提高３００００ ｍ３／ｈ空分设备高纯氧产量 的研究和实践 曹雨。罗鉴 摘要：武钢气体公司Ｅ台３００００ ｍ ／ｈ空分设备生产的高纯氧产量较低，通过利用闲置的２０ ｍ’ 高纯液氧储罐，提高Ｅ台空分设备高纯氧气的存储能力，进而增大高纯氧气产量；并且通过优化 Ｅ台空分设备变工况操作，保证空分设备变工况期间高纯氧气纯度稳定，实现了高纯氧气的连续 生产。通过对高纯液氧槽车置换的优化操作，减少槽车置换期间高纯液氧的消耗量，间接提高 了高纯氧产量。介绍具体的优化方案和经济效益。 关键词：大型空分设备；高纯液氧；生产；储存；槽车；置换 Ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｐｕｒｉｔｙ ｏｘｙｇｅｎ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ３００００ ｍ ／ｈ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ Ｃａｏ Ｙｕ．Ｌｕｏ Ｊｉａｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｐｕｒｉｔｙ ｏｘｙｇｅｎ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ Ｅ ｓｅｔｓ ｏｆ ３００００ ｍ ／ｈ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ ｏｆ Ｇａｓ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｗｕｈａｎ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌｏｗ．Ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｐｕｒｉｔｙ ｏｘｙｇｅｎ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｐｕｒｉｔｙ ｇａｓｅｏｕｓ ｏｘｙｇｅｎ ｏｆ Ｅ ｓｅｔｓ ｏｆ ３００００ ｍ ／ｈ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｄｌｅ ２０ ｍ’ｈｉｇｈ—ｐｕｒｉｔｙ ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ ｏｘｙｇｅｎ ｓｔｏｒａｇｅ ｔａｎｋ，ｔｈｅ ｐｕｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｐｕｒｉｔｙ ｇａｓｅｏｕｓ ｏｘｙｇｅｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｉｄ ｐｌａｎｔ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ·－ｖａｒｉａｂｌｅ ｐｅｒｉｏｄ ｉｓ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ·－ｖａｒｉａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｕｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈ·· ｐｕｒｉｔｙ ｇａｓｅｏｕｓ ｏｘｙｇｅｎ ｍａｙ ｂｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｐｌａｃｉｎｇ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｐｕｒｉｔｙ ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ ｏｘｙｇｅｎ ｔａｎｋ ｃａｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｐｕｒｉｔｙ ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ ｏｘｙｇｅｎ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔａｎｋ ｃａｒ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｐｅｒｉｏｄ ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｐｕｒｉｔｙ ｏｘｙｇｅｎ ｏｕｔｐｕｔ．Ｈｅｒｅ，ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌａｒｇｅ－ｓｉｚｅｄ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ；Ｈｉｇｈ－ｐｕｒｉｔｙ ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ ｏｘｙｇｅｎ；Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；Ｓｔｏｒａｇｅ；Ｔａｎｋ ｃａｒ； Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ 目前市场对高纯氧的需求量很大，外销价格高。由于武钢气体公司Ｅ台３００００ ｍ。／ｈ空分设备配套的 高纯液氧储罐只有５ ｍ 的存储能力，且Ｅ台空分设备变工况期间高纯氧无法连续生产，受到存储能力和 产能的双重制约，Ｅ台空分设备高纯氧的产量不能满足销售需求。 １技术方案 为提高Ｅ台空分设备高纯液氧的存储能力，将Ｅ、Ｆ台空分设备闲置的２０ ｍ 液氧储罐用作高纯液氧 储罐。因为Ｅ台空分设备高纯液氧的产量较低，为减少高纯液氧送罐过程中的汽化损失，将２０ ｍ。高纯液 氧储罐的安装位置选定在５ ｍ 高纯液氧储罐对面的花坛内，以缩短输送管道的距离；而且输送管道使用 真空绝热管，进一步减少了高纯液氧输送过程中的汽化损失。 Ｅ台空分设备使用粗氩塔下部的液氧作为高纯氧塔的原料液，通过高纯氧塔的再次精馏来生产高纯氧 ·５１· 气。变工况过程中，氩馏分的波动直接影响粗氩塔下部液氧纯度，如果能够将氩馏分控制在一定范围内， 就能保证Ｅ台空分设备变工况期间高纯氧塔原料液纯度的稳定，进而保证高纯氧纯度稳定，实现高纯氧 连续生产。 高纯液氧槽车以前采用高纯液氧置换，每次置换需消耗高纯液氧在６ ＩＴＩ 以上，置换时间长，浪费量大。 由于气氧和液氧的体积比为８００：１，如果将高纯液氧汽化，用高纯氧气对槽车进行置换，就能够减少槽 车置换过程中的高纯液氧损失。 ２ ２０ ｍ。高纯液氧储罐的安装和置换 ２．１安装前准备 将闲置的２０ ｍ 液氧储罐移至Ｅ台空分设备喷淋冷却塔附近。液氧储罐移动前，将储罐内的液氧排净 并置换，各排放口氧含量均小于２０．９％。２０ ｍ 液氧储罐移至指定位置后，通人干燥氮气将２０ ｍ 液氧储 罐复热至常温。 提前准备好后续施工所需的管道和阀门。由于２０ ｍ。高纯液氧储罐没有分析点、压力和液位变送器， 在储罐上开孔安装分析阀门和铺设分析管道，新增压力和液位变送器，并铺设电缆，２０ ｍ 高纯液氧储罐 压力和液位能在制氧四车间ＤＣＳ系统屏幕上显示。 ２．２ ５ ｍ。高纯液氧储罐和液氧输送管道的氦气置换 新增２０ ｍ 高纯液氧储罐后，Ｅ台空分设备高纯液氧的送罐流程如图１所示。 高纯氧塔 ３２５０ ＞ 一 ５ｍ３高纯氧储罐 新增２０ｍ。 高纯氧储罐 ｆ Ｉ ｆ １ Ｉ ｆ ｚ￣７１３６ 营 （１）关闭ＨＣＶ３２５０阀并用手轮将该阀卡在全关位置，打开３９６９、３２５１、７１３５、７１３６阀和５ ＩＴＩ 高纯 液氧储罐泄压阀，当排放阀３９６９和７１３６没有液氧排出时，打开高纯氧管线预留阀Ｖ１并安排维保人员脱 开安全阀ＳＶ３９６０。 （２）用软管将低压干燥氮气从７１３６阀排放口通人高纯液氧输送管线和５ ｍ 高纯液氧储罐进行氮气置 换，并根据ＳＶ３９６０阀脱开处和５ ｎｌ 高纯液氧储罐泄压阀的气量调节Ｖ２阀的开度。 （３）置换一段时间后，从ＳＶ３９６０阀脱开处、Ｖｌ阀排放口和５ ｍ。高纯液氧储罐排放口进行取样分析， 氧含量均小于２０．９％时才可以进行后续作业，否则继续置换直到合格为止。 （４）分析点氧含量合格，关闭Ｖ１阀后，可进行２０ ｍ 高纯液氧储罐人口管道的碰点作业。作业期间， 需保证高纯液氧输送管线和５ ＩＴＩ。高纯液氧储罐始终处于氮气置换的状态。 ２．３ ２０ ｒ／ｌ。高纯液氧储罐的干燥、预冷和置换 （１）完成２０ Ｉｎ。高纯液氧储罐和管道的安装作业后，打开２０ ｍ。高纯液氧储罐的排放阀、入口阀和ｖｌ 阀，将氮气通人２０ ｍ 高纯液氧储罐进行干燥。２０ ｍ 高纯液氧储罐干燥期间，可适当关小３２５１和７１３５阀， ·５２· 开大Ｖ２阀，加强２０ ｍ。高纯液氧储罐干燥效果。 （２）一段时间后，从５ ｍ。高纯液氧储罐和２０ ｍ。高纯液氧储罐的排放１：３取样分析，水含量小于２ ｍｇ／Ｌ 时才可以进行后续作业，否则继续干燥直到合格为止。 （３）分析点水含量合格，将２０ Ｈｌ３高纯液氧储罐压力升高到０－３ ＭＰａ后关闭储罐人口阀和排放阀，２０ ｍ 高纯液氧储罐进行氮气保压。 （４）拆除氮气置换的软管并回装ＳＶ３９６０阀。确认３２５１、７１３５、７１３６阀和５ ｍ 高纯液氧储罐排放阀 打开，３９６９和ｖｌ阀关闭，ＨＣＶ３２５０阀的手轮恢复到自由状态后，在控制室缓慢打开ＨＣＶ３２５０阀对高纯 氧输送管线和５ ｍ。高纯液氧储罐进行预冷和置换，待７１３６阀排放口有液体排出后将其关闭。 （５）预冷和置换一段时间后，对５ ｍ。高纯液氧储罐进行化验分析，分析合格才可以进行后续作业， 否则继续置换直到合格为止。 （６）化验分析合格，根据生产需要将５ ｍ 高纯液氧储罐充装到一定液位后，可以对２０ ｍ 高纯液氧 储罐进行预冷和置换。 （７）２０ ｍ’高纯液氧储罐预冷和置换方法同５ ｍ。高纯液氧储罐。 ３氩馏分纯度控制范围的确定 为确定Ｅ台空分设备变工况期间氩馏分纯度变化对高纯氧纯度的影响，通过多次变工况测试并结合 高纯氧分析结果，发现变工况期间，只要氩馏分纯度高于９０％，高纯氧纯度就稳定。将该结果纳入标准 化操作规程，实现了Ｅ台空分设备变工况期间高纯氧的连续生产。 霹一 ５ 卜＿ｎ 撩一： ４高纯液氧槽车的氧气置换 高纯液氧槽车充装置换流程如图２所示。 ＳＶ７１２１—２ ７１２１ ＳＶ７１２卜１ Ｌ＿ ＿Ｊ ７１１８ １＞．４－ Ｐ１５７１２２ 高纯氧塔 ３２５０ ７１３５ Ｓ Ｖ３９８ｏ ０ ］＼丫／．ｃｖ３２５１ ＜卜—Ｌ— Ｌ≤一 ３２５ｌ ｌ ＨＣＶ３２５０ 槽车充装口 ＿一 — ３２５２ 空分 上塔 ７ｌ３ｌ ７１２５ Ａ一６ Ｇ０１￣３９６９ ２０ ｒａ３巨高纯氧 ； ｌＰＶ－１ ｘＡ一１２ ｒ ＲＫ一３ 图２高纯液氧槽车充装、置换流程示意图 （１）高纯液氧槽车置换时，需安排Ｅ台空分设备高纯液氧停送２０ ｍ 高纯液氧储罐。如果Ｅ台空分 设备高纯液氧停止生产，需关闭ＨＣＶ３２５０、３２５１、Ａ一１８、Ａ一１８ 、Ａ一６、Ａ．１２、ＧＯ１和ＧＯ２阀。ＨＣＶ３２５１ ·５３· 阀开至３０％，稍开３９６９、７１３６、ＧＯ３、ＧＯ４、ＧＯ５和ＧＯ６阀，待各排放阀没有液体排出后关闭。 （２）依次全开Ａ一１ １、Ａ－１４阀，稍开Ａ一３阀，２０ ｍ。高纯液氧储罐升压，储罐压力Ｐ１．１需控制在 ０，５ ＭＰａ以内。用金属软管将槽车充装阀ｃ１与２０ ｍ 高纯液氧储罐的充装接头ＣＺ．１对接。打开ｃ３和ｃ４ 阀，缓慢全开ｃ２阀，槽车压力降低到０．０５ ＭＰａ后全开ｃ１和Ａ一２阀，对槽车进行置换。 （３）吹扫１０分钟后，关闭ｃ２阀。待槽车压力升高到０．３ ＭＰａ后，关小Ａ一２阀，缓慢全开ｃ２阀。将 槽车压力降到最低后关闭Ｃ２阀，全开Ａ一２阀，将槽车压力升高到０．３ ＭＰａ。 （４）升压、降压置换３次后，关闭ｃ２阀，槽车压力升高到Ｏ．４ ＭＰａ后，关闭ｃ１阀，通知质检车间 进行分析。如果化验分析合格可以对槽车进行充装；如果化验分析不合格，根据分析结果确定置换次数， 继续置换直到合格为止。 （５）置换合格，如果不用２０ ｍ 高纯液氧储罐向槽车充液，关闭Ａ．２阀，脱开ｃＩ阀与充装接头ＣＺ一１ 之间的金属软管。停止对２０ ｍ。高纯液氧储罐升压，待汽化器上的霜完全融化后，关闭Ａ一１ １阀，根据储 罐压力调节Ａ １２阀开度，防止储罐超压。置换合格，如果用２０ ｍ 高纯液氧储罐向槽车充液，需关闭Ａ一２ 阀，待槽车具备充装条件后，打开Ａ．１阀。 （６）充装完毕，关闭Ａ一１阀后，槽车司机拆除金属软管。停止对２０ ｍ 高纯液氧储罐升压，待汽化器 上的霜完全融化后，关闭Ａ．１４和Ａ—ｌ １阀，根据储罐压力调节Ａ．１２阀开度，防止储罐超压。 ５经济效益 通过新增２０ １３１ 高纯液氧储罐和采取优化操作，现在武钢气体公司Ｅ台空分设备每月高纯氧的产量增 加１８ ｍ ，高纯氧的外销价格为５０００元／ｍ ，全年创造经济效益１０８万元。通过对高纯液氧槽车置换的优 化操作，每次高纯液氧槽车置换节约高纯液氧约４ ｍ。，２０１７年高纯液氧槽车置换８次，节约高纯液 氧３２ ｍ。，创造经济效益ｌ６万元。此次施工改造所需备件、材料费用约６万元，全年创造经济效益１ １６ 万元。 目前高纯氧在我国的用途广泛，武钢气体公司Ｅ台空分设备高纯氧的生产流程在其他空分设备上也 有应用，通过控制氩馏分纯度实现空分设备变工况期间高纯氧的连续生产的方法可以在其他同类空分设 备上推广应用。由于高纯氧充装操作过程中，往往需要对槽车进行置换，该置换方法具有较高的推广价 值和应用前景。 参考文献： ［１］汤学忠，顾福民．新编制氧工问答［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００４：１４６． ［２】毛绍融，朱朔元，周智勇．现代空分设备技术与操作原理［Ｍ】．杭州：杭州出版社，２００５ ［３］李化治．制氧技术：第２版【Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００９． 作者简介：曹雨，男，１９８８年生，２０１１年毕业于北京科技大学热能与动力工程专业，现为武汉钢铁集 团气体有限责任公司生产技术部技术管理员。 罗鉴，武汉钢铁集团气体有限责任公司。 ·５４·
