淺析270T/D氧氮液化裝置及控制系統(tǒng)

魏華

摘 要：為降低氧氣放散率、提高氣體生產(chǎn)運(yùn)行中的調(diào)控能力和緩沖能力，邯鋼氣體廠新增建了一套270T/D氧氮液化裝置，該裝置由中國空分設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)。本文從改裝置的技術(shù)參數(shù)、流程特點(diǎn)及儀控系統(tǒng)等方面分析新建液化裝置的性能和對氧氣放散率的影響。

關(guān)鍵詞：270T/D液化裝置；氧氣放散率；降本增效

中圖分類號：TB653 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）14-0069-02

1 前言

河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼分公司作為現(xiàn)代化大型鋼鐵企業(yè)，在企業(yè)科學(xué)化管理和如何降本增效方面一直在不斷的探索改革，目前邯鋼內(nèi)部各二級廠已經(jīng)把降成本、增效益作為首要目標(biāo)。而同時邯鋼的制氧廠—?dú)怏w廠在保證鋼鐵主線生產(chǎn)的同時，開發(fā)了低溫液體的生產(chǎn)及外銷業(yè)務(wù)，銷售額度年年突破，大大極高了經(jīng)濟(jì)效益。氣體廠作為公輔系統(tǒng)的主要單位，為鋼鐵主要生產(chǎn)線的產(chǎn)品生產(chǎn)和質(zhì)量提供保障，但同時，氣體廠的制氧機(jī)組又是耗能大戶。在往年生產(chǎn)運(yùn)行中，為保證設(shè)備的抗風(fēng)險性和生產(chǎn)調(diào)控能力，氣體廠一般都采用了提高氧氣產(chǎn)量的辦法。這樣，不僅提高了制氧機(jī)組的能耗，而且使得氧氣供大于求，造成多余氧氣的放散，造成浪費(fèi)。而受到制氧機(jī)組工藝流程的限制，在生產(chǎn)過程中又不能超出工況設(shè)計(jì)進(jìn)行大量的提液。盡管在2011年4月，經(jīng)過氣體廠全廠的努力，將氧氣放散率降到0.14%，達(dá)到歷史最低水平的基本零放散，但是降低氧氣放散率，降低生產(chǎn)成本的壓力依然存在。為此，氣體廠新建一套270T/D氧氮雙產(chǎn)品液化裝置，該液化裝置不僅可以在峰值時增加液體產(chǎn)品的儲存量，提高生產(chǎn)運(yùn)行中的調(diào)節(jié)能力和降低設(shè)備風(fēng)險，還可以增加外銷液體副產(chǎn)品，提高非鋼產(chǎn)品的利潤，更重要的是可以及時調(diào)節(jié)氧氣產(chǎn)品的液化和汽化，在保證生產(chǎn)的同時把氧氣放散率將到最低。除此之外，該液化裝置的投產(chǎn)使得氣體廠空分優(yōu)化運(yùn)行的手段更豐富，大大節(jié)約了倒停機(jī)過程中產(chǎn)生的能耗，做到了真正的降本。

2 氧氮液化裝置設(shè)備主要參數(shù)

為了靈活地調(diào)節(jié)液化能力和產(chǎn)品，本裝置提供了三種工況：全液氮生產(chǎn)、全液氧生產(chǎn)和氧氮部分生產(chǎn)。三種工況更加適合實(shí)際生產(chǎn)要求，為調(diào)控氣體輸送提供了更加豐富的選擇。設(shè)備的主要參數(shù)如表1所示。

3 氧氮液化裝置流程簡介

如圖1所示，流程組織是以盡可能利用原料氣和節(jié)省電耗為前提生產(chǎn)最大量的液體產(chǎn)品，流程采用串聯(lián)雙透平膨脹流程。

制冷循環(huán)介質(zhì)采用氮?dú)?。由用戶循環(huán)氮壓機(jī)來的氮?dú)猓?.5MPa（A））依次經(jīng)過低溫膨脹機(jī)和常溫膨脹機(jī)的增壓端增壓，在水冷卻器中冷卻至40℃后進(jìn)入主換熱器，其中一大部分氮?dú)獗环戳鞯睦淞黧w冷卻至-48℃，進(jìn)入常溫膨脹機(jī)膨脹至1.51MPa（A）后再次進(jìn)入主換熱器，被返流的冷流體冷卻到-117℃，進(jìn)入低溫膨脹機(jī)膨脹到0.135MPa（A）后，作為冷卻介質(zhì)進(jìn)入主換熱器，復(fù)熱后進(jìn)入低壓管網(wǎng)或循環(huán)氮壓機(jī)入口。剩下的一小部分氮?dú)庠谥鲹Q熱器中繼續(xù)被冷卻液化，節(jié)流到0.35MPa（A）后進(jìn)入氣液分離器，從氣液分離器出來進(jìn)入過冷器過冷，過冷后大部分液氮作為液氮產(chǎn)品輸出，少量液氮節(jié)流后作為過冷器低溫冷源，經(jīng)主換熱器復(fù)熱到常溫后去低壓管網(wǎng)。

來自管網(wǎng)的原料氧氣經(jīng)氧換熱器冷卻并液化。氧換熱器的冷源為來自產(chǎn)品液氮，產(chǎn)品液氮大部分在氧換熱器中復(fù)熱至常溫；小部分在氧換熱器中復(fù)熱到一定溫度后抽出，去主換熱器與低壓返流氮?dú)鈪R合，在主換熱器中復(fù)熱至常溫后去低壓氮?dú)夤芫W(wǎng)。

液氮貯槽來的液氮經(jīng)過液氮泵加壓至一定壓力作為冷源進(jìn)入氧轉(zhuǎn)換板式，冷卻并液化由用戶管網(wǎng)而來的氧氣然后送到用戶貯槽。液氮自身被復(fù)熱到常溫返回用戶管網(wǎng)。

裝置可同時生產(chǎn)液氧和液氮。

4 流程特點(diǎn)

（1）在中壓液化循環(huán)流程中，由于氮?dú)馐窃诔R界的狀態(tài)下被液化的，因而在其液化過程中不存在恒溫的冷凝過程，使換熱器的低溫段溫度分布更合理，也就充分利用了冷端膨脹機(jī)的冷量。這樣就能減少循環(huán)氮?dú)饬?，即降低能耗。在中壓液化循環(huán)流程中可以提高冷端膨脹機(jī)的進(jìn)口溫度，增加單位焓降。另外由于中壓流程膨脹機(jī)比與低壓流程相比較小，所以其效率可以提高。這兩點(diǎn)均可以使循環(huán)氣量減少，從而降低能耗。（2）與低壓液化循環(huán)不同，中壓液化循環(huán)生產(chǎn)液氮時利用液氮來液化氧氣。這樣氧氣即使是低壓的也能液化。

5 儀控系統(tǒng)

儀控系統(tǒng)在滿足設(shè)計(jì)條件和工藝要求的前提下，能有效地監(jiān)控液化設(shè)備生產(chǎn)過程，確保運(yùn)行可靠、操作維護(hù)方便。采用中央集中監(jiān)測控制和就地監(jiān)測控制相結(jié)合的原則。為適應(yīng)工藝流程的需要，儀控系統(tǒng)采用DCS控制系統(tǒng)，用以完成主要工藝參數(shù)的顯示，報警或控制，控制系統(tǒng)具有最先發(fā)生故障顯示。并且在有關(guān)工藝參數(shù)越限時，能進(jìn)行顯示和報警、有關(guān)的聯(lián)鎖保護(hù)將根據(jù)工藝要求DCS啟動或停車、打開或關(guān)閉閥門，并可進(jìn)行手動操作設(shè)備的開、停和改變運(yùn)行狀態(tài)。聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)中的電磁閥在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時處于勵磁狀態(tài)。

6 270T/D氧氮液化裝置特點(diǎn)

（1）本液化裝置采用常溫、低溫雙級膨脹流程，液化率高，能耗低。（2）本液化裝置不帶冷凍機(jī)組，簡化了設(shè)備的配置，縮小了占地面積，方便了運(yùn)行操作、降低了維護(hù)費(fèi)用。（3）整套裝置運(yùn)行可靠、技術(shù)成熟、流程先進(jìn)、操作方便、能耗低、安全性好、控制容易、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期不少于三年。本裝置的使用壽命為20年，裝置的運(yùn)行效率達(dá)到98%以上。（4）出裝置產(chǎn)品液體實(shí)現(xiàn)到老儲槽之間的輸送，裝置離儲槽距離約450米。（現(xiàn)有液氧、液氮儲槽工作壓力為10KPa、容量2000m3。儲罐直徑內(nèi)罐φ14520mm、外罐φ16920mm、儲罐高度內(nèi)罐14600mm、外罐17200mm。（5）本液化裝置儀控系統(tǒng)采用DCS集中控制，循環(huán)氮壓機(jī)、膨脹機(jī)和各工藝點(diǎn)的控制均由DCS系統(tǒng)完成。（6）膨脹機(jī)進(jìn)口緊急切斷閥從全開到全關(guān)的時間不超過3秒。

7 分析新建氧氮液化裝置對氧氣放散率的影響

自2010年開始，氣體廠就致力于降低氧氣放散率的控制工作。在公司鋼鐵生產(chǎn)順利的情況下，現(xiàn)有設(shè)備和液化裝備能保證氧氣放散率已可以維持在0.14%-1%左右，在新建氧氮液化裝置投產(chǎn)后，我廠的液化能力大大增強(qiáng)，碰上公司生產(chǎn)主線檢修，該液化裝置可保證壓縮機(jī)不停機(jī)情況下增大液化量，將檢修帶來的過量氧氣液化進(jìn)行儲存，減少停機(jī)所造成的設(shè)備壽命損耗和氧氣放散；同時在我廠氧壓機(jī)等設(shè)備檢修的時候，又可以將存儲的液體汽化，對管網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充，保證用戶的需求。經(jīng)運(yùn)行之后測算，此時氧氣放散率可達(dá)到0.1%以下，不僅實(shí)現(xiàn)基本零放散，同時在放散率控制方面達(dá)到了國內(nèi)一流的水平。

8 270T/D液化裝置在降本增效和非鋼創(chuàng)效中的作用

（1）270T/D液化裝置投產(chǎn)后，使得我廠運(yùn)行的空分可以滿負(fù)荷運(yùn)行而不必?fù)?dān)心過量氧氣放散的問題?？辗值臐M負(fù)荷運(yùn)行將大大提高空分的工作效率，提高氧提取率，從而降低單位氧耗電指數(shù)，極大地節(jié)約了空分設(shè)備的耗電量。（2）液化裝置運(yùn)行時，通過控制氧氣的液化量的大小可以調(diào)節(jié)氧氣管網(wǎng)用氧峰谷平時的壓力和氣量，減少了備用氧壓機(jī)及氮壓機(jī)開啟的幾率，從而大大減少了開停機(jī)造成的電耗增加問題。（3）在公司非鋼工作深入開展的情況下，該液化裝置可以生產(chǎn)270T/D的液氧或液氮，除保證公司生產(chǎn)的液氧之外，極大地提高了可供銷售的液氧產(chǎn)量，從而為非鋼副產(chǎn)品的銷售工作提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提高銷售量及銷售利潤。

9 結(jié)語

目前，該套270T/D液化裝置運(yùn)行平穩(wěn)，從功能上保證了氣體廠對氧氣放散的有效控制，加強(qiáng)了生產(chǎn)運(yùn)行的穩(wěn)定性；從經(jīng)濟(jì)效益上，每年液化量的增加又將帶動副產(chǎn)品銷售從而帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。真正實(shí)現(xiàn)了降低成本，增加效益的目標(biāo)。