提高空分設(shè)備氬產(chǎn)量的優(yōu)化措施①

藺海云

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司制氧廠,河南安陽(yáng) 455004）

提高空分設(shè)備氬產(chǎn)量的優(yōu)化措施①

藺海云

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司制氧廠,河南安陽(yáng) 455004）

介紹了 2#14 000空分設(shè)備工藝流程、技術(shù)參數(shù)、空分設(shè)備運(yùn)行時(shí)氬產(chǎn)量達(dá)不到設(shè)計(jì)值的現(xiàn)象。提出了改進(jìn)措施,采取調(diào)整空分設(shè)備運(yùn)行參數(shù)方法,來(lái)提高氬餾分流量,達(dá)到提高氬產(chǎn)品的產(chǎn)量,進(jìn)而給出了建議。

空分設(shè)備;調(diào)整參數(shù);氬產(chǎn)品產(chǎn)量

安鋼制氧廠 2#14 000 Nm3/h空分設(shè)備是 2001年投產(chǎn)的,是四川空分設(shè)備 (集團(tuán)）有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)和建造的,空分設(shè)備自投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)一直平穩(wěn),氧、氮產(chǎn)量和純度都符合設(shè)計(jì)要求,但是制氬系統(tǒng)運(yùn)行不太順暢,產(chǎn)量達(dá)不到設(shè)計(jì)值。氬餾分設(shè)計(jì)產(chǎn)量為 19 000Nm3/h,而實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)量在 17 000 Nm3/h左右,粗氬氣設(shè)計(jì)產(chǎn)量為 540 Nm3/h,而實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)量在 450Nm3/h左右。粗氬氣的純度也達(dá)不到設(shè)計(jì)值,設(shè)計(jì)時(shí)粗氬氣中含 O2為 ＜2×10-6,含N2為 ＜3×10-6,實(shí)際運(yùn)行值要高于設(shè)計(jì)值,粗氬氣中實(shí)際含 O2在 5×10-6左右,但這不影響煉鋼生產(chǎn)的要求,卻直接影響液體的對(duì)外銷售質(zhì)量。

1 制氬流程簡(jiǎn)介

安鋼制氧廠 2#14 000 Nm3/h空分設(shè)備采用空冷塔預(yù)冷、分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機(jī)制冷、膨脹空氣進(jìn)上塔和全精餾無(wú)氫制氬、產(chǎn)品氧氣外壓縮流程;上塔、粗氬塔和精氬塔均采用規(guī)整填料塔,下塔采用篩板塔。制氬系統(tǒng)粗氬塔分為兩段,起著分離氧氬、降低粗氬氣中氧含量的作用,粗氬Ⅱ塔冷凝器中的冷源來(lái)自主塔下塔中的經(jīng)過(guò)冷后的液空,釜底中的冷凝液作為粗氬Ⅰ塔中的回流液經(jīng)熱質(zhì)交換后流回到主塔上塔,精氬塔冷凝器中的冷源來(lái)自主塔下塔中的經(jīng)過(guò)冷后的液氮,蒸發(fā)器中的熱源為下塔中的壓力氮?dú)狻Ｖ茪逑到y(tǒng)工藝流程如圖 1所示。

2 空分設(shè)備主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

2.1 加工空氣量

進(jìn)裝置空氣量:75 500m3/h;進(jìn)冷箱空氣量: 74 750m3/h;進(jìn)冷箱壓力 0.5M Pa(表壓）:進(jìn)冷箱溫度:22℃。變工況范圍:80%～110%,有最大氣氧工況、液體工況、最大液體工況 (雙空氣膨脹）、最大液體工況 (空氣膨脹、氮?dú)馀蛎洠?/p>

2.2 產(chǎn)品技術(shù)參數(shù) (考核工況）

產(chǎn)品技術(shù)參數(shù) (考核工況）見(jiàn)表 1。

2.3 產(chǎn)品出空分設(shè)備工藝參數(shù)

產(chǎn)品出空分設(shè)備工藝參數(shù)見(jiàn)表 2。

圖 1 制氬系統(tǒng)工藝流程圖Fig.1 The argon producing system process flow chart

表 1 產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)Table 1 The technicalparam etersof product

表 2 產(chǎn)品出空分設(shè)備工藝參數(shù)Table 2 The technicalparam etersof product from air separation p lant

2.4 制氬系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)流量參數(shù)

制氬系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)流量參數(shù)見(jiàn)表 3。

表 3 制氬系統(tǒng)工藝參數(shù)Table 3 The technicalparam etersof argon-generating system

3 空分設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)品實(shí)際參數(shù)值

2#14 000空分設(shè)備是從 2001年投產(chǎn)到現(xiàn)在,一直在產(chǎn)品設(shè)計(jì)值情況下運(yùn)行,比較平穩(wěn)。氧氣產(chǎn)量在 15 000～16 000 Nm3/h范圍內(nèi),氧氣純度≥99.6%O2,氧氣出口壓力在 0.02M Pa左右。氮?dú)猱a(chǎn)量為 36 600～39 000 Nm3/h,氮?dú)饧兌取?0× 10-6(V/V）O2,氮?dú)獬隹趬毫υ?0.012 M Pa左右,污氮?dú)獬隹趬毫υ?0.012M Pa左右。從以上數(shù)值看,氧氣、氮?dú)狻⑽鄣獨(dú)猱a(chǎn)量和純度都在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)或相近處。但是氬餾分及粗氬氣的產(chǎn)量和純度有點(diǎn)偏低。氬餾分產(chǎn)量在 17 000 Nm3/h左右,與設(shè)計(jì)值相差 2000 Nm3/h多。粗氬氣量在 450 Nm3/h左右,與設(shè)計(jì)值相差將近 100 Nm3/h,粗氬氣純度在 5×10-6(V/V）O2左右,影響到液氬的產(chǎn)品銷售質(zhì)量,但對(duì)煉鋼生產(chǎn)的需求影響不大。

2009年下半年,氬產(chǎn)品市場(chǎng)緊俏,價(jià)格一直上揚(yáng),根據(jù)廠里安排,要求 2#14 000空分設(shè)備多生產(chǎn)氬產(chǎn)品來(lái)保障煉鋼用氬,而其他生產(chǎn)液氬純度好的設(shè)備則多生產(chǎn)液氬產(chǎn)品外銷,提高氣體產(chǎn)品外銷利潤(rùn)。車間根據(jù)廠里的指示,召開技術(shù)人員攻關(guān)專題會(huì)議,商討如何挖掘機(jī)組潛力,提高氬產(chǎn)品產(chǎn)量。既然空分設(shè)備設(shè)計(jì)當(dāng)初為 19 000 Nm3/h的氬餾分量,那粗氬塔肯定有這么大的容量,只是操作的設(shè)備參數(shù)可能有不妥當(dāng)?shù)牡胤?有待改進(jìn),但如果在現(xiàn)行的空分設(shè)備運(yùn)行參數(shù)情況下,來(lái)提高氬餾分量,粗氬塔肯定會(huì)發(fā)生氮塞,同時(shí)提高粗氬氣量,粗氬氣含氧量會(huì)大幅升高,達(dá)不到純度要求。經(jīng)過(guò)車間技術(shù)人員共同研究,對(duì)機(jī)組運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行重新調(diào)整和改進(jìn),采取工藝優(yōu)化措施,深挖機(jī)組設(shè)備運(yùn)行潛力,來(lái)提高氬餾分量,從而提高氬產(chǎn)品量。

4 工藝優(yōu)化措施

調(diào)整原則:在保證主塔運(yùn)行穩(wěn)定,氧氣產(chǎn)量、氧氣純度不變化的前提下,提高氬產(chǎn)量。通過(guò)調(diào)整精餾塔回流比,增大粗氬塔液空液位,增大粗氬塔負(fù)荷,提高氬餾分產(chǎn)量。

調(diào)整措施:

⑴增加進(jìn)粗氬Ⅱ塔冷凝器的液空量,粗氬Ⅱ塔液空進(jìn)液閥從 56%增大至 65%,適當(dāng)提高液空液位,使氬餾分量從原來(lái)的 17 000 Nm3/h增加到19 000 Nm3/h。

⑵改變主塔上塔運(yùn)行壓力。

①把污氮出裝置壓力由原來(lái)設(shè)計(jì)值 11 kPa降低到 7 kPa,增加了出上塔的污氮?dú)饬?。進(jìn)而減少氬餾分含氮量,改善氬餾分質(zhì)量,防止粗氬塔氮塞的發(fā)生。

②把氮?dú)獬鲅b置壓力由原來(lái)設(shè)計(jì)時(shí)的 12 kPa降低到 7 kPa左右。產(chǎn)品氮?dú)鈴?37 000m3/h調(diào)整到 39 000m3/h。改善精餾塔的精餾效果,挖掘精餾塔的精餾潛力。促進(jìn)氧、氮、氬的分離,提高產(chǎn)品純度。

⑶由于污氮?dú)獬隹辗盅b置壓力降低,分子篩的再生氣量有所減少,影響到進(jìn)裝置的空氣凈化效果。采取把分子篩的電加熱器設(shè)計(jì)溫度由 165℃提高到 172℃的措施,提高分子篩再生效果,消除分子篩污氮?dú)鈮毫Φ蛯?duì)分子篩再生的影響。

⑷為防止空分運(yùn)行工況紊亂,要求每班隨時(shí)監(jiān)控液空純度,使液空純度穩(wěn)定在含氧量 40%左右,液氮純度保持在含氧 10×10-6以內(nèi),有效地保證了主塔的運(yùn)行工況穩(wěn)定。

⑸為防止粗氬塔氮塞的發(fā)生,減少膨脹空氣對(duì)氬餾分純度的污染,適當(dāng)增加了膨脹空氣的旁通量,有效地避免了粗氬中含氮多、粗氬塔壓力高、粗氬塔氮塞的現(xiàn)象。

5 調(diào)整后運(yùn)行效果

通過(guò)采取以上措施,經(jīng)過(guò)一周的設(shè)備運(yùn)行,成功實(shí)現(xiàn)了氬餾分產(chǎn)量達(dá)到 19 000 m3/h、粗氬產(chǎn)量達(dá)到 550m3/h的預(yù)想目標(biāo),達(dá)到了空分設(shè)備投產(chǎn)時(shí)的氬產(chǎn)量設(shè)計(jì)值,但粗氬純度還是有點(diǎn)低,和原來(lái)粗氬純度一樣。在同樣膨脹空氣量情況下,每日增產(chǎn)液氬 3m3多。2#14 000單套機(jī)組生產(chǎn)氬產(chǎn)品即可滿足公司煉鋼生產(chǎn)需求,完成了廠里的生產(chǎn)任務(wù)。經(jīng)過(guò)此次空分運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)整,2#14 000空分設(shè)備實(shí)現(xiàn)了上塔壓力的降低,上塔壓力由原來(lái)的 40～43 kPa下降至現(xiàn)在的 36～39 kPa,使得空壓機(jī)排氣壓力由原來(lái)的 0.5～0.495 kPa下降至現(xiàn)在的 0.495～0.48 kPa,空壓機(jī)至下塔的阻力由原來(lái)的 62 kPa降至 59 kPa,設(shè)備運(yùn)行能耗明顯降低,實(shí)現(xiàn)了制氧機(jī)低成本運(yùn)行目標(biāo)。

電加熱器設(shè)計(jì)溫度由 165℃提高到 172℃,所多消耗的電功與空壓機(jī)壓力減低 (電流降低 6A）減少的電功相比要小得多。氧提取率可能有所降低,因產(chǎn)品氧氣富足,經(jīng)常放散,不會(huì)影響煉鋼用氣。調(diào)整后,每日多生產(chǎn)液氬 3 m3多,經(jīng)濟(jì)效益明顯。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)此次工藝優(yōu)化措施,解決了空分設(shè)備多年氬產(chǎn)品產(chǎn)量不足的瓶頸問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了與原來(lái)產(chǎn)量設(shè)計(jì)值一樣的調(diào)整目標(biāo),并且制氧耗能明顯降低,完成了廠里的生產(chǎn)任務(wù)及低成本運(yùn)行目標(biāo)。給空分行業(yè)空分設(shè)備的運(yùn)行最佳方式提供了調(diào)整思路,給廠里其他空分設(shè)備低成本運(yùn)行方式也提供了借鑒作用。但產(chǎn)品氬的純度有點(diǎn)低,雖經(jīng)過(guò)多種優(yōu)化方法也沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)值,這有待于空分設(shè)備停機(jī)檢修大加溫吹除后,看效果是否有所改善,懷疑制氬系統(tǒng)工藝管路或粗氬塔有結(jié)冰、臟堵可能,要不就是空分設(shè)備設(shè)計(jì)本身的問(wèn)題,有待于設(shè)備技術(shù)改造。

O p tim iza tion Measures For Increasing A rgon O u tpu t of A ir Separa tion Plan t

L IN Haiyun
(Oxygen Plant,Anyang Iron&SteelCo.,L td.,Anyang 455004,China）

Introduce the process flow and technicalparam eterof the air separation p lant,the phemom enon thatargon output can′t reach the design valvewhen the air separation p lant is running.Put forward improvem entm easures,adoping running param eter to increase argon fraction flow can increase the argon output,furthermore present the advice.

air separation p lant;adoping param eter;argon output

TQ028

C

1007-7804(2011）03-0017-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2011.03.005

2011-04-28

藺海云 (1970）,男,本科,制氧工程師,現(xiàn)工作于安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司制氧廠技術(shù)教育科,從事技術(shù)質(zhì)量管理工作。