空分設(shè)備主冷返充的開車實(shí)踐

蘭振強(qiáng)

摘 要：空分設(shè)備冷開車之前或開車積液過程中，可結(jié)合主冷液氧液位高度與參與精餾的冷量富裕情況，考慮通過一定方法對空分主冷返充低溫產(chǎn)品液體，來提高空分設(shè)備的開車效率，可有效縮短調(diào)純出產(chǎn)品時間。文章重點(diǎn)介紹了南鋼制氧廠通過液化裝置對主冷返充液氧的具體方案和操作技術(shù)要領(lǐng)，分析了該返充方法的可行性與優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：空分設(shè)備；液化裝置；開車；返充主冷

鋼鐵企業(yè)中經(jīng)常發(fā)生轉(zhuǎn)爐爐役、高爐休風(fēng)等檢修項目，這期間將造成空分設(shè)備生產(chǎn)出的高純氧氣大量放散，致使嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，對制氧廠的節(jié)能減排、生產(chǎn)成本控制等工作帶來嚴(yán)重的不利。制氧廠也只能根據(jù)鋼鐵生產(chǎn)單位的檢修計劃對空分設(shè)備進(jìn)行不定期的全系統(tǒng)開、停車來降低氧氣放散率。南京鋼鐵聯(lián)合有限公司（文中簡稱：南鋼）現(xiàn)有5套空分設(shè)備，最大生產(chǎn)保供能力為120000m3/h氧氣。1號20000m3/h空分設(shè)備全系統(tǒng)停機(jī)頻繁，停機(jī)時間少則數(shù)天，多則不限。

1 返充主冷的意義

1.1 返充主冷的必要性

空分設(shè)備冷箱采用珠光砂（又稱膨脹珍珠巖砂漿）作為隔冷層材料，但其隔冷效果并非絕對可靠?？辗衷O(shè)備停機(jī)期間，精餾塔跑冷現(xiàn)象難以避免，這就致使了空分設(shè)備開機(jī)過程中參與精餾的冷量不足而大大延長開機(jī)調(diào)純出產(chǎn)品時間，浪費(fèi)大量電能，致使降本壓力巨大。

1.2 返充主冷的經(jīng)濟(jì)性

以南鋼制氧廠KDON-20000/30000型空分設(shè)備全系統(tǒng)停機(jī)一周后恢復(fù)開車為例，空分設(shè)備開機(jī)過程中：空壓機(jī)平均運(yùn)行電流為600安培，電壓10千伏；水處理和空分氮水預(yù)冷系統(tǒng)的運(yùn)行水泵電流總和約800安培，電壓0.38千伏；液化裝置返充空分主冷補(bǔ)充低溫液氧約20噸，空分設(shè)備開機(jī)過程耗時縮短8小時計算；液化裝置每產(chǎn)一噸液氧耗電約836kWh（含外壓縮制氧機(jī)生產(chǎn)低壓氧氣和氧壓機(jī)壓縮氧氣的電耗）。用液化裝置返充主冷進(jìn)行冷開車年直接經(jīng)濟(jì)效益約40萬元。

2 空分設(shè)備開車與返充主冷前的儀控保障

目前大型空分設(shè)備以集中監(jiān)視操作為主，就地監(jiān)視操作為輔的原則對其進(jìn)行操控，故儀控系統(tǒng)是大型空分設(shè)備的一個重要組成部分。根據(jù)空分工藝流程的需要，配備了各種儀表及自控裝置來監(jiān)控各設(shè)備的工藝參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)各主要操作閥門的自動控制或遙控操作，以及必要的聯(lián)鎖保護(hù)措施，以實(shí)現(xiàn)空分設(shè)備安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。儀控裝置的完好與否將對空分設(shè)備開車及返充主冷過程是否順利產(chǎn)生直接影響。

空分設(shè)備開車與返充主冷前，應(yīng)提前對各大壓縮機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)葉、防喘振閥、放空閥等；空分膨脹機(jī)與液化膨脹機(jī)噴嘴、緊急切斷閥、回流閥、轉(zhuǎn)速表；關(guān)鍵溫度、壓力測點(diǎn)；各系統(tǒng)重要閥門（如板式換熱器的進(jìn)氣閥V111～V114）；進(jìn)行調(diào)試，確保其指示準(zhǔn)確，動作靈敏、精確，避免因以上的問題而影響開車進(jìn)度和開車安全。對空冷塔、水冷塔、主冷、下塔等部位的液位計進(jìn)行檢查確認(rèn)，確保其指示準(zhǔn)確，防止多指或少指現(xiàn)象發(fā)生，以免在空分開車期間因液位計指示不準(zhǔn)而發(fā)生安全事故。還要對各壓縮機(jī)進(jìn)行空投實(shí)驗(yàn)，對分子篩程序進(jìn)行模擬運(yùn)行，確?？辗衷O(shè)備開車與返充主冷過程順利，以提高開車調(diào)純出產(chǎn)品效率，避免因儀控系統(tǒng)方面的原因影響整個計劃的進(jìn)度。

3 返充主冷

3.1 返充主冷的常用方式

空分設(shè)備開車過程中，如果精餾塔內(nèi)冷量嚴(yán)重不足，尤其是在積液階段，將造成制氧機(jī)開車時間漫長，產(chǎn)品遲遲不達(dá)標(biāo)而影響生產(chǎn)保供。

3.2 通過液化裝置返充主冷

南鋼制氧廠1號20000m3/h空分設(shè)備投運(yùn)時，配置了一臺YPON-2400/2200型氧氮液化裝置。該制氧機(jī)組借助設(shè)備配置優(yōu)勢，在空分設(shè)備冷開車前或開車積液過程中，視情況及時啟動氧氮液化裝置液化中壓管網(wǎng)氧氣對空分主冷進(jìn)行返充液氧，以補(bǔ)充空分開車過程中所缺少的冷量，從而達(dá)到空分開車快速出產(chǎn)品的目的。

3.2.1 空分設(shè)備冷開車返充主冷的方案

空分設(shè)備短時間停機(jī)后，冷箱內(nèi)系統(tǒng)溫度依然很低，主冷和粗氬Ⅱ塔底部甚至還有一定量的低溫液體。待空分設(shè)備開車的具體時間定下來后，可根據(jù)主冷液位高度，提前啟動液化裝置，待液化裝置全系統(tǒng)冷卻至出液溫度時，關(guān)閉低溫液體進(jìn)貯槽閥門，溝通液化裝置液體平衡罐至主冷的真空管道，調(diào)整液化裝置至最大生產(chǎn)負(fù)荷，把出液化裝置液體平衡罐的液體壓力控制在0.35MPa左右，對空分主冷進(jìn)行返充。當(dāng)空分主冷液位滿量程時，可對主冷繼續(xù)返充，待產(chǎn)品氧氣出主塔TI9測點(diǎn)溫度開始微量下降時，停止主冷反沖。

液化裝置返充空分主冷的流程所示?？辗种骼浞党溥^程中，液化裝置的低溫膨脹機(jī)ET1轉(zhuǎn)速SRAS401YB控制在約28000rpm，高溫膨脹機(jī)ET2轉(zhuǎn)速SRAS401YB控制在約38000rpm，出低溫膨脹機(jī)氮?dú)鉁囟萒E4y控制在-184℃附近，來自管網(wǎng)原料氧氣流量FT102y控制在2400m3/h附近，出換熱器氧氣溫度TE8y控制在-173℃附近，出液氧平衡罐SV2壓力PT10y控制在0.35MPa附近。全關(guān)液氧貯槽SV1701進(jìn)液閥V1804，確保V1803、V352、V309y等吹除閥全關(guān)。打開液氧平衡罐SV2送液閥V10y、V311y，打開空分主冷K1排液閥V7并確保其電磁閥得電。溝通液氧平衡罐SV2至空分主冷K1間的真空管道后，開始對空分主冷K1進(jìn)行返充低溫液氧。待空分主冷K1液位LI2滿量程后約2小時，關(guān)閉空分主冷K1排液閥V7，打開液氧貯槽SV1701進(jìn)液閥V1804，把液化裝置產(chǎn)的低溫液體送進(jìn)液氧貯槽，空分主冷返充結(jié)束。

空分開車過程中可視參與空分精餾的冷量富裕情況，按照以上方法考慮是否對空分主冷再次返充。因主冷返充的液氧純度在99.6%以上，故該返充過程不但補(bǔ)充了空分精餾所需的冷量，同時還可大大縮短開車調(diào)純出氧時間。

3.2.2 空分設(shè)備熱開車返充主冷的方案

空分設(shè)備熱開車過程中，由于空分冷箱內(nèi)板式換熱器、主塔、氬塔等設(shè)備均處于常溫狀態(tài)，為確保反沖主冷操作和設(shè)備本體安全，必須等空分冷箱內(nèi)系統(tǒng)徹底冷卻后，控制好通過液化裝置返充主冷的介質(zhì)溫度，最好進(jìn)入積液階段后再進(jìn)行主冷返充?？辗衷O(shè)備熱開車的冷卻階段，可同時啟動兩臺空分膨脹機(jī)進(jìn)行制冷，當(dāng)開車進(jìn)入積液階段時，可以對空分主冷參照空分設(shè)備冷開車主冷返充方案進(jìn)行返充，視參與精餾的冷涼富裕情況，考慮開車是否直至產(chǎn)品合格后停止空分主冷的返充。南鋼制氧廠通過液化裝置對空分設(shè)備主冷返充熱開車，比設(shè)計出產(chǎn)品時間縮短約14小時。

3.3 采用液化裝置返充主冷的優(yōu)越性

為縮短空分設(shè)備開車出產(chǎn)品時間，國內(nèi)曾有過用低溫液氧泵抽取液氧貯槽液氧返充空分主冷的案例，但因液氧泵打出的低溫液氧壓力高、流量大、流速快等特點(diǎn)，空分設(shè)備開車期間，液氧可能大量汽化，帶出裝置的氣體氧濃度較高，對分子篩電爐的使用存在安全隱患，另外，液氧中的碳?xì)浠衔飼饪s積聚，用該方法對主冷返充過程存在極大的安全風(fēng)險，故該返充主冷法一直不被業(yè)內(nèi)認(rèn)同。另外，用液氧槽車返充主冷，同樣存在安全隱患，且槽車的貨源較復(fù)雜，槽車內(nèi)液氧的成分若不進(jìn)行嚴(yán)格的分析把關(guān)而直接返充主冷，存在較大的安全風(fēng)險。通過不斷的創(chuàng)新攻關(guān)，經(jīng)過大量實(shí)踐與論證，制氧廠上下一致認(rèn)為用液化裝置生產(chǎn)的低溫液氧產(chǎn)品返充空分主冷，可消除用液氧泵返充主冷所存在的諸多安全隱患，既方便可靠，又經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

4 結(jié)束語

在宏觀經(jīng)濟(jì)的“新常態(tài)”下，實(shí)現(xiàn)空分設(shè)備的低耗高效生產(chǎn)運(yùn)行顯得愈發(fā)重要。通過液化裝置液化管網(wǎng)氧氣返充空分設(shè)備主冷，實(shí)現(xiàn)了空分設(shè)備低能耗、高效率開車，達(dá)到快速調(diào)純出產(chǎn)品的保產(chǎn)保供目的。操作過程簡單、安全、方便、穩(wěn)定，大量減少了空分設(shè)備開車電耗損失，有效降低了勞動力強(qiáng)度，實(shí)用性較強(qiáng)，推廣前景好。