邯鋼16300Nm3/h空分設(shè)備高純氧提取及生產(chǎn)優(yōu)化

劉明明 李偉杰 閆愛國

摘要：本文介紹了邯鋼氣體廠16300Nm3/h空分設(shè)備為實(shí)現(xiàn)高純氧提取對空分塔內(nèi)設(shè)備進(jìn)行改造的改造方法、改造效果驗(yàn)證，并通過操作、生產(chǎn)流程的創(chuàng)新及優(yōu)化，使空分高純氧產(chǎn)量及純度大大高于設(shè)計(jì)值，為今后16000Nm3/h等級空分同類型技術(shù)改造、工藝調(diào)整提供一定的借鑒和指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：空分設(shè)備;高純氧;設(shè)備改造;創(chuàng)新

Abstract： This article introduces the 16300Nm3/h air separation plant of Handan Steel in order to realize high purity oxygen extraction method for the modification of the modification of the tower of air separation equipment， validation， the transformation effect， and through the innovation and optimization operation， production process， make the air separation production and high purity oxygen purity and much higher than the design value. For the future 16000Nm3/h grade air separation and type of technical transformation， process adjustment to provide a certain reference and guidance role.

Key words： Air separation plant， High purity oxygen， Equipment transformation，Innovation

一、背景

高純氧作為一種高附加值氣體產(chǎn)品，在二氧化硅的化學(xué)氣相沉積、干法氧化、等離子刻蝕等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，具有很好的市場前景。邯鋼氣體廠16300 Nm3/h空分設(shè)備是杭氧設(shè)計(jì)、制造的第一套國產(chǎn)16300 Nm3/h等級空分設(shè)備，于2000年元月份建成并成功投產(chǎn)，最初空分塔內(nèi)的高純氧塔因技術(shù)、設(shè)計(jì)等多方面原因，生產(chǎn)出的高純氧產(chǎn)品純度及產(chǎn)量均不穩(wěn)定，無法滿足客戶要求。2011年8月，氣體廠對六制氧空分進(jìn)行了改造，本次改造的一個(gè)重點(diǎn)就是將高純氧塔進(jìn)行了更換，對各管路進(jìn)行了優(yōu)化。改造后，經(jīng)過兩個(gè)月的調(diào)試，成功生產(chǎn)出合格的高純液氧。但是在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)高純氧產(chǎn)量和純度波動(dòng)較大，產(chǎn)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，純度指標(biāo)也不穩(wěn)定。經(jīng)過長時(shí)間的不斷摸索和對操作、生產(chǎn)流程的創(chuàng)新，成功找到了設(shè)備的最佳運(yùn)行點(diǎn)，總結(jié)出產(chǎn)品純度和產(chǎn)量穩(wěn)定的生產(chǎn)方法，在滿足高純氧純度的前題下，液體產(chǎn)品產(chǎn)量大大超過設(shè)計(jì)指標(biāo)。

二、 設(shè)備改造

2.1、改造實(shí)施前后的主要技術(shù)性能與數(shù)據(jù)：

邯鋼氣體廠16300 Nm3/h空分高純氧產(chǎn)品改造前后性能參數(shù)對比見表一。

2.2、改造方法

對原高純氧塔進(jìn)行了更換，由篩板塔改為填料塔，并增加塔高0.5米，使高純氧塔內(nèi)精餾更充分、平穩(wěn)。改造相應(yīng)管路及支架，取消高純氧塔到主冷的回流管線。保留高純氧塔的下部抽口，碳?xì)浠衔锖可邥r(shí)由高純氧蒸發(fā)器底部抽口直接排放掉。原產(chǎn)品取出V602、V603閥改為波紋管調(diào)節(jié)閥，增加閥門控制，降低冷損。高純氧蒸發(fā)器底部管路出冷箱增加排放管路，增加波紋管手動(dòng)截止閥。

高純氧蒸發(fā)器熱源由壓力氮?dú)飧臑檫M(jìn)下塔壓力空氣，冷凝后液空與出下塔液空管道連接。改造后，高純氧系統(tǒng)流程圖見圖一

設(shè)備改造后，經(jīng)過幾個(gè)月的調(diào)試，成功生產(chǎn)出了合格的高純液氧產(chǎn)品，填補(bǔ)了我廠在高純氧產(chǎn)品方面的一項(xiàng)空白。高純液氧相對于普通液氧在經(jīng)濟(jì)效益方面有極大的提升，普通液氧每立方米500元，高純液氧則達(dá)到了2700元，這在不造成額外能耗和生產(chǎn)成本的同時(shí)，為我廠帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

三、生產(chǎn)模式和操作方法的創(chuàng)新

3.1、在高純氧塔啟動(dòng)時(shí)，首先穩(wěn)定空分裝置主精餾塔和粗氬精餾塔工況，然后打開V601閥門，使液氧進(jìn)入高純氧塔上部，待蒸發(fā)器有液位后打開V604閥門，將空氣熱源導(dǎo)入高純氧塔，配合調(diào)整熱源空氣量及高純氧塔液位，使高純氧塔工況逐漸建立;

3.2、蒸發(fā)器液位的高低直接影響蒸發(fā)器的工作效果，對高純氧塔精餾工況造成偏差，通過對V601閥門的調(diào)節(jié)，控制高純氧塔下部蒸發(fā)器液位（LIC601），經(jīng)實(shí)踐摸索出高純氧塔下部蒸發(fā)器液位（LIC601）穩(wěn)定在380～420mm（原設(shè)計(jì)值為300mm）時(shí)，蒸發(fā)器工作效果最佳。為了使高純氧塔負(fù)荷更均衡，工況波動(dòng)更小，對V601閥開度進(jìn)行最大64%、最小55%的上下限位;

3.3、通過對V604閥門的調(diào)節(jié)及與V601閥門的匹配，控制上升蒸汽量和高純氧塔阻力，經(jīng)實(shí)踐操作調(diào)試出V604閥門開度為64%、高純氧塔工作阻力（PDIA601）為2～2.2Kpa（設(shè)計(jì)值1～2 Kpa）時(shí)，高純氧塔精餾工況最佳;

3.4、在保證產(chǎn)品純度的前提下，通過對V603A閥門的調(diào)節(jié)，控制高純液氧產(chǎn)量，經(jīng)實(shí)踐V603A閥門開度為4.5%（無設(shè)計(jì)值）時(shí)，產(chǎn)量為55～60 Nm3/h（標(biāo)態(tài)），且能夠保證產(chǎn)品純度。

3.5、為避免工況的波動(dòng)對高純氧塔工況的影響，導(dǎo)致高純液氧儲(chǔ)罐污染，增加產(chǎn)品取出系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，當(dāng)膨脹機(jī)停車、粗氬Ⅱ塔阻力低于6Kpa及高純氧塔阻力低于1.5Kpa時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉V603A閥門，停止向高純液氧儲(chǔ)罐送液，防止污染。

通過以上生產(chǎn)創(chuàng)新后，高純氧產(chǎn)品產(chǎn)量由設(shè)計(jì)能力30Nm3/h（標(biāo)態(tài)）提高到55～60 Nm3/h（標(biāo)態(tài)），產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。高純氧產(chǎn)品分析指標(biāo)達(dá)到并優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，具體如下：

從我廠高純氧化驗(yàn)儀器的分析結(jié)果也可以直觀的看出高純氧產(chǎn)品的分析指標(biāo)，見圖二。

高純氧產(chǎn)品的成功提取，填補(bǔ)了我廠空分液體產(chǎn)品的的一項(xiàng)空白，高純氧的穩(wěn)定高產(chǎn)，不僅為公司增加了非鋼產(chǎn)品利潤，而且增加了我廠液體產(chǎn)品外銷品種，取得了非常好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)于其它廠商，得到用戶的廣大好評。

參考文獻(xiàn)：

[1] 焦兆文. 優(yōu)化20000m～3/h空分設(shè)備操作提高氬純度的實(shí)踐[C]// 第十一屆中國鋼鐵年會(huì)論文集——S17.冶金設(shè)備與工程技術(shù). 2017.

[2] 曹雨， 羅鑒. 提高30000m^3/h空分設(shè)備高純氧產(chǎn)量的研究和實(shí)踐[J]. 深冷技術(shù)， 2018（4）：51-54.

第一作者簡介：劉明明，1985年11月1日出生，男，工程師，本科學(xué)歷，2009年6月畢業(yè)于唐山學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)在河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼氣體廠從事空分相關(guān)工作。