位天時，蔣衛(wèi)兵，韓 林

(馬鞍山鋼鐵有限公司 氣體銷售分公司，安徽 馬鞍山 243000)

·工藝與設(shè)備·

馬鋼30 000 m3/h空分裝置氮氣增產(chǎn)改造

位天時，蔣衛(wèi)兵，韓 林

(馬鞍山鋼鐵有限公司 氣體銷售分公司，安徽 馬鞍山 243000)

介紹30 000 m3/h內(nèi)壓縮空分裝置氮氣增產(chǎn)改造整體方案、工藝設(shè)計思路、施工過程、產(chǎn)品調(diào)試。

氮氣增產(chǎn)；空分改造；工藝調(diào)試

1 項目背景

馬鞍山鋼鐵股份有限公司(以下簡稱馬鋼)KDON-30000/35000型空分設(shè)備于2005年12月成功調(diào)試投產(chǎn)，該工藝整套制氧流程采用內(nèi)壓縮(其中氧產(chǎn)品采用液體泵內(nèi)壓縮，氮產(chǎn)品采用外壓縮)，氬系統(tǒng)采用全精餾提氬技術(shù)。其中下塔采用篩板塔，上塔、粗氬Ⅰ、粗氬Ⅱ塔和精氬塔采用填料塔。近年來馬鋼公司氮氣需求量的不斷增加，氧、氮生產(chǎn)工藝配比不協(xié)調(diào)，造成氧氣高放散率走高的問題日益突出。通過對現(xiàn)有空分工藝對比研究，充分挖掘設(shè)備精餾潛力，故開展此次氮氣增產(chǎn)改造項目。

2 改造方案

2.1 總體方案

KDON-30000/35000型空分設(shè)備原純氮氣3 5000 m3/h，污氮氣92 000 m3/h(其中用于分子篩再生32 700 m3/h，其余污氮氣送入水冷塔)。對空分工藝參數(shù)調(diào)整摸索，下塔污液氮抽取量在一定范圍內(nèi)能減少了氧氣產(chǎn)品中的氬損失，當氬餾分提升至15%后含氮量仍≤0.1%。出上塔污氮氣92 000 m3/h(其中用于分子篩再生32 700 m3/h，其余污氮氣送入水冷塔)，含氧保持0.15%(一般空分裝置控制2%～5%)，污氣氮中的氧損失被大大降低，實際運行中產(chǎn)品氧的提取率高達98%(見表1)。所以在利用原有的空壓機、增壓機、分子篩純化系統(tǒng)、空冷塔、主換熱器、下塔以及主冷等設(shè)備對上塔進行增高改造。

通過對上塔頂部精餾物料平衡的設(shè)計核算，使原污氮氣抽口處污氮純度提升，達到純氮氣質(zhì)量要求。改造后出上塔低壓氮氣從35 000m3/h提高至89 000m3/h。空氣預(yù)冷系統(tǒng)需增加一臺冷水機組，彌補原污氮氣攜帶的部分冷量。分子篩冷吹管線需增加液氮噴射器，以保證冷吹峰值的實現(xiàn)。

表1 30 000 m3/h空分設(shè)備實際運行物料平衡估算

2.2 改造前后產(chǎn)品性能對比(見表2)

表2 KDON-30000/35000型空分設(shè)備改造前后產(chǎn)品性能對比

2.3 改造設(shè)計思路

1.因為氮氣產(chǎn)量增加，故需對上塔頂部輔塔進行替換加高。改造后，原上塔污氮氣出口管走氮氣，作為產(chǎn)品氮氣出口管；原上塔氮氣出口管走污氮氣，作為污氮氣出口管。粗氬液化器氮氣、精氬冷凝器氮氣匯集管接至原氮氣管線。上塔氮氣出口管、上塔污氮氣出口管在合適的標高處從上塔斷開，然后接至替換后的上塔污氮氣、氮氣出口位置。

2.因冷箱加高，頂層密封氣管道需相應(yīng)上移,頂蓋部分增加兩路密封氣。

3.原側(cè)出板式污氮氣去分子篩管路變成產(chǎn)品氮氣，該管路上增設(shè)旁通閥門V121至原污氮頂出板式管線(現(xiàn)走純氮氣)，并調(diào)整相應(yīng)測點。

4.原頂出板式污氮氣連接至產(chǎn)品氮氣總管上，并增設(shè)三通及閥門。使富余的產(chǎn)品氮氣旁通至水冷塔污氮管道回收冷量。

5.原產(chǎn)品氮氣連接至進水冷塔原污氮總管上，并在該管路上增加流量計。

6.改造后污氮氣變成頂出板式進分子篩系統(tǒng)，溫度較以前有所升高。所以去在V8閥前引出一路管線Φ55×3mm的管線送入液氮噴射蒸發(fā)器，并增加DN25的低溫調(diào)節(jié)閥，確保冷吹時污氮氣進分子篩的溫度，從而不影響切換時冷箱進氣溫度。同時將主換熱器側(cè)抽氮氣與分子篩污氮氣混合降低污氮氣溫度從而減小液氮噴射量。

2.4 改造工藝流程簡圖

圖1 增氮改造工藝流程簡圖

3 項目實施

3.1 新增35 000 m3/h氮壓機安裝調(diào)試

確保四萬空分工況穩(wěn)定的前提下，尚有25 000～28 000 m3/h低壓氮氣富余。為了實現(xiàn)三萬、四萬空分產(chǎn)品低壓氮氣有效利用，新增DN600低壓氮氣調(diào)節(jié)閥連通至三萬產(chǎn)品氮氣管道。使得新35 000 m3/h氮壓機能夠“一機兩用”。并在進口增設(shè)低壓氮放空閥，氮透出口增設(shè)高壓氮放空閥。若發(fā)生氮透跳車，可工藝聯(lián)鎖打開低壓氮放空閥及高壓放空閥，并通知四萬調(diào)整低壓氮送氣閥，從而確保四萬空分工況穩(wěn)定。氮壓機技術(shù)參數(shù)見表3。

2014年1月下旬對新氮透進行負載試車，并采用單獨壓縮來自四萬空分的低壓氮氣，試車達到預(yù)期效果。

3.2 空分冷箱內(nèi)改造

2014年2月12日對三萬空分冷箱進行扒砂作業(yè)，后期發(fā)現(xiàn)塔頂有大片凍塊。因放砂較快，導(dǎo)致凍塊未能及時搗散，落下時對塔器附屬管道砸損較為嚴重。后期對變形的管道進行了更換，并對液氧泵泄漏凍裂的冷箱壁板進行了補焊加固。冷箱內(nèi)儀表管線按照新工藝標準進行改造。

3.3 外部管道改造

外部管道施工與冷箱內(nèi)改造同步進行，由于改造基于原有管道，新管道彎頭較多，施工空間小，嚴重制約了工程進度?？紤]到管道阻力的增加，所屬閥門均采用大口徑調(diào)節(jié)閥，舍棄原有的孔板流量計采用均速管(威力巴)流量計。

表3 35 000 m3/h氮氣透平壓縮機性能參數(shù)

3.4 冷凍機安裝

冷凍機工藝流程簡圖見圖2。

圖2 冷凍機工藝流程簡圖

冷凍機采購國內(nèi)某廠螺桿式大溫差水冷冷水機組，并對小水泵后管道去空冷塔水管需進行改造，以便冷水機組的安裝和運行。

4 工藝調(diào)試

1.2014年4月26日改造后首次熱開車，44 h后產(chǎn)品氧氣合格并網(wǎng)，47 h產(chǎn)品氮氣純度合格。在進行帶氬操作過程中，當氬餾分高于6%時粗氬塔就出現(xiàn)氮塞跡象(改造前8%～15%)，富氧液空純度在32%～34%，污液氮節(jié)流閥V2開度在13%～15%，液氮節(jié)流閥V3開度在65%～67%。通過反復(fù)調(diào)試并分析斷定，上塔精餾段氣液兩相組分有變影響氬餾分富集。改造增加輔塔后，雖然氬餾分抽口位置沒有發(fā)生變化，但是氬富集區(qū)較以前有很大變化。確保氧、氮純度不受影響的前提下，逐步開大污液氮節(jié)流閥V2提高富氧液空純度至38%～40%。當氬餾分含氬量高達18.7%未出現(xiàn)氮塞，主塔工況穩(wěn)定，一舉“攻克氬關(guān)”。

2.實際運行中低壓氮氣產(chǎn)量可達99 000 m3/h，純度≤1×10-6O2，因此采取全關(guān)V126閥(側(cè)抽氮氣單獨作為再生氣)，簡化了液氮噴射器的操作。

3.由于塔器加高，空壓機出口壓力增加約1%，再加上冷水機組電耗，電耗較改造前有所增加。初步測算制氧機單耗增加約1200 kW，相比氮氣增產(chǎn)帶來的綜合效益，還是非?？捎^的。

5 改造總結(jié)

氮氣增產(chǎn)改造充分挖掘三萬制氧機設(shè)備潛力，結(jié)合制氧廠氧氮供需矛盾現(xiàn)狀，通過對冷箱內(nèi)塔器加高、外部管道改造、循環(huán)氮壓機安裝，大幅提升氮氣產(chǎn)量，減小了氧氣的放散，可謂花小錢而辦大事。

位天時(1986)，助理工程師，2010年畢業(yè)于北京科技大學(xué)熱能系低溫工藝與裝置專業(yè)，現(xiàn)馬鋼氣體銷售分公司從事空分工藝技術(shù)、安全標準化、設(shè)備可靠性等工作。郵箱：2079464655@qq.com

Masteel 30 000m3/h Air Separation Plant Nitrogen Output Reform

WEI Tianshi，JIANG Weibing，HAN Lin

(Gas Sales Division, Maanshan Iron & Steel Co., Ltd., Maanshan 243000，China)

The article introduces 30 000m3/h air separation plant nitrogen output reform overall idea，construction process scheme，process design, product debugging.

nitrogen increase； ASP reform；debugging process

2016-12-14

TQ116.15

B

1007-7804(2017)01-0023-05

10.3969/j.issn.1007-7804.2017.01.006