深冷技術(shù)在空氣分離設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

李連兄 李善恩 李有梅 郎永明

摘 要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展為相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了必要保障，特別是加快了工業(yè)化進(jìn)程。其中，空氣分離設(shè)備通過液化、精餾空氣分離成氮?dú)?、氧氣與其他有用氣體。目前階段，工業(yè)發(fā)展速度明顯加快，而空氣分離設(shè)備也更具智能化與大型化特征，使得運(yùn)轉(zhuǎn)周期顯著提升。深冷技術(shù)的產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)了設(shè)備工作效率的優(yōu)化?；诖?，文章將深冷技術(shù)作為主要研究對(duì)象，重點(diǎn)闡述其在空氣分離設(shè)備設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用，希望有所幫助。

關(guān)鍵詞：深冷技術(shù);空氣分離設(shè)備;設(shè)計(jì);應(yīng)用

所謂深冷技術(shù)，即借助冷媒介質(zhì)當(dāng)成冷卻手段，以冷卻金屬材料。在此過程中，金屬材料性能得以有效發(fā)揮。為此，此技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，逐漸發(fā)展成效率高且成本節(jié)約的一種全新工藝?？諝夥蛛x主要是對(duì)空氣各組分物理性質(zhì)的差異加以利用，通過深度冷凍、膜分離與吸附等多種形式將氮?dú)夂脱鯕鈴目諝庵蟹蛛x，亦或是對(duì)氬氣與氦氣等稀有氣體同時(shí)提取，而深度冷凍方法的應(yīng)用最為常見。由此可見，深入研究并分析深冷技術(shù)自空氣分離設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用十分有必要。

1 深冷技術(shù)概述

所謂深冷技術(shù)，即利用冷媒介質(zhì)當(dāng)做冷卻介質(zhì)，經(jīng)淬火處理后的金屬材料進(jìn)行冷卻，直到低于室溫特定溫度（-196℃），以達(dá)到金屬材料性能發(fā)送目標(biāo)。現(xiàn)階段，伴隨空氣分離設(shè)備設(shè)計(jì)工作的落實(shí)，深冷技術(shù)成為新型工藝技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)金屬工件性能發(fā)送的目的，經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性特征明顯。

開展深冷加工的過程中，金屬內(nèi)所參與的奧體會(huì)向馬氏體形式轉(zhuǎn)化，特別是由-196℃上升至室溫的過程中，過飽和亞穩(wěn)定馬氏體過飽和度會(huì)隨之降低，經(jīng)析出彌散，超微細(xì)碳化物和基體始終處于共格關(guān)系，而電流僅處于20-60A之間。這樣一來，馬氏體晶格畸變的幾率會(huì)下降，微觀應(yīng)力隨之降低，針對(duì)材料塑性變形的情況，其細(xì)小彌散碳化物會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使得基體組織得以強(qiáng)化。在此過程中，超微細(xì)碳化物顆粒析出以后，即可均勻地分布于馬氏體基體之上，減弱對(duì)于晶界脆化的作用。細(xì)化基體組織在削弱雜質(zhì)元素偏聚晶界程度的基礎(chǔ)上，也可使晶界強(qiáng)化功能有效發(fā)揮出來，合理化地改善工模具的性能，優(yōu)化硬度、耐磨性與抗沖擊韌性。實(shí)踐應(yīng)用深冷技術(shù)的過程中，不僅可通過工作表面表現(xiàn)出來，同樣可滲入到工件內(nèi)部，將整體效果展現(xiàn)出來。在此基礎(chǔ)上，即可針對(duì)工件重模處理并實(shí)現(xiàn)多次使用的目的。在運(yùn)用深冷技術(shù)的同時(shí)，也能夠減少淬火應(yīng)力，保證尺寸穩(wěn)定性的有效強(qiáng)化。

2 深冷技術(shù)處理作用闡釋

于特定且可控低溫環(huán)境中放置被處理材料，其微觀組織結(jié)構(gòu)會(huì)有所改變，進(jìn)而優(yōu)化并提升材料性能。根據(jù)深冷處理機(jī)理可知，深冷處理技術(shù)正處于初期研究階段，對(duì)于材料內(nèi)部變化的機(jī)理并未形成深入了解。在黑色金屬鋼鐵方面，其深機(jī)理研究相對(duì)透徹且深入。其中，殘余奧氏體會(huì)向馬氏體轉(zhuǎn)變，使得材料強(qiáng)度以及硬度明顯增強(qiáng)，進(jìn)一步優(yōu)化材料尺寸的穩(wěn)定程度。而從馬氏基體內(nèi)析出的超細(xì)碳化物顆粒，也會(huì)提高材料耐磨性能，進(jìn)而延長(zhǎng)其實(shí)際的使用壽命。基于馬氏體板條碎化條件，其組織細(xì)化更突出，使得工件強(qiáng)韌性明顯增強(qiáng)，進(jìn)而降低材料內(nèi)部殘余的應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)材料尺寸穩(wěn)定程度的優(yōu)化。

3 深冷技術(shù)在空氣分離設(shè)備設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

在設(shè)計(jì)空氣分離設(shè)備的過程中，一般可含括兩種不同的存在形式：①低溫條件;②常溫條件。在低溫條件下設(shè)計(jì)被稱作深冷空分，而在常溫條件下的設(shè)計(jì)則被稱作常溫空分。在常溫空分中，還可以細(xì)化成變壓分離與膜分離兩種。上世紀(jì)五十年代，我國(guó)受國(guó)防需要，在蘇聯(lián)引入深冷空氣分離設(shè)備，以此為基礎(chǔ)展開了自主研發(fā)。當(dāng)前，我國(guó)已經(jīng)成功研發(fā)了深冷空氣分離設(shè)備，且很多國(guó)內(nèi)廠家均掌握此技術(shù)。

3.1 應(yīng)用于空氣緩沖罐

空氣緩沖罐組件的組成包括空氣緩沖罐和相關(guān)閥門儀表等，而在空氣分離操作過程中，空氣緩沖罐的緩沖效果十分明顯，能夠使切換瞬間的氣流對(duì)于濾芯沖擊程度有所緩解，使得氣流脈動(dòng)效果降低，使系統(tǒng)壓力波動(dòng)下降，有效減少砌體對(duì)于分子篩的沖擊，盡可能規(guī)避分子篩粉化問題的發(fā)生，進(jìn)而延長(zhǎng)分子篩使用的壽命。通過對(duì)空氣緩沖罐組件的使用，使得吸附塔內(nèi)壓力明顯提高，瞬間滿足工作高壓要求，以確保各設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。

3.2 應(yīng)用于氧氮分離系統(tǒng)

儀表電器、壓緊裝置、吸附塔和附屬閥門是組成氧氮分離系統(tǒng)的重要部分，通過選擇復(fù)合床結(jié)構(gòu)對(duì)吸附塔進(jìn)行設(shè)計(jì)，將其細(xì)化成A塔與B塔，并將進(jìn)口碳分子篩填裝于塔內(nèi)。壓縮空氣通過A塔入口位置，在碳分子篩的作用下流向出口端。此時(shí)，二氧化碳、氧氣與水會(huì)被吸附，而氮?dú)鈩t會(huì)通過吸附塔的出口端順利流出。經(jīng)特定時(shí)間以后，A塔內(nèi)部碳分子篩就會(huì)處于飽和吸附的狀態(tài)，進(jìn)而自動(dòng)停止運(yùn)行，而壓縮空氣就會(huì)向B塔內(nèi)流入，進(jìn)而完成吸氧產(chǎn)氮的流程，實(shí)現(xiàn)A塔分子篩再生目標(biāo)。所謂分子篩再生，具體指的就是運(yùn)用使吸附塔在短時(shí)間內(nèi)下降到常壓脫附的水、二氧化碳與氧氣。在A塔和B塔交替使用的過程中實(shí)現(xiàn)吸附塔再生，即可有效分離氧氣與氮?dú)?，同時(shí)還能夠連續(xù)生產(chǎn)氮?dú)狻?/p>

3.3 壓縮空氣凈化組件

在空氣分離設(shè)備的設(shè)計(jì)過程中，壓縮空氣凈化組件發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。此組件的組成主要有活動(dòng)式過濾器、精密過濾器、冷凍式以及高效去油器等。其主要運(yùn)行的過程體現(xiàn)為：壓縮機(jī)被輸送入空氣，經(jīng)壓縮完成以后向空氣緩沖罐內(nèi)輸送并加以緩沖，在高效去油器處理后，有效避免水、油和塵等多種雜質(zhì)的干擾，處理水分后即可通過冷凍干燥機(jī)開展干燥處理。而在油塵處理以后，即需要利用精密過濾器完成再次精密過濾并操作，最終經(jīng)活動(dòng)性過濾器進(jìn)行處理，完成去雜質(zhì)的檢驗(yàn)作業(yè)。

3.4 氧氮緩沖系統(tǒng)

對(duì)于氧氮緩沖系統(tǒng)，其主要組成包括壓力調(diào)節(jié)閥、過濾器、氮?dú)饩彌_罐和流量計(jì)等多個(gè)部分。其中，氮?dú)饩彌_罐的主要就是在分離系統(tǒng)把那生產(chǎn)氮?dú)獾倪^程中，能夠保證氮?dú)夤┙o的連續(xù)性，且確保氮?dú)赓|(zhì)量穩(wěn)定。在吸收塔實(shí)際運(yùn)行期間，可使得部分氣體返回吸收塔內(nèi)部，進(jìn)而發(fā)揮保護(hù)的作用，使得塔內(nèi)的壓力有所提高，保證氮?dú)赓|(zhì)量達(dá)標(biāo)。經(jīng)技術(shù)和工藝的有效融合，即可更好地制作氮?dú)?。在?shí)踐過程中，將空氣當(dāng)成材料，經(jīng)凈化與壓縮處理后就可以獲取氮?dú)?。此工藝有效且具有極為明顯的優(yōu)勢(shì)，集中體現(xiàn)為工作效率偏高且設(shè)備使用周期較長(zhǎng)等方面。通過對(duì)分子篩裝填技術(shù)以及氣流控制技術(shù)的合理運(yùn)用，能夠使氣流沖擊分子篩的程度得以降低，而分子篩磨損也得以降低，可長(zhǎng)時(shí)間使用。但此工藝同樣存在一定的局限性，特別是制氮的設(shè)備，實(shí)際成本較高，且占地面積較大。另外，在安裝與配備方面的要求也相對(duì)較高。所以，設(shè)備投資的規(guī)模較大，可應(yīng)用于大規(guī)模企業(yè)。若小型企業(yè)選擇這一工藝，必然會(huì)增加成本的消耗，對(duì)其未來發(fā)展的影響十分不利。

4 深冷技術(shù)在空氣分離設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用表現(xiàn)

一方面，空氣緩沖罐系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)性增強(qiáng)。緩沖罐的應(yīng)用能夠使系統(tǒng)更平穩(wěn)，在系統(tǒng)壓力改變的基礎(chǔ)上，罐內(nèi)氣囊也會(huì)改變，此時(shí)壓縮空氣會(huì)借助凈化設(shè)備使得內(nèi)部雜質(zhì)減少，同時(shí)提供所需壓縮空氣，進(jìn)而增強(qiáng)設(shè)備穩(wěn)定程度。另一方面，壓縮設(shè)備的應(yīng)用可將過濾器內(nèi)部雜質(zhì)去除。在壓縮設(shè)備內(nèi)部的壓縮機(jī)進(jìn)入空氣以后，經(jīng)緩沖罐會(huì)向除油設(shè)備進(jìn)入，進(jìn)而全面消除內(nèi)部雜質(zhì)，借助過濾器內(nèi)部雜質(zhì)即可將全部雜質(zhì)清除掉。

5 結(jié)束語

綜上所述，在空氣分離設(shè)備設(shè)計(jì)的過程中，將深冷技術(shù)應(yīng)用于其中的效果十分明顯。尤其是科技發(fā)展速度加快的背景下，深冷技術(shù)的合理化運(yùn)用能夠更好地完善空氣分離設(shè)備，使其更具標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化與規(guī)模化特征。為此，在后期研究中，有必要針對(duì)深冷技術(shù)展開深入研究，進(jìn)而為現(xiàn)代空氣分離設(shè)備的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供必要的參考依據(jù)，實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘福昌.深冷技術(shù)在空氣分離設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技資訊，2010（09）.

[2]陳幼軍.深冷技術(shù)在我國(guó)四化建設(shè)中的作用[J].深冷技術(shù)，1983（06）.

[3]談碩.深冷技術(shù)在空氣分離設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新，2017（06）.

[4]李鋼.深冷技術(shù)在空氣分離設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014（23）.