KDON21000型3#空分優(yōu)化升級改造實踐及應(yīng)用

孫 山，蔣文濤

（酒鋼集團宏興股份公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

引言

隨著鋼鐵業(yè)產(chǎn)品品質(zhì)的不斷提升和各種特殊鋼材的研發(fā)應(yīng)用，在煉鋼及軋制環(huán)節(jié)中氮氣作為純凈氣體和保護氣體使用越來越廣泛。

此外國家對環(huán)保要求越來越嚴，廠區(qū)內(nèi)為控制高爐和加熱爐等煙氣排放、煤倉揚塵等，都安裝了除塵設(shè)施，這些設(shè)備設(shè)施的反吹氣源都需要使用氮氣。

酒鋼集團宏興股份公司從2015年開始氮氣需求量逐步增加，尤其到2016年氮氣緊缺矛盾突出，只能通過限制煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏解決氮氣不足，但是增加了冶煉成本。并且制氧單套空分產(chǎn)出的氧氣、氮氣設(shè)計產(chǎn)量是固定的，變化幅度只有5%～10%左右，因此在氮氣缺口較大時，不得不采用多開空分滿足用戶氮氣需求，但同時帶來的負面結(jié)果是造成氧氣大量放散，空分運行成本大幅增加。

1 項目背景

酒鋼公司現(xiàn)有4套KDON21000型空分設(shè)備以及1套KDON6000/13000型設(shè)備。2016年，結(jié)合公司生產(chǎn)需要，空分按照“三大”運行方式進行生產(chǎn)保供，在該運行方式下氮氣略有缺口，基本滿足主線生產(chǎn)需求。但結(jié)合公司各單位的建設(shè)項目需要，還將新增氮氣約11500 m3/h，將造成“三大”運行方式無法滿足主線需求，還需增開到“三大一小”才能滿足主線生產(chǎn)需要，勢必大幅度增加空分運行成本。氮氣平衡如表1所示。

表1 氮氣供用平衡表

在“三大”的運行方式下，氧氣富裕量8000 m3/h，造成在滿足氮氣需求的情況下，氧氣放散率在13.79%以上，導(dǎo)致氧氣大量放散不利于節(jié)能減排。氧氣平衡如表2所示。

因此，有必要對現(xiàn)有空分設(shè)備進行技術(shù)改造，增加氮氣產(chǎn)量，從而優(yōu)化空分運行方式，降低運行成本，減少氧氣放散。

2 技術(shù)原理

KDON21000型3#空分配套的精餾塔采用多層塔板構(gòu)造，現(xiàn)有塔板數(shù)根據(jù)氧、氮產(chǎn)品的數(shù)量和純度，以及設(shè)定的液空、液氮的純度，上下塔工作壓力確定的。因此對現(xiàn)有精餾塔的壓力、流量、純度、塔板數(shù)通過理論核算，在滿足最小精餾比的前提下，對上塔精餾段進行改造，增加塔板數(shù)量，提升塔高，來挖掘精餾潛力。通過改造可以使氮氣產(chǎn)量在原有設(shè)計產(chǎn)量的基礎(chǔ)上再增加21000 m3/h，純度維持不變。

3 改造方案

（1）對KDON21000型3#空分塔內(nèi)進行優(yōu)化改造，將空分塔從45 m處往上的輔塔進行替換（原塔高59 m），直徑從原來的1.6 m改為2.95 m，高度增加3 m；替換后主塔部分的冷箱需增加一層的高度，將冷箱內(nèi)粗氬液化器氮氣出口管、純氬冷凝器氮氣出口管從上塔污氮氣出口管斷開，上塔氮氣出口管、上塔污氮氣出口管在標高約44 m處從上塔斷開，然后接至替換后的上塔氮氣出口及污氮出口。

表2 氧氣供用平衡表

（2）從21000制氧3#空分敷設(shè)DN800管道800 m送至6000制氧，對6000制氧1臺中壓氮壓機、3臺低壓氮壓機進氣管道進行連接，確保21000制氧三套空分全部運行時新增的氮氣可以通過6000制氧4臺氮壓機壓縮外供用戶，如圖1。

圖1 管道改造方案

（3）在21000制氧3#空分增加2臺335萬kJ/h的冷水機組。作為污氮量減少后，降低水冷塔溫度的冷源。

4 實施效果及效益

項目實施后，KDON21000型3#空分氮氣產(chǎn)量由21000 m3/h增至42000 m3/h；空分運行方式由“三大一小”優(yōu)化為“二大一小”。空分“三大一小”運行期間日耗電量155萬kW·h，3#優(yōu)化改造后“兩大一小”運行時需增開一臺氮壓機及新增冷凍機，日耗電量139萬kW·h，日節(jié)電16萬kW·h，年可節(jié)約能源使用費、維修費和備件材料費共計1557.6萬元，氧氣放散率指標由28%降至4%以內(nèi)，達到節(jié)能降耗的目的。

5 項目主要技術(shù)創(chuàng)新點

創(chuàng)新點一：KDON21000型3#空分通過精餾理論計算，挖掘精餾塔潛力，在運行11年設(shè)備上成功改造，氮氣產(chǎn)量增加至42000 m3/h。

創(chuàng)新點二：KDON21000型3#空分優(yōu)化升級改造上報專有技術(shù)。

創(chuàng)新點三：本次改造中利用了6000制氧閑置設(shè)備，將KDON21000型3#空分增加了一根氮氣管道連接至6000制氧，使6000制氧4臺氮壓機都可以利用起來，氮壓機運行方式更加機動靈活，提高了設(shè)備開動率，減少了設(shè)備投資。

6 總結(jié)

該項目實施后對空分的運行方式不再受制于氮氣的影響，調(diào)整運行方式更加靈活，起到了節(jié)電、節(jié)能的作用。

此外通過改造后氧氣放散率指標得到有效控制，大幅度降低了氧氣放散量，達到了節(jié)能降耗的目的。

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[4]GB16912-2008，深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程[S].