隨著中國航天航空事業(yè)的快速發(fā)展，對于氣體純度、供應(yīng)安全性和設(shè)備穩(wěn)定性的要求日益提高。而浙江盛爾氣體作為專業(yè)的深冷空分裝置EPC供應(yīng)商，就生產(chǎn)制造液氮液氧的高純氮空分裝置，這在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。從燃料惰化到電子保護(hù)，從推進(jìn)系統(tǒng)輔助氣體供應(yīng)到材料冷卻，空分所生產(chǎn)的液氮以及液氧正在為這份事業(yè)增加強(qiáng)大動力。

什么是高純氮空分裝置？

空分裝置，即空氣分離裝置，是通過物理手段將空氣中的主要成分（氮氣、氧氣、氬氣等）分離出來的工業(yè)設(shè)備。高純氮空分裝置通常采用深冷法空氣分離技術(shù)，這一方法基于不同氣體在不同溫度下的液化點差異，通過空氣壓縮、凈化、冷卻、分餾等多級流程，最終實現(xiàn)氮、氧的高純度提取。

1. 空氣凈化與壓縮：?環(huán)境空氣首先經(jīng)過嚴(yán)格過濾，去除塵埃、水分、二氧化碳、碳?xì)浠衔锏入s質(zhì)，確保后續(xù)流程安全穩(wěn)定。凈化后的空氣被多級壓縮機(jī)壓縮至高壓，提供動力源。
2. 預(yù)冷與純化：?壓縮后的高溫空氣通過冷卻系統(tǒng)預(yù)冷降溫。隨后進(jìn)入純化器分子篩吸附器，深度脫除殘留的水分、二氧化碳及部分碳?xì)浠衔铩?/li>
3. 精餾：?這是空分裝置的核心。凈化空氣進(jìn)入由主換熱器、膨脹機(jī)和精餾塔組成的低溫系統(tǒng)。主換熱器利用返流的低溫產(chǎn)品氣體（氮氣、氧氣）冷卻正流的高壓空氣，實現(xiàn)冷量回收。高壓空氣經(jīng)過節(jié)流膨脹或透平膨脹機(jī)膨脹，溫度急劇下降至遠(yuǎn)低于零下150℃，甚至接近零下200℃，空氣被液化。液態(tài)空氣進(jìn)入雙級精餾塔（下塔和上塔）。利用氮氣沸點（-195.8℃）低于氧氣沸點（-183℃）的特性，在精餾塔的多層塔板上，氣相（富含氮）上升，液相（富含氧）下降，通過反復(fù)的部分汽化和部分冷凝，最終在下塔頂部獲得高純氮氣（99.999%或更高），在上塔底部獲得高純液氧（99.6%或更高）。液氮則通過從冷凝蒸發(fā)器抽取液態(tài)產(chǎn)品獲得。
4. 儲存與輸送：?分離得到的高純氣態(tài)氮/氧可直接加壓充瓶或管道輸送。液氮、液氧則被泵入大型低溫儲罐中保溫儲存，通過槽車運(yùn)輸至應(yīng)用現(xiàn)場。

液氮在航天航空中的關(guān)鍵作用

在航天航空領(lǐng)域，液氮廣泛用于溫度控制、材料處理、推進(jìn)系統(tǒng)輔助等關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

1. 推進(jìn)劑儲罐惰化：在發(fā)射任務(wù)中，液氮常用于火箭燃料儲罐的惰化處理，防止可燃?xì)怏w與空氣中的氧氣混合形成爆炸性混合物，提高燃料存儲與輸送的安全性；
2. 航天器組件冷卻：電子元件、紅外傳感器和高精度測量系統(tǒng)常需要在低溫下運(yùn)行，液氮可提供-196°C的穩(wěn)定低溫環(huán)境，有效控制熱膨脹及熱噪聲，提升系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性；
3. 材料冷處理與疲勞測試：航天器部件如復(fù)合材料、鈦合金等，在液氮環(huán)境下可進(jìn)行低溫性能測試或表面強(qiáng)化處理，以驗證其在極端環(huán)境下的耐用性；
4. 環(huán)境模擬試驗：在航空航天器出廠前，需在低溫真空環(huán)境中進(jìn)行綜合性能測試，液氮作為冷源，可模擬外太空的極端工況。

據(jù)中國航天科技集團(tuán)數(shù)據(jù)顯示，每次大型火箭發(fā)射任務(wù)中，對液氮的需求通常在20噸以上，顯示出其在發(fā)射保障體系中的核心地位。

液氧在航天航空中的關(guān)鍵作用

液氧常與液氫和煤油等還原劑一同使用，作為重要的氧化劑。例如，早期的彈道導(dǎo)彈如V2和R-7就采用了液氧作為氧化劑。此外，液氧還可用作發(fā)泡劑，為發(fā)動機(jī)提供高比沖。

以SpaceX獵鷹9號火箭為例，單次發(fā)射消耗液氧約245噸；其正在測試的星艦系統(tǒng)（超重型助推器+星艦飛船），一次發(fā)射預(yù)估消耗液氧量將高達(dá)驚人的2400噸以上。這背后需要龐大、穩(wěn)定、可靠的高純液氧生產(chǎn)能力支撐。

綜上所述，高純氮空分裝置作為航空航天任務(wù)中不可或缺的重要設(shè)備，其通過高效、穩(wěn)定的深冷空氣分離技術(shù)，為航天器提供液氮、液氧等高純氣體資源，支撐著從推進(jìn)系統(tǒng)到環(huán)境控制再到結(jié)構(gòu)材料測試等多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的運(yùn)行。液氮主要承擔(dān)冷卻與惰化任務(wù)，液氧則是高效推進(jìn)劑的重要組成。隨著技術(shù)不斷演進(jìn)，空分裝置在航天航空領(lǐng)域的作用將更加突出，其應(yīng)用價值也將隨之持續(xù)擴(kuò)大。盛爾氣體也愿意全力助力航天航空事業(yè)，跑出“新速度“，提供高純度的、高質(zhì)量的空分裝置設(shè)備。