35000 m3/h制氧機組提高氮氣提取量的嘗試

王立璞，劉聰壯，馮經(jīng)緯，李永強，田 勐

引言

隨著鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展，煉鋼煉鐵對氧氣、氮氣的需求也在發(fā)生變化，氮氣需求逐漸增加，尤其是冷軋工序耗用大量氮氣幾乎不消耗氧氣，造成了氮氣、氧氣需求不平衡，特別是在煉鐵高爐檢修期間，高爐停用富氧但是由于煤氣管道置換氮氣需求量較大，氮氧不平衡現(xiàn)象更加嚴重。如果因為氮氣產(chǎn)量不足需要再運行一套制氧機組，不僅浪費一套制氧機組的電耗，還造成大量的氧氣放散，存在重大的安全隱患。既要保證煉鋼煉鐵氮氣供應，又要確保安全降低運行成本，制氧機的氮氣產(chǎn)量能不能超過設計產(chǎn)量，能超產(chǎn)多少，氮氣產(chǎn)品的純度能否達到要求，在這幾個方面我們進行了技術(shù)攻關(guān)和試驗研究。

1　法液空35000 m3/h制氧機的現(xiàn)狀

法液空35000 m3/h制氧機滿負荷時低壓氮氣產(chǎn)量為35000 m3/h，純度要求含氧小于2×10-6。制氧機穩(wěn)定運行必須遵守能量守恒、冷量守恒、組分守恒，要提高低壓氮氣產(chǎn)量，只能通過調(diào)整空分精餾塔內(nèi)的回流比，減少污氮氣產(chǎn)量才能實現(xiàn)。精餾塔流程圖如圖1。

圖1　精餾塔流程圖

制氧機在不同負荷下的低壓氮氣產(chǎn)量、污氮氣產(chǎn)量、分子篩冷吹流量、E60用于降低水溫的污氮氣量，如表1。

表1　制氧機不同負荷下產(chǎn)品量量表 m3/h

如果在保證水溫前提下，通過調(diào)整上塔回流比保證低壓氮氣純度，將E60用于降低水溫的部分污氮氣量轉(zhuǎn)化為低壓氮氣量，此方法還是可行的。

2　制氧機組提高低壓氮氣產(chǎn)量面臨的難題

（1）提高低壓氮氣產(chǎn)量將導致進入氮冷塔E60的污氮量減少，引起冷凍機進口溫度升高，進而引起進入分子篩的空氣溫度升高、進塔空氣量溫度升高。

（2）提高低壓氮氣產(chǎn)量將使板式阻力增大，導致低壓氮氣出板式后壓力降低，進而引起各氮壓機入口壓力降低，容易引起連鎖保護而跳車。

（3）單獨提高低壓氮氣產(chǎn)量影響上塔精餾工況，給低壓氮氣純度和污氮氣純度帶來影響，造成上塔回流比減小，上塔從下到上含氧量上升，一方面造成低壓氮氣含氧量升高，能否保證低壓氮氣產(chǎn)品純度合格；另一方面造成污氮氣含氧量升高，引起氧提取率降低。

3　制氧機組提高低壓氮氣產(chǎn)量所采取的控制措施

3.1通過流程改造，采用冷凍機組串聯(lián)使用的方法，消除進入氮冷塔E60的污氮量減少造成水溫上漲的影響，有效地保證進入分子篩的空氣溫度不會受到E60污氮氣減少的影響。

3.2提高低壓氮氣產(chǎn)量將使板式阻力增大，導致低壓氮氣出板式后壓力降低，進而引起各氮壓機吸入壓力降低，現(xiàn)在作業(yè)區(qū)通過改造和技術(shù)革新，將1個20000 m3/h低壓氮壓機 (1#C50)、4個28000 m3/h低壓氮壓機 (2#～5#C50)、1個12000 m3/h中壓氮壓機(1#C51)、1個 20000 m3/h中壓氮壓機(2#C51)的吸入口全部聯(lián)通在一起，穩(wěn)定運行時，2#C51中壓氮壓機對吸入壓力比其他氮壓機都低，因此只要保證2#C51中壓氮壓機吸入壓力合格，其他的氮壓機都能穩(wěn)定運行。2#C51吸入壓力由正常情況下的9 kPa左右（PL值0 kPa，壓縮機卸載；LL值-5 kPa，壓縮機停車），所以初步實驗計劃2#C51吸入壓力控制在3 kPa。

3.3單獨提高低壓氮氣產(chǎn)量影響上塔精餾工況，給低壓氮氣純度和污氮氣純度帶來影響，造成上塔回流比減小，因此此次提高低壓氮氣產(chǎn)量的操作要循序漸進，每次提高1000 m3/h，穩(wěn)定30 min，然后才能開始繼續(xù)加量。另外根據(jù)AP1682A、AP1682A、AP1680A、AP1680C純度變化，適量開大FV1557和FV1558的閥門，保證低壓氮氣純度合格。

4　實驗總結(jié)

4.1空分負荷35000運行，低壓氮氣產(chǎn)量由35000 m3/h加至45000 m3/h，出板式壓力PT1501由22～24 kPa降低至 13 kPa；2#C51吸入壓力由 10～13 kPa降低至1～4 kPa，期間由于管網(wǎng)壓力低送氮氣量過大造成入口壓力降低到0 kPa以下，造成2#C51卸載。因此低壓氮氣產(chǎn)量滿負荷時加至45000對本套設備來說，已經(jīng)到極限，運行過程中需要對氮壓機時刻監(jiān)控吸入壓力變化情況，當壓力接近跳車值時及時降低送出量。

4.2單獨提高低壓氮氣產(chǎn)量影響上塔精餾工況，給低壓氮氣純度和污氮氣純度帶來影響，造成上塔回流比減小，上塔從下到上含氧量上升，一方面造成低壓氮氣含氧量升高，當日AP1680A由實驗前0.005×10-6上升到最高2.39×10-6，通過調(diào)節(jié)工況最終維持在（0.05～0.2）×10-6之間，保證了產(chǎn)品純度低于1×10-6的目標；另一方面造成污氮氣含氧量升高，引起氧提取率降低，通過增大提餾段回流比等措施，保證了AP1682始終保持在0.1%左右。

4.3閥門調(diào)節(jié)：HIC1501A由以前的35%開到55%以上，同時FIC1501B.SV由35000 m3/h提高至44000 m3/h，保證精餾塔內(nèi)送出量恒定避免波動對主塔工況造成影響；稍微開大FIC1557及FIC1558閥門開度（FIC1557由53%加至54%，F(xiàn)IC1558由80%加至85%），適當降低液氮產(chǎn)量，增大精餾段回流比。

5　結(jié)語

通過實驗可以看出，法液空35000制氧機滿負荷運行時，低壓氮氣產(chǎn)量由35000 m3/h加至45000 m3/h后，F(xiàn)IC1557由53%加至54%，F(xiàn)IC1558由80%加至85%，精餾塔工況穩(wěn)定，產(chǎn)品純度合格。但是2#C51 吸入壓力由 10～13 kPa降低至 1～4 kPa，期間由于管網(wǎng)壓力低送氮氣量過大造成入口壓力降低到0 kPa以下，造成2#C51卸載。因此法液空35000制氧機組滿負荷時低壓氮氣產(chǎn)量加至45000 m3/h對本套設備來說，已經(jīng)到極限。當?shù)蛪旱獨猱a(chǎn)量加至42000 m3/h時，2#C51中壓氮壓機的吸入壓力為4～6 kPa，可以保證氮壓機安全穩(wěn)定運行。