广西柳州钢铁集团有限公司5号制氧机组（2#40000Nm3/h）的技术特点

曾春 韦正科 张龙

【摘  要】简介40000Nm3/h内压缩流程空分设备的产品规格及工艺流程，详细阐述了在空分设备试运行过程中空气净化系统、压缩系统、精馏系统方面所采取的改进措施和解决的问题，以达到空分装置低耗、高产、稳定运行;分析了2#40000Nm3/h机组的技术水平和经济性能。

【关键词】空分设备;内压缩;试运行;创新;技术水平

Abstract：Here，the specification and flow process 0f Liusteel 2#40000Nm3/h large-sized air separation plant inner compression are briefed. The improving measures to keep low energy consumption，high output and prolonged stable run of purification system，gas compression system and rectification tower system during its trial run and thus solved problems are detailed. Finally the technical level and economic performances of 2#40000Nm3/h large-sized air separation plant are analyzed .

Keywords：Air separation plant，Inner compression process，Trial run Innovation，Technical level

一、项目简介

1、2#40000Nm3/h制氧项目技术改造项目系广西柳州钢铁集团有限公司响应国家节能减排号召，在拆除原有四套高能耗、低产出的小型制氧机组的基础上改建而成。2011年1月起由四川空分集团公司设计制造、中冶南方工程技术有限公司完成项目设计，从2011年7月吊装第一块冷箱板开始，至此2012年6月安装完毕，施工、安装、调试共计11个月，2012年7月13日正式联动试车，15日全面达产。

2、工艺流程简述及特点：

原料空气自吸入塔吸入，经空气过滤器除去灰尘及其它机械杂质。空气经过滤后在离心式空压机中经压缩至0.48MPa左右，进入空气水浴式冷却塔预冷，冷却水分二段进入冷却塔内，下段为循环冷却水，上段为低温冷冻水，空气自下而上穿过空气冷却塔，在冷却的同时，又得到清洗。空气经空气冷却塔冷却后，温度降至～10℃，然后进入切换使用的径向立式分子筛吸附器，空气中的二氧化碳、碳氢化合物及水份被吸附。

空气经净化后，分为两路：一路空气直接进入分馏塔，该部分空气在主换热器中与返流气体（纯氧、纯氮、污氮等）换热达到接近空气液化温度约-171℃进入下塔。另一路经空气增压机增压后分成两股。一股从增压机中部抽出进入透平膨胀机组的增压端，经增压冷却后的空气进入主换热器内被返流冷气体冷却至-116℃，而后进入膨胀端膨胀以制取空分装置所需的大部分冷量，膨胀后的空气进入下塔参与精馏;另一股空气从增压机末端引出，进入主换热器液化并节流进入下塔。

在下塔中，空气被初步分离成氮和富氧液空，顶部氮气除一部分作为热源到精氩塔蒸发器外，其余在冷凝蒸发器中被冷凝为液体，同时主冷凝蒸发器的低压侧液氧被汽化。部分液氮作为下塔回流液，另—部分液氮，经过冷器被氮气和污氮过冷，少量液氮进精氩塔冷凝器作冷源，大部分液氮节流送入上塔顶部参加精馏。经在过冷器过冷后，除一部分作为粗氩冷凝器冷源外，其余全部节流至上塔中部参与精馏。

压力氮从下塔顶部引出，在主换热器中复热至常温送往用户。

液氧从主冷凝蒸发器底部引出进入液氧泵加压至～2.0MPa后进入主换热器中，被正流空气加热汽化并复热至常温送往用户。

产品液氧、液氮、液氩分别送入各自的贮存系统贮存备用。

3、技術参数

二、项目主要关键技术特点

本装置采用全低压分子筛吸附、氧气内压缩、氩气部分内压缩、空气中压膨胀、膨胀空

气进下塔、规整填料下塔、全精馏无氢制氩的工艺流程。各系统配置及特点如下：

1、空气纯化系统

空气纯化器采用径向立式双层结构，空气纯化时首先通过氧化铝层、再通过去13X分子筛层，优点主要体现在：

（1）占地面积少，作业人员操作空间大、检修方便;（2）空气经过纯化器阻力减少，相比横向卧式结构可减少约5Kpa～10Kpa;

（2）净化效果好，纯化后空气二氧化碳含量维持在0.10 ×10-6 ～0.02×10-6，非常有利于制氧机组长期稳定运行;

（3）减少吸附过程空气流的偏流、减少切换时空气流对吸附床层的冲击。

2、全填料精馏下塔

全填料精馏下塔具有显著的优点：压降小、分离效率高、塔径小、操作弹性大、产品提取率高，但由于在一定的工作压力环境下塔液体重量减轻，在填料表面的液膜易随气流沿轴向返回、使液膜更新变慢或增厚，不利于传质效率最大化，因此采用全填料下塔有一定的设计风险。国内目前精馏下塔约90%采用筛板下塔，采用全填料下塔设计的基本上是国外进口的整套设备。

柳钢气体公司对此项技术十分关注，因为直接关系到整套机组的运行效率和节能水平，公司技术人员深度介入四川空分集团有限公司（以下简称川空公司）的设计过程，为川空公司在流体力学模型的计算机模拟计算提供建议和实际操作参数，特别是提供了抽取馏份（即液空馏份抽口）的理论塔板层的建议，对川空公司设计好全填料下塔起到关键的作用。

从已运行了近十年的实际效果看，此项设计十分成功：操作稳定、操作弹性大、阻力减少约15Kpa～25Kpa，此项技术的采用，可降低下塔操作压力，空压机运行节能约3%，对整套机组低耗运行起到十分关键的作用。

3、外置中冷空压机的采用

目前国内有一种设计倾向，都主张采用中冷器内置式空压机，主要是占地面销少些，机组布置紧凑、美观。气体公司也有几套机组的空压机采用此类机型，但缺陷也十分明显，主要是周边环境空气不是太好时中冷器的冷却翅片极易堵塞、断裂，影响正常运行（主要表现为机组振动值增加、进气量减少、冷却效率下降、能耗增加）。

公司从实际出了，决定采用中冷器外置式空压机，既可确保机组长期稳定高效运行，又节省较大一笔采购费用。目前运行近十年来未出现不佳运行参数。

4、粗氩塔设计的改进

粗氩塔设计的好坏直接关系到氩产品的纯度和氩精馏工况的操作。公司技术人员在参与川空集团的设计中，经过计算确认，川空公司的设计指标实际上处于一个临界状态，操作稍有不慎或工况稍有变化，氩产品的纯度就没有保障、调整的时间就会大大延长，因此公司要求川空公司在设计中必需再增加二层填料（瑞士苏尔寿公司的原厂填料，增加一层填料川空公司成本上升约30万元），川空公司极不情愿地增加了二层填料。事实证明，气体公司的要求是正确的，目前氩精馏系统的操作既稳定，又十分容易调节，从主塔工况稳定开始，调氩操作约6个小时即可完成，其它机组需要16个小时左右，且纯度极好，达99.9995%，O2?2×10-6，N2?1×10-6，完全达到高纯氩气的产品标准。

5、H型氮压机的特点

此类氮压机的特点主要是检修、维护方便，尤其是对中冷器的检修十分方便，在循环冷却水质不太好的情况下仍有十分优良的换热效率。

6、空冷塔、水却冷塔填料的选择

空冷塔、水冷塔的填料，公司没有采纳设计单位推荐的型号，公司技术人员经过资料查询、数据对比与分析，决定采用改进型的鲍尔环和拉西环。从运行的效果分析，冷却效果好于目前运行的其它机组，能完全满足生产需要，既节省了采购费用又降低了运行费用。

三、工艺系统的改进与完善

1、在主冷凝蒸发器的布置上，公司采用了单层布置，外挂二台辅助冷凝器，减少了主冷凝蒸發器的高度，有利于液氧蒸发，有利于下塔半成品输入上塔参与精馏，也节省了制造费用。

2、在冷箱内工艺配管过程，公司检查并确认不合理的设计共计30处（包括液氮管、液氧管、部分排液管的走向、对接等）、修改单体设备配管共计7处（包括上塔、氩塔的固定支架、阀门固定支架、阀门安装方向等），发现设计漏洞并提出修改方案共计10处（包括中压氮气管的参数取样与停机联锁;中压氧气管的参数取样;空冷塔排液管的走向;低压氮气管、低压污氮管、中压空气管进出冷箱的布置等）。

四、试车前期工作及技术方案

1、所有管道、阀门均检查并分析确认，脱脂合格;

2、所有管道、单体设备均吹扫或爆破吹扫完毕，并经检查确认干净、无杂物;

3、编制完善的操作方案、操作规程。

五、机组的经济性能与技术水平

1、2012年7月13日12点正式启动，15日20点出氧、氮产品，16日7点出氩气，经过五天低负荷生产后（主要是考虑材料应力突变的问题），22日16日全面达产，纯度合格。相关参数见下表：

2、机组单耗稳定在0.680Kw.h/m3O2，而国内目前平均水平在0.831Kw.h/m3O2（对比数据取自全国冶金动力信息网发行的《动力信息》，以下同），以全年运行330天计，全年可节省电力：4783万Kw.h，节能十分显著。

3、由于在空压机的选型与采购、主冷凝蒸发器的设计改进、相关填料选择的改进及施工方案的部分改进，项目完成后节省费用约3000万元（项目预算28000万元，实际费用25000万元）。

4、新技术、新工艺的采用、成熟优异设备的选择，目前2#40000Nm3/h制氧机所有参比对标的技术参数均处于国内前列：单机能耗第一、产品纯度第一、氩提取率第一、出氩产品时间最短。

（作者单位：广西柳州钢铁集团有限公司气体公司空分二车间）