改造制氧冷水流程,降低氮氣生產成本①

張永康,侯志勇,張玉峰

(安陽鋼鐵股份有限公司制氧廠,河南安陽 455004)

改造制氧冷水流程,降低氮氣生產成本①

張永康,侯志勇,張玉峰

(安陽鋼鐵股份有限公司制氧廠,河南安陽 455004)

由于用戶氧氮產品需求比例的變化,使部分制氧機在許多情況下只生產氮氣,氧氣白白放空。針對這種情況,我們對制氧機的流程進行了改造,將本來用于氮水預冷的氮氣置換出來,做為氮壓機的原料氣,達到制氧機經濟運行的目的。

原料氮氣;氮水預冷;冷凍機

安陽鋼鐵股份有限公司制氧廠2#14 000制氧機空氣預冷系統原設計是在水冷塔通過氮氣和污氮氣冷卻循環水形成低溫水,當時流程沒有包括冷凍機,是考慮利用當時閑置要放空的氮氣來冷卻循環水,節約冷凍機的電耗成本。

1 改造原因

隨著公司生產情況的變化,氧氣和氮氣使用比例相比以前發生了較大變化,氧氮產品使用比例從不到1∶1發展到現在的1∶1.3,氮氣使用越來越多,使制氧廠常壓氮產品和氮壓機的設計配置不能適應公司發展的需要。

制氧廠從2#14 000制氧機開始著手解決這一問題,配套了一臺15 000 Nm3/h氮壓機和一臺5000 Nm3/h氮壓機,共20 000 Nm3/h的氮壓能力,但氮氣供應仍然緊張,為緩解當時壓力氮氣供應不足問題,利用2#14 000制氧機主廠房的局部剩余空間又增建了一臺15 000 Nm3/h氮壓機,因為2# 14 000制氧機流程決定了不能有更多的常壓氮氣被壓縮,而1#14 000制氧機在投產時因為當時公司用氮需求量不大,沒有配套氮壓機,所以新建氮壓機壓送的是1#14 000制氧機的常壓氮氣。

由于2008下半年和2009上半年的市場變化,公司氧氣和氮氣用量分別出現了變化,導致運行的1#14 000制氧機經常出現這樣一種情況:只有14 000 Nm3/h低壓氮氣被用來供應2#14 000制氧機的氮壓機壓縮,氧氣則完全放空。這就使1#14000制氧機的運行非常不經濟。

2 改造目的

根據1#14 000制氧機一段時間以來這種只用氮氣而氧氣完全放空的情況,以及公司當時所處的成本壓力特別大的市場環境,我們一直在考慮是否有辦法解決或緩解這種成本浪費的情況。通過反復論證,設想通過改變2#14 000制氧機的生產流程,增建一臺冷凍機,用冷凍機冷量來置換2#14 000制氧機常壓氮氣在水冷塔冷卻水產生的冷量,使這一部分氮氣改變用來冷卻水的作用,而改作氮壓機的原料氣,從而停開只為生產氮氣而氧氣放空的1 #14 000制氧機。冷凍機的電耗約140 kW,相對于1#14 000制氧機的7200 kW原料空透等大負荷用電設備,電耗非常少,從而達到節約用電、降低成本的目的。

3 用冷凍機替代氮氣來冷卻水的制冷量核算和冷凍機選型

制氧機生產工藝流程需要低溫水,原來設計是利用氮氣的不飽和性使氮氣與水直接接觸來冷卻水。這在氮氣需求量不大的情況下,可以節約冷凍機的電耗成本。現在就是要增加一套144 kW的冷凍機運行,將這部分氮氣置換出來,停運1#14000制氧機。

為了使這一部分用做冷卻水的氮氣能被置換出來,我們做了許多方案進行比對、優選。2#14000制氧機每小時生產40 000 m3氮氣,改造前運行模式是一臺15 000氮壓機和一臺5000氮壓機壓送本套20 000 Nm3/h的常壓氮氣,其它氮氣進入水冷塔冷卻水。改造前,我們在生產允許的情況下,分三種情況進行了氮氣使用測算,見表1。

表1 氮氣使用測算Table 1 Calculations of nitrogen use

測算結論:第一種情況是制氧機設計流程,此時氮氣冷卻水,不需要冷凍機;第二種情況是將本來用于冷卻水的10 000 Nm3/h氮氣抽出來,水冷塔冷卻水還需要補充529 kW的制冷量;第三種情況是將本來用于冷卻水的15 000 Nm3/h氮氣抽出來,水冷塔冷卻水還需要補充639 kW的制冷量。經咨詢冷凍機廠家和制氧流程設計單位,這一改造設想和計算結果也得到了他們的認可。

4 冷凍機來源

關于冷凍機來源,我們設計了幾種方案:第一種情況是拆借23 500機組或1#14000機組冷凍機,有利之處在于投資少,不利之處在于23 500機組和1#14 000機組可能沒有備機,而且要解決拆裝冷凍機與2#14 000制氧機低溫水的流量匹配問題;第二種情況是增建一臺冷凍機,當時公司資金非常緊張,制氧廠有關領導對此非常重視,積極幫助爭取了專項資金用于購買冷凍機。

根據理論計算和實際測算,與冷凍機廠家協商后,選用了一臺30HXC200B冷凍機,名義制冷量是686 kW,電機功率是144 kW。

5 冷凍機廠房布局和流程設計

2#14 000制氧機布局非常緊湊,冷凍機安裝位置也是一個需要解決的難題。我們經過幾個方案的比對,最后根據冷凍機的長、寬、高尺寸決定將冷凍機安裝在高壓泵房,其優點在于管道安裝距離短,不用再另外單獨建廠房,缺點在于設備檢修、操作、維護時要克服空間相對緊張的問題。具體布置如圖1所示。

圖1 新增冷凍機定位圖Fig.1 Add freezer location map

在水管道設計時,我們做了幾項改造:一是為擴大低溫水泵進水流量,減少管道阻力,將進口管由原來的DN80改造成DN150;二是在冷凍機出口和進口增設了一個旁通回流管道,這樣可以調整冷凍機水流量和出口溫度。管道布置尺寸圖見圖2。

圖2 2#14 000冷水機組改造工藝流程圖Fig.2 Oxygen plant 2#14 000 chillers transformation process flow chart

6 項目設計、施工

這個項目的工藝流程設計、工藝管道設計、設備布置設計、配套的電控和儀控設計全部是制氧廠自行完成的。冷凍機循環冷卻水設計流量是143 m3/h,經過核算,認為當前2#14 000制氧機實際水流量能夠滿足增加的水流量。冷凍機循環水接口定在壓縮機主廠房,我們利用2#14 000制氧機停車檢修的機會,提前在主廠房壓縮機進回水管道安裝施工了兩個冷凍機循環水上水和回水管,并加了兩個閥門。電氣增加部分和施工內容:在2#14 000制氧機配電室增建了一臺低壓開關柜,敷設了相應的電纜。儀控增加部分和施工內容:實現了冷凍機運行狀態中控室顯示;實現冷凍機進、出口兩個溫度點中控室顯示;增加了緊急排水閥遠程控制。

Transformation of Oxygen Cold Water Flow, Reduce The Cost of Nitrogen Production

ZHANG Yongkang,HOU Zhiyong,ZHANG Yufeng
(Oxygen Plant,Anyang Iron&Steel Co.,Ltd.,Anyang 455004,China)

As users demand ratio of oxygen and nitrogen products has changed,so thatpartof the oxygenerator in many cases only use for the production of nitrogen,oxygen is wasted emptying.In response,we carried out oxygen transformation process to displace nitrogenwhich use forpre-coolingof the nitrogenwater,press the feed gas as nitrogen,to achieve the economic purpose of oxygenerator.

raw nitrogen;pre-cooling of nitrogen water;freezer

TQ116.14

:C

:1007-7804(2010)04-0014-04

10.3969/j.issn.1007-7804.2010.04.005

2010-04-14