安鋼制氧廠2#14000m3/h制氧機(jī)于2001年4月1日開(kāi)始安裝，預(yù)計(jì)8月底投產(chǎn)。該套設(shè)備由中國(guó)空分設(shè)備公司成套，空氣冷卻系統(tǒng)、分子篩系統(tǒng)和空氣分餾系統(tǒng)，由四川空分設(shè)備公司設(shè)計(jì)制造；DH-90透平空壓機(jī)由沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)，氧氣透平壓縮機(jī)由杭州制氧機(jī)廠生產(chǎn)；5000m3/h氮壓機(jī)和15000m3/h氮壓機(jī)由美國(guó)英格索蘭（INGERSOLL-RAND）公司生產(chǎn)；兩臺(tái)柱塞式中壓液氬泵和兩臺(tái)離心式循環(huán)液氬泵由法國(guó)CRYOSTAR公司生產(chǎn)；另外，還包括中國(guó)空分設(shè)備公司設(shè)計(jì)的六個(gè)共675m3的液體組合儲(chǔ)罐。儀控系統(tǒng)采用霍尼韋爾公司（HONEYWELL）最新的集散控制系統(tǒng)TPS，配有三臺(tái)操作站（GUS）和三臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)視站（即PC機(jī)）。站區(qū)工程由武漢鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院設(shè)計(jì)，循環(huán)水泵房采用了PLC控制，球罐區(qū)新增400m3的氧氣球罐兩臺(tái)和200m3的氬氣球罐一臺(tái)。
一、 2#14000m3/h制氧機(jī)空分裝置的特點(diǎn)
2#14000m3/h制氧機(jī)采用全低壓分子篩吸附、增壓透平膨脹機(jī)制冷、全精餾無(wú)氫制氬、氧氣外壓縮、氬氣內(nèi)壓縮的工藝流程。整個(gè)工藝流程先進(jìn)，技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠，操作方便、安全低耗。
1. 預(yù)冷系統(tǒng)取消冷水機(jī)組，利用氮?dú)膺M(jìn)入水冷塔降低冷卻水溫度。空冷塔結(jié)構(gòu)上采用了可靠的防液泛措施。
2. 氬氣產(chǎn)品采用液體內(nèi)壓縮后再汽化的方式輸送。
3. 設(shè)計(jì)時(shí)考慮了液體回灌分餾塔措施，縮短啟動(dòng)時(shí)間。
4. 裝置具有變工況運(yùn)行和變負(fù)荷能力，變負(fù)荷范圍為80% -110%。
5.在系統(tǒng)中設(shè)置了液氧自循環(huán)系統(tǒng)，主冷凝蒸發(fā)器的通道采取了特殊結(jié)構(gòu)，防止乙炔在液氧中積聚，確保主冷凝蒸發(fā)器和系統(tǒng)的安全。
6. 上塔、粗氬塔、精氬塔采用規(guī)整填料。
7. 從分餾塔下塔引出流量為600Nm3/h的壓力氮作為氧氣透平壓縮機(jī)的密封氣。
8. 利用備用膨脹機(jī)和管網(wǎng)中壓氮?dú)馍a(chǎn)低溫液體。
二、2#14000m3/h制氧機(jī)空分裝置主要技術(shù)參數(shù)
壓縮空氣（出空壓機(jī)系統(tǒng)的空氣參數(shù)）：
出口流量 75500Nm3/h（0℃，101. 325Kpa，干空氣）
出口壓力 0. 62Mpa
出口溫度 98.2℃
加工空氣：
進(jìn)分餾塔流量 74750 Nm3/h
進(jìn)分餾塔壓力 0. 5Mpa（G）
進(jìn)分餾塔溫度 25℃
分餾塔系統(tǒng)性能指標(biāo)：
五種工況列表如下頁(yè)：
工況Ⅰ
|
產(chǎn)品名稱 |
產(chǎn)量Nm3/h |
純 度 |
出冷箱壓力/溫度 Mpa（G）/℃ |
備 注 |
|
氧氣 |
15100 |
99.6%o2 |
0.020/20 |
|
|
液氧 |
150 |
99.6%o2 |
0.14/-197 |
|
|
氮?dú)?/span> |
15000 |
≤10ppmo2 |
0.008/20 |
|
|
液氮 |
0 |
≤10ppmo2 |
0.46/-189 |
|
|
液氬 |
540 |
≤2ppmo2, ≤3ppmN2 |
0.16/-183 |
|
工況Ⅱ
|
產(chǎn)品名稱 |
產(chǎn)量Nm3/h |
純 度 |
出冷箱壓力/溫度 Mpa（G）/℃ |
備 注 |
|
氧氣 |
14220 |
99.6%o2 |
0.020/20 |
|
|
液氧 |
400 |
99.6%o2 |
0.14/-197 |
|
|
氮?dú)?/span> |
15000 |
≤10ppmo2 |
0.008/20 |
|
|
液氮 |
0 |
≤10ppmo2 |
0.46/-189 |
|
|
液氬 |
510 |
≤2ppmo2, ≤3ppmN2 |
0.16/-183 |
|
工況Ⅲ
|
產(chǎn)品名稱 |
產(chǎn)量Nm3/h |
純 度 |
出冷箱壓力/溫度 Mpa（G）/℃ |
備 注 |
|
氧氣 |
14250 |
99.6%o2 |
0.020/20 |
|
|
液氧 |
400 |
99.6%o2 |
0.14/-197 |
|
|
氮?dú)?/span> |
15000 |
≤10ppmo2 |
0.008/20 |
|
|
液氮 |
350 |
≤10ppmo2 |
0.46/-189 |
|
|
液氬 |
0 |
≤2ppmo2, ≤3ppmN2 |
0.16/-183 |
|
|
氬氣 |
520 |
≤2ppmo2, ≤3ppmN2 |
3.0/-183 |
內(nèi)壓縮 |
工況Ⅳ（液體工況）
|
產(chǎn)品 名稱 |
最大液氧工況 |
最大液氮工況 |
純 度 |
出冷箱 壓力/溫度 Mpa（G）/℃ |
|
產(chǎn)量Nm3/h |
產(chǎn)量Nm3/h |
|||
|
氧氣 |
13050 |
13700 |
99.6%o2 |
0.020/20 |
|
液氧 |
830 |
150 |
99.6%o2 |
0.14/-197 |
|
氮?dú)?/span> |
15000 |
15000 |
≤10ppmo2 |
0.008/20 |
|
液氮 |
0 |
790 |
≤10ppmo2 |
0.46/-189 |
|
液氬 |
470 |
450 |
≤2ppmo2, ≤3ppmN2 |
0.16/-183 |
本工況下兩臺(tái)膨脹機(jī)同時(shí)工作，均以空氣為介質(zhì)。液氧工況和液氮工況不同時(shí)生產(chǎn)。
工況Ⅴ（最大液體工況）
|
產(chǎn)品 名稱 |
最大液氧工況 |
最大液氮工況 |
純 度 |
出冷箱壓力/溫度 Mpa（G）/℃ |
備 注 |
|
產(chǎn)量Nm3/h |
產(chǎn)量Nm3/h |
||||
|
氧氣 |
14150 |
15000 |
99.6%o2 |
0.020/20 |
|
|
液氧 |
1030 |
150 |
99.6%o2 |
0.14/-197 |
|
|
氮?dú)?/span> |
15000 |
15000 |
≤10ppmo2 |
0.008/20 |
|
|
液氮 |
0 |
960 |
≤10ppmo2 |
0.46/-189 |
|
|
液氬 |
530 |
520 |
≤2ppmo2, ≤3ppmN2 |
0.16/-183 |
|
本工況下，兩臺(tái)膨脹機(jī)同時(shí)工作，其中一臺(tái)膨脹機(jī)以空氣為介質(zhì)，另一臺(tái)膨脹機(jī)以用戶提供的8000m3/h，1.0Mpa（G）的中壓氮?dú)鉃榻橘|(zhì)。最大液氧工況和最大液氮工況不同時(shí)生產(chǎn)。
注：⑴ 工況Ⅰ為考核工況。
⑵ Nm3/h為0℃，0. 1013Mpa（A）下體積流量，簡(jiǎn)稱為標(biāo)態(tài)（以下同）。
運(yùn)轉(zhuǎn)周期（二次大加溫間隔時(shí)間）二年以上；裝置加溫解凍時(shí)間約36小時(shí)；裝置啟動(dòng)時(shí)間（從膨脹機(jī)啟動(dòng)到氧氣純度達(dá)到指標(biāo)）約36小時(shí)；變工況范圍80—110%。
三、2#14000Nm3/h制氧機(jī)工藝流程
原料空氣經(jīng)過(guò)濾器去除其中的機(jī)械雜質(zhì)及塵埃，由空壓機(jī)壓縮至0.62Mpa（A）左右進(jìn)入空氣預(yù)冷系統(tǒng)中的空氣冷卻塔，被水冷卻和洗滌。空氣冷卻塔采用循環(huán)冷卻水和經(jīng)水冷塔冷卻的低溫水冷卻，空氣冷卻塔頂部設(shè)有游離水分離裝置，以防止工藝空氣中游離水分被帶出冷卻塔。
從空氣冷卻塔出來(lái)的14.5℃左右的工藝空氣，進(jìn)入分子篩純化系統(tǒng)。分子篩純化系統(tǒng)的吸附器吸附空氣中的水分、二氧化碳、碳?xì)浠衔锏入s質(zhì)。兩只吸附器為臥式雙層床結(jié)構(gòu)，下層為活性氧化鋁，上層為分子篩，兩只吸附器切換工作，一只吸附，另外一只再生，再生氣來(lái)自冷箱中的污氮?dú)猓⒔?jīng)過(guò)電加熱器加熱。吸附器的切換周期為4小時(shí)，可定時(shí)自動(dòng)切換。經(jīng)由吸附器純化后的空氣水含量在-65℃露點(diǎn)以下，CO2≤1ppm。
經(jīng)過(guò)純化的空氣大部分進(jìn)入冷箱內(nèi)的主換熱器，被返流氣體冷卻到接近液化溫度（-173℃）后，進(jìn)入下塔底部，進(jìn)行第一次分餾。在精餾塔中，上升氣體與下流液體充分接觸、傳熱傳質(zhì)后，上升氣體中的氮濃度逐漸增加。純氮進(jìn)入下塔頂部的主冷凝蒸發(fā)器被冷凝，同時(shí)主冷凝蒸發(fā)器中的液氧蒸發(fā)汽化；一部分液氮作為下塔的回流液，其余液氮經(jīng)過(guò)冷、節(jié)流后送入上塔。在下塔底部產(chǎn)生的液空經(jīng)過(guò)冷、節(jié)流后進(jìn)入上塔，經(jīng)再次精餾，得到產(chǎn)品氧氣、產(chǎn)品氮?dú)夂臀鄣?/span>
另一股純化空氣進(jìn)入增壓機(jī)提高壓力，經(jīng)冷卻器冷卻，然后進(jìn)入冷箱內(nèi)的主換熱器，被返流氣體冷卻到-107℃左右進(jìn)入透平膨脹機(jī)。這股空氣經(jīng)膨脹制冷后，在熱虹吸蒸發(fā)器中與來(lái)自液氧吸附器的液氧換熱，再進(jìn)入上塔參與精餾。
在最大液體工況下，從用戶中壓氮?dú)夤芫W(wǎng)引出一股約8000Nm3/h、1.0Mpa（G）的氮?dú)馊ピ鰤簷C(jī)增壓并冷卻后，送入中壓換熱器，被冷卻到-115℃左右。其中的大部分氮?dú)膺M(jìn)入膨脹機(jī)進(jìn)行膨脹制冷，少部分氮?dú)饫^續(xù)冷卻液化并經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入下塔，膨脹后的氮?dú)夥祷氐獡Q熱器復(fù)熱后進(jìn)入用戶低壓氮?dú)夤芫W(wǎng)。
氬提取采用全精餾無(wú)氫制氬的最新技術(shù)。從上塔中部的適當(dāng)位置引出氬餾份，并送入粗氬塔Ⅰ進(jìn)行精餾，降低氧含量；粗氬塔Ⅰ的回流液是由粗氬塔Ⅱ底部引出的并經(jīng)液氬泵壓縮的液態(tài)粗氬。從粗氬塔Ⅰ頂部引出的氣體進(jìn)入粗氬塔Ⅱ并在其中進(jìn)行深度氬氧分離，經(jīng)過(guò)粗氬塔Ⅱ的精餾，在粗氬塔Ⅱ的頂部產(chǎn)生含氧量≤2ppm的粗氬氣。粗氬塔Ⅱ的頂部裝有冷凝蒸發(fā)器，從過(guò)冷器后引出的液空經(jīng)節(jié)流后送入其中作為冷源，絕大部分的粗氬氣經(jīng)冷凝蒸發(fā)器后作為粗氬塔Ⅱ的回流液；其余部分由粗氬塔Ⅱ頂部引出并送入精氬塔。精氬塔的底部裝有一臺(tái)蒸發(fā)器，從下塔頂部引出的中壓氮?dú)庾鰺嵩词挂簹逭舭l(fā)，同時(shí)氮?dú)獗灰夯Ｔ诰珰逅捻敳垦b有冷凝器，從過(guò)冷器后引出的v部分液氮作為冷源，使絕大部分上升氣體被冷凝成液體，作為精氬塔的回流液，經(jīng)過(guò)精氬塔的精餾，在精氬塔的底部得到純度為99.999%Ar的精液氬，即產(chǎn)品液氬。
為降低產(chǎn)品能耗，采用冷箱內(nèi)液體泵壓縮、換熱器汽化的輸送方式，液氬在冷箱內(nèi)經(jīng)液氬泵加壓并汽化到3.0Mpa（G），送入管網(wǎng)。
出冷箱的低壓氧氣經(jīng)氧氣透平壓縮機(jī)壓縮到2.94Mpa (G)后送入管網(wǎng)。低壓氮?dú)饨?jīng)15000Nm3/h氮?dú)馔钙綁嚎s機(jī)壓縮到1.0Mpa (G)后送入管網(wǎng)。另有部分管網(wǎng)低壓氮?dú)饨?jīng)5000Nm3/h氮?dú)馔钙綁嚎s機(jī)壓縮到2.5Mpa (G)后送入管網(wǎng)。一部分污氮經(jīng)電加熱器加溫后去分子篩純化系統(tǒng)作為再生氣源，另一部分污氮?dú)馀c富余的純氮?dú)鈪R合后去預(yù)冷系統(tǒng)作為冷源。
從冷箱出來(lái)的液氧、液氮、液氬經(jīng)真空絕熱管道分別輸入三個(gè)200m3的常壓平底儲(chǔ)罐貯存?zhèn)溆茫⑴渲昧巳齻€(gè)25m30.8MPa的增壓罐。低溫液體可由200m3 的低壓儲(chǔ)罐和25m3增壓罐分別向槽車充灌。
