一种双空分装置组合运行的控制方法

李宏

（河北集团邯郸钢铁股份有限公司气体厂，河北邯郸056015）

制氧

一种双空分装置组合运行的控制方法

李宏

（河北集团邯郸钢铁股份有限公司气体厂，河北邯郸056015）

利用系统资源，根据邯钢铁钢生产以及制氧生产的现状，分析空分组合控制方法，降低氧气放散率，降低运行能耗。

双空分控制方法；不同气量空压机；氧气放散率；降低能耗

1 前言

邯钢气体厂担负着邯钢公司铁钢生产必需的氧气、氮气、氩气以及氢气等气体介质供应的主要任务。近年来，伴随钢铁企业产能的逐年增加，对氧气的需求也越来越大，因此，各大钢铁企业在新上制氧设备时，单台套空分机组的规模也越来越大。这是因为单台制氧机的生产规模越大，相应的能耗就越低。但是，在实际运行过程中，由于铁、钢生产系统的检修以及突发性故障等因素会直接影响氧气的供应，造成产供平衡失调。这时，大规模制氧设备的变负荷由于受制氧机的限制，变负荷范围达不到这种需求的变动幅度，此时不可避免地造成氧气大量放散的现象，能耗随之大幅度上升，严重影响制氧机的生产运行指标和企业的经济效益。

针对这种情况，充分利用老设备以及现有资源，采取两套空分装置并列运行，3台空气量分别为40000 m3/h，80000 m3/h以及105000 m3/h的3台空压机联合供气，通过合理气量分配的调整控制方法，达到满足生产需要、空分装置稳定运行的目的。通过空分装置并行以及空气量调整的控制方法，既满足生产变化的需求又不造成氧气的放散，大大降低空分运行成本，又可使系统调配手段更加灵活，设备综合能耗进一步降低。

2 双空分装置组合运行的前提条件

本操作所要解决的技术问题是利用多台空压机为两套空分装置供气，使得空分装置氧气产量可以大范围地调整以满足生产需求，从而避免放散，大幅降低运行制氧生产能耗的空分操作技术和控制方法。前提条件：

（1）这两套空分装置均为全低压空分装置，上、下塔均为规整填料塔结构，具备大负荷变工况的低温空分制氧生产装置，生产能力75%～105%的负荷下连续调节。

（2）3台空压机出口压力基本一致，空压机出口温度接近。确保进两套空分装置的空气调节稳定。

（3）3台空压机的配备分别为一套空分装置正常工作状态下所需空气量为40000 m3/h，80000 m3/h以及105000 m3/h。

（4）3台空压机出口用管道联通，并加装单独控制阀门。

3 双空分装置组合运行的技术方案

以一套氧气产量为20000 m3/h的制氧机为例，由空分配套空压机单独供气的前提下，正常情况空气量在105000 m3/h左右，为防止空压机喘振停车，氧气产量只能控制在：18000 m3/h～21000 m3/h区间调节。然而，一旦氧气需求只有15000 m3/h时，大多数企业为保证空压机的正常运行，防止空压机由于喘振造成的停车，空压机只能选择降负荷运行（空压机通过控制入口导叶或者空压机打环流运行），使空分工况保持在18000 m3/h工况，即使这样，氧气产量仍比15000 m3/h的需求的多出3000 m3/h，多出的这部分氧气要么选择低压放散，要么就只能高压放散了。这样就一方面造成空压机多发生电能消耗，另一方面生产出的氧气只能选择放散，造成了大量的浪费，生产成本大幅度增加。

事实上，由于空分装置的生产能力可以75%～105%的负荷下连续调节，产量最低可以降到15000 m3/h。要解决上述难题，完全可以用一台80000 m3/h小气量的空压机替代原有的空压机来供气，这样就可以达到15000 m3/h的产量。解决3000 m3/h的氧气放散问题。同时，通过40000 m3/h气量的压缩机与105000 m3/h气量的压缩机的联合控制，就可以得到30000 m3/h的氧气产量。因此，不同气量的空压机管网联通是实现此功能的前提条件，根据不同的氧气需求对空气量进行调整，达到氧气产供平衡的目的。这样一种双空分装置组合运行的控制方法就可以很有效地解决这个问题。

以我厂两套20000 m3/h制氧机空分装置为例，简要说明一下。

图1 两套空分装置管网联通示意图

表1 不同空压机单独供气

表2 不同空压机并联后供气

4 双空分装置组合运行的操作方式

从上述两种不同的方式可以看出：氧气产量从35000 m3/h降到30000 m3/h，这两种方式的主要操作控制方式如下：

（1）通过操作两套空分装置入口阀门，使两套空分同时进行降负荷操作，空压机分别控制入口倒叶，通过空压机放空阀进行调节。

（2）两套空分装置的空分气量通过放空阀进行调节，将空分装置入口空气量分别降至：1#空分空气量80000 m3/h，2#空分空气量68000 m3/h。

（3）缓慢打开空气管网联通阀（以空压机导叶不大范围波动为准），待两套空分进口压力持平后逐渐将空气联通阀阀门开度开至40%。

（4）启动3#空压机（空气量40000 m3/h）并升压，压力略高于空气联通管道的系统压力5～10 kPa。

（5）缓慢打开3#空压机送气阀,通过关闭3#空压机放空阀向管网送气，当压力与空气联通管道的压力持平后，全开2#阀门；同时空气联通阀开度逐渐开启，开启过程中注意观察两套空分装置的空气量和入口压力。

（6）当1#空压机导叶关到30%、电流低于500 A时停止送气，打开2#空压机放空阀点动放空，此时1#空压机导叶逐渐开大，当电流达到560～580 A时，停止放空。

（7）重复上述操作直至3#空压机放空阀全部关闭。

（8）通过关闭1#、2#空分装置联通阀门，进行降负荷操作，每次降2000～3000 m3/h空气量，待空分平稳后继续进行，此时应注意1#空压机电流，用2#空压机放空阀进行调节，直至1#空分空气量降至80000 m3/h、2#空分空气量降至68000 m3/h。

（9）逐渐关闭3#空压机与管网联通的阀门，联通阀门全关后，关闭3#空压机送出阀门，将3#空压机退出停运。

双空分装置组合运行的能耗比较见表3。

表3 方式比较

从表3对比可以看出，没有采取上述措施前，两套空分装置的原产量合计40000 m3/h，一旦用氧发生变化，直接造成氧气的放散和能耗的升高。采取上述操作后，制氧系统的运行方式更加灵活，两套空分装置的产量可以根据生产节奏变化以及用氧、用氮的情况进行调整，两套空分的产量不局限于当初的每套制氧机20000 m3/h的氧气产量，两套制氧机产量可以灵活的在30000～40000 m3/h之间进行调整。增加了生产系统的调节手段，满足了各种不同情况下的氧气需求。解决了目前制氧机大型化生产组织期间的氧气放散问题。同时也解决了一旦空分装置空压机故障后直接影响生产的矛盾，最主要的是空分单耗也大幅降低。

这种运行方式的建立可有以下几种产量变化：

方式1：1#空压机和2#空压机联合供气；两套空分装置氧气产量可以达到35000 m3/h，氮气产量达到68000 m3/h。

方式2：1#空压机+2#空压机+3#空压机联合供气；两套空分装置氧气产量可以达到40000 m3/h，氮气产量达到80000 m3/h。

由此可以看出，这种运行操作方式，可以广泛应用于传统制氧企业，这些企业大多拥有淘汰的老式小气量空压机，只要工作压力满足空分需求，即可将空压机出口管道联通，并加装单独控制阀门，废物利用。当然，操作难度必然增加，但是所产生的经济效益非常可观。

5 经济效益计算

5.1 氧气放散率降低产生的经济效益

从表3可以看出，当氧气需求减少时，通过双空分装置组合运行的方式调整，完全可以降低5000 m3/h的氧气产量。减少这部分氧气的放散。通过方式二与方式一的比较，仅降低氧气放散率产生的经效益为（按照运行一个月，电价按照0.6元/kW·h进行计算）：5000×0.683×24×30×0.6=147.528万元。

5.2 氧气放散率降低产生的经济效益

从表3可以看出，通过双空分装置组合运行的方式调整，氧耗电从0.683 kW·h/m3降低到到0.660 kW·h/m3，降低了0.023 kW·h/m3。如果按照表3中方式一运行（按照运行一个月，电价按照0.6元/kW·h进行计算）：氧耗电的降低产生的经济效益如下：35000×0.023×24×30×0.6=34.776万元。

综上所述，通过双空分装置组合运行方式的控制方法，一方面提高了制氧生产调节的灵活性，另一方面大大降低了运行能耗。

The ControlM ethod for Combined Operation of a Double Air Separation Device

LI Hong
(TheGasesCompanyofHandanIronandSteelCo.,Handan,Hebei056015,China)

The control method for combined operation of air separation units was analyzed making use of system resources and in light of the current state of both steel production and oxygen generation of Handan Steel.As a result,the oxygen bleeding rate has been reduced and operation energy consumption has been lowered.

control method for double air separation;compressors with different gas volume;oxygen bleeding rate;reduction of energy consumption

TB657.7

B

1006-6764(2014)12-0033-02

2014－08－15

2014－09－28

李宏（1969－），男，本科学历，工程师，现从事生产运行系统管理工作。