供稿|方冏/FANG Jiong

產(chǎn)能為 200 萬(wàn) t/a 的邯寶冷軋工程于 2011 年投產(chǎn)。為保證冷軋鋼板表面質(zhì)量，需要使用氫氣作為連續(xù)退火爐和鍍鋅爐的保護(hù)還原氣。因此，有必要建設(shè)保護(hù)氣體站 (制氫站和氮?dú)鈨艋? 向冷軋車(chē)間供氣，其中氫氣作為還原氣，氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣。

特 點(diǎn)

保護(hù)氣體站項(xiàng)目為非常規(guī)設(shè)計(jì)，原因如下：(1) 由于土地緊張和公司總體規(guī)劃的要求，邯寶冷軋保護(hù)氣體站的建設(shè)地點(diǎn)必須設(shè)置在邯鋼冷軋廠原有的保護(hù)氣體站周邊。邯鋼冷軋廠原保護(hù)氣體站周邊的可利用土地按常規(guī)設(shè)計(jì)根本不能布置新的保護(hù)氣體站。(2) 公司控制成本，要求施工設(shè)計(jì)投資在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低成本。(3) 為方便生產(chǎn)調(diào)節(jié)，且不影響邯鋼冷軋廠和邯寶冷軋廠正常生產(chǎn)，邯鋼冷軋廠和邯寶冷軋廠的兩個(gè)保護(hù)氣體站要求不停產(chǎn)且實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

設(shè) 計(jì)

降低運(yùn)行成本

采用鋼鐵行業(yè)最為經(jīng)濟(jì)的制氫技術(shù)和氮?dú)饧兓夹g(shù)：(1) 由于鋼鐵企業(yè)在煉焦生產(chǎn)中副產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣含有大量的氫氣 (占總體積的 59%)，故鋼鐵行業(yè)氫氣生產(chǎn)大多采用焦?fàn)t煤氣變壓吸附技術(shù)，具有運(yùn)行成本低，投資省、原料保障性好等優(yōu)點(diǎn)。(2) 現(xiàn)有的邯鋼冷軋廠保護(hù)氣體站的氮?dú)猱a(chǎn)量足以滿足邯寶冷軋廠的需要，但由于氮?dú)饧兌炔粔?，必須?jīng)過(guò)提純處理。氮?dú)獾奶峒兺瑯硬捎米儔何降牡獨(dú)饧兓b置。

變壓吸附原理

焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫技術(shù)實(shí)際上是焦?fàn)t煤氣的物理提純過(guò)程。可以看成不純的氫氣混合物 (焦?fàn)t煤氣) 通過(guò)分子篩的過(guò)濾吸附，篩分成高純氫氣的過(guò)程。由于分子篩的過(guò)濾需要在高壓下進(jìn)行，分子篩的解吸再生需要在低壓下進(jìn)行，存在壓力的高低變換，故此技術(shù)稱其為變壓吸附技術(shù)，簡(jiǎn)稱 PSA。

焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫的原理：焦?fàn)t煤氣經(jīng)三級(jí)往復(fù)式壓縮機(jī)的第一級(jí)壓縮到 0.22 MPa 后，進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)除去雜質(zhì)；處理后的焦?fàn)t煤氣經(jīng)壓縮機(jī)第二、三級(jí)壓縮至 1.7 MPa 后進(jìn)入后續(xù) PSA 氫提純系統(tǒng)。提純系統(tǒng)由五個(gè)吸附塔組成，利用每個(gè)吸附塔內(nèi)的分子篩吸附劑在一定溫度下對(duì)不同的氣體組分吸附容量不同這一特性，使容易吸附的非氫組分被吸附劑吸附，不易吸附的氫氣組分從床層的一端流出。整個(gè)過(guò)程如同把焦?fàn)t煤氣過(guò)一遍篩子，最后，得到產(chǎn)品——?dú)錃狻Ｎ綕M非氫組分的吸附塔通過(guò)降壓、沖洗等過(guò)程實(shí)現(xiàn)再生，可實(shí)現(xiàn)氣體的連續(xù)分離與提純。

氮?dú)饧兓b置采用的變壓吸附技術(shù)與制氫采用的變壓吸附技術(shù)相同。

氣站常用設(shè)備

保護(hù)氣體站的主要設(shè)備：三級(jí)往復(fù)式活塞焦?fàn)t煤氣壓縮機(jī)、氫氣提純裝置 (預(yù)處理塔、吸附塔、脫氧塔、干燥塔、加熱器等)、氮?dú)饧兓b置、氫氣球罐、氮?dú)馇蚬藜翱刂圃O(shè)備。

采取相應(yīng)措施

邯鋼冷軋廠現(xiàn)有一套 800 m3/h焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫裝置，邯寶冷軋廠也需要一套 800 m3/h 焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫裝置。邯鋼冷軋廠保護(hù)氣體站占地 95 m×57 m。根據(jù)總體規(guī)劃要求，邯寶冷軋廠制氫裝置需要布置在邯鋼冷軋廠保護(hù)氣體站附近，而邯鋼冷軋廠保護(hù)氣體站周?chē)挥欣鋸U水處理站的預(yù)留地 57 m×30 m 可用。

為實(shí)現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)，就要將新建的保護(hù)氣體站的壓縮機(jī)、氫氣提純裝置、球罐等在滿足國(guó)家安全規(guī)程的條件下，采取合理措施減少占地面積。

◆ 壓縮機(jī)

邯鋼冷軋廠壓縮機(jī)廠房?jī)?nèi)有兩臺(tái)焦?fàn)t煤氣壓縮機(jī) (一用一備)。新建一臺(tái)壓縮機(jī)設(shè)置在原壓縮機(jī)廠房西側(cè)，作為原來(lái)兩臺(tái)壓縮機(jī)的備用機(jī)，運(yùn)行方式變?yōu)閮捎靡粋?，一臺(tái)壓縮機(jī)對(duì)應(yīng)一套氫氣提純裝置，原壓縮機(jī)廠房西延 9 m。為保證廠房西延規(guī)劃空間的合理利用，新建的壓縮機(jī)由臥式改為立式，并采用輔助吊裝工具用以彌補(bǔ)廠房天車(chē)高度的不足。

◆ 氫氣和氮?dú)馓峒冄b置

新氫氣提純裝置在一冷氫氣提純裝置南端建設(shè)。緊鄰一冷氫氣提純裝置，由于兩套氫氣提純裝置生產(chǎn)性質(zhì)一致，原料、產(chǎn)品氣體互聯(lián)互通，可以視為同一工藝裝置，因此兩套氫氣提純裝置的距離只考慮滿足維修和消防要求、滿足安全規(guī)程要求。為盡量高效利用原氫氣提純裝置南端的狹長(zhǎng)空地，新氫氣提純裝置根據(jù)場(chǎng)地情況，要求裝置按 30 m×9 m 的“瘦長(zhǎng)形”進(jìn)行設(shè)備招投標(biāo)，從源頭上進(jìn)行尺寸控制。

新的氮?dú)饧兓鸵旱b置由于不受安全間距限制，布置在原氫氣罐南側(cè)。

◆ 氫氣和氮?dú)馇蚬?/p>

由于原壓縮機(jī)廠房西延，原氫氣球罐已不能滿足與建筑物相距 15 m 的最小安全距離要求，故把一冷氫氣球罐改為氮?dú)馇蚬蓿⒃谝焕鋸U水處理站的預(yù)留地(57 m×30 m) 設(shè)置兩個(gè)氫氣球罐。這樣滿足了安全規(guī)程對(duì)氫氣球罐嚴(yán)格的安全間距要求。

實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通

兩套制氫裝置毗鄰建設(shè)，由邯鋼氣體廠統(tǒng)一管理，用戶要求兩套制氫裝置應(yīng)有較強(qiáng)備用性。需互相連通。由于邯鋼冷軋廠產(chǎn)品熱銷(xiāo)，要求兩套制氫裝置不停產(chǎn)完成互聯(lián)互通。制氫互聯(lián)互通連接點(diǎn)主要有 4 處：壓縮機(jī)一級(jí)進(jìn)口-原料焦?fàn)t煤氣進(jìn)口管連通；壓縮機(jī)二級(jí)進(jìn)口-凈化后焦?fàn)t煤氣進(jìn)口管連通；壓縮機(jī)三級(jí)出口-焦?fàn)t煤氣出口管連通；成品氫氣出口管連通。

為達(dá)到管道的不停產(chǎn)互聯(lián)互通，采用以下方法：在邯寶冷軋廠新制氫站的 4 根需要連接的新管上事先設(shè)計(jì)預(yù)留連通閥；新建制氫站投產(chǎn)后，首先將新制氫站成品氫氣出口管與一冷制氫站成品氫氣出口管的氮?dú)獯祾吖苓B接，成為臨時(shí)氫氣管道，并切斷吹掃管前舊調(diào)壓閥組閥門(mén)；然后，在舊調(diào)壓閥前加裝成品氫氣出口連通閥，與新制氫站成品氫氣出口連通閥相連。施工期間由新制氫站向邯鋼冷軋廠和邯寶冷軋廠同時(shí)供氣，氣量不足部分由氫氣球罐補(bǔ)充。新制氫站和氫氣球罐能滿足 16～20 h 用量，完全能滿足連通接口對(duì)時(shí)間的要求。待新舊制氫成品氫氣出口在調(diào)壓閥處連通后，拆除臨時(shí)氫氣管道。

成品氫氣出口管連通后，關(guān)閉舊調(diào)壓閥前的閥門(mén)和舊氫氣球罐閥門(mén)，就可連通其他 3 根管道，每根管道連通施工時(shí)，均由新制氫站和氫氣球罐供氣滿足邯鋼冷軋廠和邯寶冷軋廠的氫氣需要。

效 果

節(jié)約節(jié)省土地 3705 m2；實(shí)現(xiàn)兩套裝置不停產(chǎn)互聯(lián)互通；兩個(gè)保護(hù)氣體站巧妙地結(jié)合成為一個(gè)保護(hù)氣體站，節(jié)省了壓縮機(jī)及其廠房，節(jié)約了各種管道和控制設(shè)施的投資，降低了成本；節(jié)省操作人員 8 人；在邯鋼冷軋廠和邯寶冷軋廠的氫氣用量較少時(shí)，只開(kāi)一套制氫設(shè)備，節(jié)約能源；由于氫氣為“甲”類(lèi)生產(chǎn)火災(zāi)危險(xiǎn)，制氫區(qū)域的爆炸危險(xiǎn)等級(jí)為 1 區(qū)，是最高類(lèi)別的生產(chǎn)火災(zāi)危險(xiǎn)和爆炸危險(xiǎn)等級(jí)，因此制氫區(qū)域面積越小，其安全程度相應(yīng)就越高。

邯寶冷軋廠保護(hù)氣體站的改擴(kuò)建項(xiàng)目已通過(guò)相關(guān)部門(mén)的安全審查，為今后建設(shè)同樣的甲類(lèi)設(shè)施提供了成功范例，為同類(lèi)設(shè)施的綜合治理擴(kuò)展了思路。