一種雙空分裝置組合運(yùn)行的控制方法

李宏

（河北集團(tuán)邯鄲鋼鐵股份有限公司氣體廠，河北邯鄲056015）

制氧

一種雙空分裝置組合運(yùn)行的控制方法

李宏

（河北集團(tuán)邯鄲鋼鐵股份有限公司氣體廠，河北邯鄲056015）

利用系統(tǒng)資源，根據(jù)邯鋼鐵鋼生產(chǎn)以及制氧生產(chǎn)的現(xiàn)狀，分析空分組合控制方法，降低氧氣放散率，降低運(yùn)行能耗。

雙空分控制方法；不同氣量空壓機(jī)；氧氣放散率；降低能耗

1 前言

邯鋼氣體廠擔(dān)負(fù)著邯鋼公司鐵鋼生產(chǎn)必需的氧氣、氮?dú)?、氬氣以及氫氣等氣體介質(zhì)供應(yīng)的主要任務(wù)。近年來(lái)，伴隨鋼鐵企業(yè)產(chǎn)能的逐年增加，對(duì)氧氣的需求也越來(lái)越大，因此，各大鋼鐵企業(yè)在新上制氧設(shè)備時(shí)，單臺(tái)套空分機(jī)組的規(guī)模也越來(lái)越大。這是因?yàn)閱闻_(tái)制氧機(jī)的生產(chǎn)規(guī)模越大，相應(yīng)的能耗就越低。但是，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于鐵、鋼生產(chǎn)系統(tǒng)的檢修以及突發(fā)性故障等因素會(huì)直接影響氧氣的供應(yīng)，造成產(chǎn)供平衡失調(diào)。這時(shí)，大規(guī)模制氧設(shè)備的變負(fù)荷由于受制氧機(jī)的限制，變負(fù)荷范圍達(dá)不到這種需求的變動(dòng)幅度，此時(shí)不可避免地造成氧氣大量放散的現(xiàn)象，能耗隨之大幅度上升，嚴(yán)重影響制氧機(jī)的生產(chǎn)運(yùn)行指標(biāo)和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

針對(duì)這種情況，充分利用老設(shè)備以及現(xiàn)有資源，采取兩套空分裝置并列運(yùn)行，3臺(tái)空氣量分別為40000 m3/h，80000 m3/h以及105000 m3/h的3臺(tái)空壓機(jī)聯(lián)合供氣，通過(guò)合理氣量分配的調(diào)整控制方法，達(dá)到滿足生產(chǎn)需要、空分裝置穩(wěn)定運(yùn)行的目的。通過(guò)空分裝置并行以及空氣量調(diào)整的控制方法，既滿足生產(chǎn)變化的需求又不造成氧氣的放散，大大降低空分運(yùn)行成本，又可使系統(tǒng)調(diào)配手段更加靈活，設(shè)備綜合能耗進(jìn)一步降低。

2 雙空分裝置組合運(yùn)行的前提條件

本操作所要解決的技術(shù)問(wèn)題是利用多臺(tái)空壓機(jī)為兩套空分裝置供氣，使得空分裝置氧氣產(chǎn)量可以大范圍地調(diào)整以滿足生產(chǎn)需求，從而避免放散，大幅降低運(yùn)行制氧生產(chǎn)能耗的空分操作技術(shù)和控制方法。前提條件：

（1）這兩套空分裝置均為全低壓空分裝置，上、下塔均為規(guī)整填料塔結(jié)構(gòu)，具備大負(fù)荷變工況的低溫空分制氧生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)能力75%～105%的負(fù)荷下連續(xù)調(diào)節(jié)。

（2）3臺(tái)空壓機(jī)出口壓力基本一致，空壓機(jī)出口溫度接近。確保進(jìn)兩套空分裝置的空氣調(diào)節(jié)穩(wěn)定。

（3）3臺(tái)空壓機(jī)的配備分別為一套空分裝置正常工作狀態(tài)下所需空氣量為40000 m3/h，80000 m3/h以及105000 m3/h。

（4）3臺(tái)空壓機(jī)出口用管道聯(lián)通，并加裝單獨(dú)控制閥門。

3 雙空分裝置組合運(yùn)行的技術(shù)方案

以一套氧氣產(chǎn)量為20000 m3/h的制氧機(jī)為例，由空分配套空壓機(jī)單獨(dú)供氣的前提下，正常情況空氣量在105000 m3/h左右，為防止空壓機(jī)喘振停車，氧氣產(chǎn)量只能控制在：18000 m3/h～21000 m3/h區(qū)間調(diào)節(jié)。然而，一旦氧氣需求只有15000 m3/h時(shí)，大多數(shù)企業(yè)為保證空壓機(jī)的正常運(yùn)行，防止空壓機(jī)由于喘振造成的停車，空壓機(jī)只能選擇降負(fù)荷運(yùn)行（空壓機(jī)通過(guò)控制入口導(dǎo)葉或者空壓機(jī)打環(huán)流運(yùn)行），使空分工況保持在18000 m3/h工況，即使這樣，氧氣產(chǎn)量仍比15000 m3/h的需求的多出3000 m3/h，多出的這部分氧氣要么選擇低壓放散，要么就只能高壓放散了。這樣就一方面造成空壓機(jī)多發(fā)生電能消耗，另一方面生產(chǎn)出的氧氣只能選擇放散，造成了大量的浪費(fèi)，生產(chǎn)成本大幅度增加。

事實(shí)上，由于空分裝置的生產(chǎn)能力可以75%～105%的負(fù)荷下連續(xù)調(diào)節(jié)，產(chǎn)量最低可以降到15000 m3/h。要解決上述難題，完全可以用一臺(tái)80000 m3/h小氣量的空壓機(jī)替代原有的空壓機(jī)來(lái)供氣，這樣就可以達(dá)到15000 m3/h的產(chǎn)量。解決3000 m3/h的氧氣放散問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)40000 m3/h氣量的壓縮機(jī)與105000 m3/h氣量的壓縮機(jī)的聯(lián)合控制，就可以得到30000 m3/h的氧氣產(chǎn)量。因此，不同氣量的空壓機(jī)管網(wǎng)聯(lián)通是實(shí)現(xiàn)此功能的前提條件，根據(jù)不同的氧氣需求對(duì)空氣量進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到氧氣產(chǎn)供平衡的目的。這樣一種雙空分裝置組合運(yùn)行的控制方法就可以很有效地解決這個(gè)問(wèn)題。

以我廠兩套20000 m3/h制氧機(jī)空分裝置為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明一下。

圖1 兩套空分裝置管網(wǎng)聯(lián)通示意圖

表1 不同空壓機(jī)單獨(dú)供氣

表2 不同空壓機(jī)并聯(lián)后供氣

4 雙空分裝置組合運(yùn)行的操作方式

從上述兩種不同的方式可以看出：氧氣產(chǎn)量從35000 m3/h降到30000 m3/h，這兩種方式的主要操作控制方式如下：

（1）通過(guò)操作兩套空分裝置入口閥門，使兩套空分同時(shí)進(jìn)行降負(fù)荷操作，空壓機(jī)分別控制入口倒葉，通過(guò)空壓機(jī)放空閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（2）兩套空分裝置的空分氣量通過(guò)放空閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，將空分裝置入口空氣量分別降至：1#空分空氣量80000 m3/h，2#空分空氣量68000 m3/h。

（3）緩慢打開空氣管網(wǎng)聯(lián)通閥（以空壓機(jī)導(dǎo)葉不大范圍波動(dòng)為準(zhǔn)），待兩套空分進(jìn)口壓力持平后逐漸將空氣聯(lián)通閥閥門開度開至40%。

（4）啟動(dòng)3#空壓機(jī)（空氣量40000 m3/h）并升壓，壓力略高于空氣聯(lián)通管道的系統(tǒng)壓力5～10 kPa。

（5）緩慢打開3#空壓機(jī)送氣閥,通過(guò)關(guān)閉3#空壓機(jī)放空閥向管網(wǎng)送氣，當(dāng)壓力與空氣聯(lián)通管道的壓力持平后，全開2#閥門；同時(shí)空氣聯(lián)通閥開度逐漸開啟，開啟過(guò)程中注意觀察兩套空分裝置的空氣量和入口壓力。

（6）當(dāng)1#空壓機(jī)導(dǎo)葉關(guān)到30%、電流低于500 A時(shí)停止送氣，打開2#空壓機(jī)放空閥點(diǎn)動(dòng)放空，此時(shí)1#空壓機(jī)導(dǎo)葉逐漸開大，當(dāng)電流達(dá)到560～580 A時(shí)，停止放空。

（7）重復(fù)上述操作直至3#空壓機(jī)放空閥全部關(guān)閉。

（8）通過(guò)關(guān)閉1#、2#空分裝置聯(lián)通閥門，進(jìn)行降負(fù)荷操作，每次降2000～3000 m3/h空氣量，待空分平穩(wěn)后繼續(xù)進(jìn)行，此時(shí)應(yīng)注意1#空壓機(jī)電流，用2#空壓機(jī)放空閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至1#空分空氣量降至80000 m3/h、2#空分空氣量降至68000 m3/h。

（9）逐漸關(guān)閉3#空壓機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)通的閥門，聯(lián)通閥門全關(guān)后，關(guān)閉3#空壓機(jī)送出閥門，將3#空壓機(jī)退出停運(yùn)。

雙空分裝置組合運(yùn)行的能耗比較見(jiàn)表3。

表3 方式比較

從表3對(duì)比可以看出，沒(méi)有采取上述措施前，兩套空分裝置的原產(chǎn)量合計(jì)40000 m3/h，一旦用氧發(fā)生變化，直接造成氧氣的放散和能耗的升高。采取上述操作后，制氧系統(tǒng)的運(yùn)行方式更加靈活，兩套空分裝置的產(chǎn)量可以根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏變化以及用氧、用氮的情況進(jìn)行調(diào)整，兩套空分的產(chǎn)量不局限于當(dāng)初的每套制氧機(jī)20000 m3/h的氧氣產(chǎn)量，兩套制氧機(jī)產(chǎn)量可以靈活的在30000～40000 m3/h之間進(jìn)行調(diào)整。增加了生產(chǎn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)手段，滿足了各種不同情況下的氧氣需求。解決了目前制氧機(jī)大型化生產(chǎn)組織期間的氧氣放散問(wèn)題。同時(shí)也解決了一旦空分裝置空壓機(jī)故障后直接影響生產(chǎn)的矛盾，最主要的是空分單耗也大幅降低。

這種運(yùn)行方式的建立可有以下幾種產(chǎn)量變化：

方式1：1#空壓機(jī)和2#空壓機(jī)聯(lián)合供氣；兩套空分裝置氧氣產(chǎn)量可以達(dá)到35000 m3/h，氮?dú)猱a(chǎn)量達(dá)到68000 m3/h。

方式2：1#空壓機(jī)+2#空壓機(jī)+3#空壓機(jī)聯(lián)合供氣；兩套空分裝置氧氣產(chǎn)量可以達(dá)到40000 m3/h，氮?dú)猱a(chǎn)量達(dá)到80000 m3/h。

由此可以看出，這種運(yùn)行操作方式，可以廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)制氧企業(yè)，這些企業(yè)大多擁有淘汰的老式小氣量空壓機(jī)，只要工作壓力滿足空分需求，即可將空壓機(jī)出口管道聯(lián)通，并加裝單獨(dú)控制閥門，廢物利用。當(dāng)然，操作難度必然增加，但是所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

5 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

5.1 氧氣放散率降低產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

從表3可以看出，當(dāng)氧氣需求減少時(shí)，通過(guò)雙空分裝置組合運(yùn)行的方式調(diào)整，完全可以降低5000 m3/h的氧氣產(chǎn)量。減少這部分氧氣的放散。通過(guò)方式二與方式一的比較，僅降低氧氣放散率產(chǎn)生的經(jīng)效益為（按照運(yùn)行一個(gè)月，電價(jià)按照0.6元/kW·h進(jìn)行計(jì)算）：5000×0.683×24×30×0.6=147.528萬(wàn)元。

5.2 氧氣放散率降低產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

從表3可以看出，通過(guò)雙空分裝置組合運(yùn)行的方式調(diào)整，氧耗電從0.683 kW·h/m3降低到到0.660 kW·h/m3，降低了0.023 kW·h/m3。如果按照表3中方式一運(yùn)行（按照運(yùn)行一個(gè)月，電價(jià)按照0.6元/kW·h進(jìn)行計(jì)算）：氧耗電的降低產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益如下：35000×0.023×24×30×0.6=34.776萬(wàn)元。

綜上所述，通過(guò)雙空分裝置組合運(yùn)行方式的控制方法，一方面提高了制氧生產(chǎn)調(diào)節(jié)的靈活性，另一方面大大降低了運(yùn)行能耗。

The ControlM ethod for Combined Operation of a Double Air Separation Device

LI Hong
(TheGasesCompanyofHandanIronandSteelCo.,Handan,Hebei056015,China)

The control method for combined operation of air separation units was analyzed making use of system resources and in light of the current state of both steel production and oxygen generation of Handan Steel.As a result,the oxygen bleeding rate has been reduced and operation energy consumption has been lowered.

control method for double air separation;compressors with different gas volume;oxygen bleeding rate;reduction of energy consumption

TB657.7

B

1006-6764(2014)12-0033-02

2014－08－15

2014－09－28

李宏（1969－），男，本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)管理工作。