空分设备主冷返充的开车实践

摘 要：空分设备冷开车之前或开车积液过程中，可结合主冷液氧液位高度与参与精馏的冷量富裕情况，考虑通过一定方法对空分主冷返充低温产品液体，来提高空分设备的开车效率，可有效缩短调纯出产品时间。文章重点介绍了南钢制氧厂通过液化装置对主冷返充液氧的具体方案和操作技术要领，分析了该返充方法的可行性与优越性。

关键词：空分设备；液化装置；开车；返充主冷

钢铁企业中经常发生转炉炉役、高炉休风等检修项目，这期间将造成空分设备生产出的高纯氧气大量放散，致使严重的能源浪费，对制氧厂的节能减排、生产成本控制等工作带来严重的不利。制氧厂也只能根据钢铁生产单位的检修计划对空分设备进行不定期的全系统开、停车来降低氧气放散率。南京钢铁联合有限公司（文中简称：南钢）现有5套空分设备，最大生产保供能力为120000m3/h氧气。1号20000m3/h空分设备全系统停机频繁，停机时间少则数天，多则不限。

1 返充主冷的意义

1.1 返充主冷的必要性

空分设备冷箱采用珠光砂（又称膨胀珍珠岩砂浆）作为隔冷层材料，但其隔冷效果并非绝对可靠。空分设备停机期间，精馏塔跑冷现象难以避免，这就致使了空分设备开机过程中参与精馏的冷量不足而大大延长开机调纯出产品时间，浪费大量电能，致使降本压力巨大。

1.2 返充主冷的经济性

以南钢制氧厂KDON-20000/30000型空分设备全系统停机一周后恢复开车为例，空分设备开机过程中：空压机平均运行电流为600安培，电压10千伏；水处理和空分氮水预冷系统的运行水泵电流总和约800安培，电压0.38千伏；液化装置返充空分主冷补充低温液氧约20吨，空分设备开机过程耗时缩短8小时计算；液化装置每产一吨液氧耗电约836kWh（含外压缩制氧机生产低压氧气和氧压机压缩氧气的电耗）。用液化装置返充主冷进行冷开车年直接经济效益约40万元。

2 空分设备开车与返充主冷前的仪控保障

目前大型空分设备以集中监视操作为主，就地监视操作为辅的原则对其进行操控，故仪控系统是大型空分设备的一个重要组成部分。根据空分工艺流程的需要，配备了各种仪表及自控装置来监控各设备的工艺参数，并实现各主要操作阀门的自动控制或遥控操作，以及必要的联锁保护措施，以实现空分设备安全可靠稳定运行。仪控装置的完好与否将对空分设备开车及返充主冷过程是否顺利产生直接影响。

空分设备开车与返充主冷前，应提前对各大压缩机的进口导叶、防喘振阀、放空阀等；空分膨胀机与液化膨胀机喷嘴、紧急切断阀、回流阀、转速表；关键温度、压力测点；各系统重要阀门（如板式换热器的进气阀V111～V114）；进行调试，确保其指示准确，动作灵敏、精确，避免因以上的问题而影响开车进度和开车安全。对空冷塔、水冷塔、主冷、下塔等部位的液位计进行检查确认，确保其指示准确，防止多指或少指现象发生，以免在空分开车期间因液位计指示不准而发生安全事故。还要对各压缩机进行空投实验，对分子筛程序进行模拟运行，确保空分设备开车与返充主冷过程顺利，以提高开车调纯出产品效率，避免因仪控系统方面的原因影响整个计划的进度。

3 返充主冷

3.1 返充主冷的常用方式

空分设备开车过程中，如果精馏塔内冷量严重不足，尤其是在积液阶段，将造成制氧机开车时间漫长，产品迟迟不达标而影响生产保供。

3.2 通过液化装置返充主冷

南钢制氧厂1号20000m3/h空分设备投运时，配置了一台YPON-2400/2200型氧氮液化装置。该制氧机组借助设备配置优势，在空分设备冷开车前或开车积液过程中，视情况及时启动氧氮液化装置液化中压管网氧气对空分主冷进行返充液氧，以补充空分开车过程中所缺少的冷量，从而达到空分开车快速出产品的目的。

3.2.1 空分设备冷开车返充主冷的方案

空分设备短时间停机后，冷箱内系统温度依然很低，主冷和粗氩Ⅱ塔底部甚至还有一定量的低温液体。待空分设备开车的具体时间定下来后，可根据主冷液位高度，提前启动液化装置，待液化装置全系统冷却至出液温度时，关闭低温液体进贮槽阀门，沟通液化装置液体平衡罐至主冷的真空管道，调整液化装置至最大生产负荷，把出液化装置液体平衡罐的液体压力控制在0.35MPa左右，对空分主冷进行返充。当空分主冷液位满量程时，可对主冷继续返充，待产品氧气出主塔TI9测点温度开始微量下降时，停止主冷反冲。

液化装置返充空分主冷的流程所示。空分主冷返充过程中，液化装置的低温膨胀机ET1转速SRAS401YB控制在约28000rpm，高温膨胀机ET2转速SRAS401YB控制在约38000rpm，出低温膨胀机氮气温度TE4y控制在-184℃附近，来自管网原料氧气流量FT102y控制在2400m3/h附近，出换热器氧气温度TE8y控制在-173℃附近，出液氧平衡罐SV2压力PT10y控制在0.35MPa附近。全关液氧贮槽SV1701进液阀V1804，确保V1803、V352、V309y等吹除阀全关。打开液氧平衡罐SV2送液阀V10y、V311y，打开空分主冷K1排液阀V7并确保其电磁阀得电。沟通液氧平衡罐SV2至空分主冷K1间的真空管道后，开始对空分主冷K1进行返充低温液氧。待空分主冷K1液位LI2满量程后约2小时，关闭空分主冷K1排液阀V7，打开液氧贮槽SV1701进液阀V1804，把液化装置产的低温液体送进液氧贮槽，空分主冷返充结束。

空分开车过程中可视参与空分精馏的冷量富裕情况，按照以上方法考虑是否对空分主冷再次返充。因主冷返充的液氧纯度在99.6%以上，故该返充过程不但补充了空分精馏所需的冷量，同时还可大大缩短开车调纯出氧时间。

3.2.2 空分设备热开车返充主冷的方案

空分设备热开车过程中，由于空分冷箱内板式换热器、主塔、氩塔等设备均处于常温状态，为确保反冲主冷操作和设备本体安全，必须等空分冷箱内系统彻底冷却后，控制好通过液化装置返充主冷的介质温度，最好进入积液阶段后再进行主冷返充。空分设备热开车的冷却阶段，可同时启动两台空分膨胀机进行制冷，当开车进入积液阶段时，可以对空分主冷参照空分设备冷开车主冷返充方案进行返充，视参与精馏的冷凉富裕情况，考虑开车是否直至产品合格后停止空分主冷的返充。南钢制氧厂通过液化装置对空分设备主冷返充热开车，比设计出产品时间缩短约14小时。

3.3 采用液化装置返充主冷的优越性

为缩短空分设备开车出产品时间，国内曾有过用低温液氧泵抽取液氧贮槽液氧返充空分主冷的案例，但因液氧泵打出的低温液氧压力高、流量大、流速快等特点，空分设备开车期间，液氧可能大量汽化，带出装置的气体氧浓度较高，对分子筛电炉的使用存在安全隐患，另外，液氧中的碳氢化合物会浓缩积聚，用该方法对主冷返充过程存在极大的安全风险，故该返充主冷法一直不被业内认同。另外，用液氧槽车返充主冷，同样存在安全隐患，且槽车的货源较复杂，槽车内液氧的成分若不进行严格的分析把关而直接返充主冷，存在较大的安全风险。通过不断的创新攻关，经过大量实践与论证，制氧厂上下一致认为用液化装置生产的低温液氧产品返充空分主冷，可消除用液氧泵返充主冷所存在的诸多安全隐患，既方便可靠，又经济实用。

4 结束语

在宏观经济的“新常态”下，实现空分设备的低耗高效生产运行显得愈发重要。通过液化装置液化管网氧气返充空分设备主冷，实现了空分设备低能耗、高效率开车，达到快速调纯出产品的保产保供目的。操作过程简单、安全、方便、稳定，大量减少了空分设备开车电耗损失，有效降低了劳动力强度，实用性较强，推广前景好。