浅析270T/D氧氮液化装置及控制系统

魏华

摘 要：为降低氧气放散率、提高气体生产运行中的调控能力和缓冲能力，邯钢气体厂新增建了一套270T/D氧氮液化装置，该装置由中国空分设备有限公司设计。本文从改装置的技术参数、流程特点及仪控系统等方面分析新建液化装置的性能和对氧气放散率的影响。

关键词：270T/D液化装置；氧气放散率；降本增效

中图分类号：TB653 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）14-0069-02

1 前言

河北钢铁集团邯钢分公司作为现代化大型钢铁企业，在企业科学化管理和如何降本增效方面一直在不断的探索改革，目前邯钢内部各二级厂已经把降成本、增效益作为首要目标。而同时邯钢的制氧厂—气体厂在保证钢铁主线生产的同时，开发了低温液体的生产及外销业务，销售额度年年突破，大大极高了经济效益。气体厂作为公辅系统的主要单位，为钢铁主要生产线的产品生产和质量提供保障，但同时，气体厂的制氧机组又是耗能大户。在往年生产运行中，为保证设备的抗风险性和生产调控能力，气体厂一般都采用了提高氧气产量的办法。这样，不仅提高了制氧机组的能耗，而且使得氧气供大于求，造成多余氧气的放散，造成浪费。而受到制氧机组工艺流程的限制，在生产过程中又不能超出工况设计进行大量的提液。尽管在2011年4月，经过气体厂全厂的努力，将氧气放散率降到0.14%，达到历史最低水平的基本零放散，但是降低氧气放散率，降低生产成本的压力依然存在。为此，气体厂新建一套270T/D氧氮双产品液化装置，该液化装置不仅可以在峰值时增加液体产品的储存量，提高生产运行中的调节能力和降低设备风险，还可以增加外销液体副产品，提高非钢产品的利润，更重要的是可以及时调节氧气产品的液化和汽化，在保证生产的同时把氧气放散率将到最低。除此之外，该液化装置的投产使得气体厂空分优化运行的手段更丰富，大大节约了倒停机过程中产生的能耗，做到了真正的降本。

2 氧氮液化装置设备主要参数

为了灵活地调节液化能力和产品，本装置提供了三种工况：全液氮生产、全液氧生产和氧氮部分生产。三种工况更加适合实际生产要求，为调控气体输送提供了更加丰富的选择。设备的主要参数如表1所示。

3 氧氮液化装置流程简介

如图1所示，流程组织是以尽可能利用原料气和节省电耗为前提生产最大量的液体产品，流程采用串联双透平膨胀流程。

制冷循环介质采用氮气。由用户循环氮压机来的氮气（2.5MPa（A））依次经过低温膨胀机和常温膨胀机的增压端增压，在水冷却器中冷却至40℃后进入主换热器，其中一大部分氮气被反流的冷流体冷却至-48℃，进入常温膨胀机膨胀至1.51MPa（A）后再次进入主换热器，被返流的冷流体冷却到-117℃，进入低温膨胀机膨胀到0.135MPa（A）后，作为冷却介质进入主换热器，复热后进入低压管网或循环氮压机入口。剩下的一小部分氮气在主换热器中继续被冷却液化，节流到0.35MPa（A）后进入气液分离器，从气液分离器出来进入过冷器过冷，过冷后大部分液氮作为液氮产品输出，少量液氮节流后作为过冷器低温冷源，经主换热器复热到常温后去低压管网。

来自管网的原料氧气经氧换热器冷却并液化。氧换热器的冷源为来自产品液氮，产品液氮大部分在氧换热器中复热至常温；小部分在氧换热器中复热到一定温度后抽出，去主换热器与低压返流氮气汇合，在主换热器中复热至常温后去低压氮气管网。

液氮贮槽来的液氮经过液氮泵加压至一定压力作为冷源进入氧转换板式，冷却并液化由用户管网而来的氧气然后送到用户贮槽。液氮自身被复热到常温返回用户管网。

装置可同时生产液氧和液氮。

4 流程特点

（1）在中压液化循环流程中，由于氮气是在超临界的状态下被液化的，因而在其液化过程中不存在恒温的冷凝过程，使换热器的低温段温度分布更合理，也就充分利用了冷端膨胀机的冷量。这样就能减少循环氮气量，即降低能耗。在中压液化循环流程中可以提高冷端膨胀机的进口温度，增加单位焓降。另外由于中压流程膨胀机比与低压流程相比较小，所以其效率可以提高。这两点均可以使循环气量减少，从而降低能耗。（2）与低压液化循环不同，中压液化循环生产液氮时利用液氮来液化氧气。这样氧气即使是低压的也能液化。

5 仪控系统

仪控系统在满足设计条件和工艺要求的前提下，能有效地监控液化设备生产过程，确保运行可靠、操作维护方便。采用中央集中监测控制和就地监测控制相结合的原则。为适应工艺流程的需要，仪控系统采用DCS控制系统，用以完成主要工艺参数的显示，报警或控制，控制系统具有最先发生故障显示。并且在有关工艺参数越限时，能进行显示和报警、有关的联锁保护将根据工艺要求DCS启动或停车、打开或关闭阀门，并可进行手动操作设备的开、停和改变运行状态。联锁保护系统中的电磁阀在正常运转时处于励磁状态。

6 270T/D氧氮液化装置特点

（1）本液化装置采用常溫、低温双级膨胀流程，液化率高，能耗低。（2）本液化装置不带冷冻机组，简化了设备的配置，缩小了占地面积，方便了运行操作、降低了维护费用。（3）整套装置运行可靠、技术成熟、流程先进、操作方便、能耗低、安全性好、控制容易、连续运转周期不少于三年。本装置的使用寿命为20年，装置的运行效率达到98%以上。（4）出装置产品液体实现到老储槽之间的输送，装置离储槽距离约450米。（现有液氧、液氮储槽工作压力为10KPa、容量2000m3。储罐直径内罐φ14520mm、外罐φ16920mm、储罐高度内罐14600mm、外罐17200mm。（5）本液化装置仪控系统采用DCS集中控制，循环氮压机、膨胀机和各工艺点的控制均由DCS系统完成。（6）膨胀机进口紧急切断阀从全开到全关的时间不超过3秒。

7 分析新建氧氮液化装置对氧气放散率的影响

自2010年开始，气体厂就致力于降低氧气放散率的控制工作。在公司钢铁生产顺利的情况下，现有设备和液化装备能保证氧气放散率已可以维持在0.14%-1%左右，在新建氧氮液化装置投产后，我厂的液化能力大大增强，碰上公司生产主线检修，该液化装置可保证压缩机不停机情况下增大液化量，将检修带来的过量氧气液化进行储存，减少停机所造成的设备寿命损耗和氧气放散；同时在我厂氧压机等设备检修的时候，又可以将存储的液体汽化，对管网进行补充，保证用户的需求。经运行之后测算，此时氧气放散率可达到0.1%以下，不仅实现基本零放散，同时在放散率控制方面达到了国内一流的水平。

8 270T/D液化装置在降本增效和非钢创效中的作用

（1）270T/D液化装置投产后，使得我厂运行的空分可以满负荷运行而不必担心过量氧气放散的问题。空分的满负荷运行将大大提高空分的工作效率，提高氧提取率，从而降低单位氧耗电指数，极大地节约了空分设备的耗电量。（2）液化装置运行时，通过控制氧气的液化量的大小可以调节氧气管网用氧峰谷平时的压力和气量，减少了备用氧压机及氮压机开启的几率，从而大大减少了开停机造成的电耗增加问题。（3）在公司非钢工作深入开展的情况下，该液化装置可以生产270T/D的液氧或液氮，除保证公司生产的液氧之外，极大地提高了可供销售的液氧产量，从而为非钢副产品的销售工作提供了坚实的基础，提高销售量及销售利润。

9 结语

目前，该套270T/D液化装置运行平稳，从功能上保证了气体厂对氧气放散的有效控制，加强了生产运行的稳定性；从经济效益上，每年液化量的增加又将带动副产品销售从而带来可观的经济效益。真正实现了降低成本，增加效益的目标。