河北鋼鐵集團宣鋼公司25000Nm³/h制氧機工程項目介紹

【摘要】本文主要介紹了河北鋼鐵集團宣化鋼鐵集團有限責任公司25000Nm3/h制氧機工程項目提出的背景、技術(shù)特點及先進性，設(shè)備投產(chǎn)以來的運行效果以及該項目的經(jīng)濟效益和社會效益。

【關(guān)鍵詞】制氧機；壓縮機組；空冷塔；水冷塔；分子篩；膨脹機

一、項目提出的背景

根據(jù)河北鋼鐵集團宣化鋼鐵集團有限責任公司2007年規(guī)劃，宣鋼達到600萬噸鋼/年的規(guī)模時，2#制氧機改造為10000Nm3/h投產(chǎn)后，氧氣缺口為20000Nm3/h，因此，宣鋼公司決定新建25000Nm3/h制氧機及其配套設(shè)施。

目前，空分流程主要有內(nèi)壓縮和外壓縮兩種流程形式，且技術(shù)都已成熟，應(yīng)用廣泛，經(jīng)過相關(guān)專業(yè)人員與中國空分設(shè)備有限公司就25000Nm3/h制氧機兩種流程（內(nèi)壓縮、外壓縮）從投資、綜合效益、占地面積、設(shè)備檢修維護及生產(chǎn)組織等方面進行綜合比較并結(jié)合宣鋼公司現(xiàn)有機組類型的實際情況，最終選擇25000Nm3/h制氧機采用外壓縮形式。

二、技術(shù)內(nèi)容

25000Nm3/h制氧機的建設(shè)，首先要淘汰落后產(chǎn)能，其次，從流程設(shè)計配置到設(shè)備選型，要以流程先進、操作方便，安全節(jié)能為前提，技術(shù)水平達到目前國內(nèi)同行業(yè)先進水平為目標進行優(yōu)化設(shè)計。

根據(jù)總體思路，經(jīng)充分考察論證，25000Nm3/h制氧機最終確定采用全低壓分子篩吸附、全精餾無氫制氬，氧氮產(chǎn)品外壓縮，氬部分內(nèi)壓縮，空氣增壓膨脹進上塔的工藝流程。本套機組在流程設(shè)計、設(shè)備選型配置上的主要技術(shù)方案如下：

⑴ 上塔、氬塔采用規(guī)整填料塔，降低機組運行能耗；

⑵ 改進空冷塔進出口管道設(shè)計，有效避免或緩解因空冷塔帶水影響分子篩系統(tǒng)正常運行；

⑶ 采用占地小，吸附阻力低的立式徑向流型式分子篩吸附器；

⑷ 改進分子篩吸附器解吸階段閥門選型設(shè)計，減少設(shè)備投資；

⑸ 雙膨脹機配置，并增設(shè)氮膨脹工藝，實現(xiàn)效益最大化；

⑹ 采用液氧、液氮產(chǎn)品外部反罐工藝，增加生產(chǎn)調(diào)配手段；

⑺ 配置氣液轉(zhuǎn)換裝置，實現(xiàn)效益最大化。

25000Nm3/h制氧機投產(chǎn)后，設(shè)備運行安全平穩(wěn)，操作簡單、靈活，工藝產(chǎn)品指標達到或優(yōu)于設(shè)計指標，設(shè)備制氧單耗只有0.43kWh/m3，與淘汰的單耗為0.62kWh/m3的1#、3#兩套5000Nm3/h制氧機相比，能耗大為降低。

三、技術(shù)關(guān)鍵

該25000Nm3/h制氧機主要技術(shù)關(guān)鍵有以下幾個方面：

⑴ 采用阻力低的高效規(guī)整填料塔

規(guī)整填料塔與傳統(tǒng)的篩板塔相比不僅精餾效率高，而且塔板壓降非常小。本套機組的上塔、氬塔均采用了規(guī)整填料塔，降低了上塔、氬塔的阻力，從而下塔壓力降低，進而導致主空壓機排氣壓力相應(yīng)降低，使整套空分的制氧能耗降低。

⑵ 改進空冷塔進出口管道設(shè)計，減少投資，提高機組運行安全系數(shù)

空壓機到空冷塔的管道，在進空冷塔前采用垂直下彎管道，下彎直管段為4.5m，這樣既可在一定程度上防止空冷塔液位過高造成液體倒灌進入空壓機，又可取代在此位置設(shè)置的膨脹節(jié)，減少設(shè)備投資。

空冷塔出風口較原先的傳統(tǒng)設(shè)計上增加了兩個旋風式導氣管，在其下方引出一根DN250的降液管，其作用為：在非正常狀態(tài)下，含游離水的空氣在經(jīng)過這兩個旋風式出風口時可在離心力的作用下被脫離，這些被脫離下來的水在空氣的壓力下通過DN250的降液管被壓至空冷塔底部，回到循環(huán)水系統(tǒng)，這就可以有效避免或大大緩解因空冷塔帶水而影響分子篩系統(tǒng)的正常運行。

⑶ 采用立式徑向流型式分子篩吸附器

目前宣鋼公司除25000Nm3/h制氧機外，所有制氧機組純化系統(tǒng)均采用傳統(tǒng)的臥式雙層吸附器，對照國內(nèi)，絕大部分國產(chǎn)大型空分設(shè)備采用的也是傳統(tǒng)的臥式雙層吸附器，只有少數(shù)進口空分設(shè)備配套有國外技術(shù)專利的立式徑向流型式。立式徑向流型式分子篩吸附器為圓柱體床層結(jié)構(gòu)，減少了氣流阻力，壓降小，可降低再生污氮氣壓力和空壓機操作壓力，從而降低了機組的制氧能耗。

⑷ 改進分子篩吸附器解吸階段閥門選型設(shè)計，減少設(shè)備投資

傳統(tǒng)的分子篩污氮加溫閥、冷吹閥、放空閥采用的是氣動調(diào)節(jié)閥，進分子篩系統(tǒng)的污氮總閥采用手動。

該套機組的加溫閥、冷吹閥、放空閥采用的是不帶調(diào)節(jié)性能的電磁閥，污氮總閥改為氣動調(diào)節(jié)閥，即分子篩在解吸各階段的氣量調(diào)節(jié)由傳統(tǒng)的分控改為總控，這樣即保證了流量調(diào)節(jié)，同時也減少了閥門投資，降低了閥門維護、維修成本。

⑸ 雙膨脹機配置，并增設(shè)氮膨脹工藝，實現(xiàn)效益最大化

本套空分裝置配備兩臺膨脹機，其中一臺帶有中壓氮膨脹工藝。如此配置的優(yōu)點是：正常生產(chǎn)時兩臺機組可互為備用；啟車階段，全開兩臺膨脹機，以縮短啟車時間；在氧氣用量低時，啟動膨脹機氮膨脹工藝，利用氮氣的富裕能力，生產(chǎn)一定量的液氮，轉(zhuǎn)產(chǎn)為一定量的液氧，實現(xiàn)效益最大化。

⑹采用液氧、液氮產(chǎn)品外部反罐工藝，增加生產(chǎn)調(diào)配手段

本套空分裝置設(shè)置了外部反灌液氧和液氮管線，這樣的設(shè)計可大大縮短熱啟車的出氧時間，也可在膨脹機臨時故障停車時，通過反灌液體維持空分的正常運行，另一方面，反灌液氮也可多出氣氧或者液氧。

⑺配置氣液轉(zhuǎn)換裝置，實現(xiàn)效益最大化

我廠現(xiàn)有兩套15000Nm3/h內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備，在氧氣用量減少時，中壓氧氣將大量放散，造成能源的很大浪費，本套空分裝置配備一套氣液轉(zhuǎn)換裝置，利用本套空分調(diào)節(jié)工況時所產(chǎn)液氮可將6#15000Nm3/h空分放空的氧氣與自增壓后的液氮在換熱器內(nèi)進行換熱轉(zhuǎn)換成液氧，以備蒸發(fā)或外銷，實現(xiàn)機組運行效益最大化。

四、項目運行情況及運行效果

項目于2008年6月28日正式出氧，投入運行。該機組運行至今，設(shè)備穩(wěn)定，安全低耗，運行指標達到了設(shè)計指標。

立式徑向流型式的分子篩吸附阻力只有7kPa左右，遠遠低于我廠其他6套空分采用的臥式分子篩吸附器的吸附壓力13kPa，從而降低了整個系統(tǒng)的運行壓力，行業(yè)統(tǒng)計計算：下塔壓力下降20kPa，能耗下降2.3%，這大大提高了機組運行的經(jīng)濟性。

該25000Nm3/h制氧機組流程技術(shù)先進，代表了當前國內(nèi)空分技術(shù)的先進水平。其立式徑向流型式的分子篩吸附器的國產(chǎn)化應(yīng)用；雙膨脹機的配置；空冷塔出風口設(shè)計的改進等新工藝、新技術(shù)的采用大大提高了機組的整體效益性和安全性，同時也值得國內(nèi)同行業(yè)在建設(shè)大型制氧機組項目時借鑒。