淺析270T/D氧氮液化裝置及控制系統

魏華

摘 要：為降低氧氣放散率、提高氣體生產運行中的調控能力和緩沖能力，邯鋼氣體廠新增建了一套270T/D氧氮液化裝置，該裝置由中國空分設備有限公司設計。本文從改裝置的技術參數、流程特點及儀控系統等方面分析新建液化裝置的性能和對氧氣放散率的影響。

關鍵詞：270T/D液化裝置；氧氣放散率；降本增效

中圖分類號：TB653 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）14-0069-02

1 前言

河北鋼鐵集團邯鋼分公司作為現代化大型鋼鐵企業，在企業科學化管理和如何降本增效方面一直在不斷的探索改革，目前邯鋼內部各二級廠已經把降成本、增效益作為首要目標。而同時邯鋼的制氧廠—氣體廠在保證鋼鐵主線生產的同時，開發了低溫液體的生產及外銷業務，銷售額度年年突破，大大極高了經濟效益。氣體廠作為公輔系統的主要單位，為鋼鐵主要生產線的產品生產和質量提供保障，但同時，氣體廠的制氧機組又是耗能大戶。在往年生產運行中，為保證設備的抗風險性和生產調控能力，氣體廠一般都采用了提高氧氣產量的辦法。這樣，不僅提高了制氧機組的能耗，而且使得氧氣供大于求，造成多余氧氣的放散，造成浪費。而受到制氧機組工藝流程的限制，在生產過程中又不能超出工況設計進行大量的提液。盡管在2011年4月，經過氣體廠全廠的努力，將氧氣放散率降到0.14%，達到歷史最低水平的基本零放散，但是降低氧氣放散率，降低生產成本的壓力依然存在。為此，氣體廠新建一套270T/D氧氮雙產品液化裝置，該液化裝置不僅可以在峰值時增加液體產品的儲存量，提高生產運行中的調節能力和降低設備風險，還可以增加外銷液體副產品，提高非鋼產品的利潤，更重要的是可以及時調節氧氣產品的液化和汽化，在保證生產的同時把氧氣放散率將到最低。除此之外，該液化裝置的投產使得氣體廠空分優化運行的手段更豐富，大大節約了倒停機過程中產生的能耗，做到了真正的降本。

2 氧氮液化裝置設備主要參數

為了靈活地調節液化能力和產品，本裝置提供了三種工況：全液氮生產、全液氧生產和氧氮部分生產。三種工況更加適合實際生產要求，為調控氣體輸送提供了更加豐富的選擇。設備的主要參數如表1所示。

3 氧氮液化裝置流程簡介

如圖1所示，流程組織是以盡可能利用原料氣和節省電耗為前提生產最大量的液體產品，流程采用串聯雙透平膨脹流程。

制冷循環介質采用氮氣。由用戶循環氮壓機來的氮氣（2.5MPa（A））依次經過低溫膨脹機和常溫膨脹機的增壓端增壓，在水冷卻器中冷卻至40℃后進入主換熱器，其中一大部分氮氣被反流的冷流體冷卻至-48℃，進入常溫膨脹機膨脹至1.51MPa（A）后再次進入主換熱器，被返流的冷流體冷卻到-117℃，進入低溫膨脹機膨脹到0.135MPa（A）后，作為冷卻介質進入主換熱器，復熱后進入低壓管網或循環氮壓機入口。剩下的一小部分氮氣在主換熱器中繼續被冷卻液化，節流到0.35MPa（A）后進入氣液分離器，從氣液分離器出來進入過冷器過冷，過冷后大部分液氮作為液氮產品輸出，少量液氮節流后作為過冷器低溫冷源，經主換熱器復熱到常溫后去低壓管網。

來自管網的原料氧氣經氧換熱器冷卻并液化。氧換熱器的冷源為來自產品液氮，產品液氮大部分在氧換熱器中復熱至常溫；小部分在氧換熱器中復熱到一定溫度后抽出，去主換熱器與低壓返流氮氣匯合，在主換熱器中復熱至常溫后去低壓氮氣管網。

液氮貯槽來的液氮經過液氮泵加壓至一定壓力作為冷源進入氧轉換板式，冷卻并液化由用戶管網而來的氧氣然后送到用戶貯槽。液氮自身被復熱到常溫返回用戶管網。

裝置可同時生產液氧和液氮。

4 流程特點

（1）在中壓液化循環流程中，由于氮氣是在超臨界的狀態下被液化的，因而在其液化過程中不存在恒溫的冷凝過程，使換熱器的低溫段溫度分布更合理，也就充分利用了冷端膨脹機的冷量。這樣就能減少循環氮氣量，即降低能耗。在中壓液化循環流程中可以提高冷端膨脹機的進口溫度，增加單位焓降。另外由于中壓流程膨脹機比與低壓流程相比較小，所以其效率可以提高。這兩點均可以使循環氣量減少，從而降低能耗。（2）與低壓液化循環不同，中壓液化循環生產液氮時利用液氮來液化氧氣。這樣氧氣即使是低壓的也能液化。

5 儀控系統

儀控系統在滿足設計條件和工藝要求的前提下，能有效地監控液化設備生產過程，確保運行可靠、操作維護方便。采用中央集中監測控制和就地監測控制相結合的原則。為適應工藝流程的需要，儀控系統采用DCS控制系統，用以完成主要工藝參數的顯示，報警或控制，控制系統具有最先發生故障顯示。并且在有關工藝參數越限時，能進行顯示和報警、有關的聯鎖保護將根據工藝要求DCS啟動或停車、打開或關閉閥門，并可進行手動操作設備的開、停和改變運行狀態。聯鎖保護系統中的電磁閥在正常運轉時處于勵磁狀態。

6 270T/D氧氮液化裝置特點

（1）本液化裝置采用常溫、低溫雙級膨脹流程，液化率高，能耗低。（2）本液化裝置不帶冷凍機組，簡化了設備的配置，縮小了占地面積，方便了運行操作、降低了維護費用。（3）整套裝置運行可靠、技術成熟、流程先進、操作方便、能耗低、安全性好、控制容易、連續運轉周期不少于三年。本裝置的使用壽命為20年，裝置的運行效率達到98%以上。（4）出裝置產品液體實現到老儲槽之間的輸送，裝置離儲槽距離約450米。（現有液氧、液氮儲槽工作壓力為10KPa、容量2000m3。儲罐直徑內罐φ14520mm、外罐φ16920mm、儲罐高度內罐14600mm、外罐17200mm。（5）本液化裝置儀控系統采用DCS集中控制，循環氮壓機、膨脹機和各工藝點的控制均由DCS系統完成。（6）膨脹機進口緊急切斷閥從全開到全關的時間不超過3秒。

7 分析新建氧氮液化裝置對氧氣放散率的影響

自2010年開始，氣體廠就致力于降低氧氣放散率的控制工作。在公司鋼鐵生產順利的情況下，現有設備和液化裝備能保證氧氣放散率已可以維持在0.14%-1%左右，在新建氧氮液化裝置投產后，我廠的液化能力大大增強，碰上公司生產主線檢修，該液化裝置可保證壓縮機不停機情況下增大液化量，將檢修帶來的過量氧氣液化進行儲存，減少停機所造成的設備壽命損耗和氧氣放散；同時在我廠氧壓機等設備檢修的時候，又可以將存儲的液體汽化，對管網進行補充，保證用戶的需求。經運行之后測算，此時氧氣放散率可達到0.1%以下，不僅實現基本零放散，同時在放散率控制方面達到了國內一流的水平。

8 270T/D液化裝置在降本增效和非鋼創效中的作用

（1）270T/D液化裝置投產后，使得我廠運行的空分可以滿負荷運行而不必擔心過量氧氣放散的問題。空分的滿負荷運行將大大提高空分的工作效率，提高氧提取率，從而降低單位氧耗電指數，極大地節約了空分設備的耗電量。（2）液化裝置運行時，通過控制氧氣的液化量的大小可以調節氧氣管網用氧峰谷平時的壓力和氣量，減少了備用氧壓機及氮壓機開啟的幾率，從而大大減少了開停機造成的電耗增加問題。（3）在公司非鋼工作深入開展的情況下，該液化裝置可以生產270T/D的液氧或液氮，除保證公司生產的液氧之外，極大地提高了可供銷售的液氧產量，從而為非鋼副產品的銷售工作提供了堅實的基礎，提高銷售量及銷售利潤。

9 結語

目前，該套270T/D液化裝置運行平穩，從功能上保證了氣體廠對氧氣放散的有效控制，加強了生產運行的穩定性；從經濟效益上，每年液化量的增加又將帶動副產品銷售從而帶來可觀的經濟效益。真正實現了降低成本，增加效益的目標。