马钢30 000 m3/h空分装置氮气增产改造

位天时，蒋卫兵，韩 林

(马鞍山钢铁有限公司 气体销售分公司，安徽 马鞍山 243000)

·工艺与设备·

马钢30 000 m3/h空分装置氮气增产改造

位天时，蒋卫兵，韩 林

(马鞍山钢铁有限公司 气体销售分公司，安徽 马鞍山 243000)

介绍30 000 m3/h内压缩空分装置氮气增产改造整体方案、工艺设计思路、施工过程、产品调试。

氮气增产；空分改造；工艺调试

1 项目背景

马鞍山钢铁股份有限公司(以下简称马钢)KDON-30000/35000型空分设备于2005年12月成功调试投产，该工艺整套制氧流程采用内压缩(其中氧产品采用液体泵内压缩，氮产品采用外压缩)，氩系统采用全精馏提氩技术。其中下塔采用筛板塔，上塔、粗氩Ⅰ、粗氩Ⅱ塔和精氩塔采用填料塔。近年来马钢公司氮气需求量的不断增加，氧、氮生产工艺配比不协调，造成氧气高放散率走高的问题日益突出。通过对现有空分工艺对比研究，充分挖掘设备精馏潜力，故开展此次氮气增产改造项目。

2 改造方案

2.1 总体方案

KDON-30000/35000型空分设备原纯氮气3 5000 m3/h，污氮气92 000 m3/h(其中用于分子筛再生32 700 m3/h，其余污氮气送入水冷塔)。对空分工艺参数调整摸索，下塔污液氮抽取量在一定范围内能减少了氧气产品中的氩损失，当氩馏分提升至15%后含氮量仍≤0.1%。出上塔污氮气92 000 m3/h(其中用于分子筛再生32 700 m3/h，其余污氮气送入水冷塔)，含氧保持0.15%(一般空分装置控制2%～5%)，污气氮中的氧损失被大大降低，实际运行中产品氧的提取率高达98%(见表1)。所以在利用原有的空压机、增压机、分子筛纯化系统、空冷塔、主换热器、下塔以及主冷等设备对上塔进行增高改造。

通过对上塔顶部精馏物料平衡的设计核算，使原污氮气抽口处污氮纯度提升，达到纯氮气质量要求。改造后出上塔低压氮气从35 000m3/h提高至89 000m3/h。空气预冷系统需增加一台冷水机组，弥补原污氮气携带的部分冷量。分子筛冷吹管线需增加液氮喷射器，以保证冷吹峰值的实现。

表1 30 000 m3/h空分设备实际运行物料平衡估算

2.2 改造前后产品性能对比(见表2)

表2 KDON-30000/35000型空分设备改造前后产品性能对比

2.3 改造设计思路

1.因为氮气产量增加，故需对上塔顶部辅塔进行替换加高。改造后，原上塔污氮气出口管走氮气，作为产品氮气出口管；原上塔氮气出口管走污氮气，作为污氮气出口管。粗氩液化器氮气、精氩冷凝器氮气汇集管接至原氮气管线。上塔氮气出口管、上塔污氮气出口管在合适的标高处从上塔断开，然后接至替换后的上塔污氮气、氮气出口位置。

2.因冷箱加高，顶层密封气管道需相应上移,顶盖部分增加两路密封气。

3.原侧出板式污氮气去分子筛管路变成产品氮气，该管路上增设旁通阀门V121至原污氮顶出板式管线(现走纯氮气)，并调整相应测点。

4.原顶出板式污氮气连接至产品氮气总管上，并增设三通及阀门。使富余的产品氮气旁通至水冷塔污氮管道回收冷量。

5.原产品氮气连接至进水冷塔原污氮总管上，并在该管路上增加流量计。

6.改造后污氮气变成顶出板式进分子筛系统，温度较以前有所升高。所以去在V8阀前引出一路管线Φ55×3mm的管线送入液氮喷射蒸发器，并增加DN25的低温调节阀，确保冷吹时污氮气进分子筛的温度，从而不影响切换时冷箱进气温度。同时将主换热器侧抽氮气与分子筛污氮气混合降低污氮气温度从而减小液氮喷射量。

2.4 改造工艺流程简图

图1 增氮改造工艺流程简图

3 项目实施

3.1 新增35 000 m3/h氮压机安装调试

确保四万空分工况稳定的前提下，尚有25 000～28 000 m3/h低压氮气富余。为了实现三万、四万空分产品低压氮气有效利用，新增DN600低压氮气调节阀连通至三万产品氮气管道。使得新35 000 m3/h氮压机能够“一机两用”。并在进口增设低压氮放空阀，氮透出口增设高压氮放空阀。若发生氮透跳车，可工艺联锁打开低压氮放空阀及高压放空阀，并通知四万调整低压氮送气阀，从而确保四万空分工况稳定。氮压机技术参数见表3。

2014年1月下旬对新氮透进行负载试车，并采用单独压缩来自四万空分的低压氮气，试车达到预期效果。

3.2 空分冷箱内改造

2014年2月12日对三万空分冷箱进行扒砂作业，后期发现塔顶有大片冻块。因放砂较快，导致冻块未能及时捣散，落下时对塔器附属管道砸损较为严重。后期对变形的管道进行了更换，并对液氧泵泄漏冻裂的冷箱壁板进行了补焊加固。冷箱内仪表管线按照新工艺标准进行改造。

3.3 外部管道改造

外部管道施工与冷箱内改造同步进行，由于改造基于原有管道，新管道弯头较多，施工空间小，严重制约了工程进度。考虑到管道阻力的增加，所属阀门均采用大口径调节阀，舍弃原有的孔板流量计采用均速管(威力巴)流量计。

表3 35 000 m3/h氮气透平压缩机性能参数

3.4 冷冻机安装

冷冻机工艺流程简图见图2。

图2 冷冻机工艺流程简图

冷冻机采购国内某厂螺杆式大温差水冷冷水机组，并对小水泵后管道去空冷塔水管需进行改造，以便冷水机组的安装和运行。

4 工艺调试

1.2014年4月26日改造后首次热开车，44 h后产品氧气合格并网，47 h产品氮气纯度合格。在进行带氩操作过程中，当氩馏分高于6%时粗氩塔就出现氮塞迹象(改造前8%～15%)，富氧液空纯度在32%～34%，污液氮节流阀V2开度在13%～15%，液氮节流阀V3开度在65%～67%。通过反复调试并分析断定，上塔精馏段气液两相组分有变影响氩馏分富集。改造增加辅塔后，虽然氩馏分抽口位置没有发生变化，但是氩富集区较以前有很大变化。确保氧、氮纯度不受影响的前提下，逐步开大污液氮节流阀V2提高富氧液空纯度至38%～40%。当氩馏分含氩量高达18.7%未出现氮塞，主塔工况稳定，一举“攻克氩关”。

2.实际运行中低压氮气产量可达99 000 m3/h，纯度≤1×10-6O2，因此采取全关V126阀(侧抽氮气单独作为再生气)，简化了液氮喷射器的操作。

3.由于塔器加高，空压机出口压力增加约1%，再加上冷水机组电耗，电耗较改造前有所增加。初步测算制氧机单耗增加约1200 kW，相比氮气增产带来的综合效益，还是非常可观的。

5 改造总结

氮气增产改造充分挖掘三万制氧机设备潜力，结合制氧厂氧氮供需矛盾现状，通过对冷箱内塔器加高、外部管道改造、循环氮压机安装，大幅提升氮气产量，减小了氧气的放散，可谓花小钱而办大事。

位天时(1986)，助理工程师，2010年毕业于北京科技大学热能系低温工艺与装置专业，现马钢气体销售分公司从事空分工艺技术、安全标准化、设备可靠性等工作。邮箱：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