大型空分设备在钢铁企业应用初探

大型空分设备在钢铁企业应用初探

许德焕

柳钢中金不锈钢有限公司  广西  玉林  537000

摘 要：在钢铁企业生产经营的过程中，需要大量的工业气体，包括氧气、氮气、氩气等。大型的空分设备作为钢铁厂的氧气供应站，在钢铁企业中的应用，可以满足钢铁企业日常生产的需求，保证钢铁企业日常生产的安全运营。本文就是基于大型工分设备在钢铁企业应用进行分析，通过研究目前钢铁企业对工业气体的需求，了解钢铁企业空分设备规模配置，为钢铁企业的大型空分设备的应用提出合理性意见。

关键词：钢铁企业；空分设备；应用

引言：随着我国钢铁制造业的发展，钢铁企业的经营项目越来越多样化，钢铁企业的规模也日益扩大。随之而来的企业在高炉冶炼和转炉冶炼的过程中所需要的氧气需求量也日益增多，为了满足钢铁企业日常工业气体的需求，根据不同冶炼技术的要求，钢铁企业要科学的进行选型配置，科学合理的配置管理大型分工设备，促进钢铁企业的可持续发展。

一、现阶段，钢铁企业对工业气体的用量需求

高炉冶炼的过程中，氧气不参与冶炼的反应，而是利用氧气来提高炉内的温度，加强冶炼的强度。在混入氧气的同时，要注重将富氧空气混入到高炉的鼓风区域内。为了提高高炉的产能，改进高度的工艺，鼓风富氧的含量要进一步提高，从原来的3%提高到现如今的7%，每吨铁水所需要的样单耗量要超过60m3。将高炉风机中的空气增压至0.6MPa，然后送入高炉空气系统与氧气的混合是通过在前后分别从机器中富氧而产生的。影响机前氧气的压力超过10千帕，机后影响氧气的压力为0.6兆帕。例如图一，高炉系统中的氮气具有吹封作用，因此氮气压力一般为0.4MPa。煤喷射系统也需要应急安全氮气。大量氮气，高压储备配套可保持瞬时量［1］。

图一：高炉煤喷射系统

    转炉炼钢和高炉冶炼的用氧方式有着较大的不同，前者属于直接用氧，后者属于间接用氧。在转炉炼钢的过程中需要氧气参与炼钢反应，因此氧量的比例与炼钢的效果和产量有着直接的关系。在冶炼的过程中，耗氧量大概是每吨60m3，需要在氧气压力大于1.4千帕的情况下才能进行，氧气的浓度接近于99.6%。在转炉炼钢的过程中，钢厂广泛的应用氮气，进行溅渣护炉工艺。在钢铁冶炼的过程中，氩气是较为常见的工业气体，随着钢产品种的不断增加，对于氩气的需求也进一步提高。随着钢铁企业的规模不断扩大，工业气体“氧、氮、氩”的需求进一步提高，要合理的配置大型空分设备，才能确保工业气体的有序供应，钢铁企业的生产能效［2］。

二、钢铁企业大型空分设备的应用

    为了满足钢铁企业日常生产冶炼的需要，要根据钢铁产业链金属的不同需求，科学合理的配置大型的空分设备，有计划的对工业气体的压力进行升压或降压的处理，来确保工业气体符合相关的生产需求。

1.根据钢铁企业设备冶炼需求，合理配置制空分设备

在钢铁设备日常生产冶炼的过程中，要根据生产设备每小时和每日的使用量，平均的进行参数的整理。分析钢铁设备的具体工作量。设备的平均工作量，作为钢铁空分合理配置的数据基础。为钢铁空分设备配置提供了参考依据，促进钢铁空分设备的规划和建设。如图二，在进行制氧站和制氧机的建设过程中，要按照规划的地点合理的布置制氧系统，确保钢铁企业生产的必备氧气的应用。在配置氧气的过程中，由于氧气的特殊性质，想要获得高纯度的氧气，必须要使用深冷空气分离技术。在生产中主要利用液化空气中各组份沸点的不同，在分馏塔塔板上多次蒸发、冷凝而实现空气各组份的分离，可提取纯度99.95%的氧，99.99%的氮和氩。配置制氧机组过程必须结合制氧装置的耗氧量和容量来选择合适的空压机、增压机、氮压机等核心设备。例如：建造一套20000Nm3/h的空分，采用氮气外压缩，氧、氩内压缩的工艺流程，主要工艺设备包括：105000Nm3/h原料空气压缩机1台，一段入口68000Nm3/h、二段入口57000Nm3/h空气增压机1台，20000Nm3/h内压缩空分设备1套（含预冷、纯化、分馏、膨胀机系统等），23000Nm3/h中压氮气压缩机1台等。

图二：制氧机组

2.适时调节好工况，控制好氧气的纯度

在空分运行过程中，如果氧气取出量过大，会降低氧产品的纯度。从物料平衡来看，当加工空气量一定、氮气纯度一定时，如果要求一定的氧气纯度，只能取出一定数量的氧气。如果取出量过多，纯度必然达不到要求。从精馏角度看，氧气取出量过大，上塔提馏段上升蒸气的数量减少，回流比增大，液体中氮（氩）蒸发不充分，将使氧纯度下降。这时应适当关小送氧阀，减少送氧量，同时开大送氮阀，以保证上塔压力一定。另外液空中氧纯度低，必然是液空量过大。它一方而将使上塔提馏段的分离负担加大，另一方而回流液多而难以使氮氯（氩）组分蒸发充分，从而造成氧纯度降低。这时应对下塔精馏工况进行调整，适当提高液空含氧量。。在冶炼过程中，如果提取过程中得到的氧浓度不高，富氧高炉中的氧浓度可能低于80%，严重影响炼钢质量，所以必须保证氧气产品的纯度达99.6%以上才可满足炼钢工艺需求。

3.运用升压工艺，达到工业生产的压力要求

从冷箱出来的产品通常压力较低，不能直接输入管网，为了满足冶炼用户的需求，必须将产品气体升压后才可以并入管网，以确保达到生产所需要的的气压标准。保证产品压力有两种方法：外部压缩过程和内部压缩过程。外部压缩过程是指通过外部的压缩机对低压产品进行增压。内部压缩过程意是运用低温液体泵来提高液体产品的压力，然后通过热交换器换热后送出足够压强的气态产品。同时，为了保证企业工业生产的压力要求，必须要科学合理的配置气体压缩机，根据企业各部门的气体用量和气体压力的需求，有针对性的投入设备建设。如果氧气产品的压缩过程取消了氧气压缩机，那么可以防止危险。在选择制氧机组产品的升压工艺时，还必须考虑压缩工艺与钢厂气体流量特性的匹配［3］。              

4.做好空分设备配置的备份工作，确保企业的温度运行            

为了确保工业气体的稳定供应，确保企业在生产的过程中短时间需要大量用气，空分设备必须长时间温度运行，这就需要在配置的过程中做好系统的备份工作。钢铁企业的备用制氧机组，在日常生产的过程中可能不需要使用。因此我们需要建立一个后备储槽系统，液体后备系统主要包括：液氧贮槽1台，液氮贮槽1台，液氩贮槽1台以及配套的液体加压汽化系统、槽车充装系统等。在平常可以将部分液体储存起来，当钢铁企业短时间内对工业气体的需求比较大，可以将将液体产品加压通过换热器换热再投入到管网中，达到保供的目的。如果钢铁企业在生产的过程中工业气体的用量较大，并且在使用的过程中管网压力变化情况也比较大的情况下，制氧系统液体储槽系统和管网气体缓冲罐等均可起到应急作用。但是液体产品的储存着较高的要求，为了减少液体的发散，首先要防止出现操作的失误，因此需要在大型的工分设备中安装自动调节的功能。不仅如此，在设备的安装过程中，还要建设将工业气体转为液体的工业配置，确保企业在生产的过程中由于气体使用量变化较大，没有将转化的工业气体应用完，造成资源浪费的现象。提高工业液体产品的使用价值，减少钢铁企业的能源消耗，实现企业的利益最大化。

总结：在钢铁企业日常冶炼生产的过程中，要将大型的空分设备合理的配置，根据自己企业的制造项目和经营规模，做好空分设备的管理工作。根据生产过程中需要的氧气、氮气、氩气等，做好科学的管理和规划，整理好空气设备的制氧系统，确保企业设备配置的科学性，合理性，促进钢铁企业的健康发展。

参考文献：

[1] 边羽. 国内大型空分设备的技术要点与创新方向[J]. 山东工业技术,2018(3):34.

[2] 陆龙伟,李必华. 浅析空分设备与钢铁工业的关系[J]. 杭氧科技,2019(4):13-18.

[3] 王甲峰. 空分设备冷箱内管道设计研究[J]. 云南化工,2019,46(4):179-181.

作者简介：许德焕（1994—），男，大学本科学历，助理工程师，现从事空分设备管理工作。