5.产品送出
低压氧氮产品，设置产品调节阀与放空流路，放空进消音器（氮气内件为碳钢，氧气内件为不锈钢）。污氮气设置去水冷塔放空（起污氮气放空作用、调配再生气以及调整上塔压力的作用，要求水冷塔塔径能够满足泄放要求，尤其有氮气也通入的场合，不能使上塔压力憋高，水冷塔阻力6kPa(8米高填料)，管路及阀门4kPa，对大气放空压差2kPa，总共12kPa）。
高压氧气产品放空采用两级节流，先是高压产品气节流至10barG，经过偏心异径管，中间设置蒙乃尔降噪板，再通过偏心异径管扩大管路直径，氧气介质流速控制在10m/s以下，再通入消声塔节流放空，消声元件不锈钢；高压氮产品，氮气产品先节流至10bar，通过不锈钢降噪板，再通入消声塔节流放空，消声元件碳钢；氧气阀门要求不得人去操作（调节阀禁带手轮，手动阀放置防爆墙内）。
消声塔还可以与压缩机系统放空合二为一，空压机增压机降噪（按照空压机量计算），通入消声塔，以及纯化系统泄压空气，增压机打回流，泄放部分。
产品控制方式有：流量（要求有温压补偿）-放空阀控制法（放空阀调节流量，较粗放，造成浪费，用于上塔低压氮气），流量-产品阀控制法（采用产品阀控制流量，有可能造成主塔系统憋压，一般不采用此种方式），压力-放空阀控制法（一般用于控制系统压力），流量-产品阀和压力高选-放空阀控制法（流量为主控（控制阀在产品阀），超压时动作放空阀泄放）。
对氧产品不管高压低压尽量不放空，所以用产品阀来调节流量，放空阀仅仅在超压时动作。氮气产品5bar以上尽量不放空，控制方式与氧产品相同；低压氮气可以采取放空阀调节方式（即流量-放空阀控制法），此时产品阀起联锁关断作用，污氮气压力-放空阀控制法（压力为主控，控制阀为放空阀，保障上塔压力的稳定，所以此阀设计时Cv值要留30%的余量）。
高压氧阀（调节阀，手动阀（DN150以上设置旁通小阀，防止流速过高产生绝热压缩，采用蒙乃尔材质；同时反装，闭时高压侧压住阀瓣），止回阀，安全阀）过流部分采用蒙乃尔。
6.膨胀制冷系统
膨胀机一般有三种，即低压膨胀机，中压膨胀机和液体膨胀机。
对于一定类型的气体膨胀机来说，工质体积流量越大，效率越高。一般流量8000Nm³以上的低压膨胀机效率为85∽88%，流量小于3000∽8000Nm³效率会低至70∽80%。
中压膨胀机一般采用一台进口一台国产（备用）。气量8000Nm³/h以上进口膨胀机效率82∽91%（增压端少4个点）；国产膨胀机效率78∽87%（增压端少5个点）。
膨胀机启动前需要先吹扫（除去管系杂质，膨胀机蜗壳内杂质），再通密封气（正常时由增压端提供），然后进行油系统外循环，内循环，做完联锁测试然后方能启动，冷试合格后冷紧；冷启动需要启动油箱加热器，正常运行后不需要，此时轴承的冷热已经平衡。
一般膨胀机两台机组并联设置时，管路设置要求膨胀端阀门反装，高压侧压住阀瓣，同时增压端出口和膨胀端出口设置安全阀。
膨胀机需要有密封气，加温气，吹扫气的设置，国外刚性转子运行时有快速（10秒内）通过临界转速（转子频率与材料固有频率接近时）的要求，以防损坏机组。国产一般挠性转子，无此要求。但是刚性转子轴振小，寿命长，挠性转子轴振大，寿命短。
低压膨胀机由于受膨胀空气进上塔气量限制以及自身制冷流路较弱，只能通过增大机前温度来增大制冷量，中压膨胀机温度影响较小，而且膨胀空气进下塔，对精馏有利。
膨胀机增压端和膨胀端均设置过滤器（膨胀端设置在膨胀机过桥，易于拆开除去杂质），一般采用两台共用。
液体膨胀机本质是利用高压液体的压力头来进行水力做功（同时液体焓值降低，但是与气体相比，相差甚远），一般4万等级以上内压缩空分设备均可用液体膨胀机代替高压液空节流阀。它的优势为利用液体膨胀机制冷和膨胀功发电达到节能目的，一般可实现节能2%左右，但是其投资达千万元。
7.精馏塔系统
下塔1.5∽5万等级采用筛板塔较多，环流塔板在1.5万等级以下直径塔较有优势（液体流程较对流长，但是制造复杂），对流3万等级以下应用较多，1.5万等级以上较占优势，四溢流在3万等级以上大塔较占优势，填料塔能耗较低，不过下塔高度要增加5米左右。5万等级以上空分较占优势，尤其上下塔平行布置的情况。
筛板下塔的阻力为15~18KPa，如采用规整填料塔一般在4~5KPa，这样相当于减少空压机背压11~13KPa， 这样2万等级空分设备每小时可节电75~110KW，每年8000小时和0.5元/KWh，年可节约30~40万元，下塔从筛板塔改成规整填料塔而增加的成本4~5年就能收回。目前各填料厂家正开发效率更高和更适应在0.4~0.5MPa压力等级下有效精馏的规整填料，以降低规整填料下塔的高度。
上塔、粗氩塔及精氩塔采用填料塔，厂家一般为苏尔寿，或者天大北洋，对粗氩塔冷源配置一般是富氧液空，同时可将废气放散入污氮气管路，氩系统停运时能耗低；精氩塔热源为富氧液空，或下塔氮气，冷源可以是贫液空或者液氮，进料有液相和气相两种。需要注意的是粗氩塔冷凝器板式的密封性要求较高，否则会导致氩产品不合格。
主冷有单层，立式双层、卧式横列双层，立式三层和降膜主冷（液氧与气氧向下，与氮气同流向）。全浸主冷液位控制1.5∽2.2米，太低有短管效应，并且氮侧液氮有一定液位，导致换热效果差，同时液氧循环倍率低（一般要求3以上），不太有利；对液氧侧而言，液位太高造成下段过冷区温差太小而导致换热面积占用太大，上段气相换热区效果差些，中间为相变主换热区太短，从而导致换热效果差；一般全浸主冷温差1.0∽1.5K。膜式主冷由于没有液位，其温差0.6∽0.8K，节能2%左右。
精馏塔系统的布置有7种方式：（1）上下塔垂直布置，为常规布置方式，高度较低，无下塔液体难以进入上塔或者粗氩塔冷凝器的状况（管路全液相上行背压能够满足，此时管径不能小）；（2）上下塔垂直布置，为常规布置方式，高度适中，下塔液体难以进入上塔或者粗氩塔冷凝器采用设置汽提管路带液体去上塔（要求管路出口满足ρυ²＞3000，ρ为密度，υ为流速，进气位置在管路汽化率为1%高度处，此时需要适当缩小管径，同时液体过冷度不能大）；（3）上塔自氩馏分段落地布置，采用两台循环氧泵连接，降低上塔高度可以解决下塔液体无法进入上塔或者粗氩塔冷凝器的状况；（4）上塔自氩馏分段落地布置，采用循环泵连接，粗氩塔最上段座在上塔上部，这样可以使冷箱空间缩小；（5）上塔自主冷落地布置，采用循环泵连接，主冷在下塔顶部，优点是主冷可以做的很大；（6）上塔自主冷落地布置，采用循环泵连接，粗氩塔最上段座在上塔上部，优点是主冷可以做的很大，同样可以使冷箱空间缩小；
8.液体泵系统
卧式泵水平布置（进液管低于排液管），需要设置加温气（设置在泵后，或者泵前过滤器前，防止杂质进入），密封气，排液排气阀（低处排液，高处排气）和回流管路（回液进气相），卧式泵转速不能太高，一般排压30barG以下，卧式泵由于水平布置，冷态收缩轴承受力较好，但是转速高转子动平衡不好满足。
立式泵采用轴承悬挂式布置（进液管高于排液管），承受向下拉力较大，转子重心与轴重合，转速可以很高；一般30bar以上，需要设置：泵前回气（注意卧式泵无），加温气（设置在泵过滤器前，高处进气）， 密封气，排液排气阀（低处排液，高处排气，预冷时看是否冷透）和回流管路（回液进气相）。立式泵一般均是多级，回气管路要求不得向下（平出，或者倾斜向上），否则会造成气体不能排出，易导致泵汽蚀。另外低温泵电机需要设置吹风管路，防止夏天过热，冬天结霜。
液氧泵液氮泵在线冷态备用，其中液氮泵密封气密封气压力7barG以上；氧泵密封气压力4barG(下塔压力氮气即可满足)；循环液氩泵，一用一备，密封气一般采用液氩汽化密封，要求流量有20%的余量。一般液氩泵自身回流阀压力-旁通控制，出口阀流量-液位控制，采用双回路控制。
9.产品压缩系统
氮透一般压缩空气的均可满足，需要设置5barG的密封气，30bar双缸（两段）单轴八级压缩,氮气透平压缩机压力较高采用齿轮式较为节能。
氧透根据排压有单缸（压力低）和双缸（高压缸和低压缸）（8级压缩至30bar），一般30barG以下，需要设置5barG的密封气（压力氮气可满足），同时由于氧气介质有高压高温火患原因，所有过流部分均采用铜合金，需要设置保安氮气，一般由工程设计院考虑；进口氧透价格较高，为国产2倍左右，一般不采用，目前一般均杭氧氧透，排压3 ∽30barG，流量8000Nm³/h以上均可满足。但是流量小，氧透效率较低，一般8000Nm³/h（55%）∽80000Nm³/h（68%）。
氧透一般应用于外压缩流程，从3∽30barG均有,不过一般要和带增压机的内压缩流程（效率一般70%以上，也有流量限制，效率要较氧透高10个点以上，这样甚至可以抵消外压缩较内压缩少复热附加能耗损失的优势，但是内压缩用于钢厂排压需要提高，以免换热系统波动）进行能耗比较，最后确定方案。对于钢厂用氧不连续，一般采用球罐缓冲，同时供氧压力要求高于用气压力。
活塞氮压机，一般量在6000Nm³/h以下，由于脉冲式吸气，需要机前设置缓冲罐，来保障上塔压力或者下塔压力的稳定，以使其影响最小，同样当系统后要求压力稳定时，需要设置机后缓冲罐，保障机后系统的稳定；活塞机一般采用调节机前压力的方式进行流量和排压的调控，当机前压力低时，采用回流方式来提高机前压力，当机前压力高时，采用关闭回流方式调节机前压力，如果继续增高，则采用氮气产品前端放空方式，以降低上塔压力。一般配置为多用一备方式。需要较多活塞环，阀片等备件，机械密封一般连续运行两个月左右，迷宫密封可连续运行一年。
活塞氧压机同氮压机原理相同，一般量在6000Nm³/h以下，排压30bar以下，500Nm³/h以下气量可以排压达16.5MPaG，也需要有机前缓冲罐，机后缓冲罐；进排气连通；系统前端放空（空分系统氮气放空）等设置，不过气缸及活塞体材质为铜合金。一般配置为多用一备方式（变负荷采用多台组合）。需要较多活塞环，阀片等备件，机械密封一般连续运行两个月左右，迷宫密封可连续运行一年。
10.节能新技术展望
节能方面除了选择能耗最低的流程组织形式；机组选型考虑高效可靠，流程组织方式与高效机组匹配；合理降低主冷凝蒸发器液位；提高板翅式换热器的翅片性能，提高换热器效率；强化主冷凝蒸发器的换热效率；降低主冷温差，降膜主冷的应用；开发节能型蒸汽加热器，优先应用径向流吸附器，配置液体膨胀机；通过合理配置管道以及单元设备的布置降低管道和单元设备布置不合理带来的压力损失；适当降低流体的流速来降低管道的阻力；通过工艺改造降低设备及系统阻力等，另外还有以下有待开发的节能方式：
（1）自动变负荷（ALC）系统
自动变负荷（ALC）系统是建立在DCS控制系统之上的一套上位机系统，它是以建立流程数学模型为基础、以先进控制算法为手段来对设备进行自动控制和参数优化的专家控制系统。由于在一些空分装置用户中，存在着用氧不均衡的状况，而空分设备生产又是必须连续性运行的，因此就造成了用户用氧量减小时，大量的氧气被放空，造成能源的巨大浪费，而降低氧气放散率成为了降低制氧成本的关键。而自动变负荷系统能够实现用户在75~105%之间的各个用氧量的要求，同时也降低了氧气的放散率，同时对产品纯度进行控制，例如要求大于99.6%的O2将纯度报警设置在99.62~99.65%。
（2）放空废气发电技术
化工厂废气排放量大，采用风电系统对于放空消声塔，水冷塔等放空气体所带的压力能进行回收，同时采用对纯化系统再生时（只对加温阶段90分钟，总240分钟）抽真空方式（真空泵）来降低上塔工作压力，从而实现节省能耗。
（3）水系统冷热耦合设计
热水系统与冷水系统的耦合设计，实现高效节能利用，尤其对于大型装置，万分之一的节省都是不小的数额，同时采用低温水冷却压缩机系统，节能可达1∽5%左右（当然需要低温冷源付出能耗代价，但是可利用多余冷量），效果显著。
（4）15~20万等级特大型空分设备的研发
其中配套自洁式过滤器（可将膜分离CO2同其耦合一起，减小后面纯化系统吸附剂用量，国内有待研发）国内可满足，原料气压缩机曼透平和西门子1台可满足，国产2台，多轴；空气冷却塔塔径φ7~8.5m（现场组装，对称双进气或者四进气），吸附器采用球罐型，直径φ10~12m（现场组装，吸附器厚度2~2.5m，新开发吸附器与电加热一体式，降低阻力且占地小，采用卧式采用进出口不对称S形流道，提高吸附效率），精馏下塔采用斜流筛板塔（四溢流塔板沿着流向呈W，角度1°~3°，可使得塔板上清液层厚度相同，提高精馏效率5%,，对于高粘度物质尤其适用，原来的清液层厚度不均，塔板上依靠位差流动，此项技术世界领先，无滞流和回流）或者填料塔(800.Y)φ6.5~8m，主冷采用2只立式四层主冷或者2只多层降膜主冷（板式换热单元全部采用标准1米高），上塔及氩塔采用填料塔(752.Y为主)φ6~7.5m，上塔分2段，换热器冷箱与主塔冷箱分开。
外压缩空分流程采用自增压+单独中压制冷流路，内压缩采用高低温膨胀机+液体膨胀机流路，组合式模块。
结束语
空分装置是为大型冶金、大型煤化工、大型化肥原料、“煤代油”工程及石油化工等重要工业装备配套的不可缺少的关键装备。主要提供大规模、高压的氧气、氮气产品，供后续化工工艺使用。工业装置普遍趋于大型化，为之配套的空分装置的规模也日趋大型化。在技术更新迅速、市场竞争激烈的今天，唯有不断进步方能有生存之地，唯有不断创新方能有发展之力，唯有不断开放方能有壮大之势，当前工业国际化步伐进一步加快，只有勇于攻坚克难才能进一步深化和繁荣气体分离行业，为此需要全行业不断开拓，共同做出贡献。
