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2022-09

制氮機的用途

制氮機采用常溫下變壓吸附原理（PSA）分離空氣制取高純度的氮氣。通常使用兩吸附塔并聯(lián)，由進口PLC控制進口氣動閥自動運行，交替進行加壓吸附和解壓再生，完成氮氧分離，獲得所需高純度的氮氣。 分子篩可以同時吸附空氣中的氧和氮，其吸附量也隨著壓力的升高而升高，而且在同一壓力下氧和氮的平衡吸附量無明顯的差異。 因而，僅憑壓力的變化很難完成氧和氮的有效分離。如果進一步考慮吸附速度的話，就能將氧和氮的吸附特性有效地區(qū)分開來。氧分子直徑比氮分子小，因而擴散速度比氮快數(shù)百倍，故碳分子篩吸附氧的速度也很快，吸附約1分鐘就達到90%以上；而此時氮的吸附量僅有5%左右，所以此時吸附的大體上都是氧氣，而剩下的大體上都是氮氣。 深冷制氮不僅可以生產(chǎn)氮氣而且可以生產(chǎn)液氮，滿足需要液氮的工藝要求，并且可在液氮貯槽內(nèi)貯存，當出現(xiàn)氮氣間斷負荷或空分設備小修時，貯槽內(nèi)的液氮進入汽化器被加熱后，送入產(chǎn)品氮氣管道滿足工藝裝置對氮氣的需求。 深冷制氮的運轉(zhuǎn)周期（指兩次大加溫之間的間隔期）一般為1年以上，因此，深冷制氮一般不考慮備用。而變壓吸附制氮只能生產(chǎn)氮氣，無備用手段，單套設備不能保證連續(xù)長周期運行。 膜空分制氮，空氣經(jīng)壓縮機壓縮過濾后進入高分子膜過濾器，由于各種氣體在膜中溶解度和擴散系數(shù)不同，導致不同氣體在膜中相對滲透速率不同。根據(jù)這一特性，可將各種氣體分為“快氣”和“慢氣”。 當混合氣體在膜兩側壓力差的作用下，滲透速率相對快的氣體，如水、氫氣、氦氣、硫化氫、二氧化碳等透過膜后，在膜的滲透側被富集，而滲透速率相對較慢的氣體，如甲烷、氮氣、一氧化碳和氬氣等氣體則被滯留在膜的側被富集，從而達到混合氣體分離的目的。 ?

2022-09-05

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2019-12

觸目驚心的空分裝置爆炸事故盤點，爆炸原因分析及管控措施

國內(nèi)外空分裝置爆炸事故一覽 1961年1月4日，前聯(lián)邦德國一臺4000m3/h空分設備空分塔發(fā)生爆炸,死亡15人,設備與建筑物損壞嚴重。 1973年11月23日，鞍鋼氧氣廠3350m3/h空分裝置發(fā)生典型的塔外惡性爆炸,又引起塔內(nèi)空分基礎爆炸,設備多處被炸毀,檢修半年才恢復生產(chǎn)。 1986年7月27日，燕山石化公司前進化工廠3200m3/h空分設備一聲巨響后,整套設備成為一堆廢墟。 1992年11月1日，蘭州石油化工機器廠氧氣站150m3/h空分塔發(fā)生爆炸,造成一人死亡,空分塔報廢。 1993年7月25日，甘肅金川有色金屬公司150m3/h空分塔主冷凝蒸發(fā)器發(fā)生粉碎性爆炸,當場炸死一人,空分塔報廢。 1996年3月2日，江西新余鋼鐵廠6000m3/h空分設備在未發(fā)現(xiàn)異常征兆的情況下,板翅式主冷凝蒸發(fā)器突然發(fā)生爆炸,設備損壞嚴重,爆炸沖擊波將周圍建筑物玻璃震碎。 1996年7月18日，哈爾濱氣化廠空分分廠10000m3/h空分設備主冷發(fā)生爆炸,主冷和上塔報廢。 1997年5月16日，遼寧撫順乙烯化工廠6000m3/h空分塔發(fā)生惡性爆炸,設備、廠房均遭嚴重毀壞,4人死亡、4人重傷、27人輕傷。 1997年12月25日，馬來西亞賓突魯殼牌石油公司一套81760m3/h空分設備發(fā)生惡性爆炸。爆炸始于主冷凝蒸發(fā)器,并擴大到塔身;下塔壓入地內(nèi);上塔和主冷被炸飛到750米以外;5千米內(nèi)窗框玻璃震碎,飛出的金屬擊破石油和煤油儲罐而引發(fā)大火。 2000年8月21日，江西萍鄉(xiāng)鋼鐵公司制氧廠1500m3/h空分裝置檢修現(xiàn)場發(fā)生燃爆事故,造成22人死亡、7人重傷、17人輕傷。 2003年7月7日，上海中遠化工有限公司10000m3/h空分設備正準備吊裝上塔和粗氬塔上段時,一聲巨響,粗氬塔下段上封口二層塑料彩條布被氣浪撕得粉碎。 2003年8月22日，馬鞍山鋼鐵公司氧氣廠20000m3/h空分設備安裝時發(fā)生爆燃,人被彈出,并35%燒傷,經(jīng)搶救脫險。 2003年9月17日，湖南冷水江鋼鐵公司10000m3/h空分設備在安裝時,一股氣噴爆出來,焊工被擊出跌落平臺,搶救無效死亡。 2017年4月10日，神華400萬噸煤制油發(fā)生空分泄漏事故 2019年7月19日下午5點45分，河南省三門峽市河南能源化工集團義馬氣化廠C套空分裝置發(fā)生爆炸。爆炸事故造成15人死亡、15重傷，256人入院治療。 近些年，隨著空分設備大型化，空分設備的爆炸能量也越來越大，空分設備從爆炸原理上可分為物理爆炸和化學爆炸?；瘜W爆炸造成的危害大于物理爆炸造成的危害。 空分設備物理爆炸發(fā)生原因為： 1、存有低溫液體的分餾塔內(nèi)進入大量高溫氣體，低溫液體急劇汽化，造成分餾塔內(nèi)壓力升高，安全閥卸壓速度慢，空分塔發(fā)生變形破裂。 2、空分冷箱內(nèi)存有低溫液體的分餾塔外裝滿數(shù)千立方保溫材料珠光砂，分餾塔發(fā)生漏液故障，珠光砂內(nèi)就會存有大量低溫液體，遇到高溫氣體，低溫液體急劇蒸發(fā)，把空分冷箱撐破，珠光砂大量噴到周圍，專業(yè)術語稱為砂爆或液爆。 空分設備化學爆炸發(fā)生原因為： 1、1%液氧排放不及時，液氧中碳氫化合物積聚，達到超標，液氧中的總碳氫化合物，尤其是乙炔，會發(fā)生超標反應，造成化學爆炸。液氧中乙炔超過0.5PPm或者碳氫化合物總含量超過300PPm，就有可能發(fā)生自燃爆炸。 2、膨脹機密封氣管道堵塞，膨脹機軸承潤滑油經(jīng)過油封滲入到空氣側，被膨脹空氣帶入上塔，造成上塔底部主冷液氧中總碳氫化合物含量超標。 3、分子篩后二氧化碳分析儀失靈，并且分子篩發(fā)生超期使用，超溫使用，再生不足，進入游離水，進油中毒等原因，不能完全吸附二氧化碳、總碳氫化合物等，碳氫化合物穿過分子篩進入分餾塔內(nèi)，造成下塔底部液空和上塔底部主冷液氧總碳氫化合物含量超標。 4、對于自由端軸承在吸風管內(nèi)的空壓機來說，自由端軸承密封氣管斷開或堵塞，吸風管內(nèi)產(chǎn)生的負壓會把軸承內(nèi)的、潤滑油吸入空氣中，造成分子篩中毒，空氣中的總碳氫化合物會穿過分子篩，進入分餾塔內(nèi)，造成下塔底部液空和上塔底部主冷液氧總碳氫化合物含量超標。 5、由于化工廠或化工車輛放散口在空壓機吸風口附近放散雜環(huán)烴1#、雜環(huán)烴2#、粗酚、輕粗苯、硫磺、硫酸銨等化產(chǎn)氣體，空氣含有大量的總碳氫化合物。空壓機吸入總碳氫化合物含量高的空氣，會造成總碳氫化合物會穿過分子篩，進入分餾塔內(nèi)，造成下塔底部液空和上塔底部主冷液氧總碳氫化合物含量超標。

2019-12-10

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2019-09

啥叫空分？空分裝置和系統(tǒng)流程大揭秘

大家對各類壓縮機、汽輪機并不陌生，但是他們在空分環(huán)節(jié)的作用，你是否真正了解？工廠里的空分車間，你知道是什么樣的嗎？空分，簡單地說，就是用來把空氣中的各組份氣體分離，生產(chǎn)氧氣、氮氣和氬氣的一套工業(yè)設備。還有稀有氣體氦、氖、氬、氪、氙、氡等。 空分設備是以空氣為原料，通過壓縮循環(huán)深度冷凍的方法把空氣變成液態(tài)，再經(jīng)過精餾而從液態(tài)空氣中逐步分離生產(chǎn)出氧氣、氮氣及氬氣等惰性氣體的設備，普遍應用于傳統(tǒng)的冶金、新型煤化工、大型氮肥、專業(yè)氣體供應等領域。 簡單來說就是空分的系統(tǒng)流程包括： ■ 壓縮系統(tǒng) ■ 預冷系統(tǒng) ■ 純化系統(tǒng) ■ 換熱系統(tǒng) ■ 產(chǎn)品送出系統(tǒng) ■ 膨脹制冷系統(tǒng) ■ 精餾塔系統(tǒng) ■ 液體泵系統(tǒng) ■ 產(chǎn)品壓縮系統(tǒng) 我們按照空分系統(tǒng)流程對設備進行一一介紹： 壓縮系統(tǒng) 有自潔式空氣過濾器、汽輪機、空壓機、增壓機，儀表壓縮機等。 （1）自潔式過濾器一般隨著氣量的增大，濾筒數(shù)增多，層數(shù)也越高，一般2.5萬等級以上雙層，6萬等級以上三層布置；一般單臺壓縮機需要單獨布置過濾器，同時布置在上風口。 （2）汽輪機是高壓蒸汽進行膨脹做功，帶動同軸葉輪轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)進行對工質(zhì)做功的型式。汽輪機一般常用的有三種形式：全凝、全背壓和抽凝，較為常用的是抽凝。 （4）空壓機一般大型空分裝置投資均為單軸等溫型離心壓縮機，進口較國產(chǎn)能耗低2%左右，投資高80%；空壓機采用出口放空，不設置回流管路，一般有最 小吸入流量防喘振要求，采用入口導葉進行流量調(diào)節(jié)，進口國產(chǎn)機組均是四級壓縮三級冷卻（末級不冷卻）。主空壓機配備一套水洗系統(tǒng)，用以沖洗各級葉輪和蝸殼表面沉積物。該系統(tǒng)隨主機成套。 （5）增壓機一般大型空分裝置投資采用單軸等溫型離心壓縮機和齒輪式離心壓縮機兩種，其中齒輪式在能耗上占較大優(yōu)勢，尤其壓比較大的工況。 （6）儀表氣壓縮機一般有三種形式：無油螺桿機，活塞式和離心式。由于活塞式和離心式天然無油，所以不需要除油裝置，只需要配套干燥裝置（除水）和精密過濾器（除固體顆粒）即可；而螺桿機一般有有油和無油然后除油兩種，噴油螺桿機需要設置除油裝置，同時需要設置精度非常高的除油過濾器，以滿足工藝要求，這種機型的優(yōu)勢是價格較便宜；無油螺桿采用干轉(zhuǎn)子或者水潤滑，這種機型優(yōu)點是不含油，缺點是價格較貴。氣量500Nm3/h以下適合選活塞式；氣量在2000Nm3/h以下適合選螺桿機或活塞機；氣量在2000Nm3/h以上即三種機型都可以選，氣量大時離心式壓縮機較有優(yōu)勢，其易損件較少，同時好維護，性價比較高。 儀表壓縮機在開車時使用，正常運行后由分子篩純化器后抽取。 預冷系統(tǒng) 預冷系統(tǒng)空冷塔有兩種形式：閉式循環(huán)（空冷塔分為上下兩段，冷凍水在空冷塔上段和水冷塔之間循環(huán)）和開式循環(huán)（進循環(huán)水系統(tǒng)），閉式循環(huán)主要應用于水質(zhì)不好的化工廠，需要補充新鮮水及藥劑；開式循環(huán)應用較廣，但是循環(huán)水系統(tǒng)同樣也需要定期補充新鮮水，預冷系統(tǒng)還需要考慮夏天工況。 空冷塔一般設計為底部為1米φ76不銹鋼鮑爾環(huán)（耐高溫），3米φ76增強型聚丙烯鮑爾環(huán)（大通量），4米φ50增強型聚丙烯鮑爾環(huán)。 水冷塔也有兩種：兩段式（無外加冷源時，干燥污氮氣的冷量回收充分，使之預冷系統(tǒng)有保障，但是阻力大一倍，（7米+7米φ50聚丙烯鮑爾環(huán)）和一段式（有外加冷源時，8米φ50聚丙烯鮑爾環(huán)）。 此外，預冷系統(tǒng)一般所有進水均要設置過濾器（一般6臺：4臺水泵，水冷塔進水，冷水機組蒸發(fā)側進水），防止雜質(zhì)帶入系統(tǒng)。預冷系統(tǒng)的效果檢測為：下段4米填料段出口氣比進水低1℃；上段8米填料段出口氣比水高1℃，一般在空冷塔中部設置測溫計（伸入內(nèi)部）。 純化系統(tǒng) 純化系統(tǒng)采用的的吸附器有立式軸向流，臥式雙層床和立式徑向流三種。 立式軸向流主要用于1萬等級（直徑已經(jīng)到4.6m）以下空分設備的配套，床層厚度1550∽2300mm，雙層單層均可布置，立式軸向流吸附器的氣流分布最 好。 臥式雙層床主要用于大中型空分設備的配套，床層厚度1150mm（分子篩）+350mm（鋁膠）。 立式徑向流吸附器可以有效利用容器內(nèi)部空間，使得同直徑吸附層面積擴大1.5倍左右，這樣可以有效降低塔器高度，同時立置方式占地面積較小。由于氣流分布均勻，不像臥式吸附器氣流不均，使得分子篩用量減少20%，再生能耗也節(jié)省20%。 但是立式徑向流缺點是氣流中心集中（扇形區(qū)），使得其比臥式穿透時間要快（要求CO2＜0.5ppm）。床層厚度1000mm+200mm，立式徑向流可以滿足2萬等級以上的空分設備的配置。 再生加熱有電加熱器和蒸汽加熱器兩種方式。 蒸汽加熱器有臥式（4萬等級以下），立式（4萬等級以上），立式高 效蒸汽加熱器（蒸汽利用率高，節(jié)能20%）布置方式有：一臺蒸汽加熱器（有H2O泄漏測點）；電加熱器（兩用一備或者一用一備）并聯(lián)（高溫低流量聯(lián)鎖停設置，防止燒壞，加熱管材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti）；電加熱器（滿足活化再生，250∽300℃）與蒸汽加熱器并聯(lián)；電加熱器與蒸汽加熱器串聯(lián)（蒸汽溫度低時，不過造成再生阻力較大）。 對純化系統(tǒng)還需要設置節(jié)流再生管路以滿足開車需要。另外再生氣側設置安全閥，蒸汽加熱器側設置安全閥，防止設備或者閥門壓力高側泄漏或者超壓，以及節(jié)流超壓。 再生流路配置手動蝶閥來調(diào)配阻力，以使得主塔運行穩(wěn)定（或者不設置，采用總管設置調(diào)節(jié)閥時序調(diào)節(jié)）。 換熱系統(tǒng) 換熱系統(tǒng)嚴格來說多股流混合介質(zhì)設計在同一換熱器里，讓各介質(zhì)傳熱自動平衡，能耗最 低，但是這樣對于內(nèi)壓縮流程會造成全部換熱器均為高壓換熱器，會造成投資的積聚增加，所以2萬等級以上內(nèi)壓縮換熱器組織還是采用高低壓分開的辦法，更為經(jīng)濟些，2萬等級以下采用全部高壓換熱器配置。 產(chǎn)品送出 低壓氧氮產(chǎn)品，設置產(chǎn)品調(diào)節(jié)閥與放空流路，放空進消音器（氮氣內(nèi)件為碳鋼，氧氣內(nèi)件為不銹鋼）。污氮氣設置去水冷塔放空（起污氮氣放空作用、調(diào)配再生氣以及調(diào)整上塔壓力的作用，要求水冷塔塔徑能夠滿足泄放要求，尤其有氮氣也通入的場合，不能使上塔壓力憋高，水冷塔阻力6kPa(8米高填料)，管路及閥門4kPa，對大氣放空壓差2kPa，總共12kPa）。 高壓氧氣產(chǎn)品，放空采用兩級節(jié)流，先是高壓產(chǎn)品氣節(jié)流至10barG，經(jīng)過偏心異徑管，中間設置蒙乃爾降噪板，再通過偏心異徑管擴大管路直徑，氧氣介質(zhì)流速控制在10m/s以下，再通入消聲塔節(jié)流放空，消聲元件不銹鋼；高壓氮產(chǎn)品，氮氣產(chǎn)品先節(jié)流至10bar，通過不銹鋼降噪板，再通入消聲塔節(jié)流放空，消聲元件碳鋼；氧氣閥門要求不得人去操作（調(diào)節(jié)閥禁帶手輪，手動閥放置防爆墻內(nèi)）。 消聲塔還可以與壓縮機系統(tǒng)放空合二為一，空壓機增壓機降噪（按照空壓機量計算），通入消聲塔，以及純化系統(tǒng)泄壓空氣，增壓機打回流，泄放部分。 膨脹制冷系統(tǒng) 膨脹機一般有三種，即低壓膨脹機，中壓膨脹機和液體膨脹機。 對于一定類型的氣體膨脹機來說，工質(zhì)體積流量越大，效率越高。一般流量8000Nm3以上的低壓膨脹機效率為85∽88%，流量小于3000∽8000Nm3效率會低至70∽80%。 中壓膨脹機一般采用一臺進口一臺國產(chǎn)（備用）。氣量8000Nm3/h以上進口膨脹機效率82∽91%（增壓端少4個點）；國產(chǎn)膨脹機效率78∽87%（增壓端少5個點）。 膨脹機啟動前需要先吹掃（除去管系雜質(zhì)，膨脹機蝸殼內(nèi)雜質(zhì)），再通密封氣（正常時由增壓端提供），然后進行油系統(tǒng)外循環(huán)，內(nèi)循環(huán)，做完聯(lián)鎖測試然后方能啟動，冷試合格后冷緊；冷啟動需要啟動油箱加熱器，正常運行后不需要，此時軸承的冷熱已經(jīng)平衡。 液體膨脹機本質(zhì)是利用高壓液體的壓力頭來進行水力做功（同時液體焓值降低，但是與氣體相比，相差甚遠），一般4萬等級以上內(nèi)壓縮空分設備均可用液體膨脹機代替高壓液空節(jié)流閥。它的優(yōu)勢為利用液體膨脹機制冷和膨脹功發(fā)電達到節(jié)能目的，一般可實現(xiàn)節(jié)能2%左右，但是其投資達千萬元。 精餾塔系統(tǒng) 下塔1.5∽5萬等級采用篩板塔較多，環(huán)流塔板在1.5萬等級以下直徑塔較有優(yōu)勢（液體流程較對流長，但是制造復雜），對流3萬等級以下應用較多，1.5萬等級以上較占優(yōu)勢，四溢流在3萬等級以上大塔較占優(yōu)勢，填料塔能耗較低，不過下塔高度要增加5米左右。5萬等級以上空分較占優(yōu)勢，尤其上下塔平行布置的情況。 上塔、粗氬塔及精氬塔采用填料塔，廠家一般為蘇爾壽或天大北洋，對粗氬塔冷源配置一般是富氧液空，同時可將廢氣放散入污氮氣管路，氬系統(tǒng)停運時能耗低；精氬塔熱源為富氧液空，或下塔氮氣，冷源可以是貧液空或者液氮，進料有液相和氣相兩種。需要注意的是粗氬塔冷凝器板式的密封性要求較高，否則會導致氬產(chǎn)品不合格。 主冷有單層，立式雙層、臥式橫列雙層，立式三層和降膜主冷（液氧與氣氧向下，與氮氣同流向）。 精餾塔系統(tǒng)的布置有6種方式： （1）上下塔垂直布置，為常規(guī)布置方式，高度較低，無下塔液體難以進入上塔或者粗氬塔冷凝器的狀況（管路全液相上行背壓能夠滿足，此時管徑不能小）； （2）上下塔垂直布置，為常規(guī)布置方式，高度適中，下塔液體難以進入上塔或者粗氬塔冷凝器采用設置汽提管路帶液體去上塔（要求管路出口滿足ρυ2＞3000，ρ為密度，υ為流速，進氣位置在管路汽化率為1%高度處，此時需要適當縮小管徑，同時液體過冷度不能大）； （3）上塔自氬餾分段落地布置，采用兩臺循環(huán)氧泵連接，降低上塔高度可以解決下塔液體無法進入上塔或者粗氬塔冷凝器的狀況； （4）上塔自氬餾分段落地布置，采用循環(huán)泵連接，粗氬塔最 上段座在上塔上部，這樣可以使冷箱空間縮小； （5）上塔自主冷落地布置，采用循環(huán)泵連接，主冷在下塔頂部，優(yōu)點是主冷可以做的很大； （6）上塔自主冷落地布置，采用循環(huán)泵連接，粗氬塔最 上段座在上塔上部，優(yōu)點是主冷可以做的很大，同樣可以使冷箱空間縮小。 液體泵系統(tǒng) 臥式泵水平布置（進液管低于排液管），需要設置加溫氣（設置在泵后，或者泵前過濾器前，防止雜質(zhì)進入），密封氣，排液排氣閥（低處排液，高處排氣）和回流管路（回液進氣相），臥式泵轉(zhuǎn)速不能太高，一般排壓30barG以下，臥式泵由于水平布置，冷態(tài)收縮軸承受力較好，但是轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)子動平衡不好滿足。 立式泵采用軸承懸掛式布置（進液管高于排液管），承受向下拉力較大，轉(zhuǎn)子重心與軸重合，轉(zhuǎn)速可以很高；一般30bar以上，需要設置：泵前回氣（注意臥式泵無），加溫氣（設置在泵過濾器前，高處進氣）， 密封氣，排液排氣閥（低處排液，高處排氣，預冷時看是否冷透）和回流管路（回液進氣相）。立式泵一般均是多級，回氣管路要求不得向下（平出，或者傾斜向上），否則會造成氣體不能排出，易導致泵汽蝕。另外低溫泵電機需要設置吹風管路，防止夏天過熱，冬天結霜。 液氧泵液氮泵在線冷態(tài)備用，其中液氮泵密封氣密封氣壓力7barG以上；氧泵密封氣壓力4barG(下塔壓力氮氣即可滿足)；循環(huán)液氬泵，一用一備，密封氣一般采用液氬汽化密封，要求流量有20%的余量。一般液氬泵自身回流閥壓力-旁通控制，出口閥流量-液位控制，采用雙回路控制。 產(chǎn)品壓縮系統(tǒng) 氮透一般壓縮空氣的均可滿足，氮氣透平壓縮機壓力較高采用齒輪式較為節(jié)能。 氧透根據(jù)排壓有單缸（壓力低）和雙缸（高壓缸和低壓缸）（8級壓縮至30bar），一般30barG以下，需要設置5barG的密封氣（壓力氮氣可滿足），同時由于氧氣介質(zhì)有高壓高溫火患原因，所有過流部分均采用銅合金，需要設置保安氮氣，一般由工程設計院考慮；進口氧透價格較高，為國產(chǎn)2倍左右，一般不采用，目前一般均杭氧氧透，排壓3∽30barG，流量8000Nm3/h以上均可滿足。但是流量小，氧透效率較低，一般8000Nm3/h（55%）∽80000Nm3/h（68%）。 氧透一般應用于外壓縮流程，從3∽30barG均有,不過一般要和帶增壓機的內(nèi)壓縮流程（效率一般70%以上，也有流量限制，效率要較氧透高10個點以上，這樣甚至可以抵消外壓縮較內(nèi)壓縮少復熱附加能耗損失的優(yōu)勢，但是內(nèi)壓縮用于鋼廠排壓需要提高，以免換熱系統(tǒng)波動）進行能耗比較，最 后確定方案。 哪些業(yè)界口碑企業(yè)？ 位于杭州富陽經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)的浙江中頤氣體科技有限公

2019-09-29

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2019-06

空分裝置在鋼鐵行業(yè)的應用（常規(guī)高爐冶煉和熔融還原工藝及用氧計算）

鋼鐵企業(yè)冶煉生產(chǎn)工藝中需大量使用氧氣、氮氣、氬氣等工業(yè)氣體。氧氣主要用于高爐、熔融還原煉爐、轉(zhuǎn)爐、電爐冶煉；氮氣主要用于爐子密封、保護氣、煉鋼精煉、轉(zhuǎn)爐濺渣護爐、保安氣體、傳熱介質(zhì)及系統(tǒng)吹掃等；氬氣主要用于煉鋼精煉等。為適應生產(chǎn)要求，保證生產(chǎn)安全穩(wěn)定運行，大型鋼廠均配置有專供的制氧站和氧氮氬動力管網(wǎng)系統(tǒng)。 大型全流程鋼鐵企業(yè)目前配置的常規(guī)流程為：焦爐、燒結、高爐煉鋼、轉(zhuǎn)爐電爐煉鋼、軋鋼工序等。因強調(diào)環(huán)境保護，簡化工藝流程，國際鋼鐵行業(yè)近代開發(fā)出鐵前區(qū)域短流程工藝-熔融還原煉鐵，在一個冶煉爐中直接將鐵礦原料還原為鐵水。 兩種不同冶煉工藝流程需要的工業(yè)氣體有較大差別，常規(guī)冶煉高爐需要氧氣量占鋼廠總需氧量28%，煉鋼需要的氧氣量占鋼廠總需用量的40%；而熔融還原（COREX）工藝煉鐵生產(chǎn)需要氧氣量占鋼廠總需用量的78%，煉鋼需用的氧氣量占鋼廠總需用氧氣量的13%。 上述兩種流程尤其熔融還原煉鐵工藝在我國已經(jīng)開始推廣。 鋼廠用氣要求: 高爐冶煉的供氧主要作用是冶煉中保證一定的爐內(nèi)高溫，而不是直接參與冶煉反應。氧氣混入高爐鼓風中，參混為富氧空氣進入高爐。以前工藝提出的鼓風富氧效率一般在3%以下，隨著高爐工藝的改進，為了節(jié)約焦炭，采用大噴煤工藝后，以及為滿足高爐生產(chǎn)提升產(chǎn)量，要求鼓風富氧率提高到5∽6%，用氧單耗達60Nm3/T鐵。 因高爐用氧參混的是富氧空氣，所以氧氣純度可為低純度。 熔融還原煉鋼工藝氧氣需要參與冶煉反應，其用氧量與煉鋼產(chǎn)量直接成等比關系，熔融還原爐用氧單耗為528Nm3/t鐵，是高爐流程用氧量的10倍。熔融還原爐要求維持生產(chǎn)的最小供氧量為正常生產(chǎn)用量的42%。 熔融還原爐要求的氧氣純度大于95%以上，氧氣壓力為0.8∽1.0 MPa,壓力波動范圍要求控制在0.8MPa±5%，氧氣必須確保有一定時間連續(xù)量的供應，例如對于COREX-3000爐，需考慮液氧貯備550t。 煉鋼工藝與高爐、熔融還原爐冶煉方式不同，轉(zhuǎn)爐煉鋼用氧為間斷使用，吹氧時負荷大，并且氧氣參與冶煉反應，其需要氧量與煉鋼產(chǎn)量有直接的等比關系，用氧單耗約為60Nm3/t鋼，要求的氧氣壓力大于1.4MPa,氧氣純度≥99.5%。 為了提高轉(zhuǎn)爐使用年限，目前鋼廠普遍采用氮氣濺渣護爐工藝技術，氮氣為間斷使用，使用時負荷大，要求的氮氣壓力大于1.4MPa。 煉鋼精煉需要氬氣，隨著產(chǎn)鋼品種提升，精煉要求更高，用氬量逐步增加。 冷軋機組用氮量要求單耗達50∽67Nm3/t,隨著鋼廠軋鋼區(qū)域冷軋機組的增建，鋼廠的用氮量提升很快。 電爐煉鋼主要利用電弧熱，在電弧作用區(qū)，溫度高達4000℃。冶煉過程一般分為熔化期、氧化期和還原期，在爐內(nèi)不僅能造成氧化氣氛，還能造成還原氣氛，因此脫磷、脫硫的效率很高。中頻電弧爐是一種將工頻50HZ交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l（300HZ以上至1000HZ）的電源裝置，把三相工頻交流電，整流后變成直流電，再把直流電變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)的中頻電流，供給由電容和感應線圈里流過的中頻交變電流，在感應圈中產(chǎn)生高密度的磁力線，并切割感應圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產(chǎn)生很大的渦流。氧單耗達42∽45 Nm3/t。 平爐煉鋼工藝用的原材料為：①鋼鐵料如生鐵或鐵水、廢鋼；②氧化劑如鐵礦石、工業(yè)純氧、人造富礦；③造渣劑如石灰（或石灰石）、螢石、鐵礬石等；④脫氧劑和合金添加劑。 氧氣作用為提供氧化性氣氛，平爐熔煉室內(nèi)燃燒氣體（爐氣）中含有O2、CO2、H2O等，在高溫下，強氧化性氣體向熔池供氧量每小時可達金屬重量的0.2～0.4%，對熔池起氧化作用，使爐渣始終有較高的氧化性。 提示：單靠爐氣供氧，速度慢，加鐵礦石或吹氧可加速反應過程。 鋼廠用氧特點：氧氣放散和用氧調(diào)峰。 怎樣滿足鋼廠用氧需求？一般采取以下方式滿足： * 采用變負荷，自動化程度高的先進控制，以減少氧氣放散，可以多套組合 * 應用傳統(tǒng)方式采用多組調(diào)峰球罐，以加大緩沖力度，使得某一時間段內(nèi)用氧總量穩(wěn)定，可以減少氧氣放散量，同時減小裝置規(guī)模 * 在用氧低谷時，采用抽取液氧方式將多余氧氣抽出；用氧高峰時，采用汽化方式彌補氧氣量；當液氧外抽量受冷量不足限制時，采用外液化方式將放散氧氣液化，采用汽化方式將液氧汽化 * 采用多家鋼廠聯(lián)合并網(wǎng)供氣，根據(jù)用氣時間點的不同，使得總供氧規(guī)模穩(wěn)定 空分裝置的配套工藝 在制定制氧站的工藝方案時需要對機組能力、產(chǎn)品純度、輸送壓力、升壓工藝、系統(tǒng)保安、總體布置、噪聲治理做專題認證。 大型鋼廠用氧量大，例如年產(chǎn)1000萬噸鋼廠的高爐工藝流程用氧量要達到15萬Nm3/h，年產(chǎn)300萬噸鋼廠的熔融還原爐工藝流程用氧量要達到24萬Nm3/h，目前配套成熟特大型空分裝置為6∽10萬等級，在選擇裝置規(guī)模時應當從總設備投資、運行能耗、備件維護、占地面積等方面考慮。 鋼廠煉鋼用氧計算 例如單臺爐子，周期是70min,用氣時間50min。用氣時用氣量為8000Nm3/h，則需要空分裝置（連續(xù)）產(chǎn)氣為總氣量8000×（50/60）÷（70/60）=5715Nm3/h.則空分裝置可以選擇5800Nm3/h。 一般噸鋼用氧量為42-45Nm3/h(每噸)，需要兩者核算，并且以此為準。 當前我國鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)能已躍居世界前列，但特種鋼材尤其一些關乎國計民生的重要領域用鋼仍然依賴進口，所以以寶武鋼廠為首的國內(nèi)鋼鐵企業(yè)任重而道遠，對于高精尖領域的突破尤為緊迫。 近年來鋼鐵行業(yè)對空分產(chǎn)品的需求越來越多樣化，許多用戶不僅需要氧氣，而且需要高純度的氮氣和氬氣，甚至其它稀有氣體。目前武鋼、首鋼等幾大鋼廠均已有多套全提取空分裝置在運行，空分裝置副產(chǎn)稀有氣體不僅可以滿足國民生產(chǎn)需求，而且可以較大的經(jīng)濟效益。 隨著鋼廠的大型化發(fā)展，與其配套空分裝置也向大型化邁進，空分行業(yè)在經(jīng)歷了數(shù)十年的大發(fā)展后，國內(nèi)空分企業(yè)也在積極趕超世界領先企業(yè)，國產(chǎn)供貨商以杭氧股份等空分制造廠為代表，已研發(fā)出8-12萬等級的超大型空分設備，稀有氣體裝置國內(nèi)也已成功研發(fā)，電子特氣國內(nèi)起步較晚，但也在加大研發(fā)力度，相信隨著科學技術的進步，我國氣體分離行業(yè)將會走出國門、走向世界。

2019-06-14

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