공기 분리 장치

공기 분리 장치 란 무엇입니까?

 

공기 분리 장치는 산업 시설입니다. 먼저 공기를 냉각시키고 액화하여 기능합니다. 그런 다음 공기 중 가스의 상이한 끓는 점을 기반으로하는 극저온 증류를 활용하면 대기를 주로 산소, 질소 및 아르곤을 포함한 주요 성분으로 분리합니다. 생산 된 순수 가스는 산업 분야 및 의료 분야에서 널리 사용됩니다. 프로세스는 에너지 - 집중적이며 압축기, 증류 열 및 분자 체와 같은 구성 요소에 의존합니다. 또한 ASU는 대기를 질소, 산소 및 때로는 아르곤 및 기타 희귀 가스와 같은 1 차 성분으로 분리 할 수 ​​있으며, 일반적으로 공기 압축기, 공기 정제 시스템, 열교환 기, 극저온 냉각 시스템 및 증류 컬럼을 포함한 요소로 구성됩니다.

공기 분리 방법

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극저온 증류

극저온 증류는 먼저 공기를 식별하여 액화를 냉각시킨 다음 증류를 통해 끓는점 차이에 따라 구성 요소를 선택적으로 분리합니다. 이것은 높은 - 순도 가스를 생성하지만 많은 에너지를 소비합니다. 이 시스템은 냉장 공기 압축기에서 냉장 에너지를 제공하는 효율성을 유지하기 위해 밀접하게 통합 된 열교환 기 및 분리 열이 필요합니다.
저온을 달성하기 위해, 공기 분리 식물은 두 개의 냉장주기를 사용합니다. 스로틀 링 장치를 통한 등온 스로틀을 이용하거나 팽창기를 통한 등방성 팽창을 사용합니다. 극저온 장비는 냉각 손실을 최소화하기 위해 "콜드 박스"(절연 인클로저)에 보관해야합니다.

 

다른 공기 분리 방법

●막 분리 기술 : 저에너지 소비 및 유연한 매개 변수. 실내 - 온도 중합체 막은 25% - 50% 산소 - 농축 공기를 생성합니다. 세라믹 멤브레인 (ITM 및 OTM)은 800 - 900 도의 온도를 필요로하며 90%를 초과하는 높은 - 순도 산소를 생성 할 수 있습니다. 그들은 산소 -가 고갈되거나 질소 - 승객 항공기 연료 탱크의 농축 가스를 생산하는 데 사용될 수 있으며, 위험을 줄이기 위해 조종하는 항공기 조종사에게 산소가 풍부한 공기를 제공 할 수 있습니다.

●압력 스윙 흡착 (PSA) : 실온에서 작동하고 액화가 필요하지 않으면 PSA는 높은 - 압력 흡착을 위해 Zeolite ( "분자 스폰지")를 사용하고 - 분리 된 산소 및 질소에 대한 압력 탈착 감소를 사용합니다. 이 소형 압축기는 휴대용 의료 산소 농축기를 제조하는 데 사용될 수 있습니다. 진공 압력 스윙 흡착 (VPSA)은 비슷하며 대상 가스가 대기 중 압력에서 탈착되는 경우에만 유사합니다.

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공기 분리 장치 (ASU)의 작동 원리

공기 분리 장치는 막 분리 및 압력 스윙 흡착과 같은 다양한 기술을 활용할 수 있지만 극저온 분별 (증류)은 효율적이고 높은 - 순도 분리를 달성하기위한 주류 핵심 기술로 남아 있습니다. 일반적인 운영 프로세스는 4 가지 주요 단계로 나뉩니다.

 

 

압축 단계

대기 공기는 먼저 ASU로 끌어온 다음 압축을위한 다중 - 스테이지 압축기 시스템으로 들어갑니다. 이 단계의 핵심 목적은 공기압을 높이고 후속 냉각 및 분리 공정에서 에너지 소비를 줄이고 효율성을 향상시키는 것입니다. 공기 압력은 일반적으로 5-10 바그 범위 내에서 제어되며, 후속 공정의 기초를 놓습니다.

 

정제 단계

가압 된 공기는 먼저 정제 시스템을 통과하여 불순물, 주로 수분, 이산화탄소 및 미량의 기름, 먼지 및 기타 오염 물질을 제거합니다. 이 단계는 중요합니다. 최종 출력 가스의 순도를 보장하여 산업 및 의료 응용의 요구 사항을 충족시킵니다. 또한 불순물이 후속 낮은 - 온도 환경에서 동결 또는 축적되는 것을 방지하여 열교환 기, 파이프 라인 및 기타 장비의 막힘을 방지하여 장치의 안정적인 작동을 보장합니다.

 

냉각 단계

정제 된 압축 공기는 열교환 기 및 냉장 사이클 (예 : Linde 또는 Kraut 사이클)으로 구성된 냉각 시스템으로 들어가서 점차 저온으로 냉각됩니다. 극저온 분별은 기체 성분 간의 끓는점의 차이에 기초하기 때문에 냉각 공정은 공기를 액화 온도로 낮추어 기체 공기를 액체 공기로 변환하여 후속 증류 분리를 준비합니다.

 

분리 단계

액체 공기는 단일 - 또는 멀티 - 스테이지 증류 타워로 공급되며, 여기서 성분은 분수 증류를 통해 분리됩니다. 가스들 사이의 비등점의 차이는 분리에 중요합니다. 질소는 끓는점이 가장 낮은 비등점이 가장 낮고 액체 공기에서 기화되고 상승하여 타워 상단에서 수집됩니다. 끓는점이 높은 산소는 탑의 바닥에 남아 있으며 액체 또는 가스로 배출됩니다. 아르곤이 분리되어야한다면, 끓는점은 질소와 산소 사이에 있기 때문에 탑의 중간에서 특수 증류 섹션을 통해 추출 될 수 있습니다.

공기 분리 장치 (ASU) 작동 프로세스 및 핵심 구성 요소

 

공기 압축기로부터의 압축 공기는 먼저 공기 전 - 냉각 시스템에 의해 냉각된다. 정제 된 공기는 두 개의 경로로 나뉩니다. 하나는 증류 타워의 상단 기둥으로 직접 전송되는 반면, 다른 하나는 하단 기둥으로 보내지기 전에 팽창에 의해 팽창되고 냉각됩니다. 증류탑 내에서, 상승 증기 및 떨어지는 액체는 열 교환 및 분리를 거쳐 궁극적으로 상단 기둥의 상단에서 높은 - 순도 질소를 생성하고 하단에서 높은 - 순도 산소를 생성합니다.
 

● 압축 시스템:

공기 흡입구 필터 (먼지를 필터), 공기 압축기 (공기를 가압하기 위해), 공기 압축기 틈새 냉각기 (온도를 줄이고 효율성을 유지하기 위해) 및 공기 압축기 벤트 소음기 (노이즈 감소)를 포함합니다.

● pre - 냉각 시스템:
물 - 냉각 타워, 공기 - 냉각탑 (열과 온도를 교환하기 위해), 워터 펌프 (냉각수를 제공하기 위해) 및 냉각기 (깊은 냉각을 제공하기 위해)를 포함합니다.

● 정화 시스템:
코어는 질소 벤트 소음기 (배기 소음을 줄이기 위해)와 결합 된 분자 체 흡착제 (불순물을 제거하기 위해)입니다.

● 열 교환 시스템:

주요 열교환 기 (공기와 낮은 - 온도 가스 사이의 열 교환의 경우 온도를 줄이기 위해)와 서브 쿨러 (기화 손실을 줄이기위한 액체 제품 냉각)를 포함합니다.

● 증류 시스템:
증류 타워 (가스 - 액체 접촉 분리의 경우) 및 응축기 - 증발기 (증류 사이클을 유지하기위한)를 포함합니다.

● 제품 전달 시스템:

압력 조절 스테이션 (압력 조절) 및 계량 스테이션 (유량 측정 용)을 포함합니다.

● 액체 스토리지 백업 시스템:

액체 저장 탱크 (액체 산소 및 액체 질소 저장), 가스 저장 탱크 (버퍼링 가스 생성물의 경우) 및 액체 증발기 (응급 액체 -에서 - 가스 변환)를 포함합니다.

공기 분리 장치 응용

 

 

 

 

 

의료 건강 관리
 

산업 제조
 

음식과 음료
 

에너지 생산

 

산업 가스 공정의 공기 분리 장치

공기는 주로 질소 (약 78.1%), 산소 (약 20.9%), 아르곤 (약 0.9%) 및 소량의 다른 가스로 구성됩니다. 현재 산업에서 가장 널리 사용되는 공기 분리 방법은 극저온 증류라고도하는 극저온 분리입니다. 본질적으로, 이것은 가스 액화를 포함하며, 일반적으로 스로틀 링 확장 또는 단열 팽창과 같은 기계적 방법을 사용합니다. 공기는 먼저 압축 및 냉각 된 다음 가스 간의 비등점 차이를 사용하여 증류하여이를 분리합니다.

프로세스 흐름의 주요 노드 및 기능

● 공기 흐름을 공급합니다

ASU 생산 스케일/용량을 직접 결정하는 기본 입력 매개 변수 (NM³/H로 측정) (예 : 정상 작동 하에서 중간 - 크기의 ASU의 경우 68,500 nm³/h)를 직접 결정합니다.

이상 : 갑작스런 과부하 압축기 (더 높은 마모/에너지 소비)와 정제/냉각/증류를 방해합니다 (불균형 가스 - 액체/열역학, 효율/수율이 낮음); 지나치게 낮은 흐름은 장비 활용을 줄이고 단가를 증가시킵니다.

● 압축 공기 흐름

유량 변화 후 - 압축; 출구 흐름은 시스템 프로세스와 일치하고, 극저온/증류 작업에 충분한 압력을 보장하고, 안정성을 유지해야합니다.

제어 : 정확한 흐름/압력 제어를 위해 입구 안내서 베인 개방 또는 압축기 속도를 조정하십시오.

위험 : 과압은 장비 위험을 유발합니다. 불충분 한 압력 제한 액화/분리; 불안정한 흐름은 분자 체 흡착 (부적절한 불순물 제거)을 손상시킵니다.

● 정제 된 공기 유량

공기 건조기를 통한 수분/Co₂/탄화수소를 제거한 후 극저온 분리에 중요합니다. 안정성과 설계 준수가 필요합니다.

영향 : 비정상적인 흐름 불균형 분류 타워 가스 - 액체 비율 (예 : 과도한 흐름이 가스 상승 속도를 높이고 접촉 시간/효율 및 제품 순도 감소); - 표준 불순물은 극저온 장비 착빙/막힘을 유발합니다.

● 증류탑의 가스 - 액체 유량

가스 - 위상 유량 : 효율을위한 키 (예 : 이중 - 타워 하단 타워의 초기 증류는 질소/하강 산소 - 풍부한 액체를 생성합니다). 적절한 흐름은 충분한 가스 - 액체 접촉 (열/질량 교환)을 보장합니다. 과잉은 타워 홍수 (액체 축적, 파괴 증류) 및 낮은 분리 효율을 유발합니다.

액체 - 위상 유량 : 가스가있는 카운터 플로우; 흐름 (예 : 스로틀 산소 - 하부 타워에서 상단 타워로의 풍부한 액체)는 가스 흐름과 일치해야합니다. 과도한 홍수 탑; 부족 부전은 불순물 세척을 감소시킨다 (불량 순도); 불안정한 흐름은 응축기 - 증발기 열 교환 (에너지 균형/분리에 영향)을 손상시킵니다.

● 제품 가스 및 폐기물 가스 유량

제품 산소 흐름 : 사용자 요구에 의해 제어됩니다 (예 : 철강 제조를위한 높은 흐름, 의학적 사용을위한 고순도); 증류 파라미터 (역류 비율, 온도, 압력)를 통해 조정. 변동은 생산에 영향을 미칩니다 (예 : 불안정한 철강 제조 효율/품질).

제품 질소 흐름 : 정확하게 제어 된 (증류 가스 - 액체 분포, 역류 액체 질소) 화학 물질/전자 장치 (예 : 안정적인 높은 - 순도 질소); 편차는 산화를 유발합니다.

폐기물 가스 흐름 : 분리되지 않은 가스가 포함되어 있습니다. 팽창 후 냉각 후, 부분은 시원한 분자 체, 나머지 통풍구를 재생합니다. 과잉은 낮은 분리 효율 (낭비 된 가스, 고 에너지) 및 열악한 체 재생 (감소 된 흡착/안정성)을 나타냅니다.

흐름 제어 및 규제 방법

● 밸브 규정

스로틀 밸브 : 스로틀 밸브는 일반적으로 사용되는 유량 제어 장치로, 유체의 흐름 영역을 변경하기 위해 밸브 개구부를 변경하여 흐름을 제어하는 ​​유량 제어 장치입니다. 공기 분리 장치에서 스로틀 밸브는 종종 공기의 흐름, 압축 공기 및 각 열 내의 가스 및 액체 성분의 흐름을 제어하는 ​​데 사용됩니다. 예를 들어, 공기가 증류 컬럼에 들어가기 전에 스로틀 밸브를 사용하여 유량을 조정하여 증류 열의 피드 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다. 스로틀 밸브는 간단한 구조 및 작동 용이성과 같은 장점을 제공하지만 조정 프로세스 중에 특정 압력 강하를 생성하여 에너지 손실을 초래합니다.

조절 밸브 : 조절 밸브는 일반적으로 설정 유량에 따라 밸브 개구부를 자동으로 조정하기 위해 자동 제어 시스템과 함께 사용됩니다. 조절 밸브는 종종 제품 산소 및 질소의 출력 파이프 라인과 같은 공기 분리 장치의 주요 흐름 제어 지점에 설치됩니다. 실제 - 시간 흐름 데이터를 기반으로 컨트롤러는 밸브 개구부를 자동으로 조정하여 설정 범위 내에서 유량을 유지합니다. 스로틀 밸브와 비교하여 조절 밸브는 더 높은 조절 정확도와 더 빠른 응답을 제공하므로 단위 작동 중에 다양한 작동 조건에 더 적응할 수 있습니다.

● 압축기 조정

입구 안내 베인 조정 : 원심 공기 압축기의 경우 흡입 공기 부피는 흡입구 안내 베전의 각도를 조정하여 압축 공기 유량을 제어함으로써 변화 될 수 있습니다. 압축 공기 유량을 증가시키기 위해, 더 많은 공기가 압축기로 들어갈 수 있도록 입구 안내 베인 개구부가 증가합니다. 반대로, 흡입 공기 부피를 감소시키기 위해 입구 안내 베인 개구부가 감소합니다. 입구 안내서 Vane 조정은 조정 중에 광범위한 조정 범위와 상대적으로 최소한의 에너지 소비의 장점을 제공합니다. 이를 통해 압축 공기 유량이 효율적인 압축기 작동을 유지하면서 프로세스 요구 사항을 충족시킵니다.

속도 조정 : 컴프레서 속도를 변경하여 유량을 조정할 수도 있습니다. 가변 주파수 속도 조절 기술을 사용하면 실제 흐름 요구 사항에 따라 압축기 속도를 유연하게 조정할 수 있습니다. 장치에 압축 공기 유량이 낮을 때 압축기 속도가 줄어 듭니다. 유량이 높아지면 속도가 높아집니다. 속도 조정은 빠른 응답 시간을 제공하며 프로세스 유량의 변화에 ​​빠르게 적응할 수 있지만 모터 및 제어 시스템에 대한 수요가 높습니다.

● 역류 규정

역류 조절은 공기 분리 장치의 일반적인 흐름 제어 방법입니다. 예를 들어, 증류 컬럼에서, 컬럼 내의 가스 - 액체 비율은 환류 유량을 조정하여 제어하여 증류 효율 및 제품 유량에 영향을 미칩니다. 생성물 순도를 향상시키기 위해, 컬럼 내의 증류 섹션을 가스로부터보다 효과적으로 분리하기 위해 환류 유량을 증가시킬 수있다. 제품 수율을 높이기 위해 환류 유량을 줄일 수 있습니다. 역류 조절은 다양한 작동 조건 하에서 증류 열의 안정적인 작동을 보장하기 위해 다른 유량 제어 방법과 함께 사용해야합니다.

흐름 모니터링 및 안전 보증

● 흐름 모니터링 시스템

ASU 키 포인트에서 흐름을 정확하게 모니터링하기 위해 일반적으로 유량 센서, 신호 전송 회로 및 디스플레이 및 제어 기기로 구성된 고급 유량 모니터링 시스템이 채택됩니다.

●흐름 센서 :

오리피스 플레이트 유량계 : 오리피스를 통과하는 유체와의 압력 차별을 통한 흐름을 측정하십시오. 단순하고 낮은 - 비용이지만 제한된 정확도.

소용돌이 유량계 : 와류 발생기를 통과하는 유체로부터 와류 주파수를 감지합니다. 높은 정확도, 넓은 측정 범위.

질량 유량계 : 온도/압력/밀도 변화에 영향을받지 않는 유체 질량 흐름을 직접 측정합니다. Ultra - 높은 정확도, 제품 가스 흐름 측정에 이상적입니다.

● 신호 전송 및 디스플레이 제어 :

흐름 센서는 유량 신호를 전기/디지털 신호로 변환하여 디스플레이 및 제어 기기로 전송됩니다. 이 기기는 각 지점에서 실제 - 시간 흐름을 표시하고, 흐름이 세트 범위를 초과하면 경보를 트리거하고 자동 흐름 조정을 위해 자동화 시스템에 연결합니다.

●안전 조치

ASUS의 비정상적인 흐름 변동은 안전 위험을 유발할 수 있으며 효과적인 안전 조치가 필요합니다.

흐름 경보 및 인터록 :
모니터링 시스템의 경보 한계는 상위/하부 경보; 흐름이 범위를 벗어난 경우 가청/시각적 경보가 활성화됩니다. 인터록 장치는 심각한 사고를 방지합니다. 예 : AUTO - 공기 압축기의 셧다운이 너무 낮아서 (장비 손상을 피하기에는 너무 낮거나) 밸브 개구부 조정/제품 OT/N태가 비정상적으로 변동하는 경우 특정 장비의 특정 장비의 종료 조정.

장비 유지 관리 및 관리 :
흐름 모니터링 장비, 제어 장치 및 전체 ASU를 정기적으로 유지하십시오. 흐름 센서를 막기/손상 (신속하게 청소/교체), 밸브를 확인/디버그 (유연성/신뢰성을 확인)하고 안정적인 성능을 확인하는 키 장비 (예 : 압축기)를 검사하십시오. 이는 장비 고장으로 인한 흐름 이상을 줄이고 운영 안전을 향상시킵니다.

다른 스케일의 공기 분리 장치에 권장 유량 매개 변수

●작은 - 스케일 ASUS

실험실 및 소규모 공장과 같은 가스 수요가 적은 시나리오에 적합합니다.

Core Parameters: Process air flow rate 50-500 Nm³/h; product oxygen flow rate 10-200 Nm³/h (purity >99.5%), product nitrogen flow rate 20-300 Nm³/h (purity >99.9%).​

특성 : 작은 - 스케일 생산 또는 실험에 대한 높은 - 순도 가스의 안정적인 공급을 보장하기 위해 각 구성 요소의 유속을 정확하게 제어합니다.

●중간 - 스케일 ASUS

일반적인 가스 수요를 충족시키기 위해 일반 산업 기업에 널리 서비스됩니다.

핵심 매개 변수 : 공정 공기 유량 3,000-20,000 nm³/h; 생성물 산소 유량 1,000-10,000 nm³/h (순도 ≈99.6%), 생성물 질소 유량 1,500-15,000 nm³/h (최대 99.99%).

특성 : 키 노드에서의 흐름 제어에 대한 높은 요구 사항 (예 : 공기, 압축 공기, 가스 - 증류탑의 액체 흐름); 효율적이고 안정적인 운영 및 제품 품질을 보장하기 위해 고급 자동화 시스템 및 정밀 장비에 의존하십시오.

●큰 - 스케일 ASUS

대형 - 규모의 대형 제철소 및 화학 공장과 같은 산업 생산 시나리오에 사용됩니다.

코어 매개 변수 : 50,000 nm³/h 이상의 공정 공기 유량 (일부는 100,000 nm³/h, 예를 들어, 큰 강철 대기업의 ASU는 80,000 nm³/h에 도달); 생성물 산소 유량 30,000-50,000 nm³/h (철강 제조에 대한 엄격한 순도 요구 사항 충족), 제품 질소 유량 40,000-60,000 nm³/h.

특성 : 흐름 제어의 높은 어려움; 고 부하 하에서 안정적이고 효율적인 작동을 보장하기 위해보다 진보되고 신뢰할 수있는 모니터링 및 규제 기술이 필요하며, 대규모 - 스케일 생산에 대한 지속적인 높은 - 품질 가스를 제공합니다.

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