增加液化裝置產量的幾點實踐

張寶峰，谷守全

(唐山鋼鐵股份氣體有限公司，河北唐山063016)

1 概述

唐鋼擁有兩套空分裝置和Y P O N-2940/1088液化裝置，空分為四川空分設備制造廠制造的，均為第六代全低壓外壓縮分子篩空分流程。液化裝置為后期搬遷來的設備，于2009年調試后運行。

該設備搬遷投入運行后發現，其液化能力下降。投入運行后全部液化氧氣產量為每天62t，全部液化氮氣為56t/d，液化氧氮時最大產量為66t/d，達不到設計能力。

2 簡介

液化裝置起到增加液體產能，減少氧氣放散率等目的，該裝置由于液化能力有限，不能滿足原單位生產需求。該裝置設計工況一：液氧產量3000m3/h；工況二：液氧產量2350m3/h，液氮氣產量700m3/h。原料氧氣、循環氮氣由現有管網提供，即1.5M Pa氧氣，0.6M Pa氮氣。

液化裝置的工作原理是利用循環氮氣增壓并經預冷后膨脹制取冷量，使氮氣在一定壓力下冷卻、液化、過冷而變成液氮，液氮節流后送入低溫液體貯槽。

冷量由熱端透平膨脹機和冷端透平膨脹機提供。

氮氣的液化：氮氣管網經循環氮壓機來升壓至2.55M Pa送至液化裝置。一部分進入熱端膨脹機增壓端增壓至4.89M Pa，并同樣經其增壓后冷卻器冷卻，然后進入主換熱器冷卻，一部分從主換熱器中部抽出進入冷端膨脹機，膨脹至0.52M Pa，膨脹后的氮氣返回主換熱器，最后回到氮壓機的進口。另一部分在主換熱器中繼續換熱冷卻、液化。液化后的液氮一部分節流后回流返回進入主換熱器，一部分進入到液氮過冷器過冷，過冷后的液氮又分成兩股，一股作為產品氮引出，另一股作為過冷器的返回液，然后進入主換熱器，最后放空。

另一部分從氮壓機出來后進入主換熱器，從主換熱器中部抽出，進入熱端膨脹機膨脹至0.52 M Pa，膨脹后的氮氣返回主換熱器，最后回到氮壓機的進口。

氧氣的液化：氧氣在主換熱器中液化，在過冷器中過冷，最后節流后送出。

3 產量低現象

2009年該套液化裝置搬遷至我單位后，產能一直受到限制，達不到設計產能。搬遷至我單位后氧氣氣源有所變化，按照設計要求，氣源氧壓要求在1.6 M Pa，而我單位只有0.6M Pa的低壓氧氣作為液化氧氣氣源，氮氣氣源倒是充足。按照生產計劃要求該裝置全部液化氮氣進行生產，進過一段時間的調試發現：

（1）液化氮氣產量受到限制，最大日產在56t。且生產調試中發現全部液化氮氣時工況較難控制，很容易出現冷端膨脹機出口溫度低于-173℃。為防止膨脹機出口溫度過低，導致膨脹機機后見液影響設備安全運行，膨脹機的膨脹量全部發揮受到限制。

（2）全部液化氧氣時，液化產量只能達到1500m3/h，要想增加液化氧氣量出現液化后氧氣溫度上升，氧氣閃蒸增加。經過反復調試全部液化氧氣產能也受到限制。

（3）液化部分氧，同時液化部分氮，產能最大。

（4）循環氮壓機、冷端膨脹機均在設計負荷75%～80%區間工作，熱端膨脹機達到設計負荷。

（5）運行發現膨脹機入口溫度低是限制膨脹機最大量和在最佳效率工況點工作的原因。

（6）循環氮壓機排氣壓力為2.35M Pa，低于設定壓力2.5M Pa。

圖1 液化裝置工藝流程簡圖

4 原因分析

100t/d液化裝置液化產量受到氧壓低、膨脹機效率低等綜合因素影響，使近期產量一直處在日產66t左右，全做氮時日產只有62t，面對液體氧氮銷售旺季，為發揮裝置生產能力，增加液體產量，為公司創造更多的利潤，經過采取一系列措施后液化產量日產已經逐步達到日產73t，日增加產量7t。

5 具體措施

為增加液化組織產量，小組討論認為從以下三方面進行突破：

（1）首先分析設備運行狀況，對比說明書分析運行工況的偏差。

（2）然后根據分析情況調整液化裝置工況；再進一步調整觀察裝置產量，通過操作調整觀察是否還有增產空間。

（3）最后外借一部分冷源進裝置，從空分裝置冰機借用冷凍水進冷端增加后冷卻器。

通過以上工作使液化裝置日產量已經逐步達到74t/d。

對液化裝置說明書和現運行工況進行認真比對，通過計算膨脹機效率、板式溫區特點，分析總結為：液化裝置冷量富裕，板式實際工作時換熱能力差，換熱效率低，板式溫區下移，使得膨脹機工作范圍受限，效率低。

以前認為液化裝置產量低肯定是冷量不足，提供不了主夠的冷量，于是把膨脹機入口全部開到最大狀態。但是通過分析調整工況發現，液化裝置板式換熱能力下降，不足以把設計氣量的氣體液化。于是采取以下措施：

（1）調整冷熱端膨脹機工況，增加熱端膨脹機、冷端膨脹機轉速，使出冷端膨脹機增壓側壓力由3.3 M Pa增加到3.9M Pa。

（2）提高循環氮壓機入口壓力由0.50M Pa提高到0.53M Pa，提高循環氮壓機出口壓力由2.35M Pa提高2.55M Pa。

（3）增加熱端膨脹機膨脹進氣量，由7600m3/h，增加到9100m3/h，相應減少冷端膨脹機膨脹進氣量，使液化板式溫區上移，合理增加液化氧氣量。

（4）調整后在用電量及補充氮氣量不變的情況下日產量增加3t左右。

（5）利用停車定修時機對液化裝置冷端膨脹機增壓側冷卻器冷卻上水進行改造，改造后可以使用空分設備大冰機富裕的冷量（冷凍水）提供給增壓后冷卻器，經過調試使進入板式溫度由31℃降低到20℃。改變板式工作溫區，擴大熱端溫差，強化熱端換熱能力，同時對熱端膨脹機減量。增加冷凍水，調試后液化裝置產量每天增加4t。

6 效果分析

經過不斷摸索，調試，改造，液化裝置確實發揮了其增效創利的作用。經過一個多月攻關調試，液化裝置日增產7t，按照年平均每噸670元計算，每天增加效益4690元，年增效171.2萬元。

7 經驗及體會

通過上述對液化裝置的提產量攻關，實現液化組織增加產量的目的，但是由于客觀條件限制，液化組織要想達到設計工況還有一定距離。當面對當前鋼鐵生產成本不斷要求降低的今天，成本控制就是競爭力。在生產組織管理中如何增加產量降低生產運行成本是今后需長期研究的課題。