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    鋼鐵行業對制氧機的選型要求

       2010-06-24 中國空分網阿杰
    核心提示:國內制氧機經過了50多年的發展,從50m3/h開始,發展到大型制氧機,其工藝經過了石頭蓄冷器換熱器流程、全低壓板式切換式流程、

    國內制氧機經過了50多年的發展,從50m3/h開始,發展到大型制氧機,其工藝經過了石頭蓄冷器換熱器流程、全低壓板式切換式流程、常溫分子篩吸附增壓膨脹機流程、規整填料上塔和全精餾制氬流程,制氧機技術隨著鋼鐵冶金、化工行業的發展而同步發展。由于行業的不同,對制氧機的選型要求也不同,本文對鋼鐵行業制氧機的選型要求進行簡析。
    1 制氧機選型的依據
        (1)鋼鐵企業的用氣量雖然時起時伏地變化,但可按每小時的氣體平均用量作為其消耗量,低峰與高峰用球罐貯存來平衡。外圍綜合管線中氣體采用中壓管道輸送到用戶區域,管道以平均用量高于一個等級調壓以后送往用戶。作為高爐富氧噴煤用氧,基本是平均用量,由此統計出整個企業的氧氣、氮氣、氬氣用量,作為選擇制氧機類型的依據。
        (2)鋼鐵企業的用氣,主要是氣態。目前制氧機流程分為氣體外壓縮及內壓縮兩種。內壓縮流程由液氧泵壓縮至3.OMPa回收冷量,氣體出塔。外壓縮流程是回收冷量后的氣氧出塔,再經氣體壓縮機壓縮到3.OMPa送出。從節能降耗的目的出發,應選擇以生產氣體為主的全低壓、外壓縮流程。內壓縮流程能耗略高,投資成本及運行費用也高。
        (3)鋼鐵企業一般每年一次大修,而制氧機檢修周期一般為兩年一次。大修期間,制氧廠氣體會產生放空現象。一個產量上千萬噸大型鋼鐵企業,全年平均每個月都有車間檢修,但考慮到市場的銷售旺季與淡季,有時會有兩個以上車間同時檢修。雖然放空量可以由高爐調節富氧來達到氣量平衡,制氧機選型也要精確地考慮到用氣體量,盡可能地減少放空量。
        (4)氣體外供可以是氣體和液體,所以在選擇制氧機的同時,要考慮一部分的液體、氣體外供。一般制氧機都可以生產部分液氧和液氮。液氧量可以達氧氣量的3%,如需供應更多的液體,可選擇氣體液化裝置來彌補,配貯存系統外供液體及應付故障停車時的用氣。
        (5)鋼鐵企業的生產具有連續性的特點,特別是高爐、轉爐用氧、氮、氬,平時絕對不允許制氧機停產,所以制氧機的選型必須要考慮能長期安全、穩定、可靠地運行。
        (6)隨著鋼鐵企業的產品檔次和技術裝備的提高,對氣體質量的要求越來越高,原來純度低一點也可吹氧,現在當氧氣純度低于99.2%02時就不能送氧;而高爐作保護氣用的氮氣,純度則要求在99.99%以上。至于氬氣,對鋼材質量有著舉足輕重的作用,特別是高碳鋼。所以,制氧機產品的質量相當重要,更要符合對外供氣的要求。

    2 制氧機選型的特點
    2.1 制氧機選型
        (1)目前,全低壓大型制氧機普遍采用規整填 料塔、全精餾制氬技術、分子篩吸附、增壓膨脹機 的氣體外壓縮流程,產量與需求量相等,純度要求 是:氧氣99.6%O2;氮氣99.999%,其中含氧≤5 ×10-6;精液氬02≤2 ×10-6、N2≤3 ×10-6。
        (2)運行周期2年以上,電耗0.62kWh/m3~ 0.65kWh/m302(含壓氧)。
        (3)可同時配置氣體液化設備,以調節多余氣 體,作為貯備或對外供應。
        (4)對不用冷凍機工藝的空氣純化系統,南方 地區也要配備一臺冷凍機作備用,以解決夏天炎熱 天氣造成的影響。
        (5)采用蒸汽加熱器加溫再生分子篩,以節約 電耗。
        (6)水處理采用離子棒代替藥劑, 以免除繁瑣 作業。
    2.2 機械選型
        (1)膨脹機的膨脹空氣量可選大一點(可調), 這樣能縮短啟動時間;可調節液氧和液氮產量。
        (2)大型空壓機可選進口設備(隨著本國機械 行業發展,可訂國產的),離心式氧、氮壓縮機可 選國產的,這些產品已有優良的使用業績。
        (3)冷卻水泵可選用單級泵或多級泵。
    2.3 配套閥門
        配套常規閥門,應選用8年以上使用壽命的產 品,閥體為鑄鋼,閥桿、閥芯密封面為不銹鋼材質 的, 目前社會上的閥門真假難辨,應將其材質注明 清楚,并經試壓測試,才能確保質量。其它專用閥 門應按壓力等級、各介質使用的材質、禁油等特殊 要求進行配套。
    3 制氧機選型案例的介紹
        我們根據沙鋼的發展規劃,先后在2001年和 2002年與杭氧簽訂了兩組2 ×21000m3/h制氧機。 現簡單介紹如下。
    3.1 制氧機的主要技術性能
        空壓機排量約113800m3/h,空壓機排壓約 0.62MPa(A);氧氣產量21000m3/h,氧氣純度 99.6%02;液氧產量650m3/h,純度99.6%02;氮 氣產量21000m3/h,氮氣純度<5 ×10-6O2;液氮產 量300m3/h,純度<5 ×10-602;精液氬產量大于750m3/h,純度≤2 ×10-602、 ≤3 ×10-6N2; 制氧 電耗(不包括壓氧、壓氮)約0.39kWh/m302。
    3.2 流程特點
        21000m3/h制氧機以確保生產過程長期穩定可靠 運行、節能、操作維修方便為設計原則,采用當今 國際上先進的空分技術,其工藝流程具有以下特點:
        (1)采用全低壓、全板翅式換熱器的工藝流程 和設備,可以取得較低的制氧能耗和較高的氧提 取率:


      (2)空氣預冷系統設置水冷塔,充分利用干燥 氮氣的冷量,使冷卻水溫降低,可取消冷水機組 (冷凍機組作為備用)。
        (3)分子篩純化系統采用活性氧化鋁一分子篩 雙層床結構,大大延長了分子篩的壽命,同時使床 層阻力減少。
        (4)分餾塔上塔采用填料塔,大大降低了塔的 阻力。氧、氬提取率進一步提高。
        (5)制氧機可以提取一部分的液氧。在不生產 液氧時,采用1%氧氣產量的液氧安全排放量,以 達到控制主冷液氧中碳氫化合物的積聚。
        (6)采用全精餾制氬技術,節約能源,取消了 加氫除氬裝置,節省廠房投資和運行費用。
        (7)透平膨脹機采用增壓機制動工藝,從而減 少了膨脹空氣量,使精餾塔工況穩定。
    3.3 主體設備配套范圍
        ①兩套原料空氣過濾器為自潔式,處理空氣量~180000m3/h;②兩套空氣透平壓縮機為進口,排 氣量113800m3/h;配套電機9800kW(采用熱變電 阻軟起動);③空氣預冷系統兩套,包括空冷塔、 水冷塔、冷卻水泵、冷凍機一臺/套。④分子篩純 化系統兩套,包括吸附器兩臺/套,蒸汽加熱器一 臺/套,切換閥門一套/每套;⑤分餾塔兩套,包括 主換熱器、主塔、膨脹換熱器、液空和液氮過冷 器、粗氬塔工段、粗氬塔Ⅱ段、粗氬液化器、離心 式粗液氬泵進口、精氬塔、精氬換熱器、冷箱等; ⑥增壓透平膨脹機四套;⑦氧氣透平壓縮機兩套; ⑧氧氮透平壓縮機一套(第二套為氮氣透平壓縮 機);⑨液氧貯存系統一套(包括500m3貯槽兩臺, 液氧泵進口兩臺、國產三臺、汽化器兩臺);⑩液 氮貯存系統一套(包括500m3貯槽一臺,液氮泵進 口兩臺、國產兩臺、汽化器兩臺;⑩液氬貯存系統 兩套(包括150m3貯槽四臺,液氬泵進口兩臺、汽 化器一臺);⑩液體裝置一套(包括高低溫膨脹機 各一臺)。
        以上均為杭氧產品。
        儀控系統:DCS為西儀橫河;變送器為羅斯蒙 特;UPS為梅蘭日蘭15kW,30分鐘;壓力、差壓 開關為德國海龍;測振儀為日本新川;精密減壓閥 為德國VDO;調節閥為杭氧工裝;電磁閥為日本 SMC;分析儀為進口,其他均為國內產品。電控系 統:主變壓器兩臺;輔助變壓器三臺;均采用國產 設備,高壓電機采用軟起動。
        目前,第一套21000m3/h制氧機已于2002年9 月投人運行,運行情況良好,第二套已進入調試階 段,預計在2002年12月底出氧;第三、四套21000m3/h制氧機已進入籌建工作。


    作者簡介:袁加宇(1953- ),男,1977年從事制氧工作,現任沙鋼氧氣分廠廠長,工程師。
    來源:中國換熱器網 
     

     
     
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