空分設備主冷返充的開車實踐

蘭振強

摘 要：空分設備冷開車之前或開車積液過程中，可結合主冷液氧液位高度與參與精餾的冷量富裕情況，考慮通過一定方法對空分主冷返充低溫產品液體，來提高空分設備的開車效率，可有效縮短調純出產品時間。文章重點介紹了南鋼制氧廠通過液化裝置對主冷返充液氧的具體方案和操作技術要領，分析了該返充方法的可行性與優越性。

關鍵詞：空分設備；液化裝置；開車；返充主冷

鋼鐵企業中經常發生轉爐爐役、高爐休風等檢修項目，這期間將造成空分設備生產出的高純氧氣大量放散，致使嚴重的能源浪費，對制氧廠的節能減排、生產成本控制等工作帶來嚴重的不利。制氧廠也只能根據鋼鐵生產單位的檢修計劃對空分設備進行不定期的全系統開、停車來降低氧氣放散率。南京鋼鐵聯合有限公司（文中簡稱：南鋼）現有5套空分設備，最大生產保供能力為120000m3/h氧氣。1號20000m3/h空分設備全系統停機頻繁，停機時間少則數天，多則不限。

1 返充主冷的意義

1.1 返充主冷的必要性

空分設備冷箱采用珠光砂（又稱膨脹珍珠巖砂漿）作為隔冷層材料，但其隔冷效果并非絕對可靠。空分設備停機期間，精餾塔跑冷現象難以避免，這就致使了空分設備開機過程中參與精餾的冷量不足而大大延長開機調純出產品時間，浪費大量電能，致使降本壓力巨大。

1.2 返充主冷的經濟性

以南鋼制氧廠KDON-20000/30000型空分設備全系統停機一周后恢復開車為例，空分設備開機過程中：空壓機平均運行電流為600安培，電壓10千伏；水處理和空分氮水預冷系統的運行水泵電流總和約800安培，電壓0.38千伏；液化裝置返充空分主冷補充低溫液氧約20噸，空分設備開機過程耗時縮短8小時計算；液化裝置每產一噸液氧耗電約836kWh（含外壓縮制氧機生產低壓氧氣和氧壓機壓縮氧氣的電耗）。用液化裝置返充主冷進行冷開車年直接經濟效益約40萬元。

2 空分設備開車與返充主冷前的儀控保障

目前大型空分設備以集中監視操作為主，就地監視操作為輔的原則對其進行操控，故儀控系統是大型空分設備的一個重要組成部分。根據空分工藝流程的需要，配備了各種儀表及自控裝置來監控各設備的工藝參數，并實現各主要操作閥門的自動控制或遙控操作，以及必要的聯鎖保護措施，以實現空分設備安全可靠穩定運行。儀控裝置的完好與否將對空分設備開車及返充主冷過程是否順利產生直接影響。

空分設備開車與返充主冷前，應提前對各大壓縮機的進口導葉、防喘振閥、放空閥等；空分膨脹機與液化膨脹機噴嘴、緊急切斷閥、回流閥、轉速表；關鍵溫度、壓力測點；各系統重要閥門（如板式換熱器的進氣閥V111～V114）；進行調試，確保其指示準確，動作靈敏、精確，避免因以上的問題而影響開車進度和開車安全。對空冷塔、水冷塔、主冷、下塔等部位的液位計進行檢查確認，確保其指示準確，防止多指或少指現象發生，以免在空分開車期間因液位計指示不準而發生安全事故。還要對各壓縮機進行空投實驗，對分子篩程序進行模擬運行，確保空分設備開車與返充主冷過程順利，以提高開車調純出產品效率，避免因儀控系統方面的原因影響整個計劃的進度。

3 返充主冷

3.1 返充主冷的常用方式

空分設備開車過程中，如果精餾塔內冷量嚴重不足，尤其是在積液階段，將造成制氧機開車時間漫長，產品遲遲不達標而影響生產保供。

3.2 通過液化裝置返充主冷

南鋼制氧廠1號20000m3/h空分設備投運時，配置了一臺YPON-2400/2200型氧氮液化裝置。該制氧機組借助設備配置優勢，在空分設備冷開車前或開車積液過程中，視情況及時啟動氧氮液化裝置液化中壓管網氧氣對空分主冷進行返充液氧，以補充空分開車過程中所缺少的冷量，從而達到空分開車快速出產品的目的。

3.2.1 空分設備冷開車返充主冷的方案

空分設備短時間停機后，冷箱內系統溫度依然很低，主冷和粗氬Ⅱ塔底部甚至還有一定量的低溫液體。待空分設備開車的具體時間定下來后，可根據主冷液位高度，提前啟動液化裝置，待液化裝置全系統冷卻至出液溫度時，關閉低溫液體進貯槽閥門，溝通液化裝置液體平衡罐至主冷的真空管道，調整液化裝置至最大生產負荷，把出液化裝置液體平衡罐的液體壓力控制在0.35MPa左右，對空分主冷進行返充。當空分主冷液位滿量程時，可對主冷繼續返充，待產品氧氣出主塔TI9測點溫度開始微量下降時，停止主冷反沖。

液化裝置返充空分主冷的流程所示。空分主冷返充過程中，液化裝置的低溫膨脹機ET1轉速SRAS401YB控制在約28000rpm，高溫膨脹機ET2轉速SRAS401YB控制在約38000rpm，出低溫膨脹機氮氣溫度TE4y控制在-184℃附近，來自管網原料氧氣流量FT102y控制在2400m3/h附近，出換熱器氧氣溫度TE8y控制在-173℃附近，出液氧平衡罐SV2壓力PT10y控制在0.35MPa附近。全關液氧貯槽SV1701進液閥V1804，確保V1803、V352、V309y等吹除閥全關。打開液氧平衡罐SV2送液閥V10y、V311y，打開空分主冷K1排液閥V7并確保其電磁閥得電。溝通液氧平衡罐SV2至空分主冷K1間的真空管道后，開始對空分主冷K1進行返充低溫液氧。待空分主冷K1液位LI2滿量程后約2小時，關閉空分主冷K1排液閥V7，打開液氧貯槽SV1701進液閥V1804，把液化裝置產的低溫液體送進液氧貯槽，空分主冷返充結束。

空分開車過程中可視參與空分精餾的冷量富裕情況，按照以上方法考慮是否對空分主冷再次返充。因主冷返充的液氧純度在99.6%以上，故該返充過程不但補充了空分精餾所需的冷量，同時還可大大縮短開車調純出氧時間。

3.2.2 空分設備熱開車返充主冷的方案

空分設備熱開車過程中，由于空分冷箱內板式換熱器、主塔、氬塔等設備均處于常溫狀態，為確保反沖主冷操作和設備本體安全，必須等空分冷箱內系統徹底冷卻后，控制好通過液化裝置返充主冷的介質溫度，最好進入積液階段后再進行主冷返充。空分設備熱開車的冷卻階段，可同時啟動兩臺空分膨脹機進行制冷，當開車進入積液階段時，可以對空分主冷參照空分設備冷開車主冷返充方案進行返充，視參與精餾的冷涼富裕情況，考慮開車是否直至產品合格后停止空分主冷的返充。南鋼制氧廠通過液化裝置對空分設備主冷返充熱開車，比設計出產品時間縮短約14小時。

3.3 采用液化裝置返充主冷的優越性

為縮短空分設備開車出產品時間，國內曾有過用低溫液氧泵抽取液氧貯槽液氧返充空分主冷的案例，但因液氧泵打出的低溫液氧壓力高、流量大、流速快等特點，空分設備開車期間，液氧可能大量汽化，帶出裝置的氣體氧濃度較高，對分子篩電爐的使用存在安全隱患，另外，液氧中的碳氫化合物會濃縮積聚，用該方法對主冷返充過程存在極大的安全風險，故該返充主冷法一直不被業內認同。另外，用液氧槽車返充主冷，同樣存在安全隱患，且槽車的貨源較復雜，槽車內液氧的成分若不進行嚴格的分析把關而直接返充主冷，存在較大的安全風險。通過不斷的創新攻關，經過大量實踐與論證，制氧廠上下一致認為用液化裝置生產的低溫液氧產品返充空分主冷，可消除用液氧泵返充主冷所存在的諸多安全隱患，既方便可靠，又經濟實用。

4 結束語

在宏觀經濟的“新常態”下，實現空分設備的低耗高效生產運行顯得愈發重要。通過液化裝置液化管網氧氣返充空分設備主冷，實現了空分設備低能耗、高效率開車，達到快速調純出產品的保產保供目的。操作過程簡單、安全、方便、穩定，大量減少了空分設備開車電耗損失，有效降低了勞動力強度，實用性較強，推廣前景好。