改造制氧冷水流程,降低氮气生产成本①

张永康,侯志勇,张玉峰

(安阳钢铁股份有限公司制氧厂,河南安阳 455004)

改造制氧冷水流程,降低氮气生产成本①

张永康,侯志勇,张玉峰

(安阳钢铁股份有限公司制氧厂,河南安阳 455004)

由于用户氧氮产品需求比例的变化,使部分制氧机在许多情况下只生产氮气,氧气白白放空。针对这种情况,我们对制氧机的流程进行了改造,将本来用于氮水预冷的氮气置换出来,做为氮压机的原料气,达到制氧机经济运行的目的。

原料氮气;氮水预冷;冷冻机

安阳钢铁股份有限公司制氧厂2#14 000制氧机空气预冷系统原设计是在水冷塔通过氮气和污氮气冷却循环水形成低温水,当时流程没有包括冷冻机,是考虑利用当时闲置要放空的氮气来冷却循环水,节约冷冻机的电耗成本。

1 改造原因

随着公司生产情况的变化,氧气和氮气使用比例相比以前发生了较大变化,氧氮产品使用比例从不到1∶1发展到现在的1∶1.3,氮气使用越来越多,使制氧厂常压氮产品和氮压机的设计配置不能适应公司发展的需要。

制氧厂从2#14 000制氧机开始着手解决这一问题,配套了一台15 000 Nm3/h氮压机和一台5000 Nm3/h氮压机,共20 000 Nm3/h的氮压能力,但氮气供应仍然紧张,为缓解当时压力氮气供应不足问题,利用2#14 000制氧机主厂房的局部剩余空间又增建了一台15 000 Nm3/h氮压机,因为2# 14 000制氧机流程决定了不能有更多的常压氮气被压缩,而1#14 000制氧机在投产时因为当时公司用氮需求量不大,没有配套氮压机,所以新建氮压机压送的是1#14 000制氧机的常压氮气。

由于2008下半年和2009上半年的市场变化,公司氧气和氮气用量分别出现了变化,导致运行的1#14 000制氧机经常出现这样一种情况:只有14 000 Nm3/h低压氮气被用来供应2#14 000制氧机的氮压机压缩,氧气则完全放空。这就使1#14000制氧机的运行非常不经济。

2 改造目的

根据1#14 000制氧机一段时间以来这种只用氮气而氧气完全放空的情况,以及公司当时所处的成本压力特别大的市场环境,我们一直在考虑是否有办法解决或缓解这种成本浪费的情况。通过反复论证,设想通过改变2#14 000制氧机的生产流程,增建一台冷冻机,用冷冻机冷量来置换2#14 000制氧机常压氮气在水冷塔冷却水产生的冷量,使这一部分氮气改变用来冷却水的作用,而改作氮压机的原料气,从而停开只为生产氮气而氧气放空的1 #14 000制氧机。冷冻机的电耗约140 kW,相对于1#14 000制氧机的7200 kW原料空透等大负荷用电设备,电耗非常少,从而达到节约用电、降低成本的目的。

3 用冷冻机替代氮气来冷却水的制冷量核算和冷冻机选型

制氧机生产工艺流程需要低温水,原来设计是利用氮气的不饱和性使氮气与水直接接触来冷却水。这在氮气需求量不大的情况下,可以节约冷冻机的电耗成本。现在就是要增加一套144 kW的冷冻机运行,将这部分氮气置换出来,停运1#14000制氧机。

为了使这一部分用做冷却水的氮气能被置换出来,我们做了许多方案进行比对、优选。2#14000制氧机每小时生产40 000 m3氮气,改造前运行模式是一台15 000氮压机和一台5000氮压机压送本套20 000 Nm3/h的常压氮气,其它氮气进入水冷塔冷却水。改造前,我们在生产允许的情况下,分三种情况进行了氮气使用测算,见表1。

表1 氮气使用测算Table 1 Calculations of nitrogen use

测算结论:第一种情况是制氧机设计流程,此时氮气冷却水,不需要冷冻机;第二种情况是将本来用于冷却水的10 000 Nm3/h氮气抽出来,水冷塔冷却水还需要补充529 kW的制冷量;第三种情况是将本来用于冷却水的15 000 Nm3/h氮气抽出来,水冷塔冷却水还需要补充639 kW的制冷量。经咨询冷冻机厂家和制氧流程设计单位,这一改造设想和计算结果也得到了他们的认可。

4 冷冻机来源

关于冷冻机来源,我们设计了几种方案:第一种情况是拆借23 500机组或1#14000机组冷冻机,有利之处在于投资少,不利之处在于23 500机组和1#14 000机组可能没有备机,而且要解决拆装冷冻机与2#14 000制氧机低温水的流量匹配问题;第二种情况是增建一台冷冻机,当时公司资金非常紧张,制氧厂有关领导对此非常重视,积极帮助争取了专项资金用于购买冷冻机。

根据理论计算和实际测算,与冷冻机厂家协商后,选用了一台30HXC200B冷冻机,名义制冷量是686 kW,电机功率是144 kW。

5 冷冻机厂房布局和流程设计

2#14 000制氧机布局非常紧凑,冷冻机安装位置也是一个需要解决的难题。我们经过几个方案的比对,最后根据冷冻机的长、宽、高尺寸决定将冷冻机安装在高压泵房,其优点在于管道安装距离短,不用再另外单独建厂房,缺点在于设备检修、操作、维护时要克服空间相对紧张的问题。具体布置如图1所示。

图1 新增冷冻机定位图Fig.1 Add freezer location map

在水管道设计时,我们做了几项改造:一是为扩大低温水泵进水流量,减少管道阻力,将进口管由原来的DN80改造成DN150;二是在冷冻机出口和进口增设了一个旁通回流管道,这样可以调整冷冻机水流量和出口温度。管道布置尺寸图见图2。

图2 2#14 000冷水机组改造工艺流程图Fig.2 Oxygen plant 2#14 000 chillers transformation process flow chart

6 项目设计、施工

这个项目的工艺流程设计、工艺管道设计、设备布置设计、配套的电控和仪控设计全部是制氧厂自行完成的。冷冻机循环冷却水设计流量是143 m3/h,经过核算,认为当前2#14 000制氧机实际水流量能够满足增加的水流量。冷冻机循环水接口定在压缩机主厂房,我们利用2#14 000制氧机停车检修的机会,提前在主厂房压缩机进回水管道安装施工了两个冷冻机循环水上水和回水管,并加了两个阀门。电气增加部分和施工内容:在2#14 000制氧机配电室增建了一台低压开关柜,敷设了相应的电缆。仪控增加部分和施工内容:实现了冷冻机运行状态中控室显示;实现冷冻机进、出口两个温度点中控室显示;增加了紧急排水阀远程控制。

Transformation of Oxygen Cold Water Flow, Reduce The Cost of Nitrogen Production

ZHANG Yongkang,HOU Zhiyong,ZHANG Yufeng
(Oxygen Plant,Anyang Iron&Steel Co.,Ltd.,Anyang 455004,China)

As users demand ratio of oxygen and nitrogen products has changed,so thatpartof the oxygenerator in many cases only use for the production of nitrogen,oxygen is wasted emptying.In response,we carried out oxygen transformation process to displace nitrogenwhich use forpre-coolingof the nitrogenwater,press the feed gas as nitrogen,to achieve the economic purpose of oxygenerator.

raw nitrogen;pre-cooling of nitrogen water;freezer

TQ116.14

:C

:1007-7804(2010)04-0014-04

10.3969/j.issn.1007-7804.2010.04.005

2010-04-14