供稿|方冏/FANG Jiong

產(chǎn)能為 200 萬 t/a 的邯寶冷軋工程于 2011 年投產(chǎn)。為保證冷軋鋼板表面質(zhì)量，需要使用氫氣作為連續(xù)退火爐和鍍鋅爐的保護還原氣。因此，有必要建設(shè)保護氣體站 (制氫站和氮氣凈化站) 向冷軋車間供氣，其中氫氣作為還原氣，氮氣作為保護氣。

特 點

保護氣體站項目為非常規(guī)設(shè)計，原因如下：(1) 由于土地緊張和公司總體規(guī)劃的要求，邯寶冷軋保護氣體站的建設(shè)地點必須設(shè)置在邯鋼冷軋廠原有的保護氣體站周邊。邯鋼冷軋廠原保護氣體站周邊的可利用土地按常規(guī)設(shè)計根本不能布置新的保護氣體站。(2) 公司控制成本，要求施工設(shè)計投資在初步設(shè)計的基礎(chǔ)上進一步降低成本。(3) 為方便生產(chǎn)調(diào)節(jié)，且不影響邯鋼冷軋廠和邯寶冷軋廠正常生產(chǎn)，邯鋼冷軋廠和邯寶冷軋廠的兩個保護氣體站要求不停產(chǎn)且實現(xiàn)互聯(lián)互通。

設(shè) 計

降低運行成本

采用鋼鐵行業(yè)最為經(jīng)濟的制氫技術(shù)和氮氣純化技術(shù)：(1) 由于鋼鐵企業(yè)在煉焦生產(chǎn)中副產(chǎn)的焦爐煤氣含有大量的氫氣 (占總體積的 59%)，故鋼鐵行業(yè)氫氣生產(chǎn)大多采用焦爐煤氣變壓吸附技術(shù)，具有運行成本低，投資省、原料保障性好等優(yōu)點。(2) 現(xiàn)有的邯鋼冷軋廠保護氣體站的氮氣產(chǎn)量足以滿足邯寶冷軋廠的需要，但由于氮氣純度不夠，必須經(jīng)過提純處理。氮氣的提純同樣采用變壓吸附的氮氣純化裝置。

變壓吸附原理

焦爐煤氣變壓吸附制氫技術(shù)實際上是焦爐煤氣的物理提純過程?？梢钥闯刹患兊臍錃饣旌衔?(焦爐煤氣) 通過分子篩的過濾吸附，篩分成高純氫氣的過程。由于分子篩的過濾需要在高壓下進行，分子篩的解吸再生需要在低壓下進行，存在壓力的高低變換，故此技術(shù)稱其為變壓吸附技術(shù)，簡稱 PSA。

焦爐煤氣變壓吸附制氫的原理：焦爐煤氣經(jīng)三級往復式壓縮機的第一級壓縮到 0.22 MPa 后，進入預(yù)處理系統(tǒng)除去雜質(zhì)；處理后的焦爐煤氣經(jīng)壓縮機第二、三級壓縮至 1.7 MPa 后進入后續(xù) PSA 氫提純系統(tǒng)。提純系統(tǒng)由五個吸附塔組成，利用每個吸附塔內(nèi)的分子篩吸附劑在一定溫度下對不同的氣體組分吸附容量不同這一特性，使容易吸附的非氫組分被吸附劑吸附，不易吸附的氫氣組分從床層的一端流出。整個過程如同把焦爐煤氣過一遍篩子，最后，得到產(chǎn)品——氫氣。吸附滿非氫組分的吸附塔通過降壓、沖洗等過程實現(xiàn)再生，可實現(xiàn)氣體的連續(xù)分離與提純。

氮氣純化裝置采用的變壓吸附技術(shù)與制氫采用的變壓吸附技術(shù)相同。

氣站常用設(shè)備

保護氣體站的主要設(shè)備：三級往復式活塞焦爐煤氣壓縮機、氫氣提純裝置 (預(yù)處理塔、吸附塔、脫氧塔、干燥塔、加熱器等)、氮氣純化裝置、氫氣球罐、氮氣球罐及控制設(shè)備。

采取相應(yīng)措施

邯鋼冷軋廠現(xiàn)有一套 800 m3/h焦爐煤氣變壓吸附制氫裝置，邯寶冷軋廠也需要一套 800 m3/h 焦爐煤氣變壓吸附制氫裝置。邯鋼冷軋廠保護氣體站占地 95 m×57 m。根據(jù)總體規(guī)劃要求，邯寶冷軋廠制氫裝置需要布置在邯鋼冷軋廠保護氣體站附近，而邯鋼冷軋廠保護氣體站周圍只有冷廢水處理站的預(yù)留地 57 m×30 m 可用。

為實現(xiàn)規(guī)劃目標，就要將新建的保護氣體站的壓縮機、氫氣提純裝置、球罐等在滿足國家安全規(guī)程的條件下，采取合理措施減少占地面積。

◆ 壓縮機

邯鋼冷軋廠壓縮機廠房內(nèi)有兩臺焦爐煤氣壓縮機 (一用一備)。新建一臺壓縮機設(shè)置在原壓縮機廠房西側(cè)，作為原來兩臺壓縮機的備用機，運行方式變?yōu)閮捎靡粋?，一臺壓縮機對應(yīng)一套氫氣提純裝置，原壓縮機廠房西延 9 m。為保證廠房西延規(guī)劃空間的合理利用，新建的壓縮機由臥式改為立式，并采用輔助吊裝工具用以彌補廠房天車高度的不足。

◆ 氫氣和氮氣提純裝置

新氫氣提純裝置在一冷氫氣提純裝置南端建設(shè)。緊鄰一冷氫氣提純裝置，由于兩套氫氣提純裝置生產(chǎn)性質(zhì)一致，原料、產(chǎn)品氣體互聯(lián)互通，可以視為同一工藝裝置，因此兩套氫氣提純裝置的距離只考慮滿足維修和消防要求、滿足安全規(guī)程要求。為盡量高效利用原氫氣提純裝置南端的狹長空地，新氫氣提純裝置根據(jù)場地情況，要求裝置按 30 m×9 m 的“瘦長形”進行設(shè)備招投標，從源頭上進行尺寸控制。

新的氮氣純化和液氮裝置由于不受安全間距限制，布置在原氫氣罐南側(cè)。

◆ 氫氣和氮氣球罐

由于原壓縮機廠房西延，原氫氣球罐已不能滿足與建筑物相距 15 m 的最小安全距離要求，故把一冷氫氣球罐改為氮氣球罐，并在一冷廢水處理站的預(yù)留地(57 m×30 m) 設(shè)置兩個氫氣球罐。這樣滿足了安全規(guī)程對氫氣球罐嚴格的安全間距要求。

實現(xiàn)互聯(lián)互通

兩套制氫裝置毗鄰建設(shè)，由邯鋼氣體廠統(tǒng)一管理，用戶要求兩套制氫裝置應(yīng)有較強備用性。需互相連通。由于邯鋼冷軋廠產(chǎn)品熱銷，要求兩套制氫裝置不停產(chǎn)完成互聯(lián)互通。制氫互聯(lián)互通連接點主要有 4 處：壓縮機一級進口-原料焦爐煤氣進口管連通；壓縮機二級進口-凈化后焦爐煤氣進口管連通；壓縮機三級出口-焦爐煤氣出口管連通；成品氫氣出口管連通。

為達到管道的不停產(chǎn)互聯(lián)互通，采用以下方法：在邯寶冷軋廠新制氫站的 4 根需要連接的新管上事先設(shè)計預(yù)留連通閥；新建制氫站投產(chǎn)后，首先將新制氫站成品氫氣出口管與一冷制氫站成品氫氣出口管的氮氣吹掃管連接，成為臨時氫氣管道，并切斷吹掃管前舊調(diào)壓閥組閥門；然后，在舊調(diào)壓閥前加裝成品氫氣出口連通閥，與新制氫站成品氫氣出口連通閥相連。施工期間由新制氫站向邯鋼冷軋廠和邯寶冷軋廠同時供氣，氣量不足部分由氫氣球罐補充。新制氫站和氫氣球罐能滿足 16～20 h 用量，完全能滿足連通接口對時間的要求。待新舊制氫成品氫氣出口在調(diào)壓閥處連通后，拆除臨時氫氣管道。

成品氫氣出口管連通后，關(guān)閉舊調(diào)壓閥前的閥門和舊氫氣球罐閥門，就可連通其他 3 根管道，每根管道連通施工時，均由新制氫站和氫氣球罐供氣滿足邯鋼冷軋廠和邯寶冷軋廠的氫氣需要。

效 果

節(jié)約節(jié)省土地 3705 m2；實現(xiàn)兩套裝置不停產(chǎn)互聯(lián)互通；兩個保護氣體站巧妙地結(jié)合成為一個保護氣體站，節(jié)省了壓縮機及其廠房，節(jié)約了各種管道和控制設(shè)施的投資，降低了成本；節(jié)省操作人員 8 人；在邯鋼冷軋廠和邯寶冷軋廠的氫氣用量較少時，只開一套制氫設(shè)備，節(jié)約能源；由于氫氣為“甲”類生產(chǎn)火災(zāi)危險，制氫區(qū)域的爆炸危險等級為 1 區(qū)，是最高類別的生產(chǎn)火災(zāi)危險和爆炸危險等級，因此制氫區(qū)域面積越小，其安全程度相應(yīng)就越高。

邯寶冷軋廠保護氣體站的改擴建項目已通過相關(guān)部門的安全審查，為今后建設(shè)同樣的甲類設(shè)施提供了成功范例，為同類設(shè)施的綜合治理擴展了思路。