高喜義

（本鋼板材股份有限公司燃氣廠，遼寧本溪 117022）

氮氣凈化機組單機組雙塔運行應(yīng)用

高喜義

（本鋼板材股份有限公司燃氣廠，遼寧本溪 117022）

針對氮氣凈化機組在運行過程中存在的問題，分析查找原因并對其采取改進措施，提高了氮氣凈化單機組處理能力，最大程度地發(fā)揮了機組效率，降低了生產(chǎn)成本。

氮氣凈化；單機組；雙塔運行；應(yīng)用

1 前言

高純氮氣是冷軋薄板、熱鍍鋅、硅鋼生產(chǎn)線的重要保護氣體，氮氣純度、含氧量、露點指標對冷軋生產(chǎn)最終產(chǎn)品質(zhì)量影響重大。氧含量超標會導(dǎo)致冷軋板表面氧化、鍍鋅板表面出現(xiàn)裸點等嚴重質(zhì)量問題。

氮氣凈化機組是利用催化脫氧干燥工藝，將空分氮氣進行精制提純的裝置。工藝采用兩步脫氧工藝，第一步粗脫氧工序利用鈀催化劑加氫反應(yīng)的方法將原料氮氣中的大部分氧脫出，使氮氣中氧含量降至50×10-6以下。進入第二步精脫氧工序，利用專用脫氧劑與氮氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，達到深度脫氧的目的。處理后氮氣中氧含量≤5×10-6，符合冷軋生產(chǎn)保護氮氣技術(shù)指標。該裝置在脫氧過程中將產(chǎn)生大量水分，因此設(shè)有干燥工序，進行脫水干燥處理，使產(chǎn)品氮氣露點≤-70℃?，F(xiàn)在大多數(shù)空分產(chǎn)品氮均能滿足冷軋用氣要求。

2 存在問題分析

2.1 存在的問題

本溪鋼鐵集團有限公司冷軋配套項目保護氣體站設(shè)計安裝了3套某公司生產(chǎn)的7500 m3/h氮凈化裝置，于2005年建設(shè)安裝，2006年2月調(diào)試生產(chǎn)。該裝置在使用過程中出現(xiàn)單機組流量大于6000 m3時，機組出口阻力降為0.3 MPa，不能滿足用戶生成用氣需要（來源壓力0.65 MPa，出口壓力0.35 MPa＜用戶要求達到0.5 MPa）。工藝要求機組出口阻力降＜0.1 MPa，因此單機組出口阻力降大成為影響冷軋生產(chǎn)的關(guān)鍵難題之一。

2.2 工藝簡介

氮氣凈化機組工藝如圖1。

圖1 氮氣凈化工藝

工藝簡述如下：

2.1.1 吸附

去除原料氮氣中的氧氣成份，使產(chǎn)品氮氣含氧量≤5×10-6。

（1）精脫氧：利用鈀催化劑在氮氣中按一定比例加入氫氣，使氫和氧發(fā)生反應(yīng)將氮氣中含量50× 10-6以上的氧氣脫出。

（2）精脫氧：利用氧化反應(yīng)使用專用脫氧劑填料與微量氧氣發(fā)生反應(yīng)生成氧化物，從而脫出50× 10-6以下的氧氣，使產(chǎn)品氣達到≤5×10-6的技術(shù)標準。

2.1.2 干燥

利用高強分子篩對氮氣中的水分進行吸附，使露點降至-70℃以下達到產(chǎn)品氣技術(shù)標準。

2.1.3 再生

當吸附、干燥工序填料飽和時需要工藝切換對填料再生處理，確保填料重復(fù)使用，保證工序連續(xù)進行。

（1）卸壓：由于填料再生需要壓力在常壓下進行，而機組運行壓力在0.5～0.75 MPa，因此再生前先將再生塔壓力降至常壓。

（2）通氫加熱：當精脫塔脫氧劑飽和后，需要在高溫下才能分解脫出，這樣就需要對精脫氧塔加熱至260～280℃，達到再生需求溫度，同時通入氫氣，利用氫氣還原特性，把精脫氧劑中的氧氣脫出，達到精脫氧劑再生目的。另外干燥塔吸附飽和利用加溫將水分蒸發(fā)隨氣流帶出干燥塔，達到再生目的。

（3）通氮冷卻：通氫加熱結(jié)束后需要將過剩的氫氣進行置換，防止影響再次吸附脫氧效果，必須通入純氮（產(chǎn)品氮氣）進行置換，把通氫時的過剩氫氣處理干凈，使精脫氧劑處于氮氣狀態(tài)下，準備再次吸附使用。由于吸附和干燥是在常溫下進行，因此需要冷卻降溫處理。該凈化機組采用電加熱方式，加熱時電熱棒通電，冷卻時電熱棒斷電，利用氣體流動將熱量帶走，達到降溫目的。

（4）充壓：由于工作要求在0.5～0.75 MPa下進行，因此需要利用產(chǎn)品氮氣對再生塔充壓到工作壓力，準備吸附使用。

3 解決方案：氮氣凈化機組單機組采用雙塔運行方式

3.1 單機組雙塔運行設(shè)計

根據(jù)機組單臺運行時間240 h，再生塔再生時間僅為24 h，其余時間為等待工作。浪費資源，所以要改進工藝運行方式，以達到最佳工作方式，降低機組壓力阻損，保證用戶生產(chǎn)需要。

（1）將單臺機組運行時間不變，將A塔再生時間設(shè)定在運行初期24 h，B塔再生時間設(shè)定在運行后期24 h，其余時間為雙塔運行，用以減少單臺運行時間，降低壓力阻損。

（2）3套機組再生時間相互錯開，以保證每個時間段只有1臺機組再生，其余5塔均在運行的運行方式。

（3）要求每臺機組在手檢狀態(tài)時，除保留一條工藝路線為通路外，可以操作機組任意氣動閥的開關(guān)狀態(tài)。

（4）機組加氫閥控制條件刪除氫氣條件，以控制反應(yīng)后氧含量為條件，即：氧含量＞20×10-6加氫閥開啟，氧含量＜10×10-6加氫閥關(guān)閉。

（5）機組填料、工藝步驟、配管等條件不變。

3.2 單機組雙塔運行開發(fā)工藝時間表

工藝運行時間表，以一臺機組為例。其他機組只需將運行再生時間與其他機組順延，保證實現(xiàn)1塔再生5塔運行的工藝方式。

（1）1#機組運行時間表（見表1）

表1 1#機組運行時間表

（2）確保每臺機組都有連續(xù)8天雙塔運行時間。

（3）3套機組運行時間表（見表2）

表2 3套機組運行時間表

3.3 程序修改內(nèi)容

（1）修改粗脫氧工序加氫調(diào)節(jié)閥控制條件，刪除原有加氫調(diào)節(jié)控制條件，以控制反應(yīng)后氧含量為閥門開關(guān)條件，即：氧含量＞20×10-6加氫閥開啟，氧含量＜10×10-6加氫閥關(guān)閉。

（2）修改再生塔再生結(jié)束后再生閥門關(guān)閉30 s后，工藝生產(chǎn)氣路閥門開啟，使再生塔投入生產(chǎn)運行（具體閥門編號保密）。

（3）修改機組手動狀態(tài)下，可以控制任何閥門開關(guān)，保障單機組雙塔運行模式。

4 結(jié)束語

本項目通過對單機組運行方式的分析，得出解決機組運行方式，可以達到降低單機組運行阻力和提高單機組處理能力的效果。提出改變單機組運行方式，開發(fā)單機組雙塔運行模式，解決生產(chǎn)技術(shù)難題。并且通過實際運行測試，確定了單機組雙塔運行方式新技術(shù)。該項目通過實施得出以下結(jié)論：

（1）通過改變再生塔運行方式，解決單機組壓力降＞0.1 MPa的技術(shù)難題，經(jīng)過半年運行考核，單機組壓力降在0.08 MPa，采用單機組雙塔運行方式，填補了氮氣凈化機組的技術(shù)空白。

（2）通過實施單機組雙塔運行，解決了單機組處理能力80000 m3/h的目的，實際測試單機組處理能力為10000～12000 m3/h，節(jié)約了設(shè)備投資，提高了設(shè)備使用效率，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。

（3）通過實施單機組雙塔運行程序優(yōu)化，使機組運行平穩(wěn)，操作更加簡化，便于操作維護，自動化程度明顯提高，有利于氮凈化機組創(chuàng)高產(chǎn)，提高機組效能，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。

[1]張衛(wèi).氣體吸附制取操作指南[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[2]王兆明.電氣控制與PLC技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

Application of Single-purifier Double-tower Operation in Nitrogen Purification Unit

GAO Xiyi
(The Gas Plant of Benxi Steel Plate&Sheet Co.,Ltd.,Benxi,Liaoning 117022,China)

Causes of the existing problems in the operation process of nitrogen purifier unit were analyzed and found out and countermeasures were taken,which have increased the treatment capacity of single purifier,maximized the efficiency of the unit and reduced production cost.

nitrogen purification;single purifier;double tower operation;application

TB66

B

1006-6764(2015)06-0025-03

2015－03－27

高喜義（1974－）男，2014年畢業(yè)于東北大學(xué)電氣自動化專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)從事技改工程管理工作。