《南钢制氧厂kdon-2000》由会员分享，可在线阅读，更多相关《南钢制氧厂kdon-2000（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、南钢制氧厂kdon-2000引言以电拖为主的空分设备又是耗能大户。随着科学进步，技术的不断发展，我国的空分技术 也有了极大的突破，企业探索利用高新技术对空分设备挖潜增效、创新技改也显得日趋重1 南钢设备概况南京钢铁联合有限公司（以下简称南钢）制氧厂KD0N-20000/40000型空气设备于2003年 10月投产，是南钢首套深度冷冻法大型外压缩无氢制氩空分装置。1.1 工艺简介主要工艺为，原料空气经自洁式过滤器除去灰尘及其它机械杂质，再压缩至 0.5MPa 左右 经预冷系统得到冷却和洗涤后，进入分子筛纯化系统除去二氧化碳、部分碳氢化合物及水 份等。空气经净化后分两路，一路进入膨胀机，一路经板式
2、换热器进入分馏塔，根据氧、 氮、氩沸点不同进行物理精馏。下塔主要分离出液氮产品；上塔分离出氮气、氧气、液氧 产品，然后在粗氩塔和精氩塔中分离出纯氩产品。18 k Pa氧气、10 k Pa氮气产品出板 式换热器后，分别经氧压机、氮压机压缩至中压产品送至下游用户，出精氩塔液氩产品经 柱塞泵升压并经板式换热器复热气化后送至下游用户。液氧、液氮、液氩产品送入低温液 体储槽，一部分作为后备气化保安使用，富余部分作为副产品外销。1.2 装置的配置特点该空分装置空压机、低压氮压机为进口设备，其他设备为国产，装置主体设备配置情况见 表1。1.3 技术参数装置的主要技术参数见表2 。2 改造内容2.1 分子筛再
3、生加热器改造2.1.1 改造背景KD0N-20000/40000型空分设备，原料空气中所含有的水、乙炔、二氧化碳等杂质被分子筛 吸附器中的活性氧化铝和分子筛吸附，净化后的合格空气进入冷箱空分塔进行精馏。分子 筛一台工作时，另一台同步再生解吸，切换周期为4 h。分子筛加热系统采用电加热器， 将空分塔出来的约20C的污氮气直接加热至170C以上，再进入分子筛进行再生，每台分 子筛加热系统配有3台电加热器。对比行业内分子筛加热模式，绝大多数已改为蒸汽加热模式，节能效益明显，且蒸汽加热 器内漏问题已得到有效解决，运行可靠性及稳定性大大提高。南钢厂区蒸汽有富余，制氧 厂区域内现架设有蒸汽管道，运行有0.
4、6 MPa、143C左右的饱和蒸汽，为节约能源，降低 生产成本，计划对制氧厂分子筛加热系统进行改造，在现有电加热器前增设蒸汽加热器， 将再生污氮气预加热，以减少电耗。2.1.2 改造方案在分子筛电加热器进口主管道串联1台蒸汽加热器，进入电加热器的污氮气首先进入新增 设的蒸汽加热器预热，污氮气由20C加热至143C左右，再经电加热器调功组加热至170C 以上，满足再生气解吸温度要求。而经蒸汽加热器换热后的蒸汽变为冷凝水，流入蓄水池 回收再利用。本方案中蒸汽加热器靠近分子筛布置，故从制氧厂区的蒸汽主管道上分出一路DN150支管， 支管进蒸汽加热器前设置DN150切断阀，出加热器后设DN50切断阀，
5、同时污氮气管道在 蒸汽加热器处需设置DN600进、出口切断阀及旁通阀。同时，新增在线露点分析仪（露点 -100C100C） 1台，在线监测出蒸汽加热器污氮气的露点，确保安全使用。通过改造，充分利用公司低品位蒸汽，在维持分子筛同等再生效果的前提下，实现每天降 低分子筛加热电耗6 980 k Wh,改造前后关键数据对比见表3。2.2 增压透平膨胀机提效该增压透平膨胀机已使用16年，设备运行参数偏离设计最佳点，增压机排压高，为调整 压力和膨胀量，在额定转速时，回流阀总有一定开度，能耗高，同时液体产量同比下降， 膨胀机整体效率较低。改造方案为，主机膨胀机蜗壳利旧，其余部件需要重新设计制造， 包括：转子
6、、转动喷嘴、压紧机构、扩压器、轴承箱、密封器、轴承、增压机蜗壳（即转 子机型总成），达到提升膨胀机膨胀量和机组效率目的。改造后，膨胀量由15 000 m3/h提至18 600 m3/h，效率提升约2%，液体产量提升30%。2.3 筛板下塔改规整填料塔 空分设备受限于当初项目建设时技术水平，下塔为筛板塔，空分系统整体阻力比先进指标 高约30 k Pa，与南钢其它机组相比能耗指标偏高，且无变负荷功能，无法根据生产需要 进行调节。2.3.1 筛板塔筛板塔由塔体和塔板组成，而塔板又包括筛孔板、溢流斗和无孔板等。筛板上有许多小孔 气相自下向上穿过小孔，经液体鼓泡而上。液体按照一定的路线从塔板上流过，经溢
7、流装 置逐层往下移动。由于受到穿过小孔气流的托持，液体不会从筛孔漏下。气相经过各层塔 板时，分散成许多股气流，从小孔进入液体中，并与之接触，进行传热传质。2.3.2 填料塔填料塔的整体结构是由塔体、填料、喷淋装置、支撑栅板、再分配器和气液进出口管等组 成。填料使气、液两相高度分散，扩大接触面积；喷淋装置使液体均匀分散喷洒在填料层 中；支撑栅板支撑填料层，并使蒸汽均匀通过填料层；分配器的作用是使液体能够均匀地 润湿所有填料，避免产生壁流造成中间填料得不到润湿。为了创造气、液接触的良好条件 当某一段填料超过一定高度时还须设置再分配器，使液体重新收集进行再分配，以保证均 匀喷洒。2.3.3 筛板与填
8、料对比虽然筛板塔的流体力学和传质模型比较成熟，数据可靠，被广泛应用，但新的高效规整填 料已通过大量实践和应用证明，长期使用稳定可靠，分离效率高，压力降小，操作弹性大 同时造价同比之前下降，应用范围广。筛板塔与填料塔性能对比见表4。2.3.4 改造改造方案为，采用空分设备精馏塔中专用金属孔板波纹高效规整填料。在不改变塔体情况 下，将原有的下塔外径3 044 mm,高度14 070 mm,双溢流结构筛板塔72层分离通道， 改为高效规整填料分离通道，层数调整为54层。塔体上无需另行开孔，通过仅有的DN500 下塔人孔，作为筛板出料和填料进料口，自上而下对冷箱内塔板（包括上、下涨圈）进行 拆除，磨平筒
9、壁，安装临时爬梯。拆除过程割掉筛板角铝，边拆边打磨，焊缝磨平。运用 国内首创的分块施工现场安装方法，自下而上安装，注意调整安装角度的变化，每安装一 层由现场技术人员检查安装质量、核准后再进行下一步施工。实施过程中，克服施工工期 短、现场施工空间小、技术难度大等困难，实现下塔阻力小于3.3 k Pa。项目实施后，空分设备下塔阻力由原来19.4 k Pa下降至3.2 k Pa,空分氧单耗由0.475 k Wh/m3降低为0.452 k Wh/m3，液氩产量由600 m3/h提升至800 m3/h。对空分塔内工艺 流程管线进行优化和改造后，实现制氧机80%105%变负荷工况下产品质量不受影响且安 全
10、稳定生产，有效减少制氧系统氧气放散和生产成本。2.4 中压氧压机改低压南钢传统供氧，无论是高炉富氧，还是炼钢、轧钢用氧，氧气从制氧厂到各氧气用户均通 过仅有一个等级的中压氧气管网输送，用户内部再根据实际需求进行降压使用。出空分的 常压氧气（15 k Pa）经氧压机压缩至3.0 MPa中压氧气后，再在高炉富氧站减压至0.55 MPa左右后混入鼓风机后冷风管道使用，能源浪费较大，且安全风险也较高。高炉鼓风机 后富氧压力要求高于风压0.1 MPa既可，参照炼铁系统高炉富氧的特点，结合南钢自身生 产调节情况，采用高、低压氧气分压运行模式实施节能改造。将空分设备现有中压氧压机（排压3.0 MPa）拆除，
11、新增一台低压氧压机（排压0.8 MPa），基础、电仪系统、水路、气路、行车等总体利旧。原中压氧压机平台尺寸为5 600X1 1500 mm,新低压氧压机平台尺寸为5 600X9 400 mm。新增氧压机利用原有的5 m平台，设备气缸基础需要进行在线切割、植筋方式满足基础要求，以中间2根柱子为准 对齐，3台冷却器放置于平台下。设备制造时，调整3台冷却器的位置以满足改造现场的 需求。实施过程中根据现场实际情况，结合原设备基础平台图纸情况，在不拆除整体平台 的前提下，对设备安装基础进行优化调整。期间，同步配套建设至高炉用户的低压氧气管 网，实现不同用氧等级用户分管网输送保供。中压氧压机改造为低压氧压机后，氧气工作 压力由2.6 MPa降至0.63 MPa，压缩单耗由0.189 k Wh/m?降至0.105 k Wh/m?，能耗下 降44%。3 改造效果评价该空分2019年3月28日全系统停车，5月12日完成改造一次开车成功,改造前后数据对 比见表5。除了完成上述改造外，分子筛系统关键阀门全部由三杆阀替代，分子筛切换周期由4 h延 长至6 h，空分系统实现了自动变负荷操控的目标，所有改造均达到了预期效果。
