KDON21000型3#空分优化升级改造实践及应用

孙 山，蒋文涛

（酒钢集团宏兴股份公司，甘肃嘉峪关 735100）

引言

随着钢铁业产品品质的不断提升和各种特殊钢材的研发应用，在炼钢及轧制环节中氮气作为纯净气体和保护气体使用越来越广泛。

此外国家对环保要求越来越严，厂区内为控制高炉和加热炉等烟气排放、煤仓扬尘等，都安装了除尘设施，这些设备设施的反吹气源都需要使用氮气。

酒钢集团宏兴股份公司从2015年开始氮气需求量逐步增加，尤其到2016年氮气紧缺矛盾突出，只能通过限制炼钢生产节奏解决氮气不足，但是增加了冶炼成本。并且制氧单套空分产出的氧气、氮气设计产量是固定的，变化幅度只有5%～10%左右，因此在氮气缺口较大时，不得不采用多开空分满足用户氮气需求，但同时带来的负面结果是造成氧气大量放散，空分运行成本大幅增加。

1 项目背景

酒钢公司现有4套KDON21000型空分设备以及1套KDON6000/13000型设备。2016年，结合公司生产需要，空分按照“三大”运行方式进行生产保供，在该运行方式下氮气略有缺口，基本满足主线生产需求。但结合公司各单位的建设项目需要，还将新增氮气约11500 m3/h，将造成“三大”运行方式无法满足主线需求，还需增开到“三大一小”才能满足主线生产需要，势必大幅度增加空分运行成本。氮气平衡如表1所示。

表1 氮气供用平衡表

在“三大”的运行方式下，氧气富裕量8000 m3/h，造成在满足氮气需求的情况下，氧气放散率在13.79%以上，导致氧气大量放散不利于节能减排。氧气平衡如表2所示。

因此，有必要对现有空分设备进行技术改造，增加氮气产量，从而优化空分运行方式，降低运行成本，减少氧气放散。

2 技术原理

KDON21000型3#空分配套的精馏塔采用多层塔板构造，现有塔板数根据氧、氮产品的数量和纯度，以及设定的液空、液氮的纯度，上下塔工作压力确定的。因此对现有精馏塔的压力、流量、纯度、塔板数通过理论核算，在满足最小精馏比的前提下，对上塔精馏段进行改造，增加塔板数量，提升塔高，来挖掘精馏潜力。通过改造可以使氮气产量在原有设计产量的基础上再增加21000 m3/h，纯度维持不变。

3 改造方案

（1）对KDON21000型3#空分塔内进行优化改造，将空分塔从45 m处往上的辅塔进行替换（原塔高59 m），直径从原来的1.6 m改为2.95 m，高度增加3 m；替换后主塔部分的冷箱需增加一层的高度，将冷箱内粗氩液化器氮气出口管、纯氩冷凝器氮气出口管从上塔污氮气出口管断开，上塔氮气出口管、上塔污氮气出口管在标高约44 m处从上塔断开，然后接至替换后的上塔氮气出口及污氮出口。

表2 氧气供用平衡表

（2）从21000制氧3#空分敷设DN800管道800 m送至6000制氧，对6000制氧1台中压氮压机、3台低压氮压机进气管道进行连接，确保21000制氧三套空分全部运行时新增的氮气可以通过6000制氧4台氮压机压缩外供用户，如图1。

图1 管道改造方案

（3）在21000制氧3#空分增加2台335万kJ/h的冷水机组。作为污氮量减少后，降低水冷塔温度的冷源。

4 实施效果及效益

项目实施后，KDON21000型3#空分氮气产量由21000 m3/h增至42000 m3/h；空分运行方式由“三大一小”优化为“二大一小”。空分“三大一小”运行期间日耗电量155万kW·h，3#优化改造后“两大一小”运行时需增开一台氮压机及新增冷冻机，日耗电量139万kW·h，日节电16万kW·h，年可节约能源使用费、维修费和备件材料费共计1557.6万元，氧气放散率指标由28%降至4%以内，达到节能降耗的目的。

5 项目主要技术创新点

创新点一：KDON21000型3#空分通过精馏理论计算，挖掘精馏塔潜力，在运行11年设备上成功改造，氮气产量增加至42000 m3/h。

创新点二：KDON21000型3#空分优化升级改造上报专有技术。

创新点三：本次改造中利用了6000制氧闲置设备，将KDON21000型3#空分增加了一根氮气管道连接至6000制氧，使6000制氧4台氮压机都可以利用起来，氮压机运行方式更加机动灵活，提高了设备开动率，减少了设备投资。

6 总结

该项目实施后对空分的运行方式不再受制于氮气的影响，调整运行方式更加灵活，起到了节电、节能的作用。

此外通过改造后氧气放散率指标得到有效控制，大幅度降低了氧气放散量，达到了节能降耗的目的。

[1]汤学忠，顾福民.新编制氧工问答[M].北京：冶金工业出版社，2001.

[2]高新德，陈增凯.济钢2万空分设备氮气增产改造[J].气体分离，2010（5）.

[3]邓文.冶金企业大型空分增氮改造方法[J].冶金动力，2017（2）.

[4]GB16912-2008，深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程[S].