空分设备包括哪些设备

空气分离设备（简称空分设备）是一种将空气中的主要成分氧气、氮气以及稀有气体（如氩气）分离提取的成套装置。在钢铁、化工、医疗和电子等行业，空分设备是获取工业氧气和氮气的关键基础设施。深冷空分（即低温精馏法）是目前大中型空分系统最常用的方法，通过将空气液化并利用不同成分的沸点差异实现高效分离。空分设备由多个核心单元组成，各单元协同工作，共同完成对空气的压缩、净化、冷却、液化和分馏，从而连续产出高纯度的氧、氮等气体产品。其主要组成设备包括：

空气压缩机

空气预冷及纯化系统（分子筛吸附器等）

主换热器

精馏塔系统

膨胀机

产品贮槽

下面将逐一介绍上述各组成部分的功能，并讨论中小型与中大型空分系统设计的特点，同时重点介绍盛尔气体在该领域的技术能力和产品布局。

空气压缩机：提供原料空气高压动力

空气压缩机是空分设备的首要环节，其功能是将环境空气吸入并压缩到所需的高压水平，为后续冷却与分离工序提供动力。通常大中型空分装置采用多级离心式压缩机，小型装置则可能选用螺杆式或活塞式压缩机。通过多级压缩，空气压力可提升至约0.7～1.0 MPa左右，以降低空气体积并提高分离效率。空气压缩机在运行过程中会产生大量的热量，是空分系统中能耗最高的设备之一。大型空分项目往往配备功率庞大的空气压缩机组，确保长周期连续运行的可靠性。压缩后的高压空气为后续的深冷制冷和精馏分离奠定了基础，是空分装置能源转换的起点。

空气预冷与纯化系统：净化原料空气

压缩后的空气温度较高，且含有水分、二氧化碳以及粉尘和碳氢化合物等杂质，如不除去将在低温下冻结或造成设备腐蚀。预冷系统和纯化系统结合构成空分设备的空气净化单元。首先，经过空气预冷器（通常是水冷或制冷剂换热器），将压缩空气冷却至接近常温甚至更低（约5～10℃），冷凝分离出绝大部分水分。同时预冷过程还能洗涤掉空气中的二氧化硫等酸性气体，使后续工序更安全。然后，空气进入分子筛吸附器组成的纯化系统，利用特殊吸附剂进一步去除剩余的水汽、二氧化碳以及乙炔、丙烯、丙烷等烃类杂质和氧化亚氮等微量成分。典型空分装置采用双塔交替切换的分子筛吸附器，在一塔吸附净化空气的同时，另一塔加热再生排出已吸附的杂质，如此循环保证连续供气。经过净化系统处理后，空气中的易冻杂质被清除，进入冷箱前的空气已达到深冷要求的洁净程度，确保后续换热和精馏塔不被冰堵或中毒。

主换热器：深冷冷却与热量回收

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换热器是空分设备的热交换核心，用于将净化后的高压空气深度冷却至接近液化温度，同时回收产品气的冷量。现代深冷空分普遍采用高效的板翅式换热器作为主换热器，将其置于隔热的冷箱内。高压净化空气流经主换热器，与来自精馏塔的低温回流气体（如富氮废气、产品氧氮气）进行逆向热交换。一方面，压缩空气在换热器内被冷却至约 -170℃以下，接近其主要成分的液化点；另一方面，那些离开精馏塔的冷却产物气体被换热器加热回温，充分回收冷量后以接近常温排出冷箱。这种热交换过程实现了冷量的再利用，大大提高了制冷效率。主换热器的设计和制造质量直接关系到空分设备的能效和稳定运行：铝制板翅结构具有传热效率高、体积紧凑的优点，但其内部通道狭窄，对进入空气的洁净度要求极高，否则杂质冻结会堵塞换热器。总之，主换热器将空气温度降至深冷条件，是空气液化和后续精馏分离的必要前提。

精馏塔系统：低温液态分离氧氮

精馏塔是空分设备实现气体分离提纯的核心装置。典型深冷空分采用高、低压两级精馏塔组合（又称双塔系统）：压缩净化并初步冷却至液态的空气先送入高压塔（下塔），在较高压力下部分液化并富集氧组分；随后液体和气体分别通过节流减压或中间冷凝后进入低压塔（上塔）继续分馏。高压塔顶部产生富氮液体，经冷凝器冷却后作为回流液进入低压塔顶部；低压塔底部的富氧液体则在冷凝蒸发器中汽化，以冷凝高压塔顶的氮气。通过塔内多级反复的汽液两相接触，利用氧、氮沸点（-183℃ vs -196℃）差异，氧气最终富集于低压塔底部，氮气则富集于低压塔顶部，从而分别获得高纯度的液氧和液氮。在大型空分设备中，为了提取氩等稀有气体，精馏系统还增设氩馏分塔从中间馏出物中分离出纯氩。精馏塔内部设有复杂的塔板或填料结构，以增加气液接触面积，实现高效分离。精馏系统的高度和规模取决于产品纯度和产量要求：小型装置可能采用精馏塔简化配置（如不设氩塔），而中大型装置通常配备更高、更复杂的塔系以同时产出氧、氮（以及氩）产品。总体而言，精馏塔在深冷温度下承担着“分离车间”的作用，是最终实现氧氮分离并获得高纯气体的关键设备。

膨胀机：提供低温冷量

深冷空分过程需要持续的低温环境，这主要通过膨胀机等制冷设备来实现。膨胀机（又称透平膨胀机）是一种将高压气体快速膨胀降压从而产生低温的装置。经过主换热器冷却但尚未完全液化的高压空气，通常分出一股送入膨胀机做绝热膨胀。气体在透平膨胀机中体积急剧增大、压力降低，因做功从自身内能中取热，温度随之大幅下降，产生宝贵的冷量。冷却后的低压空气再返回主换热器冷端，继续参与与高压空气的热交换，实现冷量循环利用。通过膨胀机制冷，可将一部分空气冷却到液态温度，使精馏塔维持所需的低温水平。与简单节流膨胀相比，透平膨胀机效率更高，并可通过联轴带动增压器或发电机，部分回收膨胀功。空分装置通常根据规模配备一道或多道膨胀机：小型空分可能采用单级膨胀机即可满足冷量需求，大中型空分则可能设置双透平膨胀或增设辅助膨胀回路，以提高制冷能力和能效。总之，膨胀机为空分系统源源不断地提供低温冷功，是维持深冷精馏得以进行的核心动力设备之一。

产品贮槽：液态产品储存与供应

空分设备的产出氧氮可以是气态直接输送，也可以以液态形式储存备用。为调节供气弹性并方便产品运输，许多空分装置配套建设低温贮槽用于储存液氧、液氮等产品。贮槽一般为双层真空绝热结构的低温储罐，可在 -180℃以下长期保持内容物的液态。空分精馏塔底部产出的液氧和塔顶产出的液氮，经冷却减压后导入各自的贮槽储存。当用气需求高于装置即时产能时，可以从贮槽汽化补充供气；反之在用气低谷时，多余产品可液化存储起来，提升系统运行的经济性。对于需要外销或应急备用的场合，储槽中的液态氧氮可以装车外运或备用供给周边用户。中大型空分工厂通常配备成套的大型液氧、液氮储罐和汽化器，形成完整的供储系统。而小型空分设备由于产量有限，储槽容积较小，部分场景甚至直接以气态产出不储液。总体而言，产品贮槽是空分设备不可或缺的配套单元，它保障了氧氮产品供给的连续稳定，并赋予系统更大的调节和应急能力。

中小型与中大型空分系统的设计特点

空分设备根据产能规模可分为中小型和中大型，两者在设计配置上有所侧重。中小型空分设备一般指产氧几百立方米每小时以下或氮气千方级以下的装置，此类装置多采用模块化、撬装式设计，占地小且集成度高。中小型深冷空分往往简化流程，例如仅配备必要的单套压缩机、单台膨胀机和双塔精馏（不设氩塔），主要产出一种气体为主（如制氧或制氮机），副产气体直接放空或少量液体储存。这类系统启停相对灵活，适用于中等规模工厂的用气需求、医院供氧站或偏远地区的小型工业气体供应站等。对于更小规模的用气需求，非深冷法（如 PSA 变压吸附制氧制氮、膜分离制氮）也提供了简单经济的替代方案。

相比之下，中大型空分设备指每小时产氧上千至上万立方米的大型装置，多用于钢铁冶炼、石油化工、煤化工等大型企业的集中供气。此类空分系统更加注重能效和稳定性，通常配置更复杂的流程和多套设备：采用大型多级离心空压机组，提高压缩效率；精馏系统包括完整的双塔和氩塔，可以同时产出高纯氧、氮和氩气；可能增加增压透平、液体循环泵等辅助设备以优化冷热交换和产品输出；全流程由 DCS 集散控制系统监控，实现高自动化和安全联锁。中大型空分装置大多是按照项目定制设计并现场建造的，体积庞大、土建和管道配套复杂，但单位产气功耗比小型装置更低，长期运行经济性佳。这些大型设备通常由具备丰富工程经验和 EPC 能力的专业厂家建设，可与用户的生产装置（如高炉、合成装置等）同步运行，可靠供应大规模工业气体。总的来说，中小型空分强调紧凑灵活和初期投资低，而中大型空分侧重高效可靠和规模经济，两类设备各有适用场景，在空分行业共同满足不同层次的市场需求。

盛尔气体的空分设备技术实力与产品布局

作为国内空分设备领域的专业厂商，盛尔气体在中大型空分装置方面展现出突出的技术实力和市场布局。盛尔气体拥有空分设备 EPC 总承包能力，能够为钢铁、化工等行业用户提供从方案设计、制造安装到调试运行的一站式深冷空分工程服务。公司自建有万平方米级生产基地，具备制造大型空气压缩机组、冷箱及精馏塔等核心设备的能力，并取得特种设备生产制造和安装资质以及多项技术专利。这使其在大型深冷空分项目中能够自主把控关键环节，保障设备品质和工程进度。盛尔气体的产品线覆盖深冷空分装置、制氧机、制氮机、 VPSA 制氧设备、气体纯化装置、干燥机等多个系列，既能满足大型工厂集中供气的需求，也能服务中小型用气客户。尤其在中大型空分设备领域，公司已经为国内众多知名企业（如钢铁冶金、电力化工集团等）建设空分装置，项目遍布内蒙古、宁夏、新疆、浙江等地，形成了广泛的市场布局。这些工程实践巩固了盛尔气体在行业内的口碑，体现出其在大型空分系统设计集成、节能优化以及长期运行维护方面的经验优势。同时，公司也关注中小型空分及制氮制氧机市场，提供标准化撬装设备和新技术（如高效 PSA、膜分离）解决方案，满足食品加工、医疗卫生、小微工厂等用户对低成本、高可靠气体的需求。

凭借专业的技术团队和完善的服务体系，盛尔气体在空分设备的研发制造上不断创新，追求更高的能效和智能化水平。从深冷空分的核心部件到整套系统集成，盛尔气体均能提供成熟可靠的产品。在未来发展中，随着工业对高纯气体需求的增长和节能减排的趋势，盛尔气体将继续发挥其技术和规模优势，在中大型空分设备领域巩固领先地位，并为更多行业场景提供定制化的空分解决方案。通过对空分设备各组成环节的精益打造和对不同规模项目的灵活响应，盛尔气体正引领我国空气分离技术向着更高效、更绿色的方向发展。