倪剑钢(杭氧股份有限公司设计研究院，杭州东新路388号 310004)
摘要：介绍了采用内压缩流程技术的空分设备的特点，并从投资成本与运行费用两方面对内压缩流程与外压缩流程进行了比较，最后就冶金行业和化工行业选择哪一种流程的空分设备提出了建议。
1 概述
当前由于冶金及化工行业的迅速发展，空分设备的订货量非常大。现在有许多新的技术应用到空分设备中，客户可以有多种选择，因此，如何选择合适的空分设备就非常重要。
从不同的角度，空分设备有不同的分类方法。按空分设备的主要用户来分，可以分为冶金型和化工型。按空分设备的：工艺流程来分，现在流行的有外压缩流程与内压缩流程两类。
目前，国内新建的空分项日有部分是采用内压缩流程技术的，有部分用户比较倾向于采用内压缩这种新的空分流程。尽管用户采用何种工艺流程是出于自身需求的考虑，但是如果对空分行业的实际情况并不是了解得非常清楚的话，这种选择多少也带了一点盲目性，；下面将对内压缩流程空分的特性及内压缩与外压缩的优缺点做较详尽的阐述，以供空分用户选择工艺流程时进行参考。
2 内压缩流程空分的特点
内压缩流程是相对于外压缩流程而言的。外压缩流程就是空分没备生产低压氧气，然后经氧压机加压至所需压力供给用户，也称之为常规空分。内压缩流程就是取消氧压机，直接从空分设备的分馏塔生产出中高压的氧气供给用户。该流程与常规外压缩流程的主要区别在于，产品氧的供氧压力是由液氧在冷箱内经液氧泵加压达到，液氧在高压板翅式换热器与高压空气进行热交换从而汽化复热。
与外压缩流程相比，内压缩流程主要的技术变化在两个部分：精馏与换热。外压缩流程空分是由精馏塔直接产生低压氧气，再经主换热器复热出冷箱；而内压缩流程空分是从精馏塔的主冷凝蒸发器抽取液氧，再由液氧泵加压至所需压力，然后再由一股高压空气与液氧换热，使其汽化出冷箱作为产品气体。可以简单地认为，内压缩流程是用液氧泵加上空气增压机取代了外压缩流程的氧压机。
的确，内压缩流程是一种新的技术，不过所谓新也只是相对于国内的空分行业而言。如同许多新技术一样，内压缩流程作为空分设备的一种技术最早是在发达国家出现的，国外早在20世纪80年代就有了内压缩流程的空分设备，如我国20世纪80年代从德国林德公司引进的镇海石化28000m3/h空分设备就采用了内压缩流程技术，尽管当时这套装置的净化系统还是使用切换板翅式技术而不是分子筛纯化技术。
在国外，内压缩流程技术的应用主要有以下三个因素：(1)安全性考虑，空分行业对安全的要求是非常高的，根据内压缩流程的技术特点，在理沦上要比外压缩流程的安全性高一些；(2)氧压机在设计制造中需要考虑的安全因素较多，价格就非常昂贵，采用内压缩流程所需的液氧泵加上空气增压机成本相应就低得多；(3)国外空分行业多采用管道现场供气的方式，也就是俗称的“卖气体”，气体公司在经营现场供气业务的同时，通常还出售大量的液体产品。在这样的情况下，内压缩流程空分就在运行成本上有较大的优势。
3 内压缩流程与外压缩流程的比较
了解了内压缩流程是怎么回事后，我们就可以来比较内压缩流程与外压缩流程的不同。如果用户新建空分项目，最重要的考虑就是投资收益，下面就结合我国空分行业的实际情况，主要从投资成本与运行费用两方面来进行比较．并从安全性与可靠性方面作一简单比较。
3．1 投资成本
首先是投资成本，大致上内压缩流程与外压缩流程在以下几个部分的投资成本会不一样。
3．1．1 压缩机部分
就是内压缩流程的液氧泵加上空气增压机与外压缩的氧压机相比。在国外，认为采用内压缩流程的投资要合算很多，那是国外的行情。因为国外的氧压机非常昂贵，举例来说，相同规格的透平氧压机，进口的价格是国产价格的3—4倍，而内压缩流程所需的空气增压机的价格是相应国产氧透的 1.5倍左右，至于液氧泵的成本，相比较而言可以忽略不计。这么大的成本差距，在国外当然是要选用内压缩流程的空分设备了。而在国内，情况正好相反。首先，外压缩流程的氧透完全可以采用国产，性能良好，价格低廉，且安全性能好。若采用内压缩流程的话，所需的空气增压机一般要求进口机组，国产机组在性能等各方面还不能完全满足要求。这样，采用内压缩流程的空分设备的成本就高了，事实上内压缩流程比外压缩流程高出的投资成本也主要在这个部分。
3．1．2换热器部分
因为内压缩流程空分要用到中高压的板翅式换热器，这会涉及到投资成本的变化。本来没必要考虑这部分的成本比较，因为国产的中高压换热器质量也相当可靠。不过几乎所有上内压缩流程空分项目的用户都对国内产品不太放心，所以就在这部分又增加厂不少成本，会增加20％左右。
3．1．3 膨胀机部分
内压缩流程多采用中压膨胀机，如果选用进口产品的话，通常只配一台，没有备机，但一般需要带齐包括转子在内的备件；而如果选用国产机组，会采用一用一备的方式。这样进口产品的成本要高 30％以上。外压缩流程采用低压膨胀机，国产机组完全可以达到进口产品的性能。
3．1．4 阀门部分
内压缩流程空分有部分中高压的流路，相应对阀门的要求也比较高，所以在这部分也会有一些增加的成本。
其余的部机和控制系统对于两种流程来说没有什么很大的不同。那么，从以上几点比较可以看出，由于涉及到机器设备的国产化能力的关系，对国内空分行业来说，外压缩流程空分比内压缩流程空分投资成本要低，与国外的情况相反。一般来说。一套内压缩流程空分设备的总价格会比同样的外压缩流程空分设备要高10％左右。
3．2 运行费用
运行费用主要由三大部分构成：运行能耗、备件及维护费用、操作维护人员的开支。这里只比较前两个部分。
3．2．1 运行能耗
虽然早有定论：“内压缩流程能耗略高。”不过还是要具体情况具体分析。空分设备中液体产品 (液氧、液氮和液氩总量)占气氧产品的比例对能耗的影响是很大的。一般可以认为8％左右的比例是一个分界点，低于这个比例以选用外压缩流程为宜，若高于这个比例采用内压缩流程就比较好了。而如果有客户准备新上的空分项目的这个比例正好在8％左右的话，就需要做仔细的方案比较，然后再决定采用哪一种流程。
3．2．2 备件及维护费用
与外压缩流程相比，内压缩流程空分设备由于进口的机组设备和其它部件较多，则相应的备件和维护费用也会高一些。不过备件的备用和采购习惯每个客户都不一样，这里就不多说了。
3．3 安全性和可靠性
最后还有很重要的方面，就是安全性与可靠性，这是最根本的，轻则影响用户与空分有关的所有生产设备的正常运行，重则影响整体投资的成功与否。
前面讲到了在理论上内压缩流程空分设备的安全性高一些，相对而言外压缩流程空分设备的安全隐患主要在于主冷凝蒸发器内液氧中碳氢化合物的积聚和透平氧压机。前者可以通过在线监控和定时进行液氧安全排放来解决问题，至于后者，国产氧透的技术早巳过关，绝对保证安全，也从来没有出过爆炸等恶性事故。可以说，经过多年的技术发展，外压缩流程空分的安全性是没有问题的。
空分设备的运行可靠性就涉及到设备质量、操作水平等各方面的因素。外压缩流程空分技术成熟，用户的操作也都很熟练，可靠性高。内压缩流程相对来说要复杂一些，自动化控制的要求更高。举例来说，内压缩流程的空气增压机与热交换器及精馏塔密切相关，一旦出现故障或操作失误，通常会导致整套空分设备停车，这也是空气增压机多采用进口机组的原因；而外压缩流程空分则不然，氧透的停车对空分设备的运行不会产生影响。评价可靠性牵涉的因素较多，对可靠性的看法也是见仁见智。笔者认为，对国内多数用户而言，外压缩流程空分设备更容易操作是肯定的。
根据上面综合性的比较，似乎可以认为内压缩流程空分设备价格又贵能耗又高，很不合算。其实投资成本是与国产化能力密切相关的，国产化能力高的话，投资成本就低，反之就高。当然如果客户的资金比较充裕就可以少考虑一些投资成本方面的问题。外压缩流程空分设备在国内已有二十年的发展，工艺流程相当成熟可靠，可以实现完全国产化，投资成本低，同时其自身各方面的技术也在不断的进步，如近年来规整填料及全精馏制氩技术的应用。在今后的若干年内，外压缩流程空分设备也是完全适应国内需要的。而内压缩流程空分设备，目前情况下，更适用于特定的用户。
4 冶金行业对空分设备的选择
冶金行业对用氧压力的要求通常在2.0--3.OMPa之间，无论是采用内压缩流程空分设备还是外压缩流程空分设备都可以实现。
根据不同的需要，内压缩流程空分设备可以有多种流程形式。目前国内制造的内压缩流程空分设备中比较典型的流程是膨胀空气进下塔的流程。这个流程的主要特点有两个：一是比较适合生产较大液体量，二是氩的提取率高。
现在国内冶金行业凡是订购内压缩流程空分设备的用户都选用了这一种流程，这些用户都有相同的需求：需要大量的液体产品以在满足生产的同时经营气体销售业务。
另外，这一流程还有一个好处，就是原料空压机和空气增压机可以组合成一体机，这对进行生产扩建而场地紧张的客户来说具有非常大的吸引力。
而对于许多新上的炼钢项目来说，采购空分设备只是为了满足生产需要，还暂时没有考虑气体销售业务，这样的话，客户就只需必要的液体产品作储存以供紧急备用，那么选用常规的外压缩流程空分设备就非常合理了。
5 化工行业对空分设备的选择
化工(石化)行业对用氧压力的要求一般比炼钢要高得多，低则4.OMPa，高的要到9.OMPa以上，而其所需的制氧规模也非常大，动辄“30000”以上。这样一来，如采用外压缩流程，常规透平氧压机的排压就达不到要求，还要增加活塞式氧压机，投资成本高，占地也大，还增添了安全性问题。
那么采用内压缩流程的空分设备就是唯一的选择了。而且，因为化工型的空分设备的产品结构通常比较复杂，要求同时生产多种压力等级的氧、氮产品，这就需要根据具体的要求，进行多种方案的比较，如采用单泵还是双泵内压缩，是采用空气循环还是氮气循环等，最佳的方案一定要遵循一次性投资成本和长期运行费用的最佳结合原则。
当然，如果客户对空分设备的要求不太复杂，类似于冶金型的空分设备，那么按照通常的内压缩流程或外压缩流程来考虑都可以。
6 结论
每一项新技术的应用都与相应的现实条件有关。时至今日，内压缩流程已经是完全成熟的空分工艺流程，国内的空分制造商也已完全掌握了相关的技术，从空分设备成套供货的角度来说完全没有问题。另一方面，目前我国的透平机械制造业与国外同行相比还有较大的差距，在这样的情况下，可以说在一个关键的环节上国内的机械制造行业还没有做好内压缩流程空分设备的完全国产化的工作。而外压缩流程作为经过多年发展、技术已成熟的空分工艺，就较适用于绝大多数的需求。
用户在新建空分项目的时候，不同的空分设备制造商所推荐的方案都有其自身的利益考虑，用户应作多方考察，多进行技术交流和探讨，究竟选择内压缩流程还是外压缩流程，一定要根据自身的切实需求和国内设计制造的实际情况来做决策。比如是只考虑生产需要还是要同时经营气体销售业务?是更关注投资成本还是运行费用?等等。
国外内压缩流程空分设备的全面发展是与国外的市场分工有着密切的关系，制造成本、气体公司的经营策略等因素起着决定作用。而国内的实际情况则差别很大，尽管日前国内内压缩流程空分设备用的不多，不过应该说发展的空间还是很大的，只要一些关键环节得到解决，以及市场分工发生变化，内压缩流程空分设备也会得到迅速的发展。
以上是个人的一点浅见，不到之处还请各位行家指正。
1 概述
当前由于冶金及化工行业的迅速发展，空分设备的订货量非常大。现在有许多新的技术应用到空分设备中，客户可以有多种选择，因此，如何选择合适的空分设备就非常重要。
从不同的角度，空分设备有不同的分类方法。按空分设备的主要用户来分，可以分为冶金型和化工型。按空分设备的：工艺流程来分，现在流行的有外压缩流程与内压缩流程两类。
目前，国内新建的空分项日有部分是采用内压缩流程技术的，有部分用户比较倾向于采用内压缩这种新的空分流程。尽管用户采用何种工艺流程是出于自身需求的考虑，但是如果对空分行业的实际情况并不是了解得非常清楚的话，这种选择多少也带了一点盲目性，；下面将对内压缩流程空分的特性及内压缩与外压缩的优缺点做较详尽的阐述，以供空分用户选择工艺流程时进行参考。
2 内压缩流程空分的特点
内压缩流程是相对于外压缩流程而言的。外压缩流程就是空分没备生产低压氧气，然后经氧压机加压至所需压力供给用户，也称之为常规空分。内压缩流程就是取消氧压机，直接从空分设备的分馏塔生产出中高压的氧气供给用户。该流程与常规外压缩流程的主要区别在于，产品氧的供氧压力是由液氧在冷箱内经液氧泵加压达到，液氧在高压板翅式换热器与高压空气进行热交换从而汽化复热。
与外压缩流程相比，内压缩流程主要的技术变化在两个部分：精馏与换热。外压缩流程空分是由精馏塔直接产生低压氧气，再经主换热器复热出冷箱；而内压缩流程空分是从精馏塔的主冷凝蒸发器抽取液氧，再由液氧泵加压至所需压力，然后再由一股高压空气与液氧换热，使其汽化出冷箱作为产品气体。可以简单地认为，内压缩流程是用液氧泵加上空气增压机取代了外压缩流程的氧压机。
的确，内压缩流程是一种新的技术，不过所谓新也只是相对于国内的空分行业而言。如同许多新技术一样，内压缩流程作为空分设备的一种技术最早是在发达国家出现的，国外早在20世纪80年代就有了内压缩流程的空分设备，如我国20世纪80年代从德国林德公司引进的镇海石化28000m3/h空分设备就采用了内压缩流程技术，尽管当时这套装置的净化系统还是使用切换板翅式技术而不是分子筛纯化技术。
在国外，内压缩流程技术的应用主要有以下三个因素：(1)安全性考虑，空分行业对安全的要求是非常高的，根据内压缩流程的技术特点，在理沦上要比外压缩流程的安全性高一些；(2)氧压机在设计制造中需要考虑的安全因素较多，价格就非常昂贵，采用内压缩流程所需的液氧泵加上空气增压机成本相应就低得多；(3)国外空分行业多采用管道现场供气的方式，也就是俗称的“卖气体”，气体公司在经营现场供气业务的同时，通常还出售大量的液体产品。在这样的情况下，内压缩流程空分就在运行成本上有较大的优势。
3 内压缩流程与外压缩流程的比较
了解了内压缩流程是怎么回事后，我们就可以来比较内压缩流程与外压缩流程的不同。如果用户新建空分项目，最重要的考虑就是投资收益，下面就结合我国空分行业的实际情况，主要从投资成本与运行费用两方面来进行比较．并从安全性与可靠性方面作一简单比较。
3．1 投资成本
首先是投资成本，大致上内压缩流程与外压缩流程在以下几个部分的投资成本会不一样。
3．1．1 压缩机部分
就是内压缩流程的液氧泵加上空气增压机与外压缩的氧压机相比。在国外，认为采用内压缩流程的投资要合算很多，那是国外的行情。因为国外的氧压机非常昂贵，举例来说，相同规格的透平氧压机，进口的价格是国产价格的3—4倍，而内压缩流程所需的空气增压机的价格是相应国产氧透的 1.5倍左右，至于液氧泵的成本，相比较而言可以忽略不计。这么大的成本差距，在国外当然是要选用内压缩流程的空分设备了。而在国内，情况正好相反。首先，外压缩流程的氧透完全可以采用国产，性能良好，价格低廉，且安全性能好。若采用内压缩流程的话，所需的空气增压机一般要求进口机组，国产机组在性能等各方面还不能完全满足要求。这样，采用内压缩流程的空分设备的成本就高了，事实上内压缩流程比外压缩流程高出的投资成本也主要在这个部分。
3．1．2换热器部分
因为内压缩流程空分要用到中高压的板翅式换热器，这会涉及到投资成本的变化。本来没必要考虑这部分的成本比较，因为国产的中高压换热器质量也相当可靠。不过几乎所有上内压缩流程空分项目的用户都对国内产品不太放心，所以就在这部分又增加厂不少成本，会增加20％左右。
3．1．3 膨胀机部分
内压缩流程多采用中压膨胀机，如果选用进口产品的话，通常只配一台，没有备机，但一般需要带齐包括转子在内的备件；而如果选用国产机组，会采用一用一备的方式。这样进口产品的成本要高 30％以上。外压缩流程采用低压膨胀机，国产机组完全可以达到进口产品的性能。
3．1．4 阀门部分
内压缩流程空分有部分中高压的流路，相应对阀门的要求也比较高，所以在这部分也会有一些增加的成本。
其余的部机和控制系统对于两种流程来说没有什么很大的不同。那么，从以上几点比较可以看出，由于涉及到机器设备的国产化能力的关系，对国内空分行业来说，外压缩流程空分比内压缩流程空分投资成本要低，与国外的情况相反。一般来说。一套内压缩流程空分设备的总价格会比同样的外压缩流程空分设备要高10％左右。
3．2 运行费用
运行费用主要由三大部分构成：运行能耗、备件及维护费用、操作维护人员的开支。这里只比较前两个部分。
3．2．1 运行能耗
虽然早有定论：“内压缩流程能耗略高。”不过还是要具体情况具体分析。空分设备中液体产品 (液氧、液氮和液氩总量)占气氧产品的比例对能耗的影响是很大的。一般可以认为8％左右的比例是一个分界点，低于这个比例以选用外压缩流程为宜，若高于这个比例采用内压缩流程就比较好了。而如果有客户准备新上的空分项目的这个比例正好在8％左右的话，就需要做仔细的方案比较，然后再决定采用哪一种流程。
3．2．2 备件及维护费用
与外压缩流程相比，内压缩流程空分设备由于进口的机组设备和其它部件较多，则相应的备件和维护费用也会高一些。不过备件的备用和采购习惯每个客户都不一样，这里就不多说了。
3．3 安全性和可靠性
最后还有很重要的方面，就是安全性与可靠性，这是最根本的，轻则影响用户与空分有关的所有生产设备的正常运行，重则影响整体投资的成功与否。
前面讲到了在理论上内压缩流程空分设备的安全性高一些，相对而言外压缩流程空分设备的安全隐患主要在于主冷凝蒸发器内液氧中碳氢化合物的积聚和透平氧压机。前者可以通过在线监控和定时进行液氧安全排放来解决问题，至于后者，国产氧透的技术早巳过关，绝对保证安全，也从来没有出过爆炸等恶性事故。可以说，经过多年的技术发展，外压缩流程空分的安全性是没有问题的。
空分设备的运行可靠性就涉及到设备质量、操作水平等各方面的因素。外压缩流程空分技术成熟，用户的操作也都很熟练，可靠性高。内压缩流程相对来说要复杂一些，自动化控制的要求更高。举例来说，内压缩流程的空气增压机与热交换器及精馏塔密切相关，一旦出现故障或操作失误，通常会导致整套空分设备停车，这也是空气增压机多采用进口机组的原因；而外压缩流程空分则不然，氧透的停车对空分设备的运行不会产生影响。评价可靠性牵涉的因素较多，对可靠性的看法也是见仁见智。笔者认为，对国内多数用户而言，外压缩流程空分设备更容易操作是肯定的。
根据上面综合性的比较，似乎可以认为内压缩流程空分设备价格又贵能耗又高，很不合算。其实投资成本是与国产化能力密切相关的，国产化能力高的话，投资成本就低，反之就高。当然如果客户的资金比较充裕就可以少考虑一些投资成本方面的问题。外压缩流程空分设备在国内已有二十年的发展，工艺流程相当成熟可靠，可以实现完全国产化，投资成本低，同时其自身各方面的技术也在不断的进步，如近年来规整填料及全精馏制氩技术的应用。在今后的若干年内，外压缩流程空分设备也是完全适应国内需要的。而内压缩流程空分设备，目前情况下，更适用于特定的用户。
4 冶金行业对空分设备的选择
冶金行业对用氧压力的要求通常在2.0--3.OMPa之间，无论是采用内压缩流程空分设备还是外压缩流程空分设备都可以实现。
根据不同的需要，内压缩流程空分设备可以有多种流程形式。目前国内制造的内压缩流程空分设备中比较典型的流程是膨胀空气进下塔的流程。这个流程的主要特点有两个：一是比较适合生产较大液体量，二是氩的提取率高。
现在国内冶金行业凡是订购内压缩流程空分设备的用户都选用了这一种流程，这些用户都有相同的需求：需要大量的液体产品以在满足生产的同时经营气体销售业务。
另外，这一流程还有一个好处，就是原料空压机和空气增压机可以组合成一体机，这对进行生产扩建而场地紧张的客户来说具有非常大的吸引力。
而对于许多新上的炼钢项目来说，采购空分设备只是为了满足生产需要，还暂时没有考虑气体销售业务，这样的话，客户就只需必要的液体产品作储存以供紧急备用，那么选用常规的外压缩流程空分设备就非常合理了。
5 化工行业对空分设备的选择
化工(石化)行业对用氧压力的要求一般比炼钢要高得多，低则4.OMPa，高的要到9.OMPa以上，而其所需的制氧规模也非常大，动辄“30000”以上。这样一来，如采用外压缩流程，常规透平氧压机的排压就达不到要求，还要增加活塞式氧压机，投资成本高，占地也大，还增添了安全性问题。
那么采用内压缩流程的空分设备就是唯一的选择了。而且，因为化工型的空分设备的产品结构通常比较复杂，要求同时生产多种压力等级的氧、氮产品，这就需要根据具体的要求，进行多种方案的比较，如采用单泵还是双泵内压缩，是采用空气循环还是氮气循环等，最佳的方案一定要遵循一次性投资成本和长期运行费用的最佳结合原则。
当然，如果客户对空分设备的要求不太复杂，类似于冶金型的空分设备，那么按照通常的内压缩流程或外压缩流程来考虑都可以。
6 结论
每一项新技术的应用都与相应的现实条件有关。时至今日，内压缩流程已经是完全成熟的空分工艺流程，国内的空分制造商也已完全掌握了相关的技术，从空分设备成套供货的角度来说完全没有问题。另一方面，目前我国的透平机械制造业与国外同行相比还有较大的差距，在这样的情况下，可以说在一个关键的环节上国内的机械制造行业还没有做好内压缩流程空分设备的完全国产化的工作。而外压缩流程作为经过多年发展、技术已成熟的空分工艺，就较适用于绝大多数的需求。
用户在新建空分项目的时候，不同的空分设备制造商所推荐的方案都有其自身的利益考虑，用户应作多方考察，多进行技术交流和探讨，究竟选择内压缩流程还是外压缩流程，一定要根据自身的切实需求和国内设计制造的实际情况来做决策。比如是只考虑生产需要还是要同时经营气体销售业务?是更关注投资成本还是运行费用?等等。
国外内压缩流程空分设备的全面发展是与国外的市场分工有着密切的关系，制造成本、气体公司的经营策略等因素起着决定作用。而国内的实际情况则差别很大，尽管日前国内内压缩流程空分设备用的不多，不过应该说发展的空间还是很大的，只要一些关键环节得到解决，以及市场分工发生变化，内压缩流程空分设备也会得到迅速的发展。
以上是个人的一点浅见，不到之处还请各位行家指正。
