實施氮氣利用改造 滿足公司用氮需求的探討

強東林 許麗麗

（陜西略陽鋼鐵有限責任公司制氧車間，陜西 漢中 724301）

實施氮氣利用改造 滿足公司用氮需求的探討

強東林 許麗麗

（陜西略陽鋼鐵有限責任公司制氧車間，陜西 漢中 724301）

針對公司生產工藝調整，氮氣供應不足的問題，提出并實施了從空分氮水預冷系統中取出部分氮氣的改造方案，以提高氮氣供應量，滿足用戶要求。本文主要介紹了具體實施方法和改造后運行效果。

空分設備；氮氣；冷凍機；氮壓機

1 公司氮氣供需概況

略鋼公司制氧車間現有三套制氧機組，分別為兩套1 500 Nm3/h制氧機組和一套6 500Nm3/h制氧機組，基本滿足公司用氮、用氧供應需求。隨著略鋼公司生產設備的擴容改造及生產工藝的調整，氧氣、氮氣的用量大大增加，用量比例也發生了新的變化，氮氣用量遠遠超過了氧氣的用量，氧氣基本滿足公司的生產需求，氮氣卻無法滿足公司的生產需要。

2 改造方案

針對上述存在的問題，結合公司實際生產情況，組織相關職能部門對用氮量和用氧量進行了跟蹤分析，分析結果為用氮量缺口大約為1 900Nm3/h。車間根據6 500Nm3/h制氧機組工藝自身特點，對空分氮水預冷系統進行了改造，置換出部分氮氣，來增加氮氣的外供量。氮水預冷系統由空冷塔和水冷塔兩部分組成，是用來降低進分子篩吸附器的空氣溫度與含水量。氮氣是用來降低水冷塔中冷卻水的溫度。當外部常溫水和氮氣（出空分塔氮氣溫度約18℃）在空冷塔相遇時，冷卻水將被氮氣冷卻，經水冷塔冷卻后的冷卻水送入空冷塔頂部然后均勻從塔頂灑下并遇從空冷塔底部上升的熱空氣進行熱交換，以降低空氣溫度，滿足空分系統工藝要求。該系統氮氣用量約3 000Nm3/h。水冷塔冷卻水冷源除了用氮氣冷卻外還可以利用在系統外部加裝冷凍機來冷卻常溫水以滿足系統工藝要求，這樣，就可以將氮水預冷系統部分氮氣置換出來。根據車間現有設備和工藝狀況擬定了改造方案：在氮水預冷系統中利用在外部加裝一臺冷凍機來補償其冷量損失，從而置換出部分氮氣，以實現在水冷塔氮氣量減少的情況下冷量仍保持在設計值。置換出的氮氣進入車間低壓管網系統，并在低壓管網系統中增加一臺氮壓機把置換出的氮氣壓出，以滿足公司生產需要。

3 方案可行性分析

其一，6 500Nm3/h制氧機組設備相關參數。空冷塔所需冷卻水流量：17m3/h；進水冷塔純氮氣量：3 000m3/h；水冷塔進水溫度：30℃；水冷塔效果：18℃；水冷塔進水溫度：32℃。其二，取出部分氮氣后對水冷塔冷卻效果的影響。水冷塔減少氮氣量：1 900m3/h；減少的冷卻效果：18×（1900÷3000）=11℃。其三，冷凍機基本參數的選定。冷凍機制冷量是選擇冷凍機的關鍵參數，在選擇冷凍機的制冷量時應大于取出部分氮氣后的冷卻損失。冷量損失=冷凍水流量×減少的冷凍效果×水的比容=1 700×11× 4.2=78 540 KJ/h。計算結果，即為所需補充的制冷量。考慮到冷凍機在實際運行時工作效率（一般為75%），因此，選擇制冷量為80 000 KJ/h的冷凍機。其四，壓縮機基本參數的選定。我車間現有四臺活塞式壓縮機，總壓縮能力為8 200m3/h，不能滿足置換出氮氣的壓縮，需新上一臺壓縮機。在選型時我們結合車間外管網的現有情況和公司供氮氣壓力的要求，選擇了一臺壓力為1.6Mpa，流量為2 000m3/h的螺桿式壓縮機。

4 改造經濟效益

其一，工程總投入。冷凍機費用：30萬元（機器詢價）；氮壓機費用：60萬元（機器詢價）；管道及附件費用（包括施工費用）：6萬元。共投資費用：96萬元。其二，運行費用。新增冷凍機年耗電費用：50×0.55×24×330=21.78萬元；新增氮壓機年耗電費用：250×0.85×0.55×24×330=92.57萬元。（其中：功率因數0.85；日平均電價0.55元/（kw.h）除檢修后一年運行的時間為330天）。其三，改造后氮氣年收入。改造后氮氣年收入（氮氣價格0.45元）：1 900×0.45×24×365=677.16萬元。其四，經濟效益。當改造完成后，就可以停運一套1 500 Nm3/h制氧機組。一套1 500 Nm3/h制氧機組年耗電費用：5×0.55×24×330=21.78萬元。因此，改造完成后最少可實現年經濟效益：677.16+21.76=698.92萬元。

5 實施方案

根據3.3和3.4的計算結果我們選用了約克DXS36LA-A46/ 50型螺桿式雙壓縮冷凍機及DXS36LA-45/50型氮壓機，這兩套設備結構緊湊，占地面積小，適合應用于場地狹小的現場。訂貨后我們根據廠家提供的圖紙自行對兩套設備的土建、工藝管道、電氣、儀表進行了設計。設備到貨后把冷凍機安裝在6 000Nm3/ h制氧機組氮水預冷房，氮壓機安裝在1 500Nm3/h制氧機組球罐后供煉鋼用氮氣減壓閥前，有效地利用了場地空間，減短了工藝管道的長度，節約了改造資金。電氣和儀表控制系統進行了合理優化，把監控程序編寫到原6 500Nm3/h空分DCS系統的程序中，便于操作人員的監控。設備安裝完后，經廠家和我們的精心調試，一次試車成功。通過一段時間的試運行，各項指標都達到設計要求，當氮氣取出后6 500Nm3/h制氧機組運行平穩，整個工程達到預期目的。

6 改造后運行效果

2013年6月，氮氣外供正式投入使用，開始向外供應氮氣。經2個月的試運行，用戶表示非常滿意，我們在確保1 900Nm3/h氮氣取出外，進一步調整6 500Nm3/h空分設備運行工況，嘗試多取出部分氮氣，也取得良好效果。若冶煉強度提高，也能滿足用戶用氮需求。這樣我們在8月份拆除了一套1 500Nm3/h制氧機組，在原址上擬建一套15 000 Nm3/h制氧機組，以滿足公司擴容后氧氮供應的需要。

[1]王學德，朱圣華，孔凡魁，秦慶蓮，沈榮.制氧生產工藝中污氮氣的回收和利用[J]，萊鋼科技，2009(6).

TQ116

A

1671-0037（2014）06-102-1

強東林（1968.01.14-），男，工程師，研究方向:設備管理與故障診斷。