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國(guó)內(nèi)制氧機(jī)經(jīng)過(guò)了50多年的發(fā)展，從50m3／h開(kāi)始，發(fā)展到大型制氧機(jī)，其工藝經(jīng)過(guò)了石頭蓄冷器換熱器流程、全低壓板式切換式流程、常溫分子篩吸附增壓膨脹機(jī)流程、規(guī)整填料上塔和全精餾制氬流程，制氧機(jī)技術(shù)隨著鋼鐵冶金、化工行業(yè)的發(fā)展而同步發(fā)展。由于行業(yè)的不同，對(duì)制氧機(jī)的選型要求也不同，本文對(duì)鋼鐵行業(yè)制氧機(jī)的選型要求進(jìn)行簡(jiǎn)析。

1 制氧機(jī)選型的依據(jù)

(1)鋼鐵企業(yè)的用氣量雖然時(shí)起時(shí)伏地變化，但可按每小時(shí)的氣體平均用量作為其消耗量，低峰與高峰用球罐貯存來(lái)平衡。外圍綜合管線中氣體采用中壓管道輸送到用戶區(qū)域，管道以平均用量高于一個(gè)等級(jí)調(diào)壓以后送往用戶。作為高爐富氧噴煤用氧，基本是平均用量，由此統(tǒng)計(jì)出整個(gè)企業(yè)的氧氣、氮?dú)?、氬氣用量，作為選擇制氧機(jī)類(lèi)型的依據(jù)。

(2)鋼鐵企業(yè)的用氣，主要是氣態(tài)。目前制氧機(jī)流程分為氣體外壓縮及內(nèi)壓縮兩種。內(nèi)壓縮流程由液氧泵壓縮至3．OMPa回收冷量，氣體出塔。外壓縮流程是回收冷量后的氣氧出塔，再經(jīng)氣體壓縮機(jī)壓縮到3．OMPa送出。從節(jié)能降耗的目的出發(fā)，應(yīng)選擇以生產(chǎn)氣體為主的全低壓、外壓縮流程。內(nèi)壓縮流程能耗略高，投資成本及運(yùn)行費(fèi)用也高。

(3)鋼鐵企業(yè)一般每年一次大修，而制氧機(jī)檢修周期一般為兩年一次。大修期間，制氧機(jī)氣體會(huì)產(chǎn)生放空現(xiàn)象。一個(gè)產(chǎn)量上千萬(wàn)噸大型鋼鐵企業(yè)，全年平均每個(gè)月都有車(chē)間檢修，但考慮到市場(chǎng)的銷(xiāo)售旺季與淡季，有時(shí)會(huì)有兩個(gè)以上車(chē)間同時(shí)檢修。雖然放空量可以由高爐調(diào)節(jié)富氧來(lái)達(dá)到氣量平衡，制氧機(jī)選型也要精確地考慮到用氣體量，盡可能地減少放空量。

(4)氣體外供可以是氣體和液體，所以在選擇制氧機(jī)的同時(shí)，要考慮一部分的液體、氣體外供。一般制氧機(jī)都可以生產(chǎn)部分液氧和液氮。液氧量可以達(dá)氧氣量的3％，如需供應(yīng)更多的液體，可選擇氣體液化設(shè)備來(lái)彌補(bǔ)，配貯存系統(tǒng)外供液體及應(yīng)付故障停車(chē)時(shí)的用氣。

(5)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)具有不間斷性的特點(diǎn)，特別是高爐、轉(zhuǎn)爐用氧、氮、氬，平時(shí)絕對(duì)不允許制氧機(jī)停產(chǎn)，所以制氧機(jī)的選型必須要考慮能長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。

(6)隨著鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品檔次和技術(shù)裝備的提高，對(duì)氣體質(zhì)量的要求越來(lái)越高，原來(lái)純度低一點(diǎn)也可吹氧，現(xiàn)在當(dāng)氧氣純度低于99．2％02時(shí)就不能送氧；而高爐作保護(hù)氣用的氮?dú)?，純度則要求在99．99％以上。至于氬氣，對(duì)鋼材質(zhì)量有著舉足輕重的作用，特別是高碳鋼。所以，制氧機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量相當(dāng)重要，更要符合對(duì)外供氣的要求。

2 制氧機(jī)選型的特點(diǎn)

2.1 制氧機(jī)選型

(1)目前，全低壓大型制氧機(jī)普遍采用規(guī)整填 料塔、全精餾制氬技術(shù)、分子篩吸附、增壓膨脹機(jī) 的氣體外壓縮流程，產(chǎn)量與需求量相等，純度要求 是：氧氣99．6％O2；氮?dú)?9．999％，其中含氧≤5 ×10-6；精液氬02≤2 ×10-6、N2≤3 ×10-6。

(2)運(yùn)行周期2年以上，電耗0．62kWh／m3～ 0．65kWh／m302(含壓氧)。

(3)可同時(shí)配置氣體液化設(shè)備，以調(diào)節(jié)多余氣 體，作為貯備或?qū)ν夤?yīng)。

(4)對(duì)不用冷凍機(jī)工藝的空氣純化系統(tǒng)，南方 地區(qū)也要配備一臺(tái)冷凍機(jī)作備用，以解決夏天炎熱 天氣造成的影響。

(5)采用蒸汽加熱器加溫再生分子篩，以節(jié)約 電耗。

(6)水處理采用離子棒代替藥劑， 以免除繁瑣 作業(yè)。

2．2 機(jī)械選型

(1)膨脹機(jī)的膨脹空氣量可選大一點(diǎn)(可調(diào))， 這樣能縮短啟動(dòng)時(shí)間；可調(diào)節(jié)液氧和液氮產(chǎn)量。

(2)大型空壓機(jī)可選進(jìn)口設(shè)備(隨著本國(guó)機(jī)械 行業(yè)發(fā)展，可訂國(guó)產(chǎn)的)，離心式氧、氮壓縮機(jī)可 選國(guó)產(chǎn)的，這些產(chǎn)品已有優(yōu)良的使用業(yè)績(jī)。

(3)冷卻水泵可選用單級(jí)泵或多級(jí)泵。

2．3 配套閥門(mén)

配套常規(guī)閥門(mén)，應(yīng)選用8年以上使用壽命的產(chǎn) 品，閥體為鑄鋼，閥桿、閥芯密封面為不銹鋼材質(zhì) 的， 目前社會(huì)上的閥門(mén)真假難辨，應(yīng)將其材質(zhì)注明 清楚，并經(jīng)試壓測(cè)試，才能確保質(zhì)量。其它專用閥 門(mén)應(yīng)按壓力等級(jí)、各介質(zhì)使用的材質(zhì)、禁油等特殊 要求進(jìn)行配套。

3 制氧機(jī)選型案例的介紹

我們根據(jù)沙鋼的發(fā)展規(guī)劃，先后在2001年和 2002年與杭氧簽訂了兩組2 ×21000m3／h制氧機(jī)。 現(xiàn)簡(jiǎn)單介紹如下：

3．1 制氧機(jī)的主要技術(shù)性能

空壓機(jī)排量約113800m3／h，空壓機(jī)排壓約 0．62MPa(A)；氧氣產(chǎn)量21000m3／h，氧氣純度 99．6％02；液氧產(chǎn)量650m3／h，純度99．6％02；氮 氣產(chǎn)量21000m3／h，氮?dú)饧兌?lt;5 ×10-6O2；液氮產(chǎn) 量300m3／h，純度<5 ×10-602；精液氬產(chǎn)量大于750m3／h，純度≤2 ×10-602、 ≤3 ×10-6N2； 制氧 電耗(不包括壓氧、壓氮)約0．39kWh／m302。

3．2 流程特點(diǎn)

21000m3／h制氧機(jī)以確保生產(chǎn)過(guò)程長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠 運(yùn)行、節(jié)能、操作維修方便為設(shè)計(jì)原則，采用當(dāng)今 國(guó)際上先進(jìn)的空分技術(shù)，其工藝流程具有以下特點(diǎn)：

(1)采用全低壓、全板翅式換熱器的工藝流程 和設(shè)備，可以取得較低的制氧能耗和較高的氧提 取率：

(2)空氣預(yù)冷系統(tǒng)設(shè)置水冷塔，充分利用干燥 氮?dú)獾睦淞?，使冷卻水溫降低，可取消冷水機(jī)組 (冷凍機(jī)組作為備用)。

(3)分子篩純化系統(tǒng)采用活性氧化鋁一分子篩 雙層床結(jié)構(gòu)，大大延長(zhǎng)了分子篩的壽命，同時(shí)使床 層阻力減少。

(4)分餾塔上塔采用填料塔，大大降低了塔的 阻力。氧、氬提取率進(jìn)一步提高。

(5)制氧機(jī)可以提取一部分的液氧。在不生產(chǎn) 液氧時(shí)，采用1％氧氣產(chǎn)量的液氧安全排放量，以 達(dá)到控制主冷液氧中碳?xì)浠衔锏姆e聚。

(6)采用全精餾制氬技術(shù)，節(jié)約能源，取消了 加氫除氬設(shè)備，節(jié)省廠房投資和運(yùn)行費(fèi)用。

(7)透平膨脹機(jī)采用增壓機(jī)制動(dòng)工藝，從而減 少了膨脹空氣量，使精餾塔工況穩(wěn)定。

3．3 主體設(shè)備配套范圍

①兩套原料空氣過(guò)濾器為自潔式，處理空氣量~180000m3／h；②兩套空氣透平壓縮機(jī)為進(jìn)口，排 氣量113800m3／h；配套電機(jī)9800kW(采用熱變電 阻軟起動(dòng))；③空氣預(yù)冷系統(tǒng)兩套，包括空冷塔、 水冷塔、冷卻水泵、冷凍機(jī)一臺(tái)／套。④分子篩純 化系統(tǒng)兩套，包括吸附器兩臺(tái)／套，蒸汽加熱器一 臺(tái)／套，切換閥門(mén)一套／每套；⑤分餾塔兩套，包括 主換熱器、主塔、膨脹換熱器、液空和液氮過(guò)冷 器、粗氬塔工段、粗氬塔Ⅱ段、粗氬液化器、離心 式粗液氬泵進(jìn)口、精氬塔、精氬換熱器、冷箱等； ⑥增壓透平膨脹機(jī)四套；⑦氧氣透平壓縮機(jī)兩套； ⑧氧氮透平壓縮機(jī)一套(第二套為氮?dú)馔钙綁嚎s 機(jī))；⑨液氧貯存系統(tǒng)一套(包括500m3貯槽兩臺(tái)， 液氧泵進(jìn)口兩臺(tái)、國(guó)產(chǎn)三臺(tái)、汽化器兩臺(tái))；⑩液 氮貯存系統(tǒng)一套(包括500m3貯槽一臺(tái)，液氮泵進(jìn) 口兩臺(tái)、國(guó)產(chǎn)兩臺(tái)、汽化器兩臺(tái)；⑩液氬貯存系統(tǒng) 兩套(包括150m3貯槽四臺(tái)，液氬泵進(jìn)口兩臺(tái)、汽 化器一臺(tái))；⑩液體設(shè)備一套(包括高低溫膨脹機(jī) 各一臺(tái))。

以上均為杭氧產(chǎn)品。

儀控系統(tǒng)：DCS為西儀橫河；變送器為羅斯蒙 特；UPS為梅蘭日蘭15kW，30分鐘；壓力、差壓 開(kāi)關(guān)為德國(guó)海龍；測(cè)振儀為日本新川；精密減壓閥 為德國(guó)VDO；調(diào)節(jié)閥為杭氧工裝；電磁閥為日本 SMC；分析儀為進(jìn)口，其他均為國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。電控系 統(tǒng)：主變壓器兩臺(tái)；輔助變壓器三臺(tái)；均采用國(guó)產(chǎn) 設(shè)備，高壓電機(jī)采用軟起動(dòng)。

目前，第一套21000m3／h制氧機(jī)已于2002年9 月投人運(yùn)行，運(yùn)行情況良好，第二套已進(jìn)入調(diào)試階 段，預(yù)計(jì)在2002年12月底出氧；第三、四套21000m3／h制氧機(jī)已進(jìn)入籌建工作。

作者簡(jiǎn)介：袁加宇(1953- )，男，1977年從事制氧工作，現(xiàn)任沙鋼氧氣分廠廠長(zhǎng)，工程師。