35000 m3/h制氧机组提高氮气提取量的尝试

王立璞，刘聪壮，冯经纬，李永强，田 勐

引言

随着钢铁行业的不断发展，炼钢炼铁对氧气、氮气的需求也在发生变化，氮气需求逐渐增加，尤其是冷轧工序耗用大量氮气几乎不消耗氧气，造成了氮气、氧气需求不平衡，特别是在炼铁高炉检修期间，高炉停用富氧但是由于煤气管道置换氮气需求量较大，氮氧不平衡现象更加严重。如果因为氮气产量不足需要再运行一套制氧机组，不仅浪费一套制氧机组的电耗，还造成大量的氧气放散，存在重大的安全隐患。既要保证炼钢炼铁氮气供应，又要确保安全降低运行成本，制氧机的氮气产量能不能超过设计产量，能超产多少，氮气产品的纯度能否达到要求，在这几个方面我们进行了技术攻关和试验研究。

1　法液空35000 m3/h制氧机的现状

法液空35000 m3/h制氧机满负荷时低压氮气产量为35000 m3/h，纯度要求含氧小于2×10-6。制氧机稳定运行必须遵守能量守恒、冷量守恒、组分守恒，要提高低压氮气产量，只能通过调整空分精馏塔内的回流比，减少污氮气产量才能实现。精馏塔流程图如图1。

图1　精馏塔流程图

制氧机在不同负荷下的低压氮气产量、污氮气产量、分子筛冷吹流量、E60用于降低水温的污氮气量，如表1。

表1　制氧机不同负荷下产品量量表 m3/h

如果在保证水温前提下，通过调整上塔回流比保证低压氮气纯度，将E60用于降低水温的部分污氮气量转化为低压氮气量，此方法还是可行的。

2　制氧机组提高低压氮气产量面临的难题

（1）提高低压氮气产量将导致进入氮冷塔E60的污氮量减少，引起冷冻机进口温度升高，进而引起进入分子筛的空气温度升高、进塔空气量温度升高。

（2）提高低压氮气产量将使板式阻力增大，导致低压氮气出板式后压力降低，进而引起各氮压机入口压力降低，容易引起连锁保护而跳车。

（3）单独提高低压氮气产量影响上塔精馏工况，给低压氮气纯度和污氮气纯度带来影响，造成上塔回流比减小，上塔从下到上含氧量上升，一方面造成低压氮气含氧量升高，能否保证低压氮气产品纯度合格；另一方面造成污氮气含氧量升高，引起氧提取率降低。

3　制氧机组提高低压氮气产量所采取的控制措施

3.1通过流程改造，采用冷冻机组串联使用的方法，消除进入氮冷塔E60的污氮量减少造成水温上涨的影响，有效地保证进入分子筛的空气温度不会受到E60污氮气减少的影响。

3.2提高低压氮气产量将使板式阻力增大，导致低压氮气出板式后压力降低，进而引起各氮压机吸入压力降低，现在作业区通过改造和技术革新，将1个20000 m3/h低压氮压机 (1#C50)、4个28000 m3/h低压氮压机 (2#～5#C50)、1个12000 m3/h中压氮压机(1#C51)、1个 20000 m3/h中压氮压机(2#C51)的吸入口全部联通在一起，稳定运行时，2#C51中压氮压机对吸入压力比其他氮压机都低，因此只要保证2#C51中压氮压机吸入压力合格，其他的氮压机都能稳定运行。2#C51吸入压力由正常情况下的9 kPa左右（PL值0 kPa，压缩机卸载；LL值-5 kPa，压缩机停车），所以初步实验计划2#C51吸入压力控制在3 kPa。

3.3单独提高低压氮气产量影响上塔精馏工况，给低压氮气纯度和污氮气纯度带来影响，造成上塔回流比减小，因此此次提高低压氮气产量的操作要循序渐进，每次提高1000 m3/h，稳定30 min，然后才能开始继续加量。另外根据AP1682A、AP1682A、AP1680A、AP1680C纯度变化，适量开大FV1557和FV1558的阀门，保证低压氮气纯度合格。

4　实验总结

4.1空分负荷35000运行，低压氮气产量由35000 m3/h加至45000 m3/h，出板式压力PT1501由22～24 kPa降低至 13 kPa；2#C51吸入压力由 10～13 kPa降低至1～4 kPa，期间由于管网压力低送氮气量过大造成入口压力降低到0 kPa以下，造成2#C51卸载。因此低压氮气产量满负荷时加至45000对本套设备来说，已经到极限，运行过程中需要对氮压机时刻监控吸入压力变化情况，当压力接近跳车值时及时降低送出量。

4.2单独提高低压氮气产量影响上塔精馏工况，给低压氮气纯度和污氮气纯度带来影响，造成上塔回流比减小，上塔从下到上含氧量上升，一方面造成低压氮气含氧量升高，当日AP1680A由实验前0.005×10-6上升到最高2.39×10-6，通过调节工况最终维持在（0.05～0.2）×10-6之间，保证了产品纯度低于1×10-6的目标；另一方面造成污氮气含氧量升高，引起氧提取率降低，通过增大提馏段回流比等措施，保证了AP1682始终保持在0.1%左右。

4.3阀门调节：HIC1501A由以前的35%开到55%以上，同时FIC1501B.SV由35000 m3/h提高至44000 m3/h，保证精馏塔内送出量恒定避免波动对主塔工况造成影响；稍微开大FIC1557及FIC1558阀门开度（FIC1557由53%加至54%，FIC1558由80%加至85%），适当降低液氮产量，增大精馏段回流比。

5　结语

通过实验可以看出，法液空35000制氧机满负荷运行时，低压氮气产量由35000 m3/h加至45000 m3/h后，FIC1557由53%加至54%，FIC1558由80%加至85%，精馏塔工况稳定，产品纯度合格。但是2#C51 吸入压力由 10～13 kPa降低至 1～4 kPa，期间由于管网压力低送氮气量过大造成入口压力降低到0 kPa以下，造成2#C51卸载。因此法液空35000制氧机组满负荷时低压氮气产量加至45000 m3/h对本套设备来说，已经到极限。当低压氮气产量加至42000 m3/h时，2#C51中压氮压机的吸入压力为4～6 kPa，可以保证氮压机安全稳定运行。