廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司5號(hào)制氧機(jī)組（2#40000Nm3/h）的技術(shù)特點(diǎn)

曾春 韋正科 張龍

【摘 ?要】簡(jiǎn)介40000Nm3/h內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備的產(chǎn)品規(guī)格及工藝流程，詳細(xì)闡述了在空分設(shè)備試運(yùn)行過(guò)程中空氣凈化系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)方面所采取的改進(jìn)措施和解決的問(wèn)題，以達(dá)到空分裝置低耗、高產(chǎn)、穩(wěn)定運(yùn)行;分析了2#40000Nm3/h機(jī)組的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)性能。

【關(guān)鍵詞】空分設(shè)備;內(nèi)壓縮;試運(yùn)行;創(chuàng)新;技術(shù)水平

Abstract：Here，the specification and flow process 0f Liusteel 2#40000Nm3/h large-sized air separation plant inner compression are briefed. The improving measures to keep low energy consumption，high output and prolonged stable run of purification system，gas compression system and rectification tower system during its trial run and thus solved problems are detailed. Finally the technical level and economic performances of 2#40000Nm3/h large-sized air separation plant are analyzed .

Keywords：Air separation plant，Inner compression process，Trial run Innovation，Technical level

一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

1、2#40000Nm3/h制氧項(xiàng)目技術(shù)改造項(xiàng)目系廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排號(hào)召，在拆除原有四套高能耗、低產(chǎn)出的小型制氧機(jī)組的基礎(chǔ)上改建而成。2011年1月起由四川空分集團(tuán)公司設(shè)計(jì)制造、中冶南方工程技術(shù)有限公司完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)，從2011年7月吊裝第一塊冷箱板開(kāi)始，至此2012年6月安裝完畢，施工、安裝、調(diào)試共計(jì)11個(gè)月，2012年7月13日正式聯(lián)動(dòng)試車(chē)，15日全面達(dá)產(chǎn)。

2、工藝流程簡(jiǎn)述及特點(diǎn)：

原料空氣自吸入塔吸入，經(jīng)空氣過(guò)濾器除去灰塵及其它機(jī)械雜質(zhì)?？諝饨?jīng)過(guò)濾后在離心式空壓機(jī)中經(jīng)壓縮至0.48MPa左右，進(jìn)入空氣水浴式冷卻塔預(yù)冷，冷卻水分二段進(jìn)入冷卻塔內(nèi)，下段為循環(huán)冷卻水，上段為低溫冷凍水，空氣自下而上穿過(guò)空氣冷卻塔，在冷卻的同時(shí)，又得到清洗?？諝饨?jīng)空氣冷卻塔冷卻后，溫度降至～10℃，然后進(jìn)入切換使用的徑向立式分子篩吸附器，空氣中的二氧化碳、碳?xì)浠衔锛八荼晃健?/p>

空氣經(jīng)凈化后，分為兩路：一路空氣直接進(jìn)入分餾塔，該部分空氣在主換熱器中與返流氣體（純氧、純氮、污氮等）換熱達(dá)到接近空氣液化溫度約-171℃進(jìn)入下塔。另一路經(jīng)空氣增壓機(jī)增壓后分成兩股。一股從增壓機(jī)中部抽出進(jìn)入透平膨脹機(jī)組的增壓端，經(jīng)增壓冷卻后的空氣進(jìn)入主換熱器內(nèi)被返流冷氣體冷卻至-116℃，而后進(jìn)入膨脹端膨脹以制取空分裝置所需的大部分冷量，膨脹后的空氣進(jìn)入下塔參與精餾;另一股空氣從增壓機(jī)末端引出，進(jìn)入主換熱器液化并節(jié)流進(jìn)入下塔。

在下塔中，空氣被初步分離成氮和富氧液空，頂部氮?dú)獬徊糠肿鳛闊嵩吹骄珰逅舭l(fā)器外，其余在冷凝蒸發(fā)器中被冷凝為液體，同時(shí)主冷凝蒸發(fā)器的低壓側(cè)液氧被汽化。部分液氮作為下塔回流液，另—部分液氮，經(jīng)過(guò)冷器被氮?dú)夂臀鄣^(guò)冷，少量液氮進(jìn)精氬塔冷凝器作冷源，大部分液氮節(jié)流送入上塔頂部參加精餾。經(jīng)在過(guò)冷器過(guò)冷后，除一部分作為粗氬冷凝器冷源外，其余全部節(jié)流至上塔中部參與精餾。

壓力氮從下塔頂部引出，在主換熱器中復(fù)熱至常溫送往用戶(hù)。

液氧從主冷凝蒸發(fā)器底部引出進(jìn)入液氧泵加壓至～2.0MPa后進(jìn)入主換熱器中，被正流空氣加熱汽化并復(fù)熱至常溫送往用戶(hù)。

產(chǎn)品液氧、液氮、液氬分別送入各自的貯存系統(tǒng)貯存?zhèn)溆谩?/p>

3、技術(shù)參數(shù)

二、項(xiàng)目主要關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)

本裝置采用全低壓分子篩吸附、氧氣內(nèi)壓縮、氬氣部分內(nèi)壓縮、空氣中壓膨脹、膨脹空

氣進(jìn)下塔、規(guī)整填料下塔、全精餾無(wú)氫制氬的工藝流程。各系統(tǒng)配置及特點(diǎn)如下：

1、空氣純化系統(tǒng)

空氣純化器采用徑向立式雙層結(jié)構(gòu)，空氣純化時(shí)首先通過(guò)氧化鋁層、再通過(guò)去13X分子篩層，優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

（1）占地面積少，作業(yè)人員操作空間大、檢修方便;（2）空氣經(jīng)過(guò)純化器阻力減少，相比橫向臥式結(jié)構(gòu)可減少約5Kpa～10Kpa;

（2）凈化效果好，純化后空氣二氧化碳含量維持在0.10 ×10-6 ～0.02×10-6，非常有利于制氧機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行;

（3）減少吸附過(guò)程空氣流的偏流、減少切換時(shí)空氣流對(duì)吸附床層的沖擊。

2、全填料精餾下塔

全填料精餾下塔具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：壓降小、分離效率高、塔徑小、操作彈性大、產(chǎn)品提取率高，但由于在一定的工作壓力環(huán)境下塔液體重量減輕，在填料表面的液膜易隨氣流沿軸向返回、使液膜更新變慢或增厚，不利于傳質(zhì)效率最大化，因此采用全填料下塔有一定的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)內(nèi)目前精餾下塔約90%采用篩板下塔，采用全填料下塔設(shè)計(jì)的基本上是國(guó)外進(jìn)口的整套設(shè)備。

柳鋼氣體公司對(duì)此項(xiàng)技術(shù)十分關(guān)注，因?yàn)橹苯雨P(guān)系到整套機(jī)組的運(yùn)行效率和節(jié)能水平，公司技術(shù)人員深度介入四川空分集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)川空公司）的設(shè)計(jì)過(guò)程，為川空公司在流體力學(xué)模型的計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算提供建議和實(shí)際操作參數(shù)，特別是提供了抽取餾份（即液空餾份抽口）的理論塔板層的建議，對(duì)川空公司設(shè)計(jì)好全填料下塔起到關(guān)鍵的作用。

從已運(yùn)行了近十年的實(shí)際效果看，此項(xiàng)設(shè)計(jì)十分成功：操作穩(wěn)定、操作彈性大、阻力減少約15Kpa～25Kpa，此項(xiàng)技術(shù)的采用，可降低下塔操作壓力，空壓機(jī)運(yùn)行節(jié)能約3%，對(duì)整套機(jī)組低耗運(yùn)行起到十分關(guān)鍵的作用。

3、外置中冷空壓機(jī)的采用

目前國(guó)內(nèi)有一種設(shè)計(jì)傾向，都主張采用中冷器內(nèi)置式空壓機(jī)，主要是占地面銷(xiāo)少些，機(jī)組布置緊湊、美觀。氣體公司也有幾套機(jī)組的空壓機(jī)采用此類(lèi)機(jī)型，但缺陷也十分明顯，主要是周邊環(huán)境空氣不是太好時(shí)中冷器的冷卻翅片極易堵塞、斷裂，影響正常運(yùn)行（主要表現(xiàn)為機(jī)組振動(dòng)值增加、進(jìn)氣量減少、冷卻效率下降、能耗增加）。

公司從實(shí)際出了，決定采用中冷器外置式空壓機(jī)，既可確保機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定高效運(yùn)行，又節(jié)省較大一筆采購(gòu)費(fèi)用。目前運(yùn)行近十年來(lái)未出現(xiàn)不佳運(yùn)行參數(shù)。

4、粗氬塔設(shè)計(jì)的改進(jìn)

粗氬塔設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到氬產(chǎn)品的純度和氬精餾工況的操作。公司技術(shù)人員在參與川空集團(tuán)的設(shè)計(jì)中，經(jīng)過(guò)計(jì)算確認(rèn)，川空公司的設(shè)計(jì)指標(biāo)實(shí)際上處于一個(gè)臨界狀態(tài)，操作稍有不慎或工況稍有變化，氬產(chǎn)品的純度就沒(méi)有保障、調(diào)整的時(shí)間就會(huì)大大延長(zhǎng)，因此公司要求川空公司在設(shè)計(jì)中必需再增加二層填料（瑞士蘇爾壽公司的原廠填料，增加一層填料川空公司成本上升約30萬(wàn)元），川空公司極不情愿地增加了二層填料。事實(shí)證明，氣體公司的要求是正確的，目前氬精餾系統(tǒng)的操作既穩(wěn)定，又十分容易調(diào)節(jié)，從主塔工況穩(wěn)定開(kāi)始，調(diào)氬操作約6個(gè)小時(shí)即可完成，其它機(jī)組需要16個(gè)小時(shí)左右，且純度極好，達(dá)99.9995%，O2?2×10-6，N2?1×10-6，完全達(dá)到高純氬氣的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

5、H型氮壓機(jī)的特點(diǎn)

此類(lèi)氮壓機(jī)的特點(diǎn)主要是檢修、維護(hù)方便，尤其是對(duì)中冷器的檢修十分方便，在循環(huán)冷卻水質(zhì)不太好的情況下仍有十分優(yōu)良的換熱效率。

6、空冷塔、水卻冷塔填料的選擇

空冷塔、水冷塔的填料，公司沒(méi)有采納設(shè)計(jì)單位推薦的型號(hào)，公司技術(shù)人員經(jīng)過(guò)資料查詢(xún)、數(shù)據(jù)對(duì)比與分析，決定采用改進(jìn)型的鮑爾環(huán)和拉西環(huán)。從運(yùn)行的效果分析，冷卻效果好于目前運(yùn)行的其它機(jī)組，能完全滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，既節(jié)省了采購(gòu)費(fèi)用又降低了運(yùn)行費(fèi)用。

三、工藝系統(tǒng)的改進(jìn)與完善

1、在主冷凝蒸發(fā)器的布置上，公司采用了單層布置，外掛二臺(tái)輔助冷凝器，減少了主冷凝蒸發(fā)器的高度，有利于液氧蒸發(fā)，有利于下塔半成品輸入上塔參與精餾，也節(jié)省了制造費(fèi)用。

2、在冷箱內(nèi)工藝配管過(guò)程，公司檢查并確認(rèn)不合理的設(shè)計(jì)共計(jì)30處（包括液氮管、液氧管、部分排液管的走向、對(duì)接等）、修改單體設(shè)備配管共計(jì)7處（包括上塔、氬塔的固定支架、閥門(mén)固定支架、閥門(mén)安裝方向等），發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)漏洞并提出修改方案共計(jì)10處（包括中壓氮?dú)夤艿膮?shù)取樣與停機(jī)聯(lián)鎖;中壓氧氣管的參數(shù)取樣;空冷塔排液管的走向;低壓氮?dú)夤?、低壓污氮管、中壓空氣管進(jìn)出冷箱的布置等）。

四、試車(chē)前期工作及技術(shù)方案

1、所有管道、閥門(mén)均檢查并分析確認(rèn)，脫脂合格;

2、所有管道、單體設(shè)備均吹掃或爆破吹掃完畢，并經(jīng)檢查確認(rèn)干凈、無(wú)雜物;

3、編制完善的操作方案、操作規(guī)程。

五、機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性能與技術(shù)水平

1、2012年7月13日12點(diǎn)正式啟動(dòng)，15日20點(diǎn)出氧、氮產(chǎn)品，16日7點(diǎn)出氬氣，經(jīng)過(guò)五天低負(fù)荷生產(chǎn)后（主要是考慮材料應(yīng)力突變的問(wèn)題），22日16日全面達(dá)產(chǎn)，純度合格。相關(guān)參數(shù)見(jiàn)下表：

2、機(jī)組單耗穩(wěn)定在0.680Kw.h/m3O2，而國(guó)內(nèi)目前平均水平在0.831Kw.h/m3O2（對(duì)比數(shù)據(jù)取自全國(guó)冶金動(dòng)力信息網(wǎng)發(fā)行的《動(dòng)力信息》，以下同），以全年運(yùn)行330天計(jì)，全年可節(jié)省電力：4783萬(wàn)Kw.h，節(jié)能十分顯著。

3、由于在空壓機(jī)的選型與采購(gòu)、主冷凝蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)改進(jìn)、相關(guān)填料選擇的改進(jìn)及施工方案的部分改進(jìn)，項(xiàng)目完成后節(jié)省費(fèi)用約3000萬(wàn)元（項(xiàng)目預(yù)算28000萬(wàn)元，實(shí)際費(fèi)用25000萬(wàn)元）。

4、新技術(shù)、新工藝的采用、成熟優(yōu)異設(shè)備的選擇，目前2#40000Nm3/h制氧機(jī)所有參比對(duì)標(biāo)的技術(shù)參數(shù)均處于國(guó)內(nèi)前列：?jiǎn)螜C(jī)能耗第一、產(chǎn)品純度第一、氬提取率第一、出氬產(chǎn)品時(shí)間最短。

（作者單位：廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司氣體公司空分二車(chē)間）