有色金屬加工企業(yè)氮氣供應(yīng)方案比較

陳俊娜

(中色科技股份有限公司蘇州分公司，江蘇 蘇州 215026)

目前，我國有色金屬行業(yè)在有色金屬加工退火工藝中常需要氮氣保護，經(jīng)常有企業(yè)對氮氣的供應(yīng)方案存有疑慮，現(xiàn)根據(jù)有色金屬加工工藝特點及常見的供氮方案進行比較，以作參考。

1 有色金屬加工氮氣用途

制氮系統(tǒng)需提供的氮氣純度在99.999%以上，它主要用于以下幾個方面：

板帶退火爐內(nèi)充入氮氣，用氮氣保護，以保證爐內(nèi)空間處于無氧狀態(tài)。

熔鑄(鑄軋)熔煉保溫爐組及在線處理裝置對鋁熔體用氮氣精煉和吹掃，以保證鋁錠品質(zhì)。

2 設(shè)計原則

在設(shè)計有色金屬加工氮氣供應(yīng)系統(tǒng)時，應(yīng)遵照以下原則：

設(shè)備選型、管道選材、通風設(shè)施的設(shè)置等必須滿足國內(nèi)的相關(guān)標準、規(guī)范要求。

除考慮工藝流程及相關(guān)工況外，還應(yīng)考慮設(shè)備的一次性投資和運行維護費用。

3 方案比較

結(jié)合目前國內(nèi)有色金屬加工行業(yè)氮氣供應(yīng)的現(xiàn)狀，探討兩種供應(yīng)方案。以年產(chǎn)25萬噸的鋁合金加工項目用氣為例，用氣設(shè)備及用量如表1.

表1 氮氣消耗量表

60t退火爐氮氣保護用氣為120m3/h.臺，洗爐用氮氣1000 m3/h.臺。

消費稅(Excise Tax)在全世界范圍內(nèi)得到廣泛推行，各國根據(jù)自身財政體制確立了消費稅的收入分配模式。[16]

鑄軋車間燃氣保溫爐氮氣使用制度：精煉時間每爐每次連續(xù)使用30min，每天6次，其它時間每爐每小時吹掃5min。在線處理裝置連續(xù)使用。

熔鑄車間燃氣保溫爐氮氣使用制度：精煉時間每爐每次連續(xù)使用30min，每天4次，其它時間每爐每小時吹掃5min。在線處理裝置每爐每次連續(xù)使用150min，每天4次。

3.1 方案一

① 工藝流程

本方案是液氮氣化方式：液氮經(jīng)空溫氣化器氣化后供應(yīng)。

流程如下：

低溫液氮儲罐→空溫氣化器→調(diào)壓裝置(→廠區(qū)管網(wǎng))→車間管網(wǎng)

② 設(shè)備配置

熔鑄車間、鑄軋車間生產(chǎn)設(shè)備氮氣日消耗量5620m3，折合液氮8.67m3。1#液氮氣化站選用低溫液體儲槽2臺(50m30.8MPa -196℃)，空溫式氣化器2臺(700Nm3/h，0.80MPa)，氮氣調(diào)壓裝置2套。

冷軋車間氮氣日消耗量5840m3，折合液氮9.01m3。2#液氮氣化站選用低溫液體儲槽2臺(50m30.8MPa -196℃)，配套選用空溫式氣化器2臺(1000Nm3/h，0.80MPa)，氮氣調(diào)壓裝置2套。

③ 分析

液氮氣化站主要設(shè)備為液氮儲罐、空溫氣化器及調(diào)壓裝置，目前均可向氣體公司租賃使用，并由氣體公司維護管理，有效的降低了企業(yè)設(shè)備投資及維護成本。同時，液氮氣化站占地小，均為露天布置，不使用水電等工廠能源，也為企業(yè)的節(jié)能降耗提供了條件。

3.2 方案二

① 工藝流程

本方案為現(xiàn)場制氮方式：由空氣壓縮機提供氣源，經(jīng)變壓吸附制氮機及氮氣純化裝置后供全廠氮氣用戶。

流程如下：

大氣→空氣壓縮機→壓縮空氣干燥機→壓縮空氣儲罐→變壓吸附制氮機→氮氣緩沖罐→氮氣純化裝置→氮氣儲罐→氮氣廠區(qū)管網(wǎng)→車間管網(wǎng)

② 設(shè)備配置

本方案的設(shè)備配置：因廠區(qū)占地較大，為減少廠區(qū)管網(wǎng)損失，在廠區(qū)新建兩座制氮站。1#制氮站設(shè)于熔鑄車間附近，供熔鑄車間及鑄軋車間生產(chǎn)設(shè)備使用。2#制氮站設(shè)于冷軋車間附近，供冷軋車間生產(chǎn)設(shè)備使用。

熔鑄車間、鑄軋車間生產(chǎn)設(shè)備，考慮用氣不平衡系數(shù)、管路及設(shè)備的損耗，氮氣計算平均消耗量為234m3/h，最大消耗量為672m3/h。1#制氮站選用3臺(35Nm3/min，0.75MPa)空氣壓縮機, 并配套設(shè)置干燥過濾等輔助設(shè)備。3臺(250Nm3/h，0.60MPa)變壓吸附制氮機, 并配套設(shè)置純化過濾等輔助設(shè)備。

冷軋車間生產(chǎn)設(shè)備，考慮用氣不平衡系數(shù)、管路及設(shè)備的損耗、純化裝置自耗氣等因素，氮氣計算平均消耗量為243m3/h，最大消耗量為1120m3/h。2#制氮站選用5臺(35Nm3/min，0.75MPa)壓縮空氣機, 并配套設(shè)置干燥過濾等輔助設(shè)備。5臺(250Nm3/h，0.60MPa)變壓吸附制氮機, 并配套設(shè)置純化過濾等輔助設(shè)備。正常連續(xù)用氣只有1套制氮機組運行，當需洗爐間斷用氣時，5臺氮氣機組同時運行。

③ 分析

⑴此方案對電力供應(yīng)的依賴較強。一旦失電制氮系統(tǒng)就會受到影響，從而影響生產(chǎn)，部分企業(yè)目前采用雙回路供電方式，并且把現(xiàn)場制氮機的備用設(shè)備一并接入應(yīng)急電源，增加了系統(tǒng)投資。

⑵現(xiàn)場制氮主要有深冷制氮法、變壓吸附制氮法和膜分離制氮法。設(shè)備的投資主要是現(xiàn)場制氮機，運行費用主要為電力成本。

3.3 經(jīng)濟比較

上述兩種方案投資和運行費用比較，見表2。

表2 投資和運行費用比較 (萬元)

從表中可以看出：

① 建設(shè)期設(shè)備投資：方案一無設(shè)備投資，僅需少量土建投資；方案二則需較大的設(shè)備投資。

② 在運行費用：方案一比方案二略多，但結(jié)合建設(shè)期設(shè)備投資費用來看，方案一比方案二經(jīng)濟。

4 結(jié)語

根據(jù)有色加工企業(yè)工藝設(shè)備用氣的特點，設(shè)計應(yīng)優(yōu)先選用方案一，既保證系統(tǒng)安全運行，滿足生產(chǎn)需求，又節(jié)省投資費用。

目前，大多數(shù)有色金屬加工企業(yè)選擇以液氮氣化方式供應(yīng)氮氣，液氮氣化的供氣方式將成為有色金屬加工企業(yè)的優(yōu)先選擇。但是，液氮來源的保障是前提。