首页 >> 行业知识 >> 制氮机(制氮设备)流程的选择

常州中天钢铁有限公司先后于2003年1月和
2003年11月与杭州制氧机集团公司签订两套
KDON一20000/10000型内压缩流程空分设备合同。
第一套空分设备建设已基本完成。现就我厂内压缩
流程空分设备的选择配置,内、外压缩流程的比较
及内压缩流程的几个核心问题做简单的介绍。
1 各系统的配置情况
1.1 空气压缩系统
空气压缩系统选用德国Atlas 公司提供的
GT087L3K1型离心式空气压缩机,由ABB公司的高
压异步电动机拖动,额定排气流量为104000m /h,
额定排气压力为0.612MPa(A),采用DCS控制。
1.2 预冷系统
采用氮水预冷系统,由于该20000m3/h空分设
备氮气大量剩余,所以利用多余的氮气、污氮气去
冷却循环水,取消了冷水机组。因为冷水机组管理
维护较困难,对水质要求很严格,所以节约了资金
及维护管理工作。
1.3 纯化系统
卧式双层分子筛吸附器,采用电加热器为分子
筛再生提供热源, 自动切换蝶阀选用的是无锡工装
产品。
1.4 增压机系统
选用德国Atlas公司提供的GT032L4K1型空气
增压压缩机,四级三段压缩。压力为2.2MPa的空
气循环中抽气去透平膨胀机系统提供冷源,流量为
23000~28500m3/h;压力为5.8MPa的底抽气去液
氧换热器复热液氧,流量为3000m3/h;在使液氧
汽化和复热的同时,这股5.8MPa的高压空气则被
冷却和液化,然后被节流至0.48MPa,进入精馏
塔。这样使加压后低温液氧的冷量被利用起来,使
循环达到最经济。
另外还有一种是以氮气作为介质循环的内压缩
流程,选用循环氮气压缩机,利用高压氮来使加压
液氧汽化复热,回收其低温冷量。一般对高压压力
氮有大量需求的化工企业(如大化肥企业),常采
用这种流程。但它存在着一些缺点:由于氮气的冷
凝温度比空气低,氮气的潜热比空气小,这就意味
着要汽化相同质量的液氧所用的压力氮气比空气要
多,而且要求氮气的压力要高于空气的压力。循环
氮压机的吸人压力是来自上塔的氮气压力,比增压
空压机的吸人压力要低,所以循环氮压机的压缩比
要比增压空压机的大,循环氮压机的尺寸要比增压
空压机的大,功耗也要高一些。
再循环氮气主要是作为吸收和转移低温冷量的
一种载体,而空气则不仅完成此功能,还与精馏有
机地结合起来,使精馏过程更加有效。
1.5 膨胀机系统
选用德国Atlas公司提供的ETBI50MS型透平
膨胀机,增压端压力为2.8MPa,膨胀后压力为
0.48MPa,采用增压机中抽气膨胀后送人下塔,膨
胀机增压端与膨胀端为同一流路,操作方便,反应
灵敏。
1.6 分馏塔系统
主换热器选用美国CHART公司的产品,三组
并联使用;离心液体泵选用法国CROYSTAR公司
产品;下塔采用铝制对流筛板塔,上塔、粗氩塔、
精氩塔全部采用规整填料塔。
1.7 DCS系统及在线分析系统
DCS采用上海FOXBOR公司的产品,设有两个
操作站,实现对整个过程的检测、记录、操作等。
在线分析仪表采用北京汉科威公司的产品,同
时将参数接人DCS系统,实现在线检测和分析。
2 20000ma/h空分设备的主要指标
20000m3/h内压缩流程空分设备的主要指标见
表1。
表1 20000m3/h内压缩流程空分设备的主要指标
项 目 指 标
空压机排气量 104000m3/h
空压机排气压力 一0.516 MPa(G)
氧气产量 20000 m3/h
纯 度 99.6%02
压 力 2.5MPa(G)出冷箱
液氧产量 900m /h
纯 度 99.6%01
氮气产量 10000m3/h
纯 度 ≤5 X l0一 02
压 力 8kPa(G)出冷箱
液氮产量 100m3/h
纯 度 ≤5 X l0~O2
精液氩产量 800m3/h
纯 度 99.9995%Ar(≤2 X l0一 02 ≤3 X l0一 N2)
压 力 160kPa(G)
制氧单耗 0.66kW·h/m3
3 内压缩流程与外压缩流程的比较
3.1 内压缩流程的安全性得到了较大的提高
氧气是一种助燃物质,氧气压力越高,在压缩
过程中的着火危险性也越大。内压缩流程产品氧的
加压是在极低温下进行的,所以将着火的危险性降
低。烃的积累也是造成空分设备爆炸的主要原因,
在较高的液氧压力下随着液氧沸腾温度的升高,烃
的挥发度及溶解度也随之提高,因此烃在此环境下
析出的可能性降低了,从而使内压缩流程的安全性
有了很大的提高。
3.2 内压缩流程的能耗有所提高
内压缩流程可以用高压空气来汽化液氧,也可
以用循环氮气来汽化液氧,无论用哪种介质,内压
缩流程的功耗都要稍高于使用氧透的外压缩流程。
就中天钢铁公司的20000m3/h内压缩流程空分设备
而言,所选用空气增压机功率为5000kW;若选用
外压缩流程,配20000m3/h氧透功率约为3000kW。
两者之差可以认为是不用氧压机而使装置更加安全
所付出的代价。
3.3 内压缩流程空分设备占地面积小
内压缩流程中的空气增压压缩机,不管是单独
设置,还是与主空压机连体设置,都可以减少占地
面积。用循环氮压机的内压缩流程,循环氮压机也
可与氮压机合二为一,尤其对一些改扩建工程、土
地紧张的工程采用该流程是合适的。
3.4 内压缩流程空分设备易于维护
内压缩流程不用氧压机就可以提供很高的压力
氧,外压缩流程中,氧压力越高对氧压机的要求也
越高,氧压机制造困难,维护起来也难,因此,内
压缩流程越来越受到广大用户的青睐。但一些人也
认为内压缩流程投资较高,这主要与用户的配置有
关,比如三机一泵全部进口,加上关税,此投资要
比外压缩流程高(氧透可用国产,价格比进口的低
得多)。
3.5 内压缩流程操作困难。要求高
内压缩流程中空压机与增压机同时运行时,空
分设备才能正常运行,这两台机器的运行匹配与同
步要求很严,要求抗干扰。因这两台机器不同步、
不协调而停车的故障,在实际生产中出现较多。
内压缩流程要求氧气背压稳定,以保证主换热
器热交换完善和空分工况的稳定,但在实际生产
中,尤其是一些钢铁企业氧气压力频繁大幅度波
动,造成空分运行工况的不稳定,操作困难。
综上所述,可将内压缩流程与外压缩流程空分
设备做一比较,见表2。
表2 内压缩流程与外压缩流程空分设备比较
、、
、 流程 内压缩 外压缩 备

内 \ \ 流程 流程
装置安全性 高 低 内压缩无氧压机
装置的一次性投资 较低 较高
占地面积 较小 大
长期维护费用 较少 较多
液体产量 多 少
供氧可靠性 可靠 可靠
氧提取率 略低 高 视具体情况而定
氩提取率 高 略低
能耗 较高 较低
操作方便性 较难 容易
4 内压缩流程的核心问题
4.1 三机一泵的配置要可靠
近几年来国产内压缩流程逐渐与广大用户见
面,但关键部件的配置还主要依赖进口,如空压
机、增压机、膨胀机、液氧泵,甚至是主换热器
等,这些部机运行可靠,连续运转周期长。内压缩
流程空分设备的国产化率还有待于进一步提高。根
据当前国内外空分设备行业的现状,用户可以选择
所需的空分设备配置,以确保今后的安全稳定长周
期运转。当然由于用户的不同,投资预算不同,装
备也会不相同。
4.2 复热液氧用空气压力和流量的确定
高压空气的压力和流量是影响其功耗指标的主
要因素,直接影响到换热器的温度场和在各温度区
间正返流流体之间的温差,即不可逆损失。换热器
不可逆损失的大小与氧气所需求的压力关系很大,
若在液氧相变区的传热温差较大,过程的不可逆损
失也较大,维持一定的传热温差一般要求高压空气
的流量和压力要大于氧气的流量和压力。高压空气
的压力与氧气压力的匹配关系如图1所示。
氧气压力/MPa
图1 最小功耗时为使不同压力
的液氧汽化所需要的最佳空气压力
5 结束语
内压缩流程是今后大型空分设备的发展方向,
它具有安全性高、一次性投资低、维护方便、液体
量大等优点,合理选择是一个技术、经济问题,因
为它的能耗略高于外压缩流程,一些用电紧张、电
费较高的用户选择内压缩流程就不利了。因此选择
流程时进行客观的技术、经济分析是必要的。