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[摘 要]随着科学技术水平的不断提升，我国空气分离设备及技术越来越向大型化、专业化、规模化的发展趋势迈进。深冷技术作为空气分离最重要的分离技术，在确保企业利益最大化的基础上，将深冷技术的能耗量进行有效降低，是空气分离工作的主要任务。本文主要对深冷技术的概念、空气分离设备的含义及深冷技术在空气分离设备设计中的应用进行了简要的分析与探究。
[关键词]深冷技术；空气分离设备；设计；应用
中图分类号：TQ116.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）19-0350-01
1 深冷技术的概念
深冷技术又称超低温技术，是指温度在-130℃～-196℃的低温技术，是利用冷媒介质作为冷却介质，将淬火后的金属材料的冷却过程继续下去，达到远低于室温的某一温度（-196℃），从而达到发送金属材料性能的目的。深冷处理能够有效提高金属材料的机械性能和使用寿命、稳定尺寸、改善均匀性、减小变形[1]，此外，还能改善金属材料的导电性、导热性等物理性能。深冷技术是近年来兴起的一种发送金属工件性能的新工艺技术，是目前最有效、最经济的技术手段。在深冷加工过程中，金属中大量残余奥体转变为马氏体，特别是过饱和的亚稳定马氏体在从-196℃至室温的过程中会降低过饱和度，析出弥散、尺寸仅为20～60A并与基体保持共格关系的超微细碳化物，可以使马氏体晶格畸变减少，微观应力降低，而细小弥散的碳化物在材料塑性变形时可以阻碍位错运动，从而强化基体组织。同时由于超微细碳化物颗粒析出后均匀分布在马氏体基体上，减弱了晶界脆化作用，而基体组织的细化既减弱了杂质元素在晶界的偏聚程度，又发挥了晶界强化作用，从而改善了工模具的性能，使硬度、抗冲击韧性和耐磨性都显著提高。深冷技术的改进效果不仅限于工作表面，它渗入工件内部，体现的是整体效应，所以可对工件进行重磨，反复使用，而且对工件还有减少淬火应力和增强尺寸稳定性的作用。
2 空气分离设备的分类及含义
空气分离设备是由多种机械和设备组成的成套设备，常按空气压力来分类。常用的有高压、中压和低压3种.选择设备类型时应考虑产品种类、容量和纯度的要求，以及电耗、安全连续运转周期等因素。低压设备由于电耗低、连续运转周期长、经济效益高，被广泛采用。
到50年代，由于吹氧炼钢和高炉鼓风工艺的推广应用以及氮肥工业的迅速发展，空气分离设备向大型化发展，并应用了近代的科研成果，如采用透平压缩机、透平膨胀机、板翅式换热器、微型计算机和分子筛吸附器等设备之后，空气分离设备不断得到改进和完善，设备中的空气压力从高压（20兆帕）降到低压（小于1兆帕），单位产品的电耗也逐渐下降（每立方米氧的电耗从1.5降至0.6千瓦·小时）。现代空气分离设备能生产各种容量、不同纯度的气态或液态产品，也能制造超高纯度的氧和氮空气分离设备还能根据用户的需要，通过电子计算机的控制，随时增减产品的数量，达到经济用氧的目的。到80年代，大型空气分离设备的氧气生产能力已达到70000米（/时；空气压力下降到0.36兆帕；连续运转周期可达2年以上。
经济的发展带动了工业化的进程。我国在近年来高速发展的经济也让相关的产业发展的脚步速度加快。相比而言，国内的很多行业也走向了大型化道路。现阶段，我国的空气分离设备已经处于世界领先水平。而深冷技术基体组织细化也发挥了晶界强化的作用。此外，在国内市场上，我国的大型空气分离设备在市场中的占有率同样非常高，无论是出口还是内销的金额数量都是非常大的。
3 深冷技術在空气分离设备设计中的应用
空气分离设备设计主要分为两种，一种是在常温或者说是非低温的情况下进行的，通常叫做“常温空分”，而“常温空分”又分为“变压吸附分离”和“膜分离”两种。另外一种是在非常低的温度下进行的，通常叫做“深冷空分”。深冷空分设备的构成如下。
3.1 氧氮分离系统
由吸附塔、压紧装置、附属阀门及仪表电器组成。采用复合床结构设计的吸附塔分A、B两塔，塔内填装进口碳分子筛（采用伸展扭转式振动填充法使碳分子筛装填更加均以）。洁净的压缩空气首先从A塔入口端经碳分子筛向出口端流动，此时O2、CO2、H2O被其吸附，产品氮气由吸附塔出口端流出。经一段时间后，A塔内的碳分子筛吸附达到饱和前自动停止吸附，洁净的压缩空气流入B塔进行吸氧产氮，并对A塔分子筛进行再生。分子筛的再生是通过将吸附塔迅速下降至常压脱附的O2、CO2、H2O来实现的。两塔交替进行吸附塔再生，即完成氧氮分离，连续产出氮气。
3.2 氧氮缓冲系统
氧氮缓冲体系包括过滤器、流量计、压力调节阀、氮气缓冲罐几个部分组成。氮气缓冲罐的作用在于，当分离系统能够产出氮气时，氮气缓冲罐可以起到连续供给和稳定氮气质量的作用。而当吸收塔在运行时，也可以让其中的一部分气体回到吸收塔内，不仅可以起到一定程度上的保护作用，也可以提升塔内压力，目的都在于维持氮气的质量。这些所有的技术与工艺融合后，就成为了一种非常有效的氮气制作方式。在长期的发展过程中利用空气作为材料，然后经过净化和压缩的过程，并获得氮气。这种工艺有效，且优势明显，比如工作效率非常高、设备的使用周期比较长。采用气流控制技术和分子筛装填技术，最大限度地减小了气流对分子筛的冲击，降低了分子筛的磨损，寿命更长。但与此同时，也存在着一些局限性：制氮设备所需要的成本相对较高，因为需要占用非常广阔的面积来容纳运行的设备；在安装和配备的要求上也相对困难。因此，这种设备的投资规模一般也比较大，适合于一些大型的企业。针对于一些小型的企业而言，这种方式会显得成本消耗过高，不利于企业自身的可持续发展。
3.3 空气缓冲罐
缓冲罐主要由于各种系统中缓冲系统的压力波动，主要目的在于让系统的工作能更加平稳。缓冲罐的介质在空气分离设备中是气体，按照结构可以分为隔膜式和气囊式两种。这一设备主要用于中央空调、锅炉、供水设备等大型设备当中。當系统内的压力变化，缓冲罐的气囊也会同样变化。在这一过程中，压缩空气可以利用净化设备减少内部存在的油、水等杂质，并提供必要的压缩空气，进一步保证设备的稳定性。
3.4 压缩空气净化组件
由高效除油器、冷冻式干燥机、精密过滤器和活动性过滤器组成。空气经空压机压缩机后，首先进入空气缓冲罐进行缓冲，然后进入高效除油器除去大部分的油、水、尘等杂质，再经冷冻式干燥机进一步除水，经精密过滤器除油、除尘，最后进入活性炭过滤器进一步除油。
结束语
深冷加工技术的出现引起了科学界和工业界的高度重视，目前，在国外已经被广泛运用于一些精密零件和设备的使用方面。在我国，该项技术也得到了广泛使用，并大幅度延长了很多设备的使用寿命。
参考文献
[1] 机载膜空气分离装置分离特性[J].刘小芳，刘卫华，钱国诚，赵宏韬.南京航空航天大学学报.2015（02）.
[2] 空气分离工程的冷箱配管设计[J].李峰，任树强.化工设计通讯.2013（02）.
[3] 空气分离工程的管道设计[J].任树强，任树胜.化工设计通讯.2013（02）.
[4] 空气分离设备特点及管理实践[J].谭绍斌.冶金动力.2013（05）.
[5] 论空气深冷分离行业危险有害因素的分析与控制[J].李洪飞.中国石油和化工标准与质量.2014（11）.
[关键词]深冷技术；空气分离设备；设计；应用
中图分类号：TQ116.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）19-0350-01
1 深冷技术的概念
深冷技术又称超低温技术，是指温度在-130℃～-196℃的低温技术，是利用冷媒介质作为冷却介质，将淬火后的金属材料的冷却过程继续下去，达到远低于室温的某一温度（-196℃），从而达到发送金属材料性能的目的。深冷处理能够有效提高金属材料的机械性能和使用寿命、稳定尺寸、改善均匀性、减小变形[1]，此外，还能改善金属材料的导电性、导热性等物理性能。深冷技术是近年来兴起的一种发送金属工件性能的新工艺技术，是目前最有效、最经济的技术手段。在深冷加工过程中，金属中大量残余奥体转变为马氏体，特别是过饱和的亚稳定马氏体在从-196℃至室温的过程中会降低过饱和度，析出弥散、尺寸仅为20～60A并与基体保持共格关系的超微细碳化物，可以使马氏体晶格畸变减少，微观应力降低，而细小弥散的碳化物在材料塑性变形时可以阻碍位错运动，从而强化基体组织。同时由于超微细碳化物颗粒析出后均匀分布在马氏体基体上，减弱了晶界脆化作用，而基体组织的细化既减弱了杂质元素在晶界的偏聚程度，又发挥了晶界强化作用，从而改善了工模具的性能，使硬度、抗冲击韧性和耐磨性都显著提高。深冷技术的改进效果不仅限于工作表面，它渗入工件内部，体现的是整体效应，所以可对工件进行重磨，反复使用，而且对工件还有减少淬火应力和增强尺寸稳定性的作用。
2 空气分离设备的分类及含义
空气分离设备是由多种机械和设备组成的成套设备，常按空气压力来分类。常用的有高压、中压和低压3种.选择设备类型时应考虑产品种类、容量和纯度的要求，以及电耗、安全连续运转周期等因素。低压设备由于电耗低、连续运转周期长、经济效益高，被广泛采用。
到50年代，由于吹氧炼钢和高炉鼓风工艺的推广应用以及氮肥工业的迅速发展，空气分离设备向大型化发展，并应用了近代的科研成果，如采用透平压缩机、透平膨胀机、板翅式换热器、微型计算机和分子筛吸附器等设备之后，空气分离设备不断得到改进和完善，设备中的空气压力从高压（20兆帕）降到低压（小于1兆帕），单位产品的电耗也逐渐下降（每立方米氧的电耗从1.5降至0.6千瓦·小时）。现代空气分离设备能生产各种容量、不同纯度的气态或液态产品，也能制造超高纯度的氧和氮空气分离设备还能根据用户的需要，通过电子计算机的控制，随时增减产品的数量，达到经济用氧的目的。到80年代，大型空气分离设备的氧气生产能力已达到70000米（/时；空气压力下降到0.36兆帕；连续运转周期可达2年以上。
经济的发展带动了工业化的进程。我国在近年来高速发展的经济也让相关的产业发展的脚步速度加快。相比而言，国内的很多行业也走向了大型化道路。现阶段，我国的空气分离设备已经处于世界领先水平。而深冷技术基体组织细化也发挥了晶界强化的作用。此外，在国内市场上，我国的大型空气分离设备在市场中的占有率同样非常高，无论是出口还是内销的金额数量都是非常大的。
3 深冷技術在空气分离设备设计中的应用
空气分离设备设计主要分为两种，一种是在常温或者说是非低温的情况下进行的，通常叫做“常温空分”，而“常温空分”又分为“变压吸附分离”和“膜分离”两种。另外一种是在非常低的温度下进行的，通常叫做“深冷空分”。深冷空分设备的构成如下。
3.1 氧氮分离系统
由吸附塔、压紧装置、附属阀门及仪表电器组成。采用复合床结构设计的吸附塔分A、B两塔，塔内填装进口碳分子筛（采用伸展扭转式振动填充法使碳分子筛装填更加均以）。洁净的压缩空气首先从A塔入口端经碳分子筛向出口端流动，此时O2、CO2、H2O被其吸附，产品氮气由吸附塔出口端流出。经一段时间后，A塔内的碳分子筛吸附达到饱和前自动停止吸附，洁净的压缩空气流入B塔进行吸氧产氮，并对A塔分子筛进行再生。分子筛的再生是通过将吸附塔迅速下降至常压脱附的O2、CO2、H2O来实现的。两塔交替进行吸附塔再生，即完成氧氮分离，连续产出氮气。
3.2 氧氮缓冲系统
氧氮缓冲体系包括过滤器、流量计、压力调节阀、氮气缓冲罐几个部分组成。氮气缓冲罐的作用在于，当分离系统能够产出氮气时，氮气缓冲罐可以起到连续供给和稳定氮气质量的作用。而当吸收塔在运行时，也可以让其中的一部分气体回到吸收塔内，不仅可以起到一定程度上的保护作用，也可以提升塔内压力，目的都在于维持氮气的质量。这些所有的技术与工艺融合后，就成为了一种非常有效的氮气制作方式。在长期的发展过程中利用空气作为材料，然后经过净化和压缩的过程，并获得氮气。这种工艺有效，且优势明显，比如工作效率非常高、设备的使用周期比较长。采用气流控制技术和分子筛装填技术，最大限度地减小了气流对分子筛的冲击，降低了分子筛的磨损，寿命更长。但与此同时，也存在着一些局限性：制氮设备所需要的成本相对较高，因为需要占用非常广阔的面积来容纳运行的设备；在安装和配备的要求上也相对困难。因此，这种设备的投资规模一般也比较大，适合于一些大型的企业。针对于一些小型的企业而言，这种方式会显得成本消耗过高，不利于企业自身的可持续发展。
3.3 空气缓冲罐
缓冲罐主要由于各种系统中缓冲系统的压力波动，主要目的在于让系统的工作能更加平稳。缓冲罐的介质在空气分离设备中是气体，按照结构可以分为隔膜式和气囊式两种。这一设备主要用于中央空调、锅炉、供水设备等大型设备当中。當系统内的压力变化，缓冲罐的气囊也会同样变化。在这一过程中，压缩空气可以利用净化设备减少内部存在的油、水等杂质，并提供必要的压缩空气，进一步保证设备的稳定性。
3.4 压缩空气净化组件
由高效除油器、冷冻式干燥机、精密过滤器和活动性过滤器组成。空气经空压机压缩机后，首先进入空气缓冲罐进行缓冲，然后进入高效除油器除去大部分的油、水、尘等杂质，再经冷冻式干燥机进一步除水，经精密过滤器除油、除尘，最后进入活性炭过滤器进一步除油。
结束语
深冷加工技术的出现引起了科学界和工业界的高度重视，目前，在国外已经被广泛运用于一些精密零件和设备的使用方面。在我国，该项技术也得到了广泛使用，并大幅度延长了很多设备的使用寿命。
参考文献
[1] 机载膜空气分离装置分离特性[J].刘小芳，刘卫华，钱国诚，赵宏韬.南京航空航天大学学报.2015（02）.
[2] 空气分离工程的冷箱配管设计[J].李峰，任树强.化工设计通讯.2013（02）.
[3] 空气分离工程的管道设计[J].任树强，任树胜.化工设计通讯.2013（02）.
[4] 空气分离设备特点及管理实践[J].谭绍斌.冶金动力.2013（05）.
[5] 论空气深冷分离行业危险有害因素的分析与控制[J].李洪飞.中国石油和化工标准与质量.2014（11）.