实施氮气利用改造 满足公司用氮需求的探讨

强东林 许丽丽

（陕西略阳钢铁有限责任公司制氧车间，陕西 汉中 724301）

实施氮气利用改造 满足公司用氮需求的探讨

强东林 许丽丽

（陕西略阳钢铁有限责任公司制氧车间，陕西 汉中 724301）

针对公司生产工艺调整，氮气供应不足的问题，提出并实施了从空分氮水预冷系统中取出部分氮气的改造方案，以提高氮气供应量，满足用户要求。本文主要介绍了具体实施方法和改造后运行效果。

空分设备；氮气；冷冻机；氮压机

1 公司氮气供需概况

略钢公司制氧车间现有三套制氧机组，分别为两套1 500 Nm3/h制氧机组和一套6 500Nm3/h制氧机组，基本满足公司用氮、用氧供应需求。随着略钢公司生产设备的扩容改造及生产工艺的调整，氧气、氮气的用量大大增加，用量比例也发生了新的变化，氮气用量远远超过了氧气的用量，氧气基本满足公司的生产需求，氮气却无法满足公司的生产需要。

2 改造方案

针对上述存在的问题，结合公司实际生产情况，组织相关职能部门对用氮量和用氧量进行了跟踪分析，分析结果为用氮量缺口大约为1 900Nm3/h。车间根据6 500Nm3/h制氧机组工艺自身特点，对空分氮水预冷系统进行了改造，置换出部分氮气，来增加氮气的外供量。氮水预冷系统由空冷塔和水冷塔两部分组成，是用来降低进分子筛吸附器的空气温度与含水量。氮气是用来降低水冷塔中冷却水的温度。当外部常温水和氮气（出空分塔氮气温度约18℃）在空冷塔相遇时，冷却水将被氮气冷却，经水冷塔冷却后的冷却水送入空冷塔顶部然后均匀从塔顶洒下并遇从空冷塔底部上升的热空气进行热交换，以降低空气温度，满足空分系统工艺要求。该系统氮气用量约3 000Nm3/h。水冷塔冷却水冷源除了用氮气冷却外还可以利用在系统外部加装冷冻机来冷却常温水以满足系统工艺要求，这样，就可以将氮水预冷系统部分氮气置换出来。根据车间现有设备和工艺状况拟定了改造方案：在氮水预冷系统中利用在外部加装一台冷冻机来补偿其冷量损失，从而置换出部分氮气，以实现在水冷塔氮气量减少的情况下冷量仍保持在设计值。置换出的氮气进入车间低压管网系统，并在低压管网系统中增加一台氮压机把置换出的氮气压出，以满足公司生产需要。

3 方案可行性分析

其一，6 500Nm3/h制氧机组设备相关参数。空冷塔所需冷却水流量：17m3/h；进水冷塔纯氮气量：3 000m3/h；水冷塔进水温度：30℃；水冷塔效果：18℃；水冷塔进水温度：32℃。其二，取出部分氮气后对水冷塔冷却效果的影响。水冷塔减少氮气量：1 900m3/h；减少的冷却效果：18×（1900÷3000）=11℃。其三，冷冻机基本参数的选定。冷冻机制冷量是选择冷冻机的关键参数，在选择冷冻机的制冷量时应大于取出部分氮气后的冷却损失。冷量损失=冷冻水流量×减少的冷冻效果×水的比容=1 700×11× 4.2=78 540 KJ/h。计算结果，即为所需补充的制冷量。考虑到冷冻机在实际运行时工作效率（一般为75%），因此，选择制冷量为80 000 KJ/h的冷冻机。其四，压缩机基本参数的选定。我车间现有四台活塞式压缩机，总压缩能力为8 200m3/h，不能满足置换出氮气的压缩，需新上一台压缩机。在选型时我们结合车间外管网的现有情况和公司供氮气压力的要求，选择了一台压力为1.6Mpa，流量为2 000m3/h的螺杆式压缩机。

4 改造经济效益

其一，工程总投入。冷冻机费用：30万元（机器询价）；氮压机费用：60万元（机器询价）；管道及附件费用（包括施工费用）：6万元。共投资费用：96万元。其二，运行费用。新增冷冻机年耗电费用：50×0.55×24×330=21.78万元；新增氮压机年耗电费用：250×0.85×0.55×24×330=92.57万元。（其中：功率因数0.85；日平均电价0.55元/（kw.h）除检修后一年运行的时间为330天）。其三，改造后氮气年收入。改造后氮气年收入（氮气价格0.45元）：1 900×0.45×24×365=677.16万元。其四，经济效益。当改造完成后，就可以停运一套1 500 Nm3/h制氧机组。一套1 500 Nm3/h制氧机组年耗电费用：5×0.55×24×330=21.78万元。因此，改造完成后最少可实现年经济效益：677.16+21.76=698.92万元。

5 实施方案

根据3.3和3.4的计算结果我们选用了约克DXS36LA-A46/ 50型螺杆式双压缩冷冻机及DXS36LA-45/50型氮压机，这两套设备结构紧凑，占地面积小，适合应用于场地狭小的现场。订货后我们根据厂家提供的图纸自行对两套设备的土建、工艺管道、电气、仪表进行了设计。设备到货后把冷冻机安装在6 000Nm3/ h制氧机组氮水预冷房，氮压机安装在1 500Nm3/h制氧机组球罐后供炼钢用氮气减压阀前，有效地利用了场地空间，减短了工艺管道的长度，节约了改造资金。电气和仪表控制系统进行了合理优化，把监控程序编写到原6 500Nm3/h空分DCS系统的程序中，便于操作人员的监控。设备安装完后，经厂家和我们的精心调试，一次试车成功。通过一段时间的试运行，各项指标都达到设计要求，当氮气取出后6 500Nm3/h制氧机组运行平稳，整个工程达到预期目的。

6 改造后运行效果

2013年6月，氮气外供正式投入使用，开始向外供应氮气。经2个月的试运行，用户表示非常满意，我们在确保1 900Nm3/h氮气取出外，进一步调整6 500Nm3/h空分设备运行工况，尝试多取出部分氮气，也取得良好效果。若冶炼强度提高，也能满足用户用氮需求。这样我们在8月份拆除了一套1 500Nm3/h制氧机组，在原址上拟建一套15 000 Nm3/h制氧机组，以满足公司扩容后氧氮供应的需要。

[1]王学德，朱圣华，孔凡魁，秦庆莲，沈荣.制氧生产工艺中污氮气的回收和利用[J]，莱钢科技，2009(6).

TQ116

A

1671-0037（2014）06-102-1

强东林（1968.01.14-），男，工程师，研究方向:设备管理与故障诊断。