張永康,侯志勇,張玉峰

(安陽鋼鐵股份有限公司制氧廠,河南安陽 455004)

改造制氧冷水流程,降低氮?dú)馍a(chǎn)成本①

張永康,侯志勇,張玉峰

(安陽鋼鐵股份有限公司制氧廠,河南安陽 455004)

由于用戶氧氮產(chǎn)品需求比例的變化,使部分制氧機(jī)在許多情況下只生產(chǎn)氮?dú)?氧氣白白放空。針對這種情況,我們對制氧機(jī)的流程進(jìn)行了改造,將本來用于氮水預(yù)冷的氮?dú)庵脫Q出來,做為氮壓機(jī)的原料氣,達(dá)到制氧機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

原料氮?dú)?氮水預(yù)冷;冷凍機(jī)

安陽鋼鐵股份有限公司制氧廠2#14 000制氧機(jī)空氣預(yù)冷系統(tǒng)原設(shè)計(jì)是在水冷塔通過氮?dú)夂臀鄣獨(dú)饫鋮s循環(huán)水形成低溫水,當(dāng)時(shí)流程沒有包括冷凍機(jī),是考慮利用當(dāng)時(shí)閑置要放空的氮?dú)鈦砝鋮s循環(huán)水,節(jié)約冷凍機(jī)的電耗成本。

1 改造原因

隨著公司生產(chǎn)情況的變化,氧氣和氮?dú)馐褂帽壤啾纫郧鞍l(fā)生了較大變化,氧氮產(chǎn)品使用比例從不到1∶1發(fā)展到現(xiàn)在的1∶1.3,氮?dú)馐褂迷絹碓蕉?使制氧廠常壓氮產(chǎn)品和氮壓機(jī)的設(shè)計(jì)配置不能適應(yīng)公司發(fā)展的需要。

制氧廠從2#14 000制氧機(jī)開始著手解決這一問題,配套了一臺15 000 Nm3/h氮壓機(jī)和一臺5000 Nm3/h氮壓機(jī),共20 000 Nm3/h的氮壓能力,但氮?dú)夤?yīng)仍然緊張,為緩解當(dāng)時(shí)壓力氮?dú)夤?yīng)不足問題,利用2#14 000制氧機(jī)主廠房的局部剩余空間又增建了一臺15 000 Nm3/h氮壓機(jī),因?yàn)?# 14 000制氧機(jī)流程決定了不能有更多的常壓氮?dú)獗粔嚎s,而1#14 000制氧機(jī)在投產(chǎn)時(shí)因?yàn)楫?dāng)時(shí)公司用氮需求量不大,沒有配套氮壓機(jī),所以新建氮壓機(jī)壓送的是1#14 000制氧機(jī)的常壓氮?dú)狻?/p>

由于2008下半年和2009上半年的市場變化,公司氧氣和氮?dú)庥昧糠謩e出現(xiàn)了變化,導(dǎo)致運(yùn)行的1#14 000制氧機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)這樣一種情況:只有14 000 Nm3/h低壓氮?dú)獗挥脕砉?yīng)2#14 000制氧機(jī)的氮壓機(jī)壓縮,氧氣則完全放空。這就使1#14000制氧機(jī)的運(yùn)行非常不經(jīng)濟(jì)。

2 改造目的

根據(jù)1#14 000制氧機(jī)一段時(shí)間以來這種只用氮?dú)舛鯕馔耆趴盏那闆r,以及公司當(dāng)時(shí)所處的成本壓力特別大的市場環(huán)境,我們一直在考慮是否有辦法解決或緩解這種成本浪費(fèi)的情況。通過反復(fù)論證,設(shè)想通過改變2#14 000制氧機(jī)的生產(chǎn)流程,增建一臺冷凍機(jī),用冷凍機(jī)冷量來置換2#14 000制氧機(jī)常壓氮?dú)庠谒渌鋮s水產(chǎn)生的冷量,使這一部分氮?dú)飧淖冇脕砝鋮s水的作用,而改作氮壓機(jī)的原料氣,從而停開只為生產(chǎn)氮?dú)舛鯕夥趴盏? #14 000制氧機(jī)。冷凍機(jī)的電耗約140 kW,相對于1#14 000制氧機(jī)的7200 kW原料空透等大負(fù)荷用電設(shè)備,電耗非常少,從而達(dá)到節(jié)約用電、降低成本的目的。

3 用冷凍機(jī)替代氮?dú)鈦砝鋮s水的制冷量核算和冷凍機(jī)選型

制氧機(jī)生產(chǎn)工藝流程需要低溫水,原來設(shè)計(jì)是利用氮?dú)獾牟伙柡托允沟獨(dú)馀c水直接接觸來冷卻水。這在氮?dú)庑枨罅坎淮蟮那闆r下,可以節(jié)約冷凍機(jī)的電耗成本?，F(xiàn)在就是要增加一套144 kW的冷凍機(jī)運(yùn)行,將這部分氮?dú)庵脫Q出來,停運(yùn)1#14000制氧機(jī)。

為了使這一部分用做冷卻水的氮?dú)饽鼙恢脫Q出來,我們做了許多方案進(jìn)行比對、優(yōu)選。2#14000制氧機(jī)每小時(shí)生產(chǎn)40 000 m3氮?dú)?改造前運(yùn)行模式是一臺15 000氮壓機(jī)和一臺5000氮壓機(jī)壓送本套20 000 Nm3/h的常壓氮?dú)?其它氮?dú)膺M(jìn)入水冷塔冷卻水。改造前,我們在生產(chǎn)允許的情況下,分三種情況進(jìn)行了氮?dú)馐褂脺y算,見表1。

表1 氮?dú)馐褂脺y算Table 1 Calculations of nitrogen use

測算結(jié)論:第一種情況是制氧機(jī)設(shè)計(jì)流程,此時(shí)氮?dú)饫鋮s水,不需要冷凍機(jī);第二種情況是將本來用于冷卻水的10 000 Nm3/h氮?dú)獬槌鰜?水冷塔冷卻水還需要補(bǔ)充529 kW的制冷量;第三種情況是將本來用于冷卻水的15 000 Nm3/h氮?dú)獬槌鰜?水冷塔冷卻水還需要補(bǔ)充639 kW的制冷量。經(jīng)咨詢冷凍機(jī)廠家和制氧流程設(shè)計(jì)單位,這一改造設(shè)想和計(jì)算結(jié)果也得到了他們的認(rèn)可。

4 冷凍機(jī)來源

關(guān)于冷凍機(jī)來源,我們設(shè)計(jì)了幾種方案:第一種情況是拆借23 500機(jī)組或1#14000機(jī)組冷凍機(jī),有利之處在于投資少,不利之處在于23 500機(jī)組和1#14 000機(jī)組可能沒有備機(jī),而且要解決拆裝冷凍機(jī)與2#14 000制氧機(jī)低溫水的流量匹配問題;第二種情況是增建一臺冷凍機(jī),當(dāng)時(shí)公司資金非常緊張,制氧廠有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)對此非常重視,積極幫助爭取了專項(xiàng)資金用于購買冷凍機(jī)。

根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際測算,與冷凍機(jī)廠家協(xié)商后,選用了一臺30HXC200B冷凍機(jī),名義制冷量是686 kW,電機(jī)功率是144 kW。

5 冷凍機(jī)廠房布局和流程設(shè)計(jì)

2#14 000制氧機(jī)布局非常緊湊,冷凍機(jī)安裝位置也是一個(gè)需要解決的難題。我們經(jīng)過幾個(gè)方案的比對,最后根據(jù)冷凍機(jī)的長、寬、高尺寸決定將冷凍機(jī)安裝在高壓泵房,其優(yōu)點(diǎn)在于管道安裝距離短,不用再另外單獨(dú)建廠房,缺點(diǎn)在于設(shè)備檢修、操作、維護(hù)時(shí)要克服空間相對緊張的問題。具體布置如圖1所示。

圖1 新增冷凍機(jī)定位圖Fig.1 Add freezer location map

在水管道設(shè)計(jì)時(shí),我們做了幾項(xiàng)改造:一是為擴(kuò)大低溫水泵進(jìn)水流量,減少管道阻力,將進(jìn)口管由原來的DN80改造成DN150;二是在冷凍機(jī)出口和進(jìn)口增設(shè)了一個(gè)旁通回流管道,這樣可以調(diào)整冷凍機(jī)水流量和出口溫度。管道布置尺寸圖見圖2。

圖2 2#14 000冷水機(jī)組改造工藝流程圖Fig.2 Oxygen plant 2#14 000 chillers transformation process flow chart

6 項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工

這個(gè)項(xiàng)目的工藝流程設(shè)計(jì)、工藝管道設(shè)計(jì)、設(shè)備布置設(shè)計(jì)、配套的電控和儀控設(shè)計(jì)全部是制氧廠自行完成的。冷凍機(jī)循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)流量是143 m3/h,經(jīng)過核算,認(rèn)為當(dāng)前2#14 000制氧機(jī)實(shí)際水流量能夠滿足增加的水流量。冷凍機(jī)循環(huán)水接口定在壓縮機(jī)主廠房,我們利用2#14 000制氧機(jī)停車檢修的機(jī)會(huì),提前在主廠房壓縮機(jī)進(jìn)回水管道安裝施工了兩個(gè)冷凍機(jī)循環(huán)水上水和回水管,并加了兩個(gè)閥門。電氣增加部分和施工內(nèi)容:在2#14 000制氧機(jī)配電室增建了一臺低壓開關(guān)柜,敷設(shè)了相應(yīng)的電纜。儀控增加部分和施工內(nèi)容:實(shí)現(xiàn)了冷凍機(jī)運(yùn)行狀態(tài)中控室顯示;實(shí)現(xiàn)冷凍機(jī)進(jìn)、出口兩個(gè)溫度點(diǎn)中控室顯示;增加了緊急排水閥遠(yuǎn)程控制。

Transformation of Oxygen Cold Water Flow, Reduce The Cost of Nitrogen Production

ZHANG Yongkang,HOU Zhiyong,ZHANG Yufeng
(Oxygen Plant,Anyang Iron&Steel Co.,Ltd.,Anyang 455004,China)

As users demand ratio of oxygen and nitrogen products has changed,so thatpartof the oxygenerator in many cases only use for the production of nitrogen,oxygen is wasted emptying.In response,we carried out oxygen transformation process to displace nitrogenwhich use forpre-coolingof the nitrogenwater,press the feed gas as nitrogen,to achieve the economic purpose of oxygenerator.

raw nitrogen;pre-cooling of nitrogen water;freezer

TQ116.14

:C

:1007-7804(2010)04-0014-04

10.3969/j.issn.1007-7804.2010.04.005

2010-04-14