增加液化装置产量的几点实践

张宝峰，谷守全

(唐山钢铁股份气体有限公司，河北唐山063016)

1 概述

唐钢拥有两套空分装置和Y P O N-2940/1088液化装置，空分为四川空分设备制造厂制造的，均为第六代全低压外压缩分子筛空分流程。液化装置为后期搬迁来的设备，于2009年调试后运行。

该设备搬迁投入运行后发现，其液化能力下降。投入运行后全部液化氧气产量为每天62t，全部液化氮气为56t/d，液化氧氮时最大产量为66t/d，达不到设计能力。

2 简介

液化装置起到增加液体产能，减少氧气放散率等目的，该装置由于液化能力有限，不能满足原单位生产需求。该装置设计工况一：液氧产量3000m3/h；工况二：液氧产量2350m3/h，液氮气产量700m3/h。原料氧气、循环氮气由现有管网提供，即1.5M Pa氧气，0.6M Pa氮气。

液化装置的工作原理是利用循环氮气增压并经预冷后膨胀制取冷量，使氮气在一定压力下冷却、液化、过冷而变成液氮，液氮节流后送入低温液体贮槽。

冷量由热端透平膨胀机和冷端透平膨胀机提供。

氮气的液化：氮气管网经循环氮压机来升压至2.55M Pa送至液化装置。一部分进入热端膨胀机增压端增压至4.89M Pa，并同样经其增压后冷却器冷却，然后进入主换热器冷却，一部分从主换热器中部抽出进入冷端膨胀机，膨胀至0.52M Pa，膨胀后的氮气返回主换热器，最后回到氮压机的进口。另一部分在主换热器中继续换热冷却、液化。液化后的液氮一部分节流后回流返回进入主换热器，一部分进入到液氮过冷器过冷，过冷后的液氮又分成两股，一股作为产品氮引出，另一股作为过冷器的返回液，然后进入主换热器，最后放空。

另一部分从氮压机出来后进入主换热器，从主换热器中部抽出，进入热端膨胀机膨胀至0.52 M Pa，膨胀后的氮气返回主换热器，最后回到氮压机的进口。

氧气的液化：氧气在主换热器中液化，在过冷器中过冷，最后节流后送出。

3 产量低现象

2009年该套液化装置搬迁至我单位后，产能一直受到限制，达不到设计产能。搬迁至我单位后氧气气源有所变化，按照设计要求，气源氧压要求在1.6 M Pa，而我单位只有0.6M Pa的低压氧气作为液化氧气气源，氮气气源倒是充足。按照生产计划要求该装置全部液化氮气进行生产，进过一段时间的调试发现：

（1）液化氮气产量受到限制，最大日产在56t。且生产调试中发现全部液化氮气时工况较难控制，很容易出现冷端膨胀机出口温度低于-173℃。为防止膨胀机出口温度过低，导致膨胀机机后见液影响设备安全运行，膨胀机的膨胀量全部发挥受到限制。

（2）全部液化氧气时，液化产量只能达到1500m3/h，要想增加液化氧气量出现液化后氧气温度上升，氧气闪蒸增加。经过反复调试全部液化氧气产能也受到限制。

（3）液化部分氧，同时液化部分氮，产能最大。

（4）循环氮压机、冷端膨胀机均在设计负荷75%～80%区间工作，热端膨胀机达到设计负荷。

（5）运行发现膨胀机入口温度低是限制膨胀机最大量和在最佳效率工况点工作的原因。

（6）循环氮压机排气压力为2.35M Pa，低于设定压力2.5M Pa。

图1 液化装置工艺流程简图

4 原因分析

100t/d液化装置液化产量受到氧压低、膨胀机效率低等综合因素影响，使近期产量一直处在日产66t左右，全做氮时日产只有62t，面对液体氧氮销售旺季，为发挥装置生产能力，增加液体产量，为公司创造更多的利润，经过采取一系列措施后液化产量日产已经逐步达到日产73t，日增加产量7t。

5 具体措施

为增加液化组织产量，小组讨论认为从以下三方面进行突破：

（1）首先分析设备运行状况，对比说明书分析运行工况的偏差。

（2）然后根据分析情况调整液化装置工况；再进一步调整观察装置产量，通过操作调整观察是否还有增产空间。

（3）最后外借一部分冷源进装置，从空分装置冰机借用冷冻水进冷端增加后冷却器。

通过以上工作使液化装置日产量已经逐步达到74t/d。

对液化装置说明书和现运行工况进行认真比对，通过计算膨胀机效率、板式温区特点，分析总结为：液化装置冷量富裕，板式实际工作时换热能力差，换热效率低，板式温区下移，使得膨胀机工作范围受限，效率低。

以前认为液化装置产量低肯定是冷量不足，提供不了主够的冷量，于是把膨胀机入口全部开到最大状态。但是通过分析调整工况发现，液化装置板式换热能力下降，不足以把设计气量的气体液化。于是采取以下措施：

（1）调整冷热端膨胀机工况，增加热端膨胀机、冷端膨胀机转速，使出冷端膨胀机增压侧压力由3.3 M Pa增加到3.9M Pa。

（2）提高循环氮压机入口压力由0.50M Pa提高到0.53M Pa，提高循环氮压机出口压力由2.35M Pa提高2.55M Pa。

（3）增加热端膨胀机膨胀进气量，由7600m3/h，增加到9100m3/h，相应减少冷端膨胀机膨胀进气量，使液化板式温区上移，合理增加液化氧气量。

（4）调整后在用电量及补充氮气量不变的情况下日产量增加3t左右。

（5）利用停车定修时机对液化装置冷端膨胀机增压侧冷却器冷却上水进行改造，改造后可以使用空分设备大冰机富裕的冷量（冷冻水）提供给增压后冷却器，经过调试使进入板式温度由31℃降低到20℃。改变板式工作温区，扩大热端温差，强化热端换热能力，同时对热端膨胀机减量。增加冷冻水，调试后液化装置产量每天增加4t。

6 效果分析

经过不断摸索，调试，改造，液化装置确实发挥了其增效创利的作用。经过一个多月攻关调试，液化装置日增产7t，按照年平均每吨670元计算，每天增加效益4690元，年增效171.2万元。

7 经验及体会

通过上述对液化装置的提产量攻关，实现液化组织增加产量的目的，但是由于客观条件限制，液化组织要想达到设计工况还有一定距离。当面对当前钢铁生产成本不断要求降低的今天，成本控制就是竞争力。在生产组织管理中如何增加产量降低生产运行成本是今后需长期研究的课题。