制氧設備能耗較大, 因此從經濟運行角度考 慮, 應該提高操作水平, 降低成本。提高制氧機的 經濟性應該重點從以下幾點考慮: 提高空壓機效 率, 降低制氧機操作壓力, 減少能耗; 提高氧氣產 量, 減少氧氣放散; 減少跑冷損失, 增加氧氣提取 率; 延長設備使用周期, 減少故障停機率; 綜合生 產多種副產品。 

1、工藝流程簡介 

濟南鋼鐵集團總公司氧氣廠15000m3/ h 制氧機為引進的俄羅斯深冷設備制造廠產品,空分流程為切換式(蓄冷器) 換熱流程,其工作原理基本類似于國產同類型機組。此流程制氧能耗高,必須進行改 造,以提高制氧機的運行經濟性。工藝流程簡圖如 圖1。

2 提效率調工況 降低運行成本 

2.1 提高空壓機效率 增加空氣量

(1) 我廠15000m3/ h 制氧機所配套空壓機為進 口設備, 投運幾年來運行相對比較穩定, 空氣量基本達到設計要求。但從設備實際狀況分析, 我們認 為如果增加空壓機中間冷卻器換熱面積和解決級間 泄漏等因素, 空氣量還能增加, 提高空壓機效率。針對上述狀況, 1996、2000 年我們兩次對空壓機進 行技術改造, 更換了空壓中間冷卻器, 加大了冷卻 器換熱面積。全部更換了空壓機密封, 避免了級間 串氣。全部更換空壓機袋式過濾器濾袋, 采用最新 材料的濾袋, 大大降低了進空壓機的空氣阻力。改 造后, 空壓機排氣量增加3000m3/ h , 空氣進分餾 塔壓力提高0102MPa , 氧氣產量增加了200m3/ h。 

(2) 夏季實行增風運行。每年當夏季氣溫逐漸 升高時,空壓機排氣量就會降低,最低只有78000m3/ h , 比全年最高86000m3/ h 低8000m3/ h , 比全年平 均82000m3/ h 低4000m3/ h。氧氣產量在夏季只有 12900m3/ h 左右, 氧氣成本升高。為了保證氧氣生 產的經濟性, 確保低成本, 我們從氧氣廠集中空壓 機站引<159mm管道與15000m3/ h 制氧機空氣管道 并網, 為“15000”空分增風2000～3000m3/ h , 從 而保證了夏季氧氣生產的正常供應。 

2.2 調整粗氬塔工況, 提高氧氣產量 

空分設備保持穩定生產的基礎, 首先必須調整 好主塔的精餾工況。精氬塔作為上塔的一個輔塔, 兩者之間存在相互影響、相互制約的關系。主塔良 好的工況是粗氬塔穩定的基礎; 相反, 粗氬塔運行 工況的調整也會影響上塔的精餾工況。 

2.2.1 粗氬塔工況分析 氬餾分抽取量變化, 上塔中下部的上升蒸汽量 必然發生變化, 上塔回流比也會發生變化。

(1) 粗氬塔底部得到的富氧氬餾分全部回流上 塔, 液態富氧氬餾分中氧含量增加, 其回流主塔必 然有利于氧的提取, 回流越多, 越有利于上塔對氧 的精餾。 

(2) 粗氬塔冷源來源于下塔液空, 在其與粗氬 換熱的同時轉變為氣態, 入上塔后減少提餾段液空 回流量, 增加了精餾段回流液中氧組分含量。粗氬塔從本質上分析, 應該認為是在不增加上 塔塔板阻力的前提下, 完成了對上塔部分物料的精 餾, 相當于增加了上塔的精餾能力。 

2.2.2 具體調整操作情況 

(1) 提高粗氬塔負荷, 適當提高粗氬產量, 相 應增加氬餾分抽取量和富氧氬餾分回流量, 最大限 度地發揮粗氬塔的精餾能力。調整后的粗氬量為 400～ 450m3/ h , 比設計值300 ～ 350 m3/ h 增加了 100m3/ h 左右, 相應氬餾分抽取量也由12800m3/ h 增加到18000m3/ h。

(2) 粗氬量增加后, 為滿足粗氬塔精餾工況所 需冷量, 全開進粗氬塔液空閥P16 , 開大粗氬塔冷 凝器液空回流閥P15 , 加強粗氬塔冷凝器換熱, 液 空汽化量由12000m3/ h 上升到18000m3/ h。 

(3) 綜合考慮, 由于上塔精餾段空氣汽化量增 加后引起上升蒸汽增加, 精餾段回流比減小。為不 影響氮平均純度, 適當開大P1 和P8 , 在保證液氮 和污液氮純度的情況下, 盡可能向上塔提供回 流液。經調整操作, 采取措施, 氧氣產量年平均提高 300m3/ h。 

3、減少跑冷損失 提高運行經濟性

空分設備為深冷裝置, 其低溫部分絕熱性能的 好壞, 直接影響到設備運行的經濟性。因此作為空 分正常的維護應該確保盡量減少非生產性跑冷損 失, 以確保運轉工況的平穩。15000m3/ h 制氧機18 米平臺東西兩側塔皮處結霜嚴重, 28 米以上處也 有大面積結霜現象。1996 年9 月, 我們對機組進 行大修, 發現此部位珠光砂大量凍結, 即做了技術 處理。 

3.1 造成上塔周圍跑冷嚴重的原因 

從空分生產安全的角度設計, 在設備安裝時為 了保證冷箱內設備、管道突然泄漏時不致使冷箱受 壓爆裂, 在塔體上部和主冷上部箱體上設置了安全 閥(壓蓋式) 。而且為了避免冷箱內呈負壓, 環境空氣被吸入, 在冷箱內充入干燥氮氣, 保持冷箱內 微正壓, 以減少對流換熱損失。由于平時生產中對 冷箱安全閥檢查較少, 當冷箱下部人孔等箱體處密 封不嚴時, 即使冷箱內充入一定量氮氣, 仍然難以 保證上塔區域為正壓狀態。此時安全閥變成吸氣 筒, 大量濕空氣吸入塔內, 引起珠光砂凍結。而且 由于上塔東西部區域液體閥門較多且集中, 當珠光 砂在此處凍結時, 會形成一條傳熱帶, 造成較大的 跑冷損失。

3.2 保冷箱上部跑冷分析 

保冷箱28 米以上沒有充填珠光砂, 空分箱體 采用隔層, 內填保溫材料。其中粗氬塔及其冷凝器 等設備裸露在塔內密封氮氣中, 雖然這些設備做了 一定的保溫, 但由于當時的施工條件限制, 保溫效 果較差, 造成塔內冷量與環境空氣對流, 換熱增 強, 冷損增加。 

3.3 采取措施 對塔體內凍結的珠光砂進行處理, 并在重新裝 填珠光砂時嚴格把關, 保證上塔周圍靠塔皮處閥 門、管道密集的地方珠光砂填實。保冷箱所有的人 孔等嚴實密封。提高保冷箱內密封氣壓力。對粗氬 塔及其冷凝器進行重新保溫, 并提高保冷箱內珠光 砂高度(從28 米提高到34 米) 。 

3.4 效果分析 從實際運行看, 采取以上措施后不僅減少了空 分塔的跑冷損失, 而且保證了精氬塔的正常工作。 由于跑冷損失減少, 每天可多生產液氧1m3 , 年多 創液體銷售36 萬元, 綜合提高了氧氣產量。 

4.加強成本控制 提高經濟效益 

為了保證實現氧氣生產的低成本, 我們積極轉 變觀念, 加強設備管理, 最大限度地保持設備的運 轉周期。合理調整氧氣供應, 減少氧氣放散。積極 開發液體副產品的生產和銷售, 嚴格生產和成本管 理, 經濟效益顯著。

(1) 以調度為生產指揮中心, 合理組織生產。根據煉鋼生產的實際情況, 及時組織生產, 減少氧 氣放散。加裝去煉鐵富氧管道, 當煉鋼用氧少時, 及時調整對煉鋼的氧氣供應, 對煉鐵系統富氧, 減 少了氧氣放散。采取以上措施后, 氧氣放散率從 10 %降至現在的3 %。 

(2) 加強生產管理, 對氧氣生產進行日統計、 旬分析、月總結, 及時發現問題、解決問題。對流量表及計控儀器每月校對一次, 減少儀表誤差造成 的影響。加強管理, 制訂壓力與放散率小時曲線 圖。對水、電、蒸汽、氧氮產量、氬氣產量及液體 產品、氣瓶銷售、成本、利潤等每天統計分析。班 組實行經濟核算, 并與職工利益掛鉤。 

(3) 加大液體副產品開發, 創造更大的經濟效 益。在液氬的生產中, 我們不斷完善操作工藝, 完 善了精氬塔投產工藝, 創立了不停機處理氬塔固化 問題新工藝。1998 年8 月, 在不斷學習總結的基 礎上, 徹底解決了氬塔的固化對生產的影響, 每年 可為總公司創液體銷售效益600 萬元。 

5.經濟效益 15000m3/ h 制氧機設計、實際運行及工藝改造 后的參數對比見表1。

說明: “15000”制氧機設計氧氣產量為15000m3/ h (俄 羅期標準: 20 ℃, 1 大氣壓) 。為了計量方便, 我們把氧氣 流量修正為我們國家統一標準(0 ℃, 1 大氣壓) , 所以修 正后本機組設計參數為14200m3/ h。其它流量沒有進行修 正, 仍沿用俄羅斯標準。 

在不斷探索濟鋼15000m3/ h 制氧機經濟運行、 采取以上措施后, 從根本上降低了機組的成本, 提 高了機組的氧氣產量, 年平均增加氧氣300m3/ h , 年增加效益19217 萬元。