杨长青
赛普空分集团有限公司 河南省 开封市 475004
摘要：空分设备，设计，运行，流程
关键词：介绍了开封赛普提供普阳钢厂21000m3/h空分设备的主要技术参数、工艺流程，设计特点和试车运行简况
前言
河北普阳钢铁有限公司21000m3／h空分设备是开封市赛普空分集团有限公司开发和设计的第一套大型空分设备。该套空分设备采用了全低压分子筛吸附带增压膨胀机的流程，上塔、粗氩塔、精氩塔采用了高效带孔波纹板规整填料，用全精馏的方法制取液氩产品。具有提取率高、性能稳定、变负荷适应性强、能耗低等优良特性。其精馏塔系统的氧提取率高达97.5％，精氩提取率达80％。这套空分设备为国内民营空分设备企业生产的第一套大型设备，它的顺利投产，表明在大型空分的设计和生产上，开封赛普空分已经具备了相当的实力，也说明民营空分设备制造企业，在短短几年的市场历练中，已迅速掌握了当前最先进的空分设备制造核心技术。
普阳21000m3／h空分设备的主要技术参数如下表所示：
普阳21000m3／h空分设备配套空压机的排气量为108000m3／h，排压为0．61MPa(A)，设计进冷箱的空气量为106000m3／h，出冷箱的氮气量为40000m3／h。分子筛纯化器的切换周期为4小时。变工况设计为最大液氧，流量为600M3/h,同时保证液氩产量在650M3/h以上。图1是普阳钢厂21000m3／h空分设备的工艺流程原理图。
1、设计的情况
1.1 整体规划
该套设备的合同范围为除土建及工程条件外以外的全部工程，开封赛普要承担设备的设计制造、安装外,还要负责厂区内的总体规划,由于原来的车间跨度为15M，放置这样大的空分装置的空压机和氧气透平，显然位置不够，最后的决策为主空压机和氧气透平横向放置，这样一来，车间的长度增加了,但检修的空间可以保证。与原6000空分车间打通后,也便于生产管理。由于车间场地狭长，液氮和液氩储槽采用立式，且共用同一基础。
1.2、设备配置情况
空气压缩机为Atlas供货,额定排气量为108000m3／h,排压为0．61MPa(A)，电机采用ABB 同步电机,以降低能耗。
预冷系统的空冷塔和水冷塔采用填料塔,冷水机组采用YORK螺杆机组。
分子筛吸附器采用卧式双层床技术，有效吸附杂质。再生采用电加热，三台加热器两用一备，温度控制采用调功柜。
增压透平膨胀机为杭氧生产,气量为15700m3／h ,±20%负荷，最大量为19800m3／h，增压比可以达1.55以上，膨胀机设计温降为－104/－167℃。
主换热器为5700mm板式，共10台，其中氧两台，氮及污氮各四台。
下塔采用高效对流筛板塔，主冷为防爆型双层主冷。
上塔和氩塔为填料塔，其中精氩塔的工艺氩为气相进料工艺。
循环液氩泵采用美 国ACD的进口产品。
氧气压缩选用杭氧透平生产的透平氧压机，输送流量为21000m3／h，最高出口压力为2.8Mpa(G)。
氮气压缩选用杭氧透平生产的氮气透平氧压机，输送流量为15000m3／h，最高出口压力为2.5Mpa(G)。
液氩和液氮贮槽分别为2X100M3和100M3真空绝热型立式贮槽，液氧为500M3的珠光砂绝热的平底贮槽，三种产品都配备了泵压及汽化装置，其中氧和氮为汽化能力为10000m3／h，采用水浴式加热汽化，液氩则采用空浴式，流量为1000m3／h。同时考虑到外卖产品，液氧和液氩还配备了槽车灌充泵。
DCS系统为Honeywell控制系统，配有三台操作站，包括所有的控制点，均在DCS上显示和控制操作，运转的机器包括水泵都可以在控制室实现急停。重要的操作点均有历史趋势记录，以便于操作。UPS电源采用梅兰日兰产品。变送器为EJA智能变送器。分析仪大多为进口产品，包括氧气、氮气、污氮、CO2、露点、氩馏分、氩中微量氧和微量氮、主冷液氧的总碳分析等。
电控系统采用双回路供电方式，空压机为直接起动，氧透与氮透采用热变电阻降压起动。本系统中低压主要设备的控制均在PLC系统上实现，高压保护控制采用MMPR系列微机保护装置。
1.3 设计关注点
冷箱采用宽幅冷箱面板，冷箱面板厚度为6mm，并经冷箱结构整体强度、抗震、抗风力分析，保证了冷箱的承载荷能力，且外形美观。由于冷箱采用大幅面的冷箱板组装形式，缩短了安装周期，减少了安装投资费用。塔内管道按自补偿方法布置，并经计算机辅助计算校核管道各应力面的载荷应力，改善了管道路径，限制了管道变形。冷箱内的管架、阀架、容器支架等均采用不锈钢，以减少了跑冷损失。
冷箱内的塔体及主要管道，采用5083的高强度铝合金材料，增加了塔和管道的强度， 减少了管道的扭变破坏。仪表测控管道改用φ18mm，以防止堵塞。
该空分设备主冷箱内的大多数接点，如管道、低温铝制阀门，均采用焊接结构，防止了设备泄漏。
由于主冷采用双层主冷，对应的主塔高度相对较高，因此考虑到液空去粗氩塔的压头，对于粗氩塔的分段进行了计算，增加循环泵的出口压力，适当加高了第一段粗氩塔的高度，以利于装置的操控和长期稳定运行。
长期以来，国产制氧机乃至进口制氧机，其上塔的氩馏分抽口，多少存在一些问题，严重的甚至无法提氩，以前筛板塔有这类问题。现在采用了规整填料塔和全精馏制氩，氩的提取率较高，氧、 氮、氩液体产量多，膨胀空气量大，这个问题就显得尤为突出。在设计制造中，我们充分认识到这一问题，有意识地控制了氩馏分的组分，使得氩馏分的抽口位置比较精准，一般能在含氩量10％，即使有时在13％的情况下运行，而不“氮塞”，主要是计算对于氩馏分抽口处的含氮量，控制在很低的水平，有效避免了氮塞发生。实际运行中，氩部分的所有工艺参数，都非常稳定。粗氩塔的阻力也一直比较稳定，粗氩塔的工况显得特别稳。
关于透平膨胀机的计算选型，考虑到膨胀量增加，会影响到制氩的提取率，所以计算时在保证氧氮产品流量达标的情况下，采用部分膨胀空气旁通，并对换热器的校核提出明确要求，这样即使膨胀机的效率低于设计值，也能保证设备的正常达标。
2、安装的情况
2．1 空压机
空气压缩机由Atlas供货，原定2007年四月底交货，由于生产拖期，直至八月份才发货到现场。空压机为H型，三级压缩，两级冷却，冷却器和消音器由杭氧制造。空压机由于是空运来的，一二级叶轮是在现场由德国工程师安装，管道是由赛普按照德方德要求安装的。第一次试车就发现一级的震动值偏大，拆机后发现一级叶轮有碰划痕迹，德方认为需要重新做动平衡。原因是发货前在厂家没有进行试车，怀疑动平衡不好。对一二级转子拆下后，又发往德国进行动平衡试验。一直拖到11月中旬，德方派三名工程师在现场，对重新安装后的机器，进行现场检测，同时，对一二级的运转情况进行分析，最后主要是对一级转子的平衡块进行修正和增减，经过三次调整后，一级震动由80μ降至20μ以下，此时空压机可以进行试车及防喘震控制的试验了。
Atlas空压机的控制是围绕防喘震进行的，也就是导叶、放空阀和流量间的关系，喘震点是在现场试车时试出来的，然后根据测试出的几个喘震点做出喘震曲线，运行时的工作点都在喘震曲线下方，进口导叶开度设有最小开度，普阳设定为27％，也就是在机器启动后，导叶需要保证的最小开度，这样可以避免因进口导叶开度过小而发生喘震。
总体印象是，试车完成后的，空压机的运行和控制都很好，Atlas的制造和检测水平也相当高。
2．2 冷水机组
该套设备配备YORK冷水机组，名义制冷量为73万Kcal/h,由于该机型是无锡YORK第一次设计生产，在第一次试车后，他们认为有一定的缺陷，就对整机进行了更换。
2．3 纯化系统
分子筛吸附器的设计为双层床，主要的难点在于气体分配和热应力的变形，这在设计时已于充分考虑。原先也对管道的配制，是否应该进行应力补偿，后计算后认为可以不补偿。设备安装后的支座每台有一个点固定，其余为活动的，即在热变形时，设备的伸缩是无碍的。
分子筛的再生加热和冷吹，由于温度的变化，流量会有不同，加热时流量过大，不能保证加热温度；冷吹时流量过小，又在规定时间吹不到要求温度，因此设计中保证了再生量在加热和冷吹的有效变化。再生的旁路放空阀为调节阀，分程控制，有效避免切换时流量的大幅波动，对主塔工况造成影响。并联时间设定为1分钟，主要考虑温升对主塔的影响比流量增加的影响小。
2．4 分馏塔系统
安装时，对于部分管道，离冷箱净距离在400mm以下的进行了修改，以减少跑冷。管道支架位置与图纸进行了复查，以免影响变形。
试车时正值隆冬，空气量最大可达125000m3／h，考虑到氧氮产品的输送能力，调节液氮回流阀，以减少流量，节约电耗。氧气最大流量可以生产23000m3／h以上，同时液氧可以保证每天20M3。塔内的各主要控制参数，都非常稳定，有利于获得高的提取率。
3、运行情况
普阳钢厂21000m3／h空分设备，通过单机试车后以后，于2007年11月28起进行了裸冷，很快就达到了所有预期的目标，裸冷效果非常好。
2007年12月25正式启动，整个启动过程非常迅速。12月26日下午4：30先后启动两台膨胀机，12月28日氧气产量达到15000m3／h，氧气纯度99．6％，12月31日下午5：00启动循环液氩泵，2008年1月3日上午粗氩纯度<2×10-602， 当日下午精氩纯度>99．999%。由此可见设备的潜在能力是很大的，操作比较好控制。
目前各项技术指标都达到了设计值，氧气21600m3／h(设计值21000m3／h)，纯度>99．6％，液氧＞600M3/h； 氮气48000m3／h(产品量21000m3／h)，纯度<5×10-602；液氩750m3／h(设计值750m3／h)，纯度 <2×10-602、<3×10-6N2。
4、总结
开封赛普空分21000m3／h的试车成功，代表了赛普人做事认真，做自己满意的产品，做用户放心产品的一种体现和承认，尽管会存在一些问题，会在某些方面不如国内国外的大型企业，但我们仍然会不断努力，也渴望着能不断进步，把最好的产品展示给信任我们的用户。
普阳钢厂21000m3／h空分设备的顺利投产，标志着开封赛普已有能力制造两万和两万以上等级的空分设备，为实现三万等级以上的空分设备的设计和制造打下了良好的基础。
编者按：
2008年春，由开封赛普空分集团有限公司承建的，河北普阳钢厂的21000空分设备试车成功，生产出合格产品。
这套空分设备，是由赛普空分集团有限公司自行设计安装、一次开车成功，生产出合格产品，民营企业承建的最大一套空分设备！这套设备的成功安装得到了甲方一致好评！
这不仅仅是开封民营企业的一大喜讯，更是让赛普空分集团有限公司成为空分行业的领航者，从而为民营空分企业的发展奠定基础！
“做用户放心的产品，做自己满意的产品”是开封赛普空分集团有限公司人的愿望。“工程无小事”，开封赛普空分以一贯的踏实作风，从2001年到2008年，仅在普阳钢厂，就承建了四套空分设备。并且又接下了普阳钢厂的两套15000空分设备和一套20000空分设备；在武安周边的钢厂，赛普空分也承建了几套空分设备，其中包括：新兴铸管有限公司的10000空分设备，明芳钢厂的15000空分设备，远盛和永诚的6500空分设备。
客户的满意，意味着开封赛普顺应市场的能力，更意味着技术含量的提高，企业管理的现代化。可以说，客户对本已是成熟的空分工艺要求更高，对空分设备成套供应商来讲，是操作方便、能耗低、无故障的长周期连续运转的设备。
2008年，铁矿石65%的涨价，对于主要依赖钢铁产业的空分行业来讲，又是一次新的挑战，祝愿开封赛普在未来的道路上，更加踏实地走向更辉煌的明天！
