青钢内压缩万立制氧机建设与运行总结(2004年会)文档格式.doc
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1按时间顺序回顾：
2001年8月24日与中标方——开封空分集团公司签订了内压缩流程的万立制氧机供货合同。
经过一年时间，对万立制氧机整个系统进行安装、调试、运行，并逐步正常，现在按照“长期、连续、稳定、安全”的八字方针，运行一直良好。
2各系统配置特点
1水泵房采用高压电机，两台水泵一开一备。
封闭式水池，玻璃钢冷却塔两台。
2空气压缩系统采用美国跃星国际股份有限公司提供的美国库帕（COOPER）公司生产的3MSGEP-16/15型空气压缩机，Q=53400ｍ３/ｈ，P=0.6MPa。
和2×
2MSGE+3RCD/30型空气
作者简介：
史作询（1951-），男，1977年南京工学院（东南大学）动力工程系工业热工（制氧）专业毕业，高级工程师，现任青岛钢铁控股集团公司氧气厂厂长，山东省制冷学会第二专业委员会副主任委员。
增压机，Q=48000ｍ３／ｈ，P出＝5.0MPa（绝压）。
3氮水预冷系统采用美国YORK公司生产的YSE型螺杆式冷水机组，制冷量450RT（136万大卡）。
4纯化系统：
立式双层分子筛吸附器。
采用电加热器和蒸汽加热器并联方式来满足分子筛再生的要求，自动切换蝶阀采用美国DEZURIK公司的BHP型硬座密封蝶阀。
5膨胀机系统：
采用开封空分集团有限公司生产的PLPK-316.7/23.8×
4.6型透平膨胀机组，增压端压力为2.52MPa，膨胀端进气压力为2.48MPa（绝压），膨胀机后冷却器冷却水由冷水机组提供，返回到水冷塔底部后经过水泵加压进冷水机组完成循环。
进增压透平膨胀机组增压端的空气由增压机二级出口导出，压力约为1.89MPa，增压到2.52MPa，经冷却后进入膨胀端膨胀降压至约0.56MPa进入主换热器冷却后进下塔。
这样的流程容易导致增压机和膨胀机的互动，相互影响，但也有好处——就是降低了膨胀机的压力，可以采用国产的增压膨胀机，从而降低投资。
笔者认为，经过青钢的运行时间，证明了开封空分集团生产的3.0MPa级的增压透平膨胀机完全可以满足使用。
在开封空分集团公司继青钢万立后接到的7套内压缩（3.0MPa）1.5万米3/时制氧机的合同中（包括青钢）大部分采用了增压机4级出口（约5.0MPa）到增压透平膨胀机的流程，只有青钢采用了增压机二级出口（约1.89MPa）进增压透平膨胀机的流程，所以膨胀机决定选用国产的一套，进口俄罗斯深冷机械公司的一套。
由于有万立增压透平膨胀机的改造和改进及运行实践（就有关3.0MPa级的增压透平膨胀机的改进和运行实践，笔者将另行撰文论述）我们认为保证生产没有问题。
增压机4级出口的一路空气进增压膨胀机的流程，虽然避免了增压机和膨胀机的互动影响，但由于压力提高了，膨胀机的制造困难了。
目前阶段只好进口，导致投资增大。
而采用增压机2级出口中抽的办法，虽可导致二者互动，但在工艺操作和工艺管道布置上，以及自动控制上都能解决这个问题。
青钢万立迄今8个月的运行实践已证明了这一点。
6分馏塔系统：
主换热器采用法国诺顿（NORDON）公司的产品，这是青钢万立成功的关键因素之一。
现在有人建议将换热器分成高压和低压两部分，笔者认为还是一体好，有利于今后的操作。
离心式液体泵，保冷箱内共有6只，全部为瑞士CROMEC公司产品。
保冷箱内增加了两只将上塔一、二段相连接的工艺泵，这是由于青钢地处青岛流亭国际机场，由于高度受限，所以只好将上塔分为两段，加泵连接以降低高度，所以泵有6只，保冷箱的高度也只有40米。
下塔为高效铝制对流筛板塔加铝制板翅式换热器，上塔、粗氩塔、精氩塔、高纯氧塔全部为规整填料塔。
氩产品泵为箱外安装，瑞士CROMEC产品，活塞式，承担向液氩贮槽输送液体及返回主换热器气化加压到3.0MPa去炼钢用氩的任务．
7DCS系统：
采用美国霍尼维尔（HONEYWELL）的产品，由上海金水工业控制系统开发有限公司组态并安装调试，万立制氧机整个系统的参数都引至主控室中，设两台操作站（奔腾三代866,128MRAM,20G,21”CRT）一为工程师站，一为操作站。
操作人员通过两台电脑，实现对整个工况的监测，记录，操作等。
8分析系统：
设在线分析室，同时将参数接入DCS，实现在线监测和分析，另外为确保空分生产的安全，设离线的西门子色谱分析仪一台，以便加强对碳氢化合物进行监测。
3各项经济技术指标
3.1１．主要指标（见附表一）
3.2２．三项主要技术经济指标情况
目前：
国际先进指标
①氧提取率ρ＞99%，最高达99.8%
②氩提取率（膨胀空气进下塔的流程）92~94%
③能耗：
＜0.565kwh/ｍ３Ｏ２（包括压氧P＜3.0MPa）。
青钢万立制氧机三项指标对比：
Ｑ排气量=53400Nｍ３／h（设计值，实际值偏大）
Ｑ加工空气量＝55057ｍ３／ｈ
氧ＱＭＡＸ＝55057×
20.95%=11534ｍ３／ｈ
氩ＱＭＡＸ＝55057×
0.93%=512ｍ３／ｈ
则：
氧提取率ρ＝（10627+793）/11534=99.01%
氩提取率ρ＝365/512=71.28%（氩的计量数据由工艺氩流量计获取）
能耗核算：
国际水平：
＜0.565kwh/ｍ３Ｏ２（包括压氧P＜3.0MPa）
包头钢院设计：
0.596kwh/ｍ３Ｏ２（包括５台水泵用电）
开封空分公司设计：
0.578kwh/ｍ３Ｏ２（包括1台水泵）
青钢核算：
每天平均电耗204000kwh/day。
（一个月平均值）
总气体量＝10627+（793×
3）+（152×
3）+（365×
3）=10627+2379+456+1095=14557Nｍ３／ｈ
电耗＝204000/24/14557=0.584kwh/ｍ３
结论：
①氧提取率基本达到和超过国际先进水平。
②氩提取率基本达到开封设计的84%的指标，但离国际先进水平92~94%还有不少差距。
③能耗基本达到设计指标，但离国际先进水平还有差距。
4配置和建设的经验总结
１．纵观我国制氧机工业的发展，就规模而言，还有不小的差距，这主要是机械方面（特别是三机一泵）的差距，特别是空压机，给一万以下的制氧机配套基本成熟，大于一万以上等级的空压机还有待于继续研制。
对于内压缩流程技术所需要的高压的3.0MPa以上等级的离心式空气增压机来说，基本上还需要进口，中压（1.0~3.0MPa）的增压透平膨胀机国内已逐渐试制和趋向成熟，基本处于进口和国产都有采用的现状，立式活塞式氧压机—开封空分集团在试制6000ｍ３／ｈ的，不久将提供给用户，离心式氧压机——杭氧引进日本技术已生产30余台10000ｍ３／ｈ氧压机，运转良好。
最近由济南钢铁公司采用的沈阳鼓风机厂制造的20000ｍ３／ｈ离心式氧压机（3.0MPa）已于2002年3月投入使用，情况如何待观察。
由于离心式氧压机压力高（3.0MPa），流量大，高温下机件易氧化，油气密封要求严格，危险大等因素，所以离心式氧气压缩机的研制比较困难，而采用苏尔寿的立式氧气压缩机比较昂贵，所以越来越多的用户在1.5万等级以上的空分设备都采用内压缩流程技术，从而取消氧压机。
（当然内压缩流程技术还有提取液体量大等优点，在此不深入探讨）
液体泵和关键的阀门基本上是靠进口，或者由中外合作技术生产的厂家提供。
至于内压缩流程的板式主换热器，目前阶段最好还是进口。
仪控方面核心的关键部件和软件还需进口，如IO卡件，变送器，阀门定位器等器件。
大型空分设备除去“三机一泵”外，我国目前基本都能制造，现在国内正在攻关的项目：
大型空分设备配备的离心式透平空压机，中、高压的增压透平膨胀机，中、高压的大型板翅式换热器，离心式液体泵等。
归纳起来，还是“三机一泵”，其他流程设计和单体设备的制造，已和国际先进水平基本上差不多，有差距的还是“三机一泵”。
根据当前国内外制氧机工业的现状，我们用户可以选择我们所需的制氧机配置，以确保今后的生产运行。
２．在制氧机的建设中，我们将整个保冷箱（包括内部工艺管道和箱皮阀门）承包给开封空分集团有限公司安装公司,他们严格按照“开封空分集团有限公司企业标准《空气分离设备安装技术条件》（KF443-1999）组织施工和验收。
３．培训好运行操作人员
制氧机的运行操作，事先培养造就一支训练有素的运行操作人员队伍，是制氧机成功的关键因素之一。
5青钢万立制氧机操作注意事项
１．由于出冷箱的氧气压力（2.5MPa）直接导入氧气球罐，不象外压缩流程那样，在保冷箱和进氧压机之间设立高压回流和低压放散的调节装置，以确保出冷箱的压力也就是进氧压机的入口压力在200mm水柱到800mm水柱之间，使氧气出冷箱的压力比较稳定。
内压缩流程出冷箱氧气压力受背压的影响太大，而这个背压，也就是炼钢用氧的压力是间断的波动的，这就给操作人员带来很大的工作量，开始我们没有将球罐压力接入DCS系统，画面上看不到球罐压力，操作起来比较盲目，后来我们自己成功地将球罐压力接入操作站，操作起来就方便多了。
２．开车积液阶段或者短暂停车再启动，一定注意观察增压机前空气是否有倒抽，可用增加进上塔气量的办法，加以防止，以免冻坏管道。
３．各种离心式液体泵应避免产生汽蚀，预冷一定要彻底，密封气要做好A、B、C三者关系的调整。
４．主换热器不出氧时（量太小），可能造成停液体泵（此时应将液体回流阀开大）同时增压机４级出口流量减少，自动回流到一级进口，造成振动超值而停机。
５．增压机和膨胀机相互影响，膨胀机一旦紧急停车，其回流阀接到信号后会全开，这股高压空气对增压机二级出口形成高的背压冲击，而二级出口放空阀是按比例积分控制而逐渐打开的，气流不能迅速放出，从而导致增压机停车。
因此开车时应人工保压，同时有待于工艺改进。
６．水系统必须反复清洗淤泥和杂质，尤其是各种单体机械设备试车前，必须保证水的清洁，否则各种换热器和冷却器都会在短期内造成堵塞而影响换热工况。
７．膨胀机每次开车前必须彻底加温解冻，以确保润滑油的温度不低于40℃，轴瓦温度不低于15℃，否则会因为瓦温低，油膜形不成而导致烧瓦。
８．控制好主换热器的中部温度，使其保持在零下120度左右，以避免膨胀机产生液击，也可以确保换热器冷、热段温差在最佳范围内。
９．空冷塔液位、水冷塔液位是否稳定，避免空气带水现象。
１０．观察各液体泵前的液面，泵回流阀的开度，是否有单向上升或下降的趋势，应找出原因以免满液破坏工况或无液而损坏泵。
１１．对所有投入自动的阀门，应及时观察其阀门开度是否有单向变化的趋势，以避免调节失误。
１２．操作的重点是主冷凝蒸发器和上、下塔，也可以说“一个中心，两个基本点”，只有这三者稳定了，基本工况就不会波动。
氩系统也会自然稳定下来，千万不要为调氩而不顾主塔的精馏工况，这会本末倒置。
１３．当粗氩塔阻力有下降时，应分析是否氮塞。
如有氮塞，应开泵回流阀，关小V3，打开V764来处理。
通过V6及精氩塔冷凝器的压力、液面来控制粗氩流量，但V6开度大小要注意，以免精氩塔压力太低。
１４．任何时候都不能让大气通过V763不凝气排放阀及精氩塔顶部放空阀V751进入设备内，特别是在制氩系统不正常，精氩塔、粗氩塔无压力时，应将这两个阀门关闭。
１５．通过保证下塔顶部氮气纯度、液空纯度的正常，通过调整氧气产量和低压氧气产量等手段，来控制氩馏分抽口纯度在10%左右。
１６．应控制精氩塔氩冷凝器氮侧压力不能太低，PIC-704压力应不低于60KPa，以免发生氩在冷凝器内固化。
１７．若液氩中含氮量高，可开大V751，通过调节废气放空量来降低，若液氩中含氧量高，可通过调整Ｖ６开度或调整粗氩塔工况来保证。
１８．分子筛充压、泄压时一定要缓慢，不能产生压力波动。
6存在的问题和有待改进的方面
１．由于开车调试阶段频繁开停车和8个月的运行，空压机已偏离性能曲线44次，分子筛切换时因受温度的改变，空压机排气量控制不好，近期经库帕公司售后服务的工程师逐一将44次偏离记录删除，空压机又恢复了最佳性能曲线运行。
２．冷水机组对水质要求太苛刻，造成蒸发器压力低而频繁自停，被迫清洗。
而工艺管道又无旁通，形成要想检修冷水机组就必须全停氮水预冷系统的状况，后来我们利用停机时间自行加装了旁通水管，将冷水机组短路。
３．冷水机组担负着膨胀机后冷却器的冷却和空冷塔的部分冷却任务，造成装机容量太大（450RT）。
青钢下一套1.5万制氧机在流程上已取消了冷水机组去膨胀机后冷却器这一路，而改由公共循环水冷却，因此冷水机组负荷可减少，而采用小机型（～160RT）。
４．膨胀机的绝热和润滑以及推力的平衡还需进一步研究和改进，青钢的万立制氧机开车所遇到的困难就是膨胀机。
当然，经过了这些事件和磨难，我们认为3.0MPa级的膨胀机我们国内完全可以过关，进一步改进会更好。
５．采用增压机中抽进膨胀机的流程，希望在二者之间的工艺管道上加装紧急放散阀和膨胀机增压端回流阀（也是调速阀）联动，以确保膨胀机事故停车时不会波及增压机停车。
６．仪控系统的变送器最好选用进口产品，在自动化程度高的情况下尤其重要。
变送器输出信号不稳定会导致各种事故。
有一次膨胀机自动停车查了好长时间才找出原因，就是因为油压的变送器输出信号波动，瞬间低于油压停车值而接通停车信号，导致膨胀机进口阀紧急切断，回流阀全打开，造成膨胀机停车的事故。
7结束语
青钢的这套内压缩流程的万立制氧机经过8个月的运行，实践证明是成功的。
2002年11月在由开封空分集团有限公司在青岛召开的“空分新技术研讨会”上，与会专家一致给与好评。
结论是青钢这套制氧机在工艺流程组织、热力及精馏计算、单体设备设计、全精馏制氩、氧氩产品提取率、能耗指标等方面达到或接近国际内压缩流程的先进水平。
附表一
名称
单位
设计
实际
加工空气量
ｍ３／ｈ
52800
55057
产品氧
10000
10627
纯度
99.6%
99.8%
压力
MPa
2.5
2.3
液氧
800
793
99.9%
产品氮
18973
≤10
0.01
液氮
300
152
m（静液柱）
16
产品液氩
400
365
3.0
≤2×
10－６Ｏ２，≤3×
10－６Ｎ２
高纯液氧
20
未投入生产
ｍ（静液柱）
12
99.999%
山东制冷学会深冷委员会2004年会论文2004.10.28于日照
6
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