2000年11月，杭州制氧機(jī)集團(tuán)有限公司簽訂了為金川集團(tuán)公司提供一套KDON-14000／14000型內(nèi)壓縮空分設(shè)備合同，并于次年續(xù)簽了一套為該空分配套的全精餾制氬裝置。成套空分設(shè)備在2002年底安裝完畢，進(jìn)行單機(jī)及聯(lián)動負(fù)荷調(diào)試，并于2003年1月17日順利完成對成套空分設(shè)備的72小時性能考核。
本套裝置是杭氧首套中壓內(nèi)壓縮大型空分設(shè)備，為使廣大關(guān)心杭氧技術(shù)發(fā)展的朋友們進(jìn)一步了解該設(shè)備的情況，我們在這里對這套設(shè)備的研制情況作一系統(tǒng)的介紹。
1 設(shè)備的主要性能指標(biāo)
金川“14000”空分設(shè)備性能指標(biāo)見表1。
表1 金川14000m3／h內(nèi)壓縮空分設(shè)備主要指標(biāo)
產(chǎn)品名稱
產(chǎn)量 m3／h
純度
出裝置壓力 MPa(G)
低壓氧氣
6700(8350)
99．6％02
0．05
中壓氧氣
8000(6500)
99．7％02
1．8
液 氧
300(150)
99．7％02
0．17
氮 氣
(14000)
<10×10-602
0．017
液 氬
(420)
≤2×10-602，3×10-6N2
0．16
*( )內(nèi)為產(chǎn)液氬時工況指標(biāo)
2 流程的組織
大型內(nèi)壓縮流程的空分設(shè)備，在20世紀(jì)80年代初主要是由于大型合成氨工程的上馬，才由德國林德公司引入我國。到了90年代，隨著我國大型冶金、石化企業(yè)的發(fā)展，相繼引進(jìn)了一批大型內(nèi)壓縮空分設(shè)備，此時的工藝流程形式已經(jīng)取得了飛速的發(fā)展，空氣凈化采用分子篩吸附，制氬采用了全精餾無氫制氬流程。同時這種新的流程形式也得到了國內(nèi)冶金、石化企業(yè)的普遍關(guān)注。正是由于內(nèi)壓縮流程的一些新穎的特點(diǎn)，如用增壓空氣壓縮機(jī)+液氧泵+中壓換熱器取代了較為復(fù)雜的氧透，在客觀上為制氧行業(yè)提供了一個新的流程選擇形式。
目前國內(nèi)外空分制造廠家，所采用的內(nèi)壓縮流程絕大部分是空氣增壓流程，在這類流程中根據(jù)用戶的不同需要大體可分為兩種形式：一種是膨脹空氣進(jìn)上塔，另一種是膨脹空氣進(jìn)下塔。
膨脹空氣進(jìn)上塔流程，主要針對產(chǎn)品液體量需求不大的用戶，產(chǎn)品液體總量一般是產(chǎn)品氧氣量的3％~5％。它的優(yōu)點(diǎn)是：流程簡單；采用常規(guī)增壓透平膨脹機(jī)，操作方便；中壓換熱器單個設(shè)計，可靠性強(qiáng)，液氧不會產(chǎn)生偏流；裝置的氧、氬提取率大致與常規(guī)外壓縮空分相當(dāng)。
膨脹空氣進(jìn)下塔流程，主要針對產(chǎn)品液體量需求大的用戶，產(chǎn)品液體總量可達(dá)到產(chǎn)品氧氣量的10％以上。它的優(yōu)點(diǎn)是提取率高，這是因?yàn)樗羞M(jìn)冷箱的空氣都可參加精餾；相對而言，流程較為復(fù)雜，操作考慮的因素較多，設(shè)備的投資增大。
針對金川14000m3／h內(nèi)壓縮空分設(shè)備，我們對多種內(nèi)壓縮方案進(jìn)行了比較論證，最終選擇了膨脹空氣進(jìn)上塔流程，并得到了實(shí)踐的驗(yàn)證。
金川“14000”空分流程簡圖如圖1所示。
AF—空氣過濾器 MS—分子篩吸附器 TC2—中壓空氣透平壓縮機(jī) K2—氧增壓器 K702—粗氬液化器 TCl—空氣透平壓縮機(jī) EH—電加熱器 E3—氧熱交換器 C701—粗氬塔I K703—精氬冷凝器 AC—空氣冷卻塔 ET—增壓透平膨脹機(jī) K1—冷凝蒸發(fā)器 C702—精氬塔Ⅱ K704-精氬蒸發(fā)器 WC—水冷卻塔 E1—主熱交換器 C1—下塔 C703—精氬塔 AP—液氬泵 WP-水泵 E2—液空液氮過冷器 C2—上塔 K701—粗氬冷凝器 OP—掖氧泵
圖1 KDON—14000／14000型分子篩增壓全精餾制氬內(nèi)壓縮空分設(shè)備流程簡圖
在內(nèi)壓縮流程中，還有一個十分重要的參數(shù)需要確定，那就是空氣增壓機(jī)的出口壓力。這個壓力設(shè)計得是否合理，直接關(guān)系到流程設(shè)計的合理性以及設(shè)備的一次投資及運(yùn)行成本的高低。眾所周知，所謂的內(nèi)壓縮就是在冷箱內(nèi)用液氧泵將液氧加壓到所需壓力，然后通過中壓換熱器與經(jīng)過增壓壓縮機(jī)增壓后的中壓空氣進(jìn)行換熱，復(fù)熱后送至用戶。作為熱源的中壓空氣的壓力是可變的，在一定的壓力范圍內(nèi)，壓力低所需的空氣量就要大，壓力高所需的空氣量相對要小，這與空分設(shè)備的投資、能耗直接相關(guān)。我們在引進(jìn)林德公司精餾計算軟件的基礎(chǔ)上，針對性地開發(fā)了內(nèi)壓縮流程的計算模塊，該模塊可將熱力平衡計算、物料平衡計算及換熱器熱力計算(引進(jìn)美國S—W公司軟件)與林德的精餾計算軟件有機(jī)地聯(lián)系起來，并可同時完成精氬的計算，這就有條件對增壓機(jī)的出口壓力進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。我們通過選擇不同的出口壓力進(jìn)行計算，綜合壓縮機(jī)制造商普遍的制造水平、裝置能耗水平、投資的因素及中壓換熱器的因素，確定了合理的出口壓力，相應(yīng)地也確定了所需的中壓空氣量及中壓換熱器的參數(shù)。這些經(jīng)優(yōu)化的參數(shù)在以后的調(diào)試過程中證明與我們的設(shè)計思路是十分吻合的，裝置運(yùn)行的參數(shù)是十分準(zhǔn)確的。
另外對于金川“14000”空分設(shè)備的低壓氧氣的制取，我們利用液氧的液位差，采用液氧自增壓的方法得到所需壓力的氧氣，熱源是低壓空氣，低壓氧氣經(jīng)過換熱器復(fù)熱后送至用戶。這就同時滿足了用戶對產(chǎn)品不同壓力等級的需要。
