毛軍洲，馮明義，張玉峰

(安陽鋼鐵股份有限公司，河南安陽455004)

1 設(shè)備概況

安陽鋼鐵股份有限公司制氧廠2套KDONAr-23500/40000/870空分設(shè)備(以下簡稱2#、3#23500 m3/h空分設(shè)備)，均采用常溫分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機(jī)制冷、膨脹空氣進(jìn)上塔、規(guī)整填料上塔、全精餾無氫制氬、氧氮外壓縮的工藝流程以及DCS控制系統(tǒng)。分別于2006年12月和2007年3月投產(chǎn)。從2套空分設(shè)備冷箱生產(chǎn)出來的常壓氮?dú)獠⒕W(wǎng)，中間有并網(wǎng)閥連接。每套設(shè)備各自配套有1臺(tái)15 000 m3/h的低壓氮機(jī)(PN1.0 MPa)和 1臺(tái)25 000m3/h的中壓氮壓機(jī)(PN2.5 MPa)，提供用戶所需的產(chǎn)品壓力氣體。正常情況下，所配備的壓縮機(jī)各自壓縮配套空分設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品氮?dú)?。特殊情況下，兩套空分設(shè)備的氮壓機(jī)，可相互壓縮另一套空分設(shè)備生產(chǎn)出來的常壓氮?dú)狻?/p>

2 故障現(xiàn)象

由于下游用戶用氣量不穩(wěn)定，根據(jù)調(diào)度安排，2套23500 m3/h空分系統(tǒng)，空氣量在105 000～135 000 m3/h運(yùn)行，相應(yīng)氮?dú)猱a(chǎn)量在40 000～48 000 m3/h。根據(jù)公司的生產(chǎn)情況，當(dāng)用戶用氮?dú)饬可?、管網(wǎng)壓力高時(shí)，調(diào)度安排輕載2#23500或者3#23500空分設(shè)備的低壓氮壓機(jī)或者中壓氮壓機(jī)。低壓氮壓機(jī)輕載(一種機(jī)后壓力低、壓送氣量少的工作工況)情況下電流只有49 A左右，在正常運(yùn)行情況下電流104 A左右;中壓氮壓機(jī)輕載情況下電流只有79 A左右，在正常運(yùn)行情況下電流216 A左右。

低壓氮輕載1h節(jié)電:

(1－49/104)×1864.25(低壓氮功率)

=985.9 kW·h

中壓氮輕載1h節(jié)電:

(1－79/216)×3914.93(中壓氮功率)

=2483.1 kW·h

以每kWh電費(fèi)0.56元計(jì)算，輕載低壓氮每小時(shí)節(jié)省552.1元，低壓氮停車每小時(shí)節(jié)省1043.9元;中壓氮輕載每小時(shí)節(jié)省1390.5元，中壓氮停車每小時(shí)節(jié)省2192.4元。

通過此種模式，統(tǒng)計(jì)2014年上半年，節(jié)約費(fèi)用情況見表1。

表1 2014年上半年中、低壓氮輕載、停車節(jié)約費(fèi)用統(tǒng)計(jì)Table 1 Costing savings of downloading and stopping middle and low nitrogen compressor for the first half of 2014

初步核算上半年節(jié)能創(chuàng)效130多萬元，但是，2014年10月份以來，公司二煉軋用戶多次反應(yīng)中壓氮?dú)庵泻?。?duì)于他們來說，氮?dú)獾穆饵c(diǎn)一但高于－30℃，將影響其正常的冶煉生產(chǎn)。

3 氮?dú)庵袔脑虿檎?/h2>

3.1 氮?dú)膺M(jìn)水的危害

從空分設(shè)備生產(chǎn)出來的氮?dú)馐歉稍餁怏w，含水量極少，露點(diǎn)一般達(dá)到－70℃左右。氮?dú)庵幸坏坏珜?duì)下游用戶造成影響，也會(huì)對(duì)我們制氧廠的生產(chǎn)造成一定的危害:低壓氮?dú)庥米鲅鯕馔钙綁嚎s機(jī)組的密封氣，氮?dú)鈳У乃畷?huì)進(jìn)入氧壓機(jī)內(nèi)從而產(chǎn)生重大的安全事故;氮?dú)庾鰹槎究諝膺^濾器噴吹氣源，如果帶水，會(huì)打濕濾筒的過濾紙，使濾筒的阻力大大增加，在溫度低的情況下，還會(huì)產(chǎn)生結(jié)冰，使空壓機(jī)的吸氣阻力增大，增加生產(chǎn)成本，嚴(yán)重的還可能引起空壓機(jī)的喘振;利用低壓氮富余氮?dú)膺M(jìn)行氮?dú)馀蛎洉r(shí)，利用低壓氮氮?dú)庾隹辗盅b置排液氣源時(shí)，如果氮?dú)鈳?，水分?huì)隨氮?dú)膺M(jìn)入冷箱中，造成換熱器冰堵，影響空分系統(tǒng)的正常運(yùn)行［1］。

3.2 兩臺(tái)中壓氮冷卻器漏水

二煉軋所用的中、低壓氮?dú)馐菑乃能囬g的2×23500系統(tǒng)的中壓氮壓機(jī)送出的，其供氣圖如圖1。

二煉軋用戶氮?dú)鈳欢ㄊ?×23500空分氮?dú)鈮嚎s機(jī)壓送的氮?dú)鈳?。兩套四臺(tái)氮壓機(jī)都是英格索蘭公司產(chǎn)品。自投產(chǎn)以來，氮壓機(jī)的氣體冷卻器曾多次漏水，導(dǎo)致其壓縮的氮?dú)庵泻?014年的7月份就出現(xiàn)了2#23500中壓氮2級(jí)冷卻器漏水，出口氮?dú)夂罡哌_(dá)到1060×10－6(對(duì)應(yīng)露點(diǎn)為－20℃)。9月4日利用公司檢修機(jī)會(huì)，我們更換了2級(jí)冷卻器。開車后，測量出口氮?dú)夂繛?×10－6(對(duì)應(yīng)露點(diǎn)為 －62℃)［2］。

本次用戶反饋氮?dú)庵袔螅覀儗?duì)兩套氮壓機(jī)的中壓氮?dú)膺M(jìn)行了測量，其含水量在接上水分析儀后5 min內(nèi)都迅速地下降到100×10－6以下，正常。排除冷卻器泄漏的可能。

3.3 中壓氮壓機(jī)進(jìn)氣中含水

從空分塔冷箱生產(chǎn)出來的產(chǎn)品氮?dú)夤芫€管路如圖2。

產(chǎn)品氮?dú)庖徊糠滞ㄟ^V106閥去水冷塔，用來冷卻從水冷塔頂部流下的常溫水。另一部分通過V104去低壓氮壓機(jī)和中壓氮壓機(jī)，壓縮到相應(yīng)的壓力供用戶使用。多余的氮?dú)鈴腣105放空閥(通過流量設(shè)定自動(dòng)控制)放空到大氣中。為了保證兩套設(shè)備的互備性，將兩套產(chǎn)品氮?dú)庥肰4002閥連通，使兩套的產(chǎn)品壓縮機(jī)可以互相壓送另一套的產(chǎn)品氮?dú)狻?/p>

圖1 2×23500空分系統(tǒng)氮壓機(jī)供氣示意圖Fig.1 Schematic figure of nitrogen compressors about 2×23500 air separation units

圖2 出冷箱產(chǎn)品氮?dú)夤苈穲DFig.2 The pipe figure of nitrogen product from cold box

在平時(shí)的操作中，每套的兩臺(tái)氮壓機(jī)正常運(yùn)行，V105放空閥關(guān)閉，V106閥開度40%左右送一部分氮?dú)馊ニ渌?，預(yù)冷冷卻水(冷卻水出水冷塔后再經(jīng)冷凍機(jī)進(jìn)一步冷卻，最后進(jìn)入空冷塔用來冷卻空氣)。如果用戶用氮量減少，氮壓高，調(diào)度會(huì)通知崗位操作人員輕載或者停運(yùn)一臺(tái)低壓氮壓機(jī)，以節(jié)省電量。當(dāng)壓力下降時(shí)，再加載或開啟低壓氮壓機(jī)。

通過制氧廠調(diào)度了解的情況，每當(dāng)?shù)蛪旱虞d時(shí)，二煉軋用戶就會(huì)反應(yīng)中壓氮帶水的情況，其氮?dú)鉁y量的露點(diǎn)從－50℃左右迅速下降到－20℃左右。

操作上，低壓氮加載時(shí)，放空閥V105處自動(dòng)狀態(tài)，低壓氮加載從小流量逐漸達(dá)到其設(shè)計(jì)量15 000 m3/h，在壓縮量逐漸增加的過程中，V105閥流量的控制下逐漸關(guān)小直至全關(guān)。

從冷箱出來的產(chǎn)品氮?dú)庵惺遣缓?，如果在這個(gè)過程中，由于氮壓機(jī)初期加載的抽吸量過大(氮壓機(jī)的放空閥配合不好關(guān)得速度慢)，V105閥調(diào)節(jié)關(guān)得慢，就可能把含大量水分的空氣倒吸入產(chǎn)品氮?dú)夤艿乐?，進(jìn)入氮壓機(jī)，導(dǎo)致送入管網(wǎng)的氮?dú)夂?/p>

也可能在低壓氮壓縮量逐漸增加的過程中，通過V106閥去水冷塔的氮?dú)饬看罅繙p少甚至倒吸，將水冷塔的水分抽吸進(jìn)入氮?dú)鈮嚎s機(jī)中，導(dǎo)致送入管網(wǎng)的氮?dú)夂?/p>

從用戶反映氮?dú)獾膸闆r看，與我們加載氮壓機(jī)的操作頻次基本吻合。

另外，根據(jù)此種情況我們分析認(rèn)為，如果用戶用氧、氮?dú)廨^少時(shí)，我們減負(fù)荷操作，在空氣量達(dá)到比較小時(shí)其產(chǎn)品氮?dú)饬恳蚕鄳?yīng)減少，如果不及時(shí)減少兩臺(tái)氮壓機(jī)的負(fù)荷，其進(jìn)口會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓，也可能把外部含水較多的空氣或者水冷塔的水分吸入氮壓機(jī)內(nèi)導(dǎo)致帶水事故的發(fā)生。

在操作中如果操作不當(dāng)，使去水冷塔V106閥的開度過大，也可能將水冷塔的水分抽吸進(jìn)入氮?dú)鈮嚎s機(jī)中，導(dǎo)致送入管網(wǎng)的氮?dú)夂?/p>

當(dāng)一套設(shè)備停運(yùn)時(shí)，我們會(huì)提高另一套空分的空氣量，增大氮?dú)猱a(chǎn)量，用兩臺(tái)中壓氮壓機(jī)壓縮一套空分的氮?dú)饬浚藭r(shí)兩臺(tái)中壓氮進(jìn)口壓力會(huì)比較低，如果操作不當(dāng)也可能導(dǎo)致送入管網(wǎng)的氮?dú)夂?/p>

4 采取措施

針對(duì)這種情況，我們采取以下措施:

1.在加載氮壓機(jī)時(shí)，要提前將V105閥打手動(dòng)，并在加載前先關(guān)一點(diǎn)閥門，提高氮壓機(jī)的進(jìn)口壓力。

2.要將V106閥提前關(guān)閉，保證低壓氮加載時(shí)此閥是關(guān)閉的，保證水分不會(huì)從此管道倒吸入氮壓機(jī)前的管道內(nèi)。加載正常后再將V106閥開到合適的開度，保證水冷塔的用氣。

3.加載氮壓機(jī)時(shí)，至少兩個(gè)人操作配合，一個(gè)人手動(dòng)關(guān)V105閥，保證氮壓機(jī)進(jìn)口有較高的正壓。

4.加載低氮壓機(jī)時(shí)，可提前將中壓氮壓機(jī)減量，保證低壓氮壓機(jī)有足夠的抽吸量，保證低壓氮壓機(jī)進(jìn)口有足夠的正壓，加載正常后再逐步恢復(fù)中壓氮的壓縮量。

5.當(dāng)我們減負(fù)荷操作，在空氣量達(dá)到比較小時(shí)，要及時(shí)對(duì)兩臺(tái)氮壓機(jī)進(jìn)行節(jié)流減量操作，使其進(jìn)口壓力適當(dāng)提高，同時(shí)保證放空閥V105閥和去水冷塔V106閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

6.日常的操作中，嚴(yán)格控制去水冷塔V106閥的開度，不能開得太大，保證兩臺(tái)氮壓機(jī)進(jìn)口的壓力在適當(dāng)數(shù)值，避免將水冷塔的水分抽吸入氮?dú)鈮嚎s機(jī)中，導(dǎo)致送入管網(wǎng)的氮?dú)夂?/p>

7.當(dāng)一套設(shè)備停運(yùn)時(shí)，用兩臺(tái)中壓氮壓機(jī)壓縮一套空分的氮?dú)饬繒r(shí)，要對(duì)兩臺(tái)在壓氮進(jìn)行節(jié)流減量操作，使其進(jìn)口壓力適當(dāng)提高，同時(shí)保證放空閥V105閥和去水冷塔V106閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

8.考慮在去水冷塔V106閥后加一止回閥，避免水冷塔的水分倒吸入產(chǎn)品氮?dú)夤艿馈Ｍ瑫r(shí)對(duì)V106的調(diào)節(jié)，要結(jié)合水冷塔出水的溫度，及時(shí)增減冷凍機(jī)的負(fù)荷，增減制冷量，保證進(jìn)分子篩氣體的溫度。

5 小結(jié)

產(chǎn)品氣體的質(zhì)量關(guān)乎下游用戶產(chǎn)品的質(zhì)量，關(guān)乎總公司的效益，關(guān)乎公司產(chǎn)品在客戶中的聲譽(yù)。要求我們職工在實(shí)際操作中要充分考慮各種可能情況，及時(shí)分析采取措施，保證用戶用氣的質(zhì)和量。同時(shí)我們向公司建議在氮壓機(jī)后加裝一個(gè)在線水分析儀和一個(gè)微量氧分析儀，使我們能及時(shí)掌握氮壓機(jī)后氮?dú)庵形⒘克?、微量氧含量情況，以便分析原因，及時(shí)采取措施，不致于陷入被動(dòng)狀態(tài)。

［1］何琳，徐永齊.氮換熱器冰堵的分析與處理［M］∥深冷技術(shù).杭州:杭州出版社，2012(5):58-60.

［2］索全寶.離心氮壓機(jī)級(jí)間排氣溫度偏高的分析和排除［M］∥深冷技術(shù).杭州:杭州出版社，2011(6):60-62.