增加液化裝置產(chǎn)量的幾點(diǎn)實(shí)踐

張寶峰，谷守全

(唐山鋼鐵股份氣體有限公司，河北唐山063016)

1 概述

唐鋼擁有兩套空分裝置和Y P O N-2940/1088液化裝置，空分為四川空分設(shè)備制造廠制造的，均為第六代全低壓外壓縮分子篩空分流程。液化裝置為后期搬遷來(lái)的設(shè)備，于2009年調(diào)試后運(yùn)行。

該設(shè)備搬遷投入運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，其液化能力下降。投入運(yùn)行后全部液化氧氣產(chǎn)量為每天62t，全部液化氮?dú)鉃?6t/d，液化氧氮時(shí)最大產(chǎn)量為66t/d，達(dá)不到設(shè)計(jì)能力。

2 簡(jiǎn)介

液化裝置起到增加液體產(chǎn)能，減少氧氣放散率等目的，該裝置由于液化能力有限，不能滿足原單位生產(chǎn)需求。該裝置設(shè)計(jì)工況一：液氧產(chǎn)量3000m3/h；工況二：液氧產(chǎn)量2350m3/h，液氮?dú)猱a(chǎn)量700m3/h。原料氧氣、循環(huán)氮?dú)庥涩F(xiàn)有管網(wǎng)提供，即1.5M Pa氧氣，0.6M Pa氮?dú)狻?/p>

液化裝置的工作原理是利用循環(huán)氮?dú)庠鰤翰⒔?jīng)預(yù)冷后膨脹制取冷量，使氮?dú)庠谝欢▔毫ο吕鋮s、液化、過(guò)冷而變成液氮，液氮節(jié)流后送入低溫液體貯槽。

冷量由熱端透平膨脹機(jī)和冷端透平膨脹機(jī)提供。

氮?dú)獾囊夯旱獨(dú)夤芫W(wǎng)經(jīng)循環(huán)氮壓機(jī)來(lái)升壓至2.55M Pa送至液化裝置。一部分進(jìn)入熱端膨脹機(jī)增壓端增壓至4.89M Pa，并同樣經(jīng)其增壓后冷卻器冷卻，然后進(jìn)入主換熱器冷卻，一部分從主換熱器中部抽出進(jìn)入冷端膨脹機(jī)，膨脹至0.52M Pa，膨脹后的氮?dú)夥祷刂鲹Q熱器，最后回到氮壓機(jī)的進(jìn)口。另一部分在主換熱器中繼續(xù)換熱冷卻、液化。液化后的液氮一部分節(jié)流后回流返回進(jìn)入主換熱器，一部分進(jìn)入到液氮過(guò)冷器過(guò)冷，過(guò)冷后的液氮又分成兩股，一股作為產(chǎn)品氮引出，另一股作為過(guò)冷器的返回液，然后進(jìn)入主換熱器，最后放空。

另一部分從氮壓機(jī)出來(lái)后進(jìn)入主換熱器，從主換熱器中部抽出，進(jìn)入熱端膨脹機(jī)膨脹至0.52 M Pa，膨脹后的氮?dú)夥祷刂鲹Q熱器，最后回到氮壓機(jī)的進(jìn)口。

氧氣的液化：氧氣在主換熱器中液化，在過(guò)冷器中過(guò)冷，最后節(jié)流后送出。

3 產(chǎn)量低現(xiàn)象

2009年該套液化裝置搬遷至我單位后，產(chǎn)能一直受到限制，達(dá)不到設(shè)計(jì)產(chǎn)能。搬遷至我單位后氧氣氣源有所變化，按照設(shè)計(jì)要求，氣源氧壓要求在1.6 M Pa，而我單位只有0.6M Pa的低壓氧氣作為液化氧氣氣源，氮?dú)鈿庠吹故浅渥?。按照生產(chǎn)計(jì)劃要求該裝置全部液化氮?dú)膺M(jìn)行生產(chǎn)，進(jìn)過(guò)一段時(shí)間的調(diào)試發(fā)現(xiàn)：

（1）液化氮?dú)猱a(chǎn)量受到限制，最大日產(chǎn)在56t。且生產(chǎn)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)全部液化氮?dú)鈺r(shí)工況較難控制，很容易出現(xiàn)冷端膨脹機(jī)出口溫度低于-173℃。為防止膨脹機(jī)出口溫度過(guò)低，導(dǎo)致膨脹機(jī)機(jī)后見(jiàn)液影響設(shè)備安全運(yùn)行，膨脹機(jī)的膨脹量全部發(fā)揮受到限制。

（2）全部液化氧氣時(shí)，液化產(chǎn)量只能達(dá)到1500m3/h，要想增加液化氧氣量出現(xiàn)液化后氧氣溫度上升，氧氣閃蒸增加。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試全部液化氧氣產(chǎn)能也受到限制。

（3）液化部分氧，同時(shí)液化部分氮，產(chǎn)能最大。

（4）循環(huán)氮壓機(jī)、冷端膨脹機(jī)均在設(shè)計(jì)負(fù)荷75%～80%區(qū)間工作，熱端膨脹機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷。

（5）運(yùn)行發(fā)現(xiàn)膨脹機(jī)入口溫度低是限制膨脹機(jī)最大量和在最佳效率工況點(diǎn)工作的原因。

（6）循環(huán)氮壓機(jī)排氣壓力為2.35M Pa，低于設(shè)定壓力2.5M Pa。

圖1 液化裝置工藝流程簡(jiǎn)圖

4 原因分析

100t/d液化裝置液化產(chǎn)量受到氧壓低、膨脹機(jī)效率低等綜合因素影響，使近期產(chǎn)量一直處在日產(chǎn)66t左右，全做氮時(shí)日產(chǎn)只有62t，面對(duì)液體氧氮銷(xiāo)售旺季，為發(fā)揮裝置生產(chǎn)能力，增加液體產(chǎn)量，為公司創(chuàng)造更多的利潤(rùn)，經(jīng)過(guò)采取一系列措施后液化產(chǎn)量日產(chǎn)已經(jīng)逐步達(dá)到日產(chǎn)73t，日增加產(chǎn)量7t。

5 具體措施

為增加液化組織產(chǎn)量，小組討論認(rèn)為從以下三方面進(jìn)行突破：

（1）首先分析設(shè)備運(yùn)行狀況，對(duì)比說(shuō)明書(shū)分析運(yùn)行工況的偏差。

（2）然后根據(jù)分析情況調(diào)整液化裝置工況；再進(jìn)一步調(diào)整觀察裝置產(chǎn)量，通過(guò)操作調(diào)整觀察是否還有增產(chǎn)空間。

（3）最后外借一部分冷源進(jìn)裝置，從空分裝置冰機(jī)借用冷凍水進(jìn)冷端增加后冷卻器。

通過(guò)以上工作使液化裝置日產(chǎn)量已經(jīng)逐步達(dá)到74t/d。

對(duì)液化裝置說(shuō)明書(shū)和現(xiàn)運(yùn)行工況進(jìn)行認(rèn)真比對(duì)，通過(guò)計(jì)算膨脹機(jī)效率、板式溫區(qū)特點(diǎn)，分析總結(jié)為：液化裝置冷量富裕，板式實(shí)際工作時(shí)換熱能力差，換熱效率低，板式溫區(qū)下移，使得膨脹機(jī)工作范圍受限，效率低。

以前認(rèn)為液化裝置產(chǎn)量低肯定是冷量不足，提供不了主夠的冷量，于是把膨脹機(jī)入口全部開(kāi)到最大狀態(tài)。但是通過(guò)分析調(diào)整工況發(fā)現(xiàn)，液化裝置板式換熱能力下降，不足以把設(shè)計(jì)氣量的氣體液化。于是采取以下措施：

（1）調(diào)整冷熱端膨脹機(jī)工況，增加熱端膨脹機(jī)、冷端膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速，使出冷端膨脹機(jī)增壓側(cè)壓力由3.3 M Pa增加到3.9M Pa。

（2）提高循環(huán)氮壓機(jī)入口壓力由0.50M Pa提高到0.53M Pa，提高循環(huán)氮壓機(jī)出口壓力由2.35M Pa提高2.55M Pa。

（3）增加熱端膨脹機(jī)膨脹進(jìn)氣量，由7600m3/h，增加到9100m3/h，相應(yīng)減少冷端膨脹機(jī)膨脹進(jìn)氣量，使液化板式溫區(qū)上移，合理增加液化氧氣量。

（4）調(diào)整后在用電量及補(bǔ)充氮?dú)饬坎蛔兊那闆r下日產(chǎn)量增加3t左右。

（5）利用停車(chē)定修時(shí)機(jī)對(duì)液化裝置冷端膨脹機(jī)增壓側(cè)冷卻器冷卻上水進(jìn)行改造，改造后可以使用空分設(shè)備大冰機(jī)富裕的冷量（冷凍水）提供給增壓后冷卻器，經(jīng)過(guò)調(diào)試使進(jìn)入板式溫度由31℃降低到20℃。改變板式工作溫區(qū)，擴(kuò)大熱端溫差，強(qiáng)化熱端換熱能力，同時(shí)對(duì)熱端膨脹機(jī)減量。增加冷凍水，調(diào)試后液化裝置產(chǎn)量每天增加4t。

6 效果分析

經(jīng)過(guò)不斷摸索，調(diào)試，改造，液化裝置確實(shí)發(fā)揮了其增效創(chuàng)利的作用。經(jīng)過(guò)一個(gè)多月攻關(guān)調(diào)試，液化裝置日增產(chǎn)7t，按照年平均每噸670元計(jì)算，每天增加效益4690元，年增效171.2萬(wàn)元。

7 經(jīng)驗(yàn)及體會(huì)

通過(guò)上述對(duì)液化裝置的提產(chǎn)量攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)液化組織增加產(chǎn)量的目的，但是由于客觀條件限制，液化組織要想達(dá)到設(shè)計(jì)工況還有一定距離。當(dāng)面對(duì)當(dāng)前鋼鐵生產(chǎn)成本不斷要求降低的今天，成本控制就是競(jìng)爭(zhēng)力。在生產(chǎn)組織管理中如何增加產(chǎn)量降低生產(chǎn)運(yùn)行成本是今后需長(zhǎng)期研究的課題。