指标后方可开车。 要用惰性气体置换的设备和管道，排放气中含氧必须小干 3。需要冷却的部位，应保证足够的冷却水量。为防止有爆炸性的乙炔铜、乙炔汞的生成，凡能接触乙炔的零部件及仪器仪表、检修工具应尽可能不用钢制。万不得已时，应将含铜量控制在 7O以内。禁止使用水银温度计。乙炔发生系统应设置正水封、逆水封和安全水封。正水封装在乙炔发生器通往乙炔贮罐或生产车间的管道上；逆水封应装在从乙炔气柜返回乙炔发生器的管道上；安全水封应装在放空管上， 防止压力过高而致使发生器爆炸 。当乙炔发生器停用或乙炔输送管道内温度低于 16 度时，应用热水冲洗以消除水合晶体堵塞以及消除静电。 严格控制排渣速度，防止形成负压。渣坑应设在室外通风良好的地方，四周 1O 米内禁止火源。排渣堵塞时可用水冲洗疏通，切忌用金属工具通凿。定期对乙炔发生器检修时，先用氮气进行置换，再用水冲洗，勿将照明灯具拉入发生器内。 4.乙炔在净化时，选用的清净剂应既不会与乙炔发生燃烧爆炸反应，也不会生成新的杂质。选用次氯酸钠为清净剂时，应将次氯酸钠中有效氯含量控制在 O.1以下。在生产过程中，乙炔的流速应加以限制， 并设止回阀或将配制槽位提高。 5.经压缩机压缩后，乙炔才可贮灌输送和装瓶。压缩时，压缩机应安装在一、二级耐火等级的建筑里，且单独建造。乙炔压缩机出口温度不超过 35 ，最高压力不超过 2.5 兆帕。开车前，应对整个系统用氮气吹扫，使全系统内的氧含量低于 3。灌装前，对待灌装气瓶的瓶阀、漆色、余压、重量、有效期等进行全面检查，合格后方可进行灌装。认真检查气瓶内丙酮是否流失，活性碳是否下沉，确定无问题的方可进行灌装。乙炔气瓶的包装容积流速应小于 O.8平方米小时 ?瓶。灌装后的乙炔气瓶应用肥皂水逐只检查瓶阀和易 熔合金的气密性。乙炔气瓶灌装后应静置 8 小时以上，并按一定标准检验乙炔质量，合格后方可出厂。 6.乙炔在贮存、运输过程中，气瓶应保持直立，严禁卧倒或倒置。搬运过程中避免剧烈冲击和碰撞。气瓶勿受热，防止爆炸。气瓶自身起火时，应关闭阀门，切断气源。气瓶供气速度不可太快，应控制在 1.5 立方米 /小时，使用压力勿超过 O.15 兆帕。 7.其他防火要求 （ 1）乙炔生产厂房应为一、二级耐火建筑，建筑物采用钢筋混凝土框架结构。厂房最好为单层结构，若必须设计成多层时，乙炔发生器也应放在顶层。厂房地面采用不发火地 面，门窗向外开启。生产厂房、乙炔发生器操作台均应设置安全出口。有电石粉尘产生的房间、墙壁、地面均应光滑平整，便于清扫。 （ 2）有乙炔爆炸危险的房间之间的隔墙，其耐火等级应不低于 1.5小时，门的耐火极限应不低于 O.6 小时。无爆炸危险的房间不应与有爆炸危险的房间直接相通，应用耐火极限不少于 3.5小时的防火墙隔开。 （ 3）电石库、电石碎间、中间电石库，应设在干燥地点，这些部位的通风帽、门窗孔洞应设防雨水侵入设施。 （ 4）乙炔灌装间应有气瓶降温喷淋设施和消防喷洒设备。有爆炸危险地点的电气设备需 防爆。 （ 5）需动火检修乙炔生产设备时，应报请领导审批，在有专人监护下进行，并区做好定时动火取样分析。 （ 6）制定一套严格的安全管理制度，操作人员应经严格培训、考试后方可上岗。 空分装置安全监测和管理的重点 石化企业的空分设备用户，重点应在以下环节对空分设备加强管理和监测： 1、空压机系统。最好将反吹袋式过滤器更换为脉冲自洁式空气过滤器。为防止油烟进入压缩空气内，空压机低压运行时间一般不能超过 30分钟，并做好排烟风机的运行维护，有条件的企业可增加一台排烟风机备用并联锁。必须搞好循环水水质管理，有条 件的企业可使用软化水，并在压缩机循环水管线上增设防垢器，减缓或降低垢层沉积及淤泥沉积，油冷要采用双油冷，并能够在线切换。 2、预冷系统。有条件的企业尽量备两台冰机，否则当分子筛出口二氧化碳浓度增高时将被迫停车。由于预冷水泵出口管线长时间运行易出现锈蚀，导致流通面积减小、阻力增大、水泵出口压力上升，因此在检修开车前，建议利用空冷塔气体进行反向吹扫。 3、纯化系统。分子筛进气操作要缓慢平稳，以防气流冲击床层，造成分子筛粉化进入塔内，形成危害。分子筛切换阀出现问题，会造成空分工况波动而被动停车，建议选用可靠性高、 气源能够独立的三维偏心硬密封形式的阀门，且切换阀的反馈信号要灵敏，一旦阀门出现未动作或动作未到位，可以及时报警。 4、增压膨胀系统。建议采用带有气囊的油压容器或辅助油泵联动于膨胀机，一旦停车通过惯性带动辅助油泵转动，可满足膨胀机停车时润滑的要求。油泵启动条件一般有密封气压力，油泵无论在联锁状态下还是独立状态下都应有密封气压力启动条件联锁。早期空分装置由于忽略了独立状态下的启动条件，容易出现事故。 5、冷箱。要注意冷箱与中控室之间的距离。另外，冷箱的防雷防静电接地一定要与主冷设备的静电接地通过绝缘设施分开。 6、液体储槽。一般常压储槽压力控制在 10KPa左右，由于绝热效果不好、采液或返液造成蒸发量较大、放空管线较细等，易造成储槽压力较高；要注意放空阀在事故状态下是否为气关阀，以免由于设计或安装错误，导致事故状态下放空阀关闭，引起储槽超压；要严格执行相应的液体槽车充装管理规定，充装液氧、液氮不准超过罐体容积的 90；液氧充装时建议采用静电接地显示装置。 7、主冷防爆。主冷防爆是空分安全生产管理的重中之重。石化企业大气 CmHn普遍较高，必须对大气质量每天进行一次分析；必须设立风向标，随时掌握四季风向；必须建立装置排 放及气象台帐，对 CanHn 积聚进行分析及控制；必须将空压机出口气体纳入监控体系并进行定期检测。 8、空冷塔必须注意循环水水质情况，如浊度、 COD、油含量、是否投加杀菌剂而产生泡沫等。建议有条件的企业尽量采取闭路循环的方式，减少外界干扰，但要注意定期置换，以防水质变坏。 9、要尽可能降低分子筛入口温度，以提高分子筛吸附杂质的能力；当大气条什恶化或装置紧急排放时，应对分子筛进行高温再生，并适当缩短运行周期，以尽可能降低 CmHn 入塔量；要保证对分子筛再生的彻底性；要加强对分子筛出口品质的监测，包括露点。 C02 及 CmHn，在线与离线分析相互结合。 空分设备的流程 根据加工空气的压力，空分设备的流程可分为高压、中压和低压流程三种。一般小容量的设备选用高压流程，如 20m3/h 空分设备；中小容量的设备选用中压流程，如 50m3/h、 150m3/h、 300m3/h 的空分设备；大中型空分设备 (1000 m3/h及以上 )，由于加工空气量大，单位加工空气的冷损小，同时采用透平膨胀机（或增压透平膨胀机）制冷，因而都选用低压流程。 随着空分技术的不断发展，低压流程在小型空分设备中也得到广泛应用，如部分 150m3/h、 180m3/h、 300m3/h 空分设备，全部的 350m3/h 空分设备，节能效果显著。 高压流程分为一次节流的高压流程和带膨胀机的高压流程。一次节流的高压流程，是通过高压空气的节流效应获取冷量；带膨胀机的高压流程，是通过高压膨胀机获取冷量（即海兰特循环），主要用于生产液态产品。 中压流程，主要通过膨胀机获取冷量，其次通过压缩空气的等温节流效应获取冷量（即克劳特循环），正常工作压力一般为 1.32.5MPa。膨胀机可用活塞式，也可用透平式。 低压流程，主要通过膨胀机或增压膨胀机获取冷量，操作压力 低，流程形式多种多样。 目前，大中型空分设备最常用的是分子筛净化、增压膨胀、规整填料上塔、全精馏制氩工艺流程。 空分设备的基本工艺过程 在空分设备中，从原料空气到分离成产品，并输送到用户，必须经过空气压缩、净化、液化、精馏、输送等基本过程。 为了实现这个基本工艺过程，成套空分设备大体上由空气净化、空气压缩、换热、精馏分离、加温、控制和产品输送等系统组成。 各系统所用的机器主要有：空气过滤器、空气压缩机、分子筛吸附器、膨胀机、换热器、过冷器、精馏塔、液氧泵、氧气压缩机、氮气压缩机、贮槽或贮罐、各种低温阀门、低温管道、 PLC 或 DCS 控制系统。 制氧机与钢铁工业 北京钢铁设计研究总院 肖家立 一、国内外空分设备发展过程的简要回顾 世界上由德国卡尔 ?林德发明的第一台深冷法制氧机诞生于 1903年，至今已有 100 年了。世界科技与经济的发展，各行各业对氧、氮、氩的需求，促使空分设备（制氧机）的发展。国外一些著名的气体公司，如德国林德公司、法国液化空气公司、美国空气制品与化学品公司、美国普莱克斯实用气体公司、英国氧气公司、俄罗斯深冷机械公司以及日本的氧气（酸素）公司等各个公司都有 自己发展壮大的过程，例如林德公司，创建于 1979年，建立高压林德循环，1903 年设计制成世界上第一台工业性 10m3 制氧机， 1947 年开始开发全低压工艺氧设备， 1968 年开发了常温下利用分子筛吸附净化空气的流程， 1981 年同时生产气体和液体的带内部循环压缩膨胀流程的空分设备问世， 1990 年制氩装置的氩塔采用规整填料塔，诞生了全精馏制氩技术。 20 世纪 60 年代后，制造过10 00070 000m3 h 等多套空分设备， 2002 年林德公司获得了向沙特阿拉伯提供一套世界上最大的低温氧、氮分离装置的合同，这也是第一套 突破 10 000m3 h（ O2），即为 3600t d（ 10 5000m3 h ）的空分装置。再如法国液化空气公司，创建于 1902年，建立中压克劳特循环， 1910 年制成第一台中压带膨胀机的 50m3/h制氧机， 1957年制取 10 750m3 h空分设备，在南非的 Sasol secunda，以煤转化生产合成燃料的煤延脱气公司，建有法液空提供的 66 900m3 h（ 98.5 O2）空分设备 12 套，后又上 74 000 m3/h 空分设备 1 套。据报道， 2002 年法液空又从南非 Sasol 手中拿到 3350t d（约 103 660m3 h）的空分设备订单，法液空在欧洲建立起世界上最大的氧、氮、氩供应网络，管路总长达 3000km。目前世界上投运最大的空分设备为 3200t d（ 93440m3 h）就是法液空制造的，安装于比利时的巴斯夫公司。再如俄罗斯深冷机械公司，始建于 1945 年，追溯到 1932 年，莫斯科第一气焊厂制成苏联第一台 100m3/h 制氧机，当年拉赫曼提出将部分膨胀空气再接入上塔参加精馏，挖掘上塔潜力，即为有名的 “ 拉赫曼原理 ” 。 1939 年卡皮查发明高效率（ 80%）径流向心自动式透平膨胀机，开始研究全低压空分设备， 1978 年，建成 KT 0 型高炉制氧机，产量为 66 000m3/h，纯度为 95%O2，另产 3500kg/h液氧。总的说来，国外的空分设备技术发展很快，现国外大型空分设备，氧提取率 99（达到 99.8%），氩提取率（膨胀空气进下塔）可达 92 94，能耗 0.565kWh m3（包括压氧 3MPa）。 解放前，我国没有自己的制氧机制造业， 20世纪 50 代年初，全国只有进口的 10200m3/h 小制氧机 89套，总容量仅 3415m3 h。到 1953 年底，哈尔滨第一机械厂（哈氧厂前身）制成两套 30m3/h 制氧机，到现在已 50 周年。此后杭州通用机器厂（杭氧厂前身）于 1955年底设计制成 30m3 h制氧机， 1956年 1 月 3 日投产。 80 年代初，我国空分行业逐步形成了 “ 八厂二所一公司 ” 为主体的局面。改革开放的深入，市场经济的发展，空分行业亦有变化，目前大中型空分设备主要设计制造厂家为杭氧、开空、川空。我国生产大中型空分设备始于 1958年，大中型空分设备基本经历了六代：铜带蓄冷器型 常温分子筛吸附型 分子筛吸附 +增压透平膨胀机型 规整填料 +全精馏（无氢）制氩型，直至目前在第六代外压缩流程基础上，成功开发了使用低温液 体泵的内压缩流程空分设备。到 2001 年末我国空分设备共生产大、中、小型空分设备 8000 余套，其中 1000m3/h以上空分设备 604套。 2002 年各空分设备企业形势大好，川空签约出口欧洲 “ 一万 ” 空分设备，开空签订 “4 万 ” 内压缩流程（压力高达 8.5MPa）的空分设备合同，杭氧 “3 万 ” 空分设备一次开车成功。杭氧、开空、川空三家承接合同额超过 25亿元，达到历史最高水平。 2003 年初，杭氧签订 “ 五万 ” 空分设备合同，各家的订单均很饱满。 总之，我国大中型空分设备取得长足进步，当前形势喜人，前景看好 。 二、制氧机与钢铁工业 1.钢铁生产与氧气的关系 世界钢铁工业己经历过几次变革， 1865 年前后，在英国出现空气侧吹转炉炼钢法，平炉炼钢法，后以平炉取代测吹转炉，为强化平炉冶炼，进而采用吹氧操作。 1952 年奥地利发明氧气顶吹转炉炼钢法（ LD 法）后，世界钢铁工业进入了一个大飞跃。制氧机迅速向大型化方向发展，从而氧与钢紧密地联系在一起。 美国是继奥地利之后，世界上最早采用氧气顶吹转炉的国家。日本从 1957 年引进该技术并大力发展，仅 10 年时间，就把钢产量从 1 千万 t 猛增到 了 1 亿 t，其发展速度之快，氧钢比例之大，当时均称第一。而此时，氧的生产也迅速增加，假设 1951 年氧总产量为 100，则 1967 年就达到 637， 10年增长了 6.4 倍，到 1973 年达 1998， 16 年增长了 20 倍。日本 1973 年产钢突破 1 亿t。美国钢铁生产到 1978年产钢 1.06亿 t，消耗氧气 65.23亿 m3，钢铁部门一直是氧气行业最大的工业用户，钢铁生产用氧量占总氧量的 2 3。 1996 年我国钢产量突破了 1 亿 t 大关，近年来我国钢铁生产持续走高，预计今年（ 2003 年）钢产量可超过 2.l 亿 t。钢铁生产的增 长带动了气体行业的增长， 2002 年气体分离设备行业所订大中型空分设备的应用领域以钢铁为主，占 83.29%。 19882000 年，我国空分设备行业共生产大中型空分设备 300套，折合制氧总容量为 1305 815m3/h ，其中冶金（钢铁和有色）工业，在空分设备套数和制氧容量市场占有率分别达到 60.59%和 64.4%。 钢铁生产传统的是长流程，即烧结、焦化、炼铁 炼钢 轧钢。后来又发展了短流程，即电炉 连铸 连轧。电炉用氧迅速增长。此外，随着钢铁质量的提高和新技术的发展，炉外精炼，顶底复合吹炼，以及 溅渣护炉等技术的采用，不但氧气用量增长较快，而且氮气、氩气用量也增长较快。高炉富氧鼓风、高炉炉顶密封、喷煤用氮也是用氧、用氮的大户、熔融还原炼铁（ corex）技术的用氧量很大，氧耗在 500 700m3 （ O2） t 铁，世界上已有南非及韩国等地投产。 国外钢铁厂通常在不考虑高炉大量富氧情况时，按每 1 百万 t 钢配置 1 万 Nm3/h 的制氧能力，即万 m3/h 百万 t 钢的比值为 1。其中万 m3/h / 百万 t 钢的平均比值为 1.33。 2. 钢铁企业对制氧机选型的基本要求 随着钢铁工业的发展以及空分 设备的技术进步，钢铁厂内的制氧机也不断更新和进步，现就钢铁行业对制氧机的选型基本要求，分述如下。 （ 1）要求安全、稳定、可靠 钢铁企业的生产具有连续性特点，平时不允许制氧机停产，要求制氧机的选型必须要考虑能长期安全、稳定、可靠地运行。 （ 2）设备容量趋向大型化 过去国内钢厂设置的 1500m3 h、 3200m3 h、 6000m3 h 已逐渐为 10 000 30 000m3 h 所替代，目前国内钢厂最大的设备为 72 000m3 h，设备的容量要考虑钢厂的主体工艺规模和厂内原有的空分设备情况等各 方面的因素，经比较分析后确定，总的趋向是大型化，但不是越大越好。要考虑单台设备与其他设备的配合与协调。 （ 3）氧、氮、氩要并重 随着钢铁生产的发展，对氧、氮、氩的需求量均增大，过去钢厂内制氧机多以氧为主，现在有的钢厂氮用量已超过氧，随着钢铁质量的提高，氩用量也增长。目前钢铁厂制氧机氧、氮比一般为 11 ，现代空分装置的氮气产量可达氧气产量的 3 倍，可以根据厂内情况适当提高产量，多产氮气，对提高氧、氩提取率还有利。对氩的提取量一般可按常规流程的最大量提取，这一方面是钢铁生产的需要，另一方面是氩的价值较高 ，有一定市场，而且提氩后可使氧气提取率提高，可降低氧气的单位电耗。在有的钢铁厂（例如炼不锈钢的特钢）对氩气需求量更大，可以采用一些特殊的流程（例如膨胀空气进下塔），从而获得最大的氩提取率。 （ 4）要有一定的液体量 钢铁厂过去的老制氧机，