馬鋼30 000 m3/h空分裝置氮?dú)庠霎a(chǎn)改造

位天時(shí)，蔣衛(wèi)兵，韓 林

(馬鞍山鋼鐵有限公司 氣體銷(xiāo)售分公司，安徽 馬鞍山 243000)

·工藝與設(shè)備·

馬鋼30 000 m3/h空分裝置氮?dú)庠霎a(chǎn)改造

位天時(shí)，蔣衛(wèi)兵，韓 林

(馬鞍山鋼鐵有限公司 氣體銷(xiāo)售分公司，安徽 馬鞍山 243000)

介紹30 000 m3/h內(nèi)壓縮空分裝置氮?dú)庠霎a(chǎn)改造整體方案、工藝設(shè)計(jì)思路、施工過(guò)程、產(chǎn)品調(diào)試。

氮?dú)庠霎a(chǎn)；空分改造；工藝調(diào)試

1 項(xiàng)目背景

馬鞍山鋼鐵股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)馬鋼)KDON-30000/35000型空分設(shè)備于2005年12月成功調(diào)試投產(chǎn)，該工藝整套制氧流程采用內(nèi)壓縮(其中氧產(chǎn)品采用液體泵內(nèi)壓縮，氮產(chǎn)品采用外壓縮)，氬系統(tǒng)采用全精餾提氬技術(shù)。其中下塔采用篩板塔，上塔、粗氬Ⅰ、粗氬Ⅱ塔和精氬塔采用填料塔。近年來(lái)馬鋼公司氮?dú)庑枨罅康牟粩嘣黾樱?、氮生產(chǎn)工藝配比不協(xié)調(diào)，造成氧氣高放散率走高的問(wèn)題日益突出。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有空分工藝對(duì)比研究，充分挖掘設(shè)備精餾潛力，故開(kāi)展此次氮?dú)庠霎a(chǎn)改造項(xiàng)目。

2 改造方案

2.1 總體方案

KDON-30000/35000型空分設(shè)備原純氮?dú)? 5000 m3/h，污氮?dú)?2 000 m3/h(其中用于分子篩再生32 700 m3/h，其余污氮?dú)馑腿胨渌?。對(duì)空分工藝參數(shù)調(diào)整摸索，下塔污液氮抽取量在一定范圍內(nèi)能減少了氧氣產(chǎn)品中的氬損失，當(dāng)氬餾分提升至15%后含氮量仍≤0.1%。出上塔污氮?dú)?2 000 m3/h(其中用于分子篩再生32 700 m3/h，其余污氮?dú)馑腿胨渌?，含氧保持0.15%(一般空分裝置控制2%～5%)，污氣氮中的氧損失被大大降低，實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)品氧的提取率高達(dá)98%(見(jiàn)表1)。所以在利用原有的空壓機(jī)、增壓機(jī)、分子篩純化系統(tǒng)、空冷塔、主換熱器、下塔以及主冷等設(shè)備對(duì)上塔進(jìn)行增高改造。

通過(guò)對(duì)上塔頂部精餾物料平衡的設(shè)計(jì)核算，使原污氮?dú)獬榭谔幬鄣兌忍嵘?，達(dá)到純氮?dú)赓|(zhì)量要求。改造后出上塔低壓氮?dú)鈴?5 000m3/h提高至89 000m3/h。空氣預(yù)冷系統(tǒng)需增加一臺(tái)冷水機(jī)組，彌補(bǔ)原污氮?dú)鈹y帶的部分冷量。分子篩冷吹管線(xiàn)需增加液氮噴射器，以保證冷吹峰值的實(shí)現(xiàn)。

表1 30 000 m3/h空分設(shè)備實(shí)際運(yùn)行物料平衡估算

2.2 改造前后產(chǎn)品性能對(duì)比(見(jiàn)表2)

表2 KDON-30000/35000型空分設(shè)備改造前后產(chǎn)品性能對(duì)比

2.3 改造設(shè)計(jì)思路

1.因?yàn)榈獨(dú)猱a(chǎn)量增加，故需對(duì)上塔頂部輔塔進(jìn)行替換加高。改造后，原上塔污氮?dú)獬隹诠茏叩獨(dú)?，作為產(chǎn)品氮?dú)獬隹诠埽辉纤獨(dú)獬隹诠茏呶鄣獨(dú)?，作為污氮?dú)獬隹诠?。粗氬液化器氮?dú)狻⒕珰謇淠鞯獨(dú)鈪R集管接至原氮?dú)夤芫€(xiàn)。上塔氮?dú)獬隹诠?、上塔污氮?dú)獬隹诠茉诤线m的標(biāo)高處從上塔斷開(kāi)，然后接至替換后的上塔污氮?dú)?、氮?dú)獬隹谖恢谩?/p>

2.因冷箱加高，頂層密封氣管道需相應(yīng)上移,頂蓋部分增加兩路密封氣。

3.原側(cè)出板式污氮?dú)馊シ肿雍Y管路變成產(chǎn)品氮?dú)?，該管路上增設(shè)旁通閥門(mén)V121至原污氮頂出板式管線(xiàn)(現(xiàn)走純氮?dú)?，并調(diào)整相應(yīng)測(cè)點(diǎn)。

4.原頂出板式污氮?dú)膺B接至產(chǎn)品氮?dú)饪偣苌?，并增設(shè)三通及閥門(mén)。使富余的產(chǎn)品氮?dú)馀酝ㄖ了渌鄣艿阑厥绽淞俊?/p>

5.原產(chǎn)品氮?dú)膺B接至進(jìn)水冷塔原污氮總管上，并在該管路上增加流量計(jì)。

6.改造后污氮?dú)庾兂身敵霭迨竭M(jìn)分子篩系統(tǒng)，溫度較以前有所升高。所以去在V8閥前引出一路管線(xiàn)Φ55×3mm的管線(xiàn)送入液氮噴射蒸發(fā)器，并增加DN25的低溫調(diào)節(jié)閥，確保冷吹時(shí)污氮?dú)膺M(jìn)分子篩的溫度，從而不影響切換時(shí)冷箱進(jìn)氣溫度。同時(shí)將主換熱器側(cè)抽氮?dú)馀c分子篩污氮?dú)饣旌辖档臀鄣獨(dú)鉁囟葟亩鴾p小液氮噴射量。

2.4 改造工藝流程簡(jiǎn)圖

圖1 增氮改造工藝流程簡(jiǎn)圖

3 項(xiàng)目實(shí)施

3.1 新增35 000 m3/h氮壓機(jī)安裝調(diào)試

確保四萬(wàn)空分工況穩(wěn)定的前提下，尚有25 000～28 000 m3/h低壓氮?dú)飧挥唷榱藢?shí)現(xiàn)三萬(wàn)、四萬(wàn)空分產(chǎn)品低壓氮?dú)庥行Ю?，新增DN600低壓氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥連通至三萬(wàn)產(chǎn)品氮?dú)夤艿馈Ｊ沟眯?5 000 m3/h氮壓機(jī)能夠“一機(jī)兩用”。并在進(jìn)口增設(shè)低壓氮放空閥，氮透出口增設(shè)高壓氮放空閥。若發(fā)生氮透跳車(chē)，可工藝聯(lián)鎖打開(kāi)低壓氮放空閥及高壓放空閥，并通知四萬(wàn)調(diào)整低壓氮送氣閥，從而確保四萬(wàn)空分工況穩(wěn)定。氮壓機(jī)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3。

2014年1月下旬對(duì)新氮透進(jìn)行負(fù)載試車(chē)，并采用單獨(dú)壓縮來(lái)自四萬(wàn)空分的低壓氮?dú)?，試?chē)達(dá)到預(yù)期效果。

3.2 空分冷箱內(nèi)改造

2014年2月12日對(duì)三萬(wàn)空分冷箱進(jìn)行扒砂作業(yè)，后期發(fā)現(xiàn)塔頂有大片凍塊。因放砂較快，導(dǎo)致凍塊未能及時(shí)搗散，落下時(shí)對(duì)塔器附屬管道砸損較為嚴(yán)重。后期對(duì)變形的管道進(jìn)行了更換，并對(duì)液氧泵泄漏凍裂的冷箱壁板進(jìn)行了補(bǔ)焊加固。冷箱內(nèi)儀表管線(xiàn)按照新工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改造。

3.3 外部管道改造

外部管道施工與冷箱內(nèi)改造同步進(jìn)行，由于改造基于原有管道，新管道彎頭較多，施工空間小，嚴(yán)重制約了工程進(jìn)度。考慮到管道阻力的增加，所屬閥門(mén)均采用大口徑調(diào)節(jié)閥，舍棄原有的孔板流量計(jì)采用均速管(威力巴)流量計(jì)。

表3 35 000 m3/h氮?dú)馔钙綁嚎s機(jī)性能參數(shù)

3.4 冷凍機(jī)安裝

冷凍機(jī)工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。

圖2 冷凍機(jī)工藝流程簡(jiǎn)圖

冷凍機(jī)采購(gòu)國(guó)內(nèi)某廠(chǎng)螺桿式大溫差水冷冷水機(jī)組，并對(duì)小水泵后管道去空冷塔水管需進(jìn)行改造，以便冷水機(jī)組的安裝和運(yùn)行。

4 工藝調(diào)試

1.2014年4月26日改造后首次熱開(kāi)車(chē)，44 h后產(chǎn)品氧氣合格并網(wǎng)，47 h產(chǎn)品氮?dú)饧兌群细?。在進(jìn)行帶氬操作過(guò)程中，當(dāng)氬餾分高于6%時(shí)粗氬塔就出現(xiàn)氮塞跡象(改造前8%～15%)，富氧液空純度在32%～34%，污液氮節(jié)流閥V2開(kāi)度在13%～15%，液氮節(jié)流閥V3開(kāi)度在65%～67%。通過(guò)反復(fù)調(diào)試并分析斷定，上塔精餾段氣液兩相組分有變影響氬餾分富集。改造增加輔塔后，雖然氬餾分抽口位置沒(méi)有發(fā)生變化，但是氬富集區(qū)較以前有很大變化。確保氧、氮純度不受影響的前提下，逐步開(kāi)大污液氮節(jié)流閥V2提高富氧液空純度至38%～40%。當(dāng)氬餾分含氬量高達(dá)18.7%未出現(xiàn)氮塞，主塔工況穩(wěn)定，一舉“攻克氬關(guān)”。

2.實(shí)際運(yùn)行中低壓氮?dú)猱a(chǎn)量可達(dá)99 000 m3/h，純度≤1×10-6O2，因此采取全關(guān)V126閥(側(cè)抽氮?dú)鈫为?dú)作為再生氣)，簡(jiǎn)化了液氮噴射器的操作。

3.由于塔器加高，空壓機(jī)出口壓力增加約1%，再加上冷水機(jī)組電耗，電耗較改造前有所增加。初步測(cè)算制氧機(jī)單耗增加約1200 kW，相比氮?dú)庠霎a(chǎn)帶來(lái)的綜合效益，還是非?？捎^(guān)的。

5 改造總結(jié)

氮?dú)庠霎a(chǎn)改造充分挖掘三萬(wàn)制氧機(jī)設(shè)備潛力，結(jié)合制氧廠(chǎng)氧氮供需矛盾現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)冷箱內(nèi)塔器加高、外部管道改造、循環(huán)氮壓機(jī)安裝，大幅提升氮?dú)猱a(chǎn)量，減小了氧氣的放散，可謂花小錢(qián)而辦大事。

位天時(shí)(1986)，助理工程師，2010年畢業(yè)于北京科技大學(xué)熱能系低溫工藝與裝置專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)馬鋼氣體銷(xiāo)售分公司從事空分工藝技術(shù)、安全標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)備可靠性等工作。郵箱：2079464655@qq.com

Masteel 30 000m3/h Air Separation Plant Nitrogen Output Reform

WEI Tianshi，JIANG Weibing，HAN Lin

(Gas Sales Division, Maanshan Iron & Steel Co., Ltd., Maanshan 243000，China)

The article introduces 30 000m3/h air separation plant nitrogen output reform overall idea，construction process scheme，process design, product debugging.

nitrogen increase； ASP reform；debugging process

2016-12-14

TQ116.15

B

1007-7804(2017)01-0023-05

10.3969/j.issn.1007-7804.2017.01.006