空分系统常用的制冷方法

‘壹’ 空分设备常用的制冷方法

膨胀机制冷，节流效应制冷，现代空分又增加了制冷剂制冷（冷冻机）

‘贰’ 空分设备的系统有哪些

空分设备是一个大型的复杂系统，主要由以下子系统组成：动力系统、净化系统、制冷系统、热交换系统、精馏系统、产品输送系统、液体贮存系统和控制系统等。
动力系统：主要是指原料空气压缩机
。空分设备将空气经低温分离得到氧、氮等产品，从本质上说是通过能量转换来完成。而装置的能量主要是由原料空气压缩机输入的。相应地，空气分离所需要的总能耗中绝大部分是原料空气压缩机的能耗。
净化系统：由空气预冷系统（空冷系统）和分子筛纯化系统（纯化系统）组成。经压缩后的原料空气温度较高，空气预冷系统通过接触式换热降低空气的温度，同时可以洗涤其中的酸性物质等有害杂质。分子筛纯化系统则进一步除去空气中的水分、二氧化碳、乙炔、丙烯、丙烷和氧化亚氮等对空分设备运行有害的物质。
制冷系统：空分设备是通过膨胀制冷的，整个空分设备的制冷严格遵循经典的制冷循环。不过通常提到的空分制冷设备，只要是指：膨胀机。
热交换系统：空分设备的热平衡是通过制冷系统和热交换系统来完成的。随着技术的发展，现在的换热器主要使用铝制板翘式换热器。
精馏系统：空分设备的核心，实现低温分离的重要设备。通常采取高、低压两级精馏方式。只要由低压塔、中压塔和冷凝蒸发器组成。
产品输送系统：空分设备生产的氧气和氮气需要一定的压力才能满足后续系统的使用。只要由各种不同规格的氧气压缩机和氮气压缩机组成。
液体贮存系统：空分设备能生产一定的液氧和液氮等产品，进入液体贮存系统，以备需要时使用。只要是由各种不同规格的贮槽、低温液体泵和汽化器组成。
控制系统：大型空分设备都采用计算机集散控制系统，可以实现自动控制。
空分设备从工艺流程来说可以分为5个基本系统：
杂质的净化系统
主要是通过空气过滤器和分子筛吸收器等装置，净化空气中混有的机械杂质、水分、二氧化碳、乙炔等。
空气冷却和液化系统
主要由空气压缩机、热交换器、膨胀机和空气节流阀等组成，起到使空气深度冷冻的作用。
空气精馏系统
主要部件为精馏塔（上塔、下塔）、冷凝蒸发器、过冷器、液空和液氮节流阀。起到将空气中各种组分分离的作用。
加温吹除系统
用加温吹除的方法使净化系统再生。
仪表控制系统
通过各种仪表对整个工艺进行控制。

‘叁’ 常用的制冷方法

第一、利用高压气体膨胀制冷，利用常温下的高压其他在膨胀种绝热膨胀，风冷式冷水机组的型号，到达较低的温度，气体复热时即可在低温下制冷

第二、液体蒸发制冷，在常温下冷凝的液体节流到较低的压力，它的温度也会随之降低，液体在低压下蒸发之后就能够达到制冷的效果。

第三，气体涡旋式制冷，在常温下高压气体流经涡流管就可分离成冷、热两股气流，冷气流复热时就能够制冷。

第四，半导体制冷，利用半导体的帕尔贴-塞贝克效应制冷。

第五，化学方法制冷，利用吸热效应的化学反应过程制冷。

在没有空调的日子里，我们需要用物理方法制冷，通常是用液体蒸发吸热这种方法，不过近年来出现气体膨胀吸热的，也可以使用。不过相对来说更加危险

最简单的方法就是把打火机气体放出来然后就可以看到液态丁烷沸腾吸热了，然后就可以制冷了，效果比半导体制冷片好得多，而且气体也不贵。
作者：小林家的垃圾王R
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出处： bilibili

‘肆’ 空分透平制冷原理

透平膨胀机制冷的基本原理 根据能量转换和守恒定律可知，气体在透平膨胀机内进行绝热膨张对外作功时，气体的能量焓值一定要减少，从而使气体本身强烈地冷却，而达到制冷的目的。
透平膨胀机的实际制冷量总比理论制冷量要小，因此，膨胀机的效率总是小于1。膨胀机的效率越低，则在相同进、出口压力和进口温度下，膨胀机的单位工质制冷量越小，反映出膨胀机的温降效果越小。在实际操作中，应该了解哪些因素影响膨胀机的效率，以便尽可能保证膨胀机在高效率下运转。

‘伍’ 常见的制冷方法有哪几种

实现制冷有两种方式:天然制冷和人造冷源。

天然制冷:深井水或天然冰冷却物体，一般能获得0℃以上的温度。

人造冷源:有液体汽化法、气体膨胀法、热电法、固体绝热去磁法等，不同制冷方法适用于获取不同的温度。人工制冷方式的种类繁多，形式各异。制冷所用的能源也各有不同，有以电能为能源制冷的，如用氨、氟及其他工质实现制冷循环的压缩式制冷机;有以蒸气为能源制冷的，如蒸汽型溴化锂吸收式制冷机等;还有以其他热能为能源制冷的，如热水型溴化锂制冷机、直接燃烧油或天然气的溴化锂制冷机以及太阳能吸收式制冷机等。就是消耗一定的能量来换取将低温物体的热量向高温物体传递，从而获得低温。液体汽化吸热制冷是目前国内外普遍采用的制冷方式。

‘陆’ 常见的制冷方式

一、蒸气压缩式制冷循环
利用工质相变产生的潜热，通过压缩、冷凝、节流、蒸发4个过程的封闭循环实现制冷，是现在应用最广泛的一种制冷循环。
压缩机：将蒸发器中的制冷剂蒸汽吸收，并将其压缩至冷凝压力，然后排至冷凝器；
冷凝器：将来自压缩机的高压制冷剂蒸汽冷凝成液体，在冷凝过程中，将制冷剂蒸气放出的热量被冷却水或空气带走；
节流阀：制冷剂液体通过节流阀时，压力由冷凝压力降低至蒸发压力，部分液体闪发为蒸气；
蒸发器：节流后的制冷剂液体在蒸发器内蒸发成气体，同时吸收被冷却物体的热量，被冷却物体可以是液体载冷剂或空气。
1、螺杆压缩式制冷机
优点：体积小、重量轻；经构简单，易损件少，可靠性高；机器力矩变化小、振动少、运行平稳；能承受一定的液击；能量可以无级调节；压缩效率高，转子喷油后排气温度低，气密性好；
缺点：转子部件表面呈曲面形状，加工精度要求高；需庞大的油分离器来分离喷入机内的油，辅助设备复杂。
2、离心压缩式制冷机
优点：性能系数高、制冷量大；单位功率的机组重量轻、体积小；易于实现多级压缩和节流；自动化程度高；可通过进口导叶或变频，自动对制冷量进行无级调节，调节范围宽；制冷机中混入制冷剂的润滑油量少，对换热器传热效果影响小。
缺点：转速高，，必须适用于大流量场合，不适用于制冷量小的场合；离心压缩式制冷机固有的低负荷时的喘振现象得不到有效解决。
3、活塞压缩式制冷机
优点：出现最早的一种机型；热效率高、高速；多缸、能量可调；适用多种制冷剂、制造容易，价格较低、易于操作管理
缺点：结构较复杂，易损件多，检修周期短；往复运动的惯性大，输气不连续，排气压力有脉动，设备振动较大。适用冷量小
4、涡旋压缩式制冷机
与往复式活塞式相比，具有效率高、噪音低、零部件少、重量轻、体积小、节约能耗、振动小的特点。
5、冰蓄冷
优点：该系统能实现移峰填谷，结合不同时段的电价差，能节约不少运行费用；尤其对空调负荷出现在白天，且晚上不需要供冷，且电价差大的工程，其优势更明显。
缺点：加大初投资；占用机房面积大；控制复杂。
常用的蓄冰方法：冷媒盘管蓄冰、完全冻结式蓄冰、容器式蓄冰
6、水蓄冷
优点：可使用常规冷水机组、也可用吸收式制冷机在经济状态下运行；适用于常规系统的改造的扩容；技术要求低、维护方便，可利用消防水池、原有蓄水设施来进行蓄水
缺点：蓄冷量小于600*104Kcal/H或蓄冷容积小于760m3时，水蓄冷经济性得不到体现；占用空间大，控制复杂
常用水蓄冷方法：自然分层蓄冷、多罐式蓄冷、迷宫式蓄冷、隔膜式蓄冷
7、热泵：
热泵是近年来发展和应用速度较快的一种设备。热泵是夏季供冷、冬季供热的设备。由于具有节能和环保方面的优势，很快成为中央空调的重要冷、热源设备。
热泵的种类很多，诸如：空气源热泵、水源热泵、地源热泵、水环热泵、燃气热泵等
7.1、空气源热泵（风冷热泵）
空气源热泵（也称风冷热泵）通俗地说是一种无需水源，只与空气换热的电驱动供冷暖设备。它的作用是在低温分抽取热量，向温度高的部分放出热量的一种机械设备，它是一种热量（或冷量）交换设备，所耗费的电量并非用来发热，而是用来克服机械阻力，因此它的能效比（COP系数）较高，COP可达1：4.5以上．是一种高效节能产品．
夏季时以大气为放热侧，冬季时以大气为吸热侧。
在中国的主要适用城市：上海、南京、武汉、重庆、长沙、合肥、南昌等地，随着机组本身性能的提高，己应用于北京、天津等北方地区。北方地区以最佳能量平衡点来选择热泵机组，主要用于宾馆、办公楼等，而商场、剧院等则不适用。

‘柒’ 空分装置基本原理和过程

空分设备是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备，广泛应用于传统的冶金、新型煤化工、大型氮肥、专业气体供应等领域。

具体流程为：自空压机来的压缩空气，经分子筛除去水分、二氧化碳、碳氢化合物等杂质后，一部分空气被直接送往精馏塔的上塔，另一部分则进入膨胀机经膨胀制冷后，被送往下塔。精馏塔中，上升蒸汽和下落液体经热量交换后，在上塔的顶部可得到纯度很高的氮气，在上塔底部可得到纯度很高的氧气。

(7)空分系统常用的制冷方法扩展阅读：

空分生产生产区现场人员的衣着必须无油和无油脂。装置工作区内禁止贮放可燃性物品。对装置运行所必需的润滑剂和原材料，必须由专人妥为保管。要防止氧气的局部增浓。如果发现某些区域空气中的氧气已经增浓或存在增浓的可能性，则必须清楚地作出标记，并加以强制通风，对存在氢增浓的地方也应参照办理。

在空分装置正常运行时，2#膨胀机增压后空气出口水分含量分析AIA402突然出现波动，最高上涨到54.7ppm，以远远超过正常值在2ppm。同时2#膨胀空气与主换阻力PI405AA也增长至50kPa，导致膨胀空气进塔量突然减少2000m/h。

‘捌’ 空分是怎样冷冻到-170℃

空分靠的压缩-膨胀来使得空气降低到这么低的温度的，靠压缩机压缩，膨胀机来膨胀，由于膨胀是对外做功，然后损失能量，使得气体的温度降低，从而达到这么低的温度
除此之外，还通过节流装置来降低温度

‘玖’ 空分制冷的方式

气体通过膨胀机作外功膨胀，要消耗内部能量，温降效果比节流不作外功膨胀时要大得多。尤其是对低压空分设备，制冷量主要靠膨胀机产生。但是，膨胀机膨胀的温降在进口温度越高时，效果越大。并且，膨胀机内不允许出现液体，以免损坏叶片。
因此，对于中压空分设备，出主热交换器的低温空气是采用节流膨胀进入下塔的，以保证进塔空气有一定的含湿。
对低温液体的膨胀来说，液体节流的能量损失小，膨胀机膨胀与节流膨胀的效果已无显着差别，而节流阀的结构和操作比膨胀机要简单得多，因此，下塔的液体膨胀到上塔时均采用节流膨胀。

‘拾’ 空分设备常用的制冷方法

空分设备常用的制冷方法主要是，
节流制冷和膨胀制冷，
设备规模大的一般用膨胀制冷。