辽宁北台钢铁公司50000m ／h空分设备是目前
我国自行设计成套和制造的最大空分设备，该套空
分设备除采用分子筛净化增压流程、规整填料塔和
全精馏制氩等先进技术外，还采用了液氧自增压技
术，具有负荷变化范围大、液体产量高的特点。于
2003年1月l8日签定合同，2004年6月15日正式
投入运行。
1 50000m ／h空分设备的主要性能指标
北台钢铁公司50000m ／h空分设备的合同指标
值既要满足钢铁公司一期工程生产钢铁的需要，又
要满足钢铁公司二期工程生产化工的需要，所以各
方面条件比较特别，要求也很严格。整套设备采用
可靠的模块化设计软件，经大量模拟计算，优化设
计出最合理的流程，为整套空分设备的开发成功，
奠定了坚实的基础。表1、表2分别列出了合同的
性能指标和50％负荷的性能指标。
表1 合同规定的性能指标
设计值 出冷箱 压缩后
介质 产量 压力 压力 纯度
／(m ／h) ／ MPa(G)] ／[MPa(G)]
压力氧 50D00 0．05 3．5 99．6％ O，
液氧 200o 0．05 ， 99．6％ o1
气氮 6Ooo0 0 30000m ／h．2．5MPa
．008 ≤ 10 X 10一 02
27500m3／h
．O．08MPa
液氮 24oo 0．47 ， ≤10×10一O2
液氩 1400 0 ≤2×10一 02
． 190 ，
≤ 3× 10一N2，
2 空分设备的流程
北台钢铁公司50000m3／h空分设备流程的组织
和总体设计，经历了多次反复和修改，最终确定了
目前的方案。
上塔着地布置，采用流程泵，将上塔底部的液
表2 50％负荷的计算性能指标
设计值 出冷箱 压缩后
介质 产量 压力 压力 纯度
／( ／h) ／【MPa(G)] ／[MPa(c)]
压力氧 25900 O．05 3．5 99．6％ O，
液氧 3o0 O．o5 ， 99．6％ O，
气氮 25800 O 一In ／h．2．5MPa
． o08 ≤ 10 x 10一 O2
— m ／h．0．08MPa
液氮 O 0．47 ， ≤10 x 10一 O2
≤ 2 x 10一 O2
液氩 735 O．190 ，
≤ 3 x 10一 N2
体打到主冷的上部。这种流程比较新颖，特别是在
“三万”、“五万” 等级的大型空分设备中，国内尚
属首次。这种总体设计，使得冷箱的高度大大降
低，从70～80m，一下降到了50多m，液空、液氮
从下塔打到上塔去的高度已不再成为问题，也有利
于整套空分设备的稳定运行。就大流量液氧泵来
说，在国内空分设备上的应用也是开创了先河，特
别是它的控制与操作，更是一个重大的问题。配套
的液氧泵运行比较稳定，该泵带有保温箱和必要的
仪表指示和控制，跑冷相对比较少。设置两台泵，
一用一备。图l是50000m ／h空分设备的流程图。
图1 北台钢铁公司50000m3／h空分设备流程示意图
厂、
3 设备的设计和设备的特点
空分设备的流程组织、流程计算、总体设计，
决定了整套空分设备的性能和特点，当然优良的空
分设备也需有优良的制造、优良的安装和高水平的
操作。
3．1 灵活的变工况能力
该套空分设备不仅要求有高负荷的工况，更要
具备稳定的低负荷工况，其负荷变化的范围是
50％ ～105％ ，50％ 是保证工况。因此塔器的设计
和计算要特别精确。下塔采用了规整填料，其塔径
和阻力符合了低负荷下和高负荷下的稳定运行的
要求。
另一方面，下塔采用了规整填料，其阻力也适
当小一些，对降低空压机的排压，降低整套空分设
备的能耗来讲，也有不少的好处。
从实际运行的情况来看，下塔采用填料塔，其
操作弹性确实比较大，满足了半负荷生产的要求。
3．2 较高的氧气输出压力
根据北台钢铁公司的生产需要，产品氧气出冷
箱的压力是0．05MPa(G)，因此采用液氧自增压流
程是必要和经济的。只有这样，产品氧气经透平氧
压机压缩后，才能达到3．5MPa(G)的压力，然后
送管网输出。液氧自增压采用了卧式、双组、全浸
式液氧蒸发器，其主要特点是温差小、热负荷大。
另外，设计计算中，考虑了充分的蒸发余量。
3．3 产液能力大
在达到50000m ／h氧产量的同时，还要尽可能
多地产液体，这是用户的需求，也是空分设备制造
厂的愿望。在某种程度上，也是体现了空分设备的
优良性能。这套空分设备的液体产量是：液氧
2000m3／tl
， 液氮2400m ／h，液氩1400m3／h。就目
前运行的情况来看，本套空分设备的产液能力大。
3．4 主换热器的放置
主换热器的放置在这套空分设备的总体布置
中，也成了重点所在。合理的阻力搭配，将会更加
优化整套空分设备的总体性能。另外，为了使增压
空气能得到充分换热，本套空分设备在冷箱的外部
增设了三台增压空气换热器，以满足工况的需要。
3．5 粗氩冷凝器的设计与控制
空分设备的工况稳定是重中之重，制氩部分尤
为突出。为了使制氩部分的工况稳定，不发生“氮
塞”，流程计算是一个根本的基础，做到既要馏分
分配合理，又要抽口准确，剩下的就是单元设备的
设计和运行当中的操作。在流程上要求粗氩冷凝器
的液空液位稍高，在液空蒸气回上塔的管路上设置
大口径蝶阀，有意识地控制粗氩冷凝器的温差，既
使氩馏分数量充足，又使氩系统运行工况稳定。
3．6 双层狭缝式主冷的运用
北台钢铁公司50000m’／h空分设备采用了液氧
自增压流程，液氧进入液氧蒸发器蒸发，与此同时
还要产出2000m ／h的液氧产品，总体设计上又采
用了双层狭缝式主冷凝蒸发器，所以其主冷就显得
特别小巧、紧凑。新颖主冷的使用，增加了换热面
积，降低了主冷的操作液面，降低了整套空分设备
的运行能耗。
3．7 逐渐从粗制到精制
在我国，空分设备自20世纪50年代发展到今
天，总体上来说都制造得比较粗大，这和空分设备
的设计水平、空分设备的等级、空分设备的制造水
平和制造能力都有十分密切的关系。
这一次要制造“五万”等级的空分设备，情况
就不同了。设计、制造要精细、紧凑，制造出空分
设备的精品。设备的计算、制造、管道的计算布置
是难点所在，与小等级的空分设备相比大不相同。
3．8 自增压流程的安全性
虽然目前国内对内压缩流程和液氧自增压流程
的安全性分析，尚未正式提到议事日程上来，也没
有制订正式的标准，但对于这样的特大型空分设备
来说，它的安全性问题，早就体现在设计之中。它
的安全性的关键部位已从主冷凝蒸发器转移到液氧
蒸发器或其它一些部位。出于此点考虑，除了液氧
蒸发器设有安全液氧排放外，其有关阀门是用特殊
材料、特殊工艺制造的。
50000m ／h等级的空分设备，在设备的设计上
要确保万无一失，无论是材质的选用上，还是材质
的厚度和刚度， 均向上提高一个档次。能用5083
高强度铝的，就尽量用5083高强度铝，能用不锈
钢的，就尽量用不锈钢。冷箱内基本上见不到
~30mm×2．5mm以下的铝管，也见不到以往的薄壁
铝管，从而提高整套空分设备的安全性。
由于上塔着地布置，冷箱高度降到了50多m，
温差所造成的冷箱内的器件、管道的变形量减少，
其破坏的可能性明显减少，这对于今后杜绝冷箱内
泄漏、确保安全大有好处。
3．9 仪表控制系统的特点
采用先进的工业控制系统控制技术，实现了中
控、机旁、就地一体化的控制，可有效地监控整套
空分设备的生产过程。成套控制系统具有设计先进
可靠、性能价格比高等特点。
4 调试和运行
北台钢铁公司50000m’／h空分设备一次开车成
功，运行稳定， 目前进入半负荷生产，各项指标良
好。整套空分设备在运行中，各方面阻力较小，有
着较大的潜力，这对于今后全负荷运行相当有利。
北台钢铁公司50000m3／h空分设备的调试可以
说是相当顺利的，2004年6月1 Et启动膨胀机进行
裸冷，6月11日即正式开车。在运行过程中， 由
于液氧蒸发器的位置高低放得很准，氧气压力正好
达到设计点。
5 结束语
北台钢铁集团“十五”增补计划四项重点工程
之一——50o00m ／h空分设备于2004年6月15日
竣工投产，为北钢实现经济总量翻两番目标奠定了
基础。
50000m ／h空分设备根据北台钢铁公司的一期
工程需要，已于2004年6月13日启动，进入半负
荷运行，各项指标良好，目前已并网生产。这一项
目的成功，为本溪早日振兴，实现企业高起点开
局、跨越式发展目标，开了好头，为今后更大发展
奠定了基础。
待北台钢铁公司二期工程于2005年完成后，
整套空分设备将投入全负荷运行。该空分设备的顺
利投产标志着杭氧在特大型空分设备的设计和制造
方面取得了新的进步。
“二万”等级空分设备于2002年开发成功，距
今只有短短的二年时间，目前已是我国钢铁、石化
※ ※
等领域的主力军团。仅就杭氧而言，已经设计、制
造(或正在设计、制造)的“二万”等级的空分设
备有40套之多。而“五万” 等级的空分设备2004
年开发成功， 目前杭氧就已承接了5套该等级空分
设备的制造合同。我们深信用不了多久，国产“五
万”等级的空分设备将逐步占领国内市场。