贺广孝 宋昶锋

摘 要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，综合国力显著提升，空分氮气系统主要为全厂提供各等级压力氮气，在保证生产运行、安全停车方面有着不可替代的作用。文章主要针对优化空分后备氮气系统来提高生产能力进行研究。将常规泡沫玻璃保冷材料更换为改性深冷型聚氨酯材料，并对原有旧保温材料进行修复，以减少液氮的低温跑冷损失，减少汽化率防止气蚀。

关键词：空分氮气系统;优化;生产能力;压缩机

0 引言

空分装置是一个大型综合性系统，生产过程涉及环节众多，每个环节都对整个工艺流程有着非常重要的影响。因此，必须加强对空分装置安全生产设计，严格遵守国家法律法规的相关规定，落实各项安全措施。此外，还要加强对空分装置的安全控制措施建设，保证各项检查、监测设备完善，使各项操作能够在控制室集中控制、管理，防患于未然，及时发现并尽早解决问题，提高空分装置的操作安全性和可靠性。

1 空分纯化系统

空分纯化系统常采用两台交替使用的分子筛吸附器，每台吸附器按照吸附--卸压--加热--冷吹--升压--吸附的流程工作，以实现纯化系统的无间断运行。具体运行流程如下：①分子筛吸附器1处于吸附状态，分子筛吸附器2处于吸附饱和状态并准备进行再生。首先通过阀切换对分子筛吸附器2进行卸压以提升吸附剂再生效果;卸压后开始加热再生，用于加热再生的污氮气通过相变蓄热器进行预热，预热后进入电加热器1或2再次升温，达到设定温度后进入分子筛吸附器2内对吸附剂进行加热再生;分子筛吸附器2再生完成后，通过阀切换开始进行冷吹，来自精馏塔的污氮气直接通入分子筛吸附器2降低吸附剂温度，冷吹过程排出的污氮气经流量计、相变蓄热器后放空，相变蓄热器吸收冷吹污氮气热量，完成蓄热过程;冷吹结束后，通过阀切换使分子筛吸附器2升压，开始进行吸附;②分子筛吸附器2处于吸附状态，分子筛吸附器1处于吸附饱和状态并准备进行再生。首先通过阀切换分子筛吸附器1进行卸压以提升吸附剂再生效果;卸压后开始加热再生，用于加热再生的污氮通过相变蓄热器进行预热，预热后进入电加热器1或2再次升温，达到设定温度后进入分子筛吸附器1内对吸附剂进行加热再生;分子筛吸附器1再生完成后，通过阀切换开始进行冷吹，来自精馏塔的污氮气直接通入分子筛吸附器1降低吸附剂温度，冷吹过程排出的污氮气经流量计、相变蓄热器后放空，相变蓄热器吸收冷吹污氮气热量，完成蓄热过程;冷吹结束后，通过阀切换使分子筛吸附器1升压，开始进行吸附。

2 通过优化空分后备氮气系统提高生产能力的研究

2.1 贮槽进液及泵入口共用管线的分离改造

液氮贮槽原设计仅有一个总管（DN100），出来后共分六路，一路去0.45MPa事故氮泵（DN100），一路去6.5MPa事故氮泵（DN65），一路去8.1MPa事故氮泵（DN40）。剩下三路，一路去自流充车管线（DN40），一路去充车泵（DN65），一路去16.5MPa充瓶泵（DN25）。由于多台泵公用一个总管，贮槽的进液管道也通过此管道进入贮槽，当槽车向贮槽的充装末期，容易产生气液夹带，气体进入泵入口就容易导致泵气蚀，而中断供液。根据现场流程，由于贮槽属于特种设备无法再单独引出进液管，因此将贮槽内增压管道作为临时充装管道，使得贮槽进液与泵的入口管道进行隔离，避免了充装贮槽时产生的汽液夹带导致的气蚀发生。

2.2 安全性

氮气系统是公司出现故障时重要保障安全系统，氮气主要用于高炉炉顶密封、冷轧产线故障时紧急置换。钢铁厂常备一定数量液氮，在紧急情况下汽化成氮气使用。氮气增产技术的开发应用提高了氮气系统的安全应急保供能力。当一台空分机组故障时，可通过另一台空分机组与两台外置氮压机相配合，氮气产量增加4万m3/h，减少液体消耗量，大幅度延长了氮气系统保供时间，更重要的是为紧急故障处理争取了时间，提高了公司生产的安全性。

2.3 液氮节流阀调节控制方法

因20000m3/h空分设备采用液氧内压缩工艺流程，浴式主冷中液氧连续不间断抽取，主冷在液位小于正常运行值3000mm、大于低报警值2500mm运行时，浴式主冷中碳氢化合物、氮氧化合物积聚量低，浴式主冷运行安全。在20000m3/h空分设备热开车对氮气纯度进行调节，主冷液位升至小于正常运行值3000mm、大于低报警值2500mm，保持液空节流阀全开状态时，液氮节流阀根据下塔顶部产品液氮与上塔顶部产品氮气中氧含量差值变化，逐步降低液氮节流阀的阀门开度，增大下塔回流比，降低上塔頂部上升蒸气氧含量，使下塔顶部产品液氮纯度达到3×10-6O2、上塔顶部产品氮气中氧含量小于2.8×10-6O2，20000m3/h空分设备热开车氮气调纯时间不大于4h20min，氮气调纯时间较短。

2.4 节能性

实施氮气增产技术后，根据公司需求将空分机组负荷控制在82%，氧气产量123000m3/h，氮气产量127100m3/h，加上氮气增产技术增加的20000m3/h，氮气总产量为1471000m3/h，完全满足公司生产所需氧气、氮气。按照氮气需求组织生产时空分机组负荷为94.5%，改造后负荷下降12.5个百分点，避免氧气大量放散，减少了空分机组能源消耗。每小时电能消耗减少量：空分负荷下降12.5个百分点，单台空分机组额定功率58000kW，每小时减少电能消耗58000×12.5%×2=14500kWh。每小时电能消耗增加量：需要开启一台外置氮压机以及冷冻机组，外置氮压机电功率3800kW，冷冻机电功率320kW，每小时增加电能消耗3800+320=4120kWh。合计每小时节约电能消耗14500-4120=10380kWh。

2.5 分子筛吸附器切换影响控制方法

20000m3/h空分设备分子筛吸附器切换完成，1组分子筛吸附器投入运行初期，在分子筛吸附器出口空气温度升高时，根据入下塔低压空气温度变化，减少产品液氮产量，不使液氮中氧含量升高。在分子筛吸附器出口空气温度已逐步降低时，根据产品液氮中氧含量变化，调节产品液氮抽取量，保持液氮中氧含量稳定。

2.6 增加国产6.5MPa氮泵系统一套

根据后工序的使用需要，主要对6.5MPa氮气系统的使用频率和需求量较大，综合考虑新增加一套6.5MPa氮泵。将新购置的国产夜氮泵与现有6.5MPa事故氮泵进行并联，公用一个空温式汽化器。主要增加的材料包括：1台SBP-6200/650低温液体泵;1个7751防雨变频柜;5个KDJ型低温截止阀;1个KDA21Y-220P低温安全阀、止回阀;43m304的管道、管材;80kg聚氨酯管道保冷材料。

3 结语

随着钢铁行业产业结构调整和新建环保设施运行，氮气需求量逐年升高。通过工艺改造，增加外置氮压机、冷冻机等设备，提高了氮气产量，解决了公司氧气需求低而氮气需求高带来的生产不平衡问题，减少了氧气放散，降低了制氧系统能耗，取得了很好的经济效益，值得同行业在解决此类问题时借鉴。

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