通過優(yōu)化空分后備氮?dú)庀到y(tǒng)提高生產(chǎn)能力的研究

賀廣孝 宋昶鋒

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，社會(huì)在不斷進(jìn)步，綜合國力顯著提升，空分氮?dú)庀到y(tǒng)主要為全廠提供各等級(jí)壓力氮?dú)?，在保證生產(chǎn)運(yùn)行、安全停車方面有著不可替代的作用。文章主要針對(duì)優(yōu)化空分后備氮?dú)庀到y(tǒng)來提高生產(chǎn)能力進(jìn)行研究。將常規(guī)泡沫玻璃保冷材料更換為改性深冷型聚氨酯材料，并對(duì)原有舊保溫材料進(jìn)行修復(fù)，以減少液氮的低溫跑冷損失，減少汽化率防止氣蝕。

關(guān)鍵詞：空分氮?dú)庀到y(tǒng);優(yōu)化;生產(chǎn)能力;壓縮機(jī)

0 引言

空分裝置是一個(gè)大型綜合性系統(tǒng)，生產(chǎn)過程涉及環(huán)節(jié)眾多，每個(gè)環(huán)節(jié)都對(duì)整個(gè)工藝流程有著非常重要的影響。因此，必須加強(qiáng)對(duì)空分裝置安全生產(chǎn)設(shè)計(jì)，嚴(yán)格遵守國家法律法規(guī)的相關(guān)規(guī)定，落實(shí)各項(xiàng)安全措施。此外，還要加強(qiáng)對(duì)空分裝置的安全控制措施建設(shè)，保證各項(xiàng)檢查、監(jiān)測設(shè)備完善，使各項(xiàng)操作能夠在控制室集中控制、管理，防患于未然，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并盡早解決問題，提高空分裝置的操作安全性和可靠性。

1 空分純化系統(tǒng)

空分純化系統(tǒng)常采用兩臺(tái)交替使用的分子篩吸附器，每臺(tái)吸附器按照吸附--卸壓--加熱--冷吹--升壓--吸附的流程工作，以實(shí)現(xiàn)純化系統(tǒng)的無間斷運(yùn)行。具體運(yùn)行流程如下：①分子篩吸附器1處于吸附狀態(tài)，分子篩吸附器2處于吸附飽和狀態(tài)并準(zhǔn)備進(jìn)行再生。首先通過閥切換對(duì)分子篩吸附器2進(jìn)行卸壓以提升吸附劑再生效果;卸壓后開始加熱再生，用于加熱再生的污氮?dú)馔ㄟ^相變蓄熱器進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后進(jìn)入電加熱器1或2再次升溫，達(dá)到設(shè)定溫度后進(jìn)入分子篩吸附器2內(nèi)對(duì)吸附劑進(jìn)行加熱再生;分子篩吸附器2再生完成后，通過閥切換開始進(jìn)行冷吹，來自精餾塔的污氮?dú)庵苯油ㄈ敕肿雍Y吸附器2降低吸附劑溫度，冷吹過程排出的污氮?dú)饨?jīng)流量計(jì)、相變蓄熱器后放空，相變蓄熱器吸收冷吹污氮?dú)鉄崃?，完成蓄熱過程;冷吹結(jié)束后，通過閥切換使分子篩吸附器2升壓，開始進(jìn)行吸附;②分子篩吸附器2處于吸附狀態(tài)，分子篩吸附器1處于吸附飽和狀態(tài)并準(zhǔn)備進(jìn)行再生。首先通過閥切換分子篩吸附器1進(jìn)行卸壓以提升吸附劑再生效果;卸壓后開始加熱再生，用于加熱再生的污氮通過相變蓄熱器進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后進(jìn)入電加熱器1或2再次升溫，達(dá)到設(shè)定溫度后進(jìn)入分子篩吸附器1內(nèi)對(duì)吸附劑進(jìn)行加熱再生;分子篩吸附器1再生完成后，通過閥切換開始進(jìn)行冷吹，來自精餾塔的污氮?dú)庵苯油ㄈ敕肿雍Y吸附器1降低吸附劑溫度，冷吹過程排出的污氮?dú)饨?jīng)流量計(jì)、相變蓄熱器后放空，相變蓄熱器吸收冷吹污氮?dú)鉄崃浚瓿尚顭徇^程;冷吹結(jié)束后，通過閥切換使分子篩吸附器1升壓，開始進(jìn)行吸附。

2 通過優(yōu)化空分后備氮?dú)庀到y(tǒng)提高生產(chǎn)能力的研究

2.1 貯槽進(jìn)液及泵入口共用管線的分離改造

液氮貯槽原設(shè)計(jì)僅有一個(gè)總管（DN100），出來后共分六路，一路去0.45MPa事故氮泵（DN100），一路去6.5MPa事故氮泵（DN65），一路去8.1MPa事故氮泵（DN40）。剩下三路，一路去自流充車管線（DN40），一路去充車泵（DN65），一路去16.5MPa充瓶泵（DN25）。由于多臺(tái)泵公用一個(gè)總管，貯槽的進(jìn)液管道也通過此管道進(jìn)入貯槽，當(dāng)槽車向貯槽的充裝末期，容易產(chǎn)生氣液夾帶，氣體進(jìn)入泵入口就容易導(dǎo)致泵氣蝕，而中斷供液。根據(jù)現(xiàn)場流程，由于貯槽屬于特種設(shè)備無法再單獨(dú)引出進(jìn)液管，因此將貯槽內(nèi)增壓管道作為臨時(shí)充裝管道，使得貯槽進(jìn)液與泵的入口管道進(jìn)行隔離，避免了充裝貯槽時(shí)產(chǎn)生的汽液夾帶導(dǎo)致的氣蝕發(fā)生。

2.2 安全性

氮?dú)庀到y(tǒng)是公司出現(xiàn)故障時(shí)重要保障安全系統(tǒng)，氮?dú)庵饕糜诟郀t爐頂密封、冷軋產(chǎn)線故障時(shí)緊急置換。鋼鐵廠常備一定數(shù)量液氮，在緊急情況下汽化成氮?dú)馐褂?。氮?dú)庠霎a(chǎn)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用提高了氮?dú)庀到y(tǒng)的安全應(yīng)急保供能力。當(dāng)一臺(tái)空分機(jī)組故障時(shí)，可通過另一臺(tái)空分機(jī)組與兩臺(tái)外置氮壓機(jī)相配合，氮?dú)猱a(chǎn)量增加4萬m3/h，減少液體消耗量，大幅度延長了氮?dú)庀到y(tǒng)保供時(shí)間，更重要的是為緊急故障處理爭取了時(shí)間，提高了公司生產(chǎn)的安全性。

2.3 液氮節(jié)流閥調(diào)節(jié)控制方法

因20000m3/h空分設(shè)備采用液氧內(nèi)壓縮工藝流程，浴式主冷中液氧連續(xù)不間斷抽取，主冷在液位小于正常運(yùn)行值3000mm、大于低報(bào)警值2500mm運(yùn)行時(shí)，浴式主冷中碳?xì)浠衔铩⒌趸衔锓e聚量低，浴式主冷運(yùn)行安全。在20000m3/h空分設(shè)備熱開車對(duì)氮?dú)饧兌冗M(jìn)行調(diào)節(jié)，主冷液位升至小于正常運(yùn)行值3000mm、大于低報(bào)警值2500mm，保持液空節(jié)流閥全開狀態(tài)時(shí)，液氮節(jié)流閥根據(jù)下塔頂部產(chǎn)品液氮與上塔頂部產(chǎn)品氮?dú)庵醒鹾坎钪底兓?，逐步降低液氮?jié)流閥的閥門開度，增大下塔回流比，降低上塔頂部上升蒸氣氧含量，使下塔頂部產(chǎn)品液氮純度達(dá)到3×10-6O2、上塔頂部產(chǎn)品氮?dú)庵醒鹾啃∮?.8×10-6O2，20000m3/h空分設(shè)備熱開車氮?dú)庹{(diào)純時(shí)間不大于4h20min，氮?dú)庹{(diào)純時(shí)間較短。

2.4 節(jié)能性

實(shí)施氮?dú)庠霎a(chǎn)技術(shù)后，根據(jù)公司需求將空分機(jī)組負(fù)荷控制在82%，氧氣產(chǎn)量123000m3/h，氮?dú)猱a(chǎn)量127100m3/h，加上氮?dú)庠霎a(chǎn)技術(shù)增加的20000m3/h，氮?dú)饪偖a(chǎn)量為1471000m3/h，完全滿足公司生產(chǎn)所需氧氣、氮?dú)?。按照氮?dú)庑枨蠼M織生產(chǎn)時(shí)空分機(jī)組負(fù)荷為94.5%，改造后負(fù)荷下降12.5個(gè)百分點(diǎn)，避免氧氣大量放散，減少了空分機(jī)組能源消耗。每小時(shí)電能消耗減少量：空分負(fù)荷下降12.5個(gè)百分點(diǎn)，單臺(tái)空分機(jī)組額定功率58000kW，每小時(shí)減少電能消耗58000×12.5%×2=14500kWh。每小時(shí)電能消耗增加量：需要開啟一臺(tái)外置氮壓機(jī)以及冷凍機(jī)組，外置氮壓機(jī)電功率3800kW，冷凍機(jī)電功率320kW，每小時(shí)增加電能消耗3800+320=4120kWh。合計(jì)每小時(shí)節(jié)約電能消耗14500-4120=10380kWh。

2.5 分子篩吸附器切換影響控制方法

20000m3/h空分設(shè)備分子篩吸附器切換完成，1組分子篩吸附器投入運(yùn)行初期，在分子篩吸附器出口空氣溫度升高時(shí)，根據(jù)入下塔低壓空氣溫度變化，減少產(chǎn)品液氮產(chǎn)量，不使液氮中氧含量升高。在分子篩吸附器出口空氣溫度已逐步降低時(shí)，根據(jù)產(chǎn)品液氮中氧含量變化，調(diào)節(jié)產(chǎn)品液氮抽取量，保持液氮中氧含量穩(wěn)定。

2.6 增加國產(chǎn)6.5MPa氮泵系統(tǒng)一套

根據(jù)后工序的使用需要，主要對(duì)6.5MPa氮?dú)庀到y(tǒng)的使用頻率和需求量較大，綜合考慮新增加一套6.5MPa氮泵。將新購置的國產(chǎn)夜氮泵與現(xiàn)有6.5MPa事故氮泵進(jìn)行并聯(lián)，公用一個(gè)空溫式汽化器。主要增加的材料包括：1臺(tái)SBP-6200/650低溫液體泵;1個(gè)7751防雨變頻柜;5個(gè)KDJ型低溫截止閥;1個(gè)KDA21Y-220P低溫安全閥、止回閥;43m304的管道、管材;80kg聚氨酯管道保冷材料。

3 結(jié)語

隨著鋼鐵行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和新建環(huán)保設(shè)施運(yùn)行，氮?dú)庑枨罅恐鹉晟?。通過工藝改造，增加外置氮壓機(jī)、冷凍機(jī)等設(shè)備，提高了氮?dú)猱a(chǎn)量，解決了公司氧氣需求低而氮?dú)庑枨蟾邘淼纳a(chǎn)不平衡問題，減少了氧氣放散，降低了制氧系統(tǒng)能耗，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，值得同行業(yè)在解決此類問題時(shí)借鑒。

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