深冷技术在空气分离设备设计中的应用探讨

李连兄 李善恩 李有梅 郎永明

摘 要：社会经济的发展为相关产业发展提供了必要保障，特别是加快了工业化进程。其中，空气分离设备通过液化、精馏空气分离成氮气、氧气与其他有用气体。目前阶段，工业发展速度明显加快，而空气分离设备也更具智能化与大型化特征，使得运转周期显著提升。深冷技术的产生实现了设备工作效率的优化。基于此，文章将深冷技术作为主要研究对象，重点阐述其在空气分离设备设计中的具体应用，希望有所帮助。

关键词：深冷技术;空气分离设备;设计;应用

所谓深冷技术，即借助冷媒介质当成冷却手段，以冷却金属材料。在此过程中，金属材料性能得以有效发挥。为此，此技术的应用领域更加广泛，逐渐发展成效率高且成本节约的一种全新工艺。空气分离主要是对空气各组分物理性质的差异加以利用，通过深度冷冻、膜分离与吸附等多种形式将氮气和氧气从空气中分离，亦或是对氩气与氦气等稀有气体同时提取，而深度冷冻方法的应用最为常见。由此可见，深入研究并分析深冷技术自空气分离设备设计中的应用十分有必要。

1 深冷技术概述

所谓深冷技术，即利用冷媒介质当做冷却介质，经淬火处理后的金属材料进行冷却，直到低于室温特定温度（-196℃），以达到金属材料性能发送目标。现阶段，伴随空气分离设备设计工作的落实，深冷技术成为新型工艺技术，可实现金属工件性能发送的目的，经济性与实用性特征明显。

开展深冷加工的过程中，金属内所参与的奥体会向马氏体形式转化，特别是由-196℃上升至室温的过程中，过饱和亚稳定马氏体过饱和度会随之降低，经析出弥散，超微细碳化物和基体始终处于共格关系，而电流仅处于20-60A之间。这样一来，马氏体晶格畸变的几率会下降，微观应力随之降低，针对材料塑性变形的情况，其细小弥散碳化物会阻碍位错运动，使得基体组织得以强化。在此过程中，超微细碳化物颗粒析出以后，即可均匀地分布于马氏体基体之上，减弱对于晶界脆化的作用。细化基体组织在削弱杂质元素偏聚晶界程度的基础上，也可使晶界强化功能有效发挥出来，合理化地改善工模具的性能，优化硬度、耐磨性与抗冲击韧性。实践应用深冷技术的过程中，不仅可通过工作表面表现出来，同样可渗入到工件内部，将整体效果展现出来。在此基础上，即可针对工件重模处理并实现多次使用的目的。在运用深冷技术的同时，也能够减少淬火应力，保证尺寸稳定性的有效强化。

2 深冷技术处理作用阐释

于特定且可控低温环境中放置被处理材料，其微观组织结构会有所改变，进而优化并提升材料性能。根据深冷处理机理可知，深冷处理技术正处于初期研究阶段，对于材料内部变化的机理并未形成深入了解。在黑色金属钢铁方面，其深机理研究相对透彻且深入。其中，残余奥氏体会向马氏体转变，使得材料强度以及硬度明显增强，进一步优化材料尺寸的稳定程度。而从马氏基体内析出的超细碳化物颗粒，也会提高材料耐磨性能，进而延长其实际的使用寿命。基于马氏体板条碎化条件，其组织细化更突出，使得工件强韧性明显增强，进而降低材料内部残余的应力，实现材料尺寸稳定程度的优化。

3 深冷技术在空气分离设备设计中的具体应用

在设计空气分离设备的过程中，一般可含括两种不同的存在形式：①低温条件;②常温条件。在低温条件下设计被称作深冷空分，而在常温条件下的设计则被称作常温空分。在常温空分中，还可以细化成变压分离与膜分离两种。上世纪五十年代，我国受国防需要，在苏联引入深冷空气分离设备，以此为基础展开了自主研发。当前，我国已经成功研发了深冷空气分离设备，且很多国内厂家均掌握此技术。

3.1 应用于空气缓冲罐

空气缓冲罐组件的组成包括空气缓冲罐和相关阀门仪表等，而在空气分离操作过程中，空气缓冲罐的缓冲效果十分明显，能够使切换瞬间的气流对于滤芯冲击程度有所缓解，使得气流脉动效果降低，使系统压力波动下降，有效减少砌体对于分子筛的冲击，尽可能规避分子筛粉化问题的发生，进而延长分子筛使用的寿命。通过对空气缓冲罐组件的使用，使得吸附塔内压力明显提高，瞬间满足工作高压要求，以确保各设备运行的稳定性与可靠性。

3.2 应用于氧氮分离系统

仪表电器、压紧装置、吸附塔和附属阀门是组成氧氮分离系统的重要部分，通过选择复合床结构对吸附塔进行设计，将其细化成A塔与B塔，并将进口碳分子筛填装于塔内。压缩空气通过A塔入口位置，在碳分子筛的作用下流向出口端。此时，二氧化碳、氧气与水会被吸附，而氮气则会通过吸附塔的出口端顺利流出。经特定时间以后，A塔内部碳分子筛就会处于饱和吸附的状态，进而自动停止运行，而压缩空气就会向B塔内流入，进而完成吸氧产氮的流程，实现A塔分子筛再生目标。所谓分子筛再生，具体指的就是运用使吸附塔在短时间内下降到常压脱附的水、二氧化碳与氧气。在A塔和B塔交替使用的过程中实现吸附塔再生，即可有效分离氧气与氮气，同时还能够连续生产氮气。

3.3 压缩空气净化组件

在空气分离设备的设计过程中，压缩空气净化组件发挥着关键性作用。此组件的组成主要有活动式过滤器、精密过滤器、冷冻式以及高效去油器等。其主要运行的过程体现为：压缩机被输送入空气，经压缩完成以后向空气缓冲罐内输送并加以缓冲，在高效去油器处理后，有效避免水、油和尘等多种杂质的干扰，处理水分后即可通过冷冻干燥机开展干燥处理。而在油尘处理以后，即需要利用精密过滤器完成再次精密过滤并操作，最终经活动性过滤器进行处理，完成去杂质的检验作业。

3.4 氧氮缓冲系统

对于氧氮缓冲系统，其主要组成包括压力调节阀、过滤器、氮气缓冲罐和流量计等多个部分。其中，氮气缓冲罐的主要就是在分离系统把那生产氮气的过程中，能够保证氮气供给的连续性，且确保氮气质量稳定。在吸收塔实际运行期间，可使得部分气体返回吸收塔内部，进而发挥保护的作用，使得塔内的压力有所提高，保证氮气质量达标。经技术和工艺的有效融合，即可更好地制作氮气。在实践过程中，将空气当成材料，经净化与压缩处理后就可以获取氮气。此工艺有效且具有极为明显的优势，集中体现为工作效率偏高且设备使用周期较长等方面。通过对分子筛装填技术以及气流控制技术的合理运用，能够使气流冲击分子筛的程度得以降低，而分子筛磨损也得以降低，可长时间使用。但此工艺同样存在一定的局限性，特别是制氮的设备，实际成本较高，且占地面积较大。另外，在安装与配备方面的要求也相对较高。所以，设备投资的规模较大，可应用于大规模企业。若小型企业选择这一工艺，必然会增加成本的消耗，对其未来发展的影响十分不利。

4 深冷技术在空气分离设备设计中的应用表现

一方面，空气缓冲罐系统运行平稳性增强。缓冲罐的应用能够使系统更平稳，在系统压力改变的基础上，罐内气囊也会改变，此时压缩空气会借助净化设备使得内部杂质减少，同时提供所需压缩空气，进而增强设备稳定程度。另一方面，压缩设备的应用可将过滤器内部杂质去除。在压缩设备内部的压缩机进入空气以后，经缓冲罐会向除油设备进入，进而全面消除内部杂质，借助过滤器内部杂质即可将全部杂质清除掉。

5 结束语

综上所述，在空气分离设备设计的过程中，将深冷技术应用于其中的效果十分明显。尤其是科技發展速度加快的背景下，深冷技术的合理化运用能够更好地完善空气分离设备，使其更具标准化、专业化与规模化特征。为此，在后期研究中，有必要针对深冷技术展开深入研究，进而为现代空气分离设备的设计与应用提供必要的参考依据，实现延长设备使用寿命的设计目标。

参考文献：

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