曹景華,管繼輝
(安陽鋼鐵股份有限公司制氧廠,河南安陽 455004)
安鋼制氧廠成立于1996年,有7套制氧機(jī),其中23500制氧機(jī)3套,14000制氧機(jī)2套,6000制氧機(jī)2套,產(chǎn)品氧氣均加壓到2.5 MPa后送入球罐區(qū)。隨著3#高爐的投產(chǎn)和穩(wěn)定運(yùn)行,高爐對(duì)低壓氧氣的使用量急劇增加,已經(jīng)占公司氧氣總供應(yīng)量的45%左右,擴(kuò)大氧氣生產(chǎn)量迫在眉睫。高爐煉鐵,氧氣使用壓力不足1.0 MPa,其所需的低壓氧氣,均通過球罐區(qū)的中壓氧氣節(jié)流而獲得,能耗損失較大。簡(jiǎn)而言之,氧壓機(jī)壓縮到2.5 MPa,通過節(jié)流降到1.0 MPa后供用戶使用,氧壓機(jī)做了無功壓縮。
圖1 低壓氧透供應(yīng)用戶流程示意圖
鑒于此,制氧廠拆掉了1#6000制氧機(jī),在原址新上4#23500制氧機(jī),出裝置氧氣量25000 m3/h。專門配備一臺(tái)52000 m3/h等級(jí)低壓氧氣透平壓縮機(jī),4#23500制氧機(jī)出裝置的氧氣與1#23500出裝置后合并后送入52000 m3/h低壓氧氣透平壓縮機(jī),直接壓縮至下游高爐煉鐵所需的壓力,從而大大地節(jié)省了能耗,提高裝置的運(yùn)行效率,并且可減小從中壓氧氣節(jié)流到低壓氧氣操作的安全風(fēng)險(xiǎn)。而1#23500的中壓2.5 MPa氧壓機(jī)作為備用機(jī)組。
來自1#23500 m3/h、4#23500 m3/h空分塔的常壓氧氣經(jīng)低壓氧氣透平壓縮機(jī)壓縮后并入低壓管網(wǎng)供高爐煉鋼使用。進(jìn)低壓氧氣透平壓縮機(jī)的管路布置時(shí)充分考慮阻力因素,減少偏流,便于兩套空分機(jī)組的工況調(diào)整。
低壓氧透為單軸型單缸離心式壓縮機(jī)組,雙層布置結(jié)構(gòu),采用進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行流量調(diào)節(jié),壓縮機(jī)主機(jī)和電機(jī)共用一個(gè)供油系統(tǒng),供油系統(tǒng)為撬裝式結(jié)構(gòu)。氧透機(jī)組具有完備的防火保安措施以及完善的檢測(cè)控制手段。
低壓氧透基本運(yùn)行參數(shù)如下:
(1)氧透設(shè)計(jì)數(shù)據(jù):
介質(zhì):氧氣;
型號(hào):3TYS140;
流量:52000 m3/h;
轉(zhuǎn)速:9020 r/min;
進(jìn)氣壓力:3 kPa;
排氣壓力:1.0 MPa;
進(jìn)口溫度:25℃;
排氣溫度:≤42℃;
軸 功 率:~5830±4%kW;
冷卻水溫度:32℃;
出廠日期:2015年10月;
制造單位:杭州杭氧透平機(jī)械有限公司。
(2)氧透電機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù):
型號(hào):AEXW710-2;
轉(zhuǎn)向:從輸出軸端看,為逆時(shí)針方向;
相數(shù):3;
頻率:50 Hz;
額定功率:6500 kW;
額定電壓:1000 V;
電流:419 A;
轉(zhuǎn)速:2991 r/min;
絕緣等級(jí):F級(jí);
重量:17590 kg;
電機(jī)總重:25800 kg;
制造單位:江西東元電機(jī)有限公司。
(1)4#23500低壓氧透出口到球罐區(qū)
低壓氧氣管道從低壓氧透機(jī)組出口增設(shè)氧氣管道DN400,沿現(xiàn)有管廊敷設(shè)至球罐區(qū),原有管道支架需進(jìn)行加固,整個(gè)管道采用自然補(bǔ)償。
(2)球罐區(qū)
低壓氧氣管道(DN400)在球罐區(qū)分為兩路:一路(DN250)在1#、2#高爐調(diào)壓間后與現(xiàn)有中壓氧氣管道對(duì)接,利用原來的中壓氧氣管網(wǎng)供兩座高爐用氣。球罐區(qū)1#、2#高爐調(diào)壓閥組設(shè)定一定壓力,當(dāng)?shù)蛪貉鯕夤芫W(wǎng)壓力低于設(shè)定值時(shí),調(diào)節(jié)閥自動(dòng)打開,中壓氧氣節(jié)流進(jìn)入低壓氧管網(wǎng)。另一路(DN350)去3#高爐的管道在3#高爐富氧調(diào)節(jié)閥組前并網(wǎng)。
拆除原有球罐區(qū)中壓氧至1#、2#高爐的調(diào)節(jié)閥。為保證球罐區(qū)中壓氧氣節(jié)流補(bǔ)充低壓氧氣管網(wǎng)的可靠性,新建兩套調(diào)壓閥組,運(yùn)行時(shí),兩套調(diào)壓閥組共同作用。節(jié)流前壓力2.5 MPa、節(jié)流后壓力0.8 MPa、最大流通量45000 m3/h。
(3)去3#高爐新增管道
原有球罐去3#高爐的中壓管道(DN250)不能滿足低壓氧氣輸送要求,需新增氧氣管道(DN350),沿現(xiàn)有備用DN1600冷風(fēng)管道敷設(shè),至3#高爐富氧調(diào)壓閥組前并網(wǎng)。
(4)去 1#、2#高爐管道
現(xiàn)有1#、2#高爐的富氧總管DN250可以滿足低壓氧氣流通的需要,繼續(xù)保留使用。但是去1#高爐的現(xiàn)有DN150的富氧管道無法滿足低壓氧氣的流通需求,更換成DN200的管道。
2016年3月18日,52000 m3/h氧透調(diào)試結(jié)束,正式啟動(dòng)并壓縮氧氣并入管網(wǎng),標(biāo)志著4#23500制氧機(jī)正式開始投產(chǎn)試運(yùn)行,分級(jí)供氧項(xiàng)目正式實(shí)施,技術(shù)人員根據(jù)氧透生產(chǎn)情況進(jìn)行調(diào)整,對(duì)氧透工藝操作和應(yīng)對(duì)突發(fā)事故方面進(jìn)行了優(yōu)化,確保氧透的穩(wěn)定、節(jié)能、高效運(yùn)行。
(1)1#23500 m3/h和4#23500 m3/h的兩套空分產(chǎn)生的常壓氧氣共同進(jìn)入52000 m3/h氧透機(jī)前,供氧透壓縮,鑒于兩套空分出裝置的壓力不同,其中1#23500出裝置氧壓 12 kPa,4#23500出裝置 18 kPa。將 1#23500的出裝置閥 V102保持全開,4#23500出裝置壓力較高,V102根據(jù)不同空分負(fù)荷,保持在43%~34%之間變化。兩套空分常壓氧通過并網(wǎng)閥HC4001相連。
(2)2016年5月 2日,4#23500空壓機(jī)意外停車,造成52000 m3/h氧透吸入壓力聯(lián)鎖停車,影響了煉鐵生產(chǎn)。為避免今后1#23500和4#23500中任一套機(jī)組停運(yùn)造成52000 m3/h停運(yùn),計(jì)控人員協(xié)調(diào)工藝人員嘗試在1#23500的空壓機(jī)上增設(shè)一根電纜引到4#23500操作模塊上,并編制程序,當(dāng)其中一套制氧機(jī)組停運(yùn)后,瞬時(shí)開氧透回流閥V3303到一定開度。經(jīng)過若干次嘗試,確定1#23500和4#23500其中任何一套制氧機(jī)停運(yùn)時(shí),回流閥立即開到70%后,不會(huì)造成氧透聯(lián)鎖停車,一定程度上能減少對(duì)高爐的影響。實(shí)踐證明此方法切實(shí)可行。
(3)低壓氧透正常啟動(dòng)后的進(jìn)口導(dǎo)葉開度最小控制在36%,在機(jī)組未滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí),保證出口壓力時(shí),需要用回流閥進(jìn)行調(diào)節(jié),即回流閥有一定的開度。這樣氧氣經(jīng)壓縮后再通過回流閥回到進(jìn)口管道,耗費(fèi)了壓縮機(jī)的電能。技術(shù)人員聯(lián)系設(shè)計(jì)單位杭氧,并通過嘗試,將進(jìn)口導(dǎo)葉分三次進(jìn)行關(guān)小到10%,回流閥V3303全關(guān),氧壓機(jī)能夠保證連續(xù)安全運(yùn)行。根據(jù)試驗(yàn)期間的數(shù)據(jù),低壓氧透導(dǎo)葉開度30%,回流閥開度60%,每小時(shí)耗電5570 kW;通過最小負(fù)荷調(diào)試后氧透導(dǎo)葉開度10%,回流閥開度48%,每小時(shí)耗電4646 kW。低壓氧壓機(jī)經(jīng)過最小負(fù)荷調(diào)試后,每小時(shí)可節(jié)電934 kW。
(4)2016年5月28日20:20分,空壓機(jī)報(bào)警,檢查發(fā)現(xiàn)為1#23500空壓機(jī)進(jìn)口差壓流量計(jì)突然降低隨后恢復(fù),但是仍然觸動(dòng)防喘振曲線而輕載,崗位人員檢查發(fā)現(xiàn)52000氧透雖然沒有吸入壓力聯(lián)鎖停車,但是吸入壓力偏低并逐步降低到聯(lián)鎖值。崗位人員判斷為兩套空分的氧氣并網(wǎng)閥HC4001沒關(guān)閉,4#23500的氧氣從1#23500的常壓氧放空閥處放掉,造成低壓氧透吸入壓力降低。迅速緊急關(guān)掉并網(wǎng)閥并恢復(fù)52000氧透的運(yùn)行。沒有影響到煉鐵生產(chǎn)。
根據(jù)此次事故,車間告誡所有崗位人員,一旦1#23500空分停運(yùn),要及時(shí)關(guān)閉氧氣并網(wǎng)閥,避免低壓氧透吸入壓力聯(lián)鎖。
制氧廠的氧壓機(jī)后的壓力設(shè)定為2.5 MPa,經(jīng)過節(jié)流后進(jìn)入煉鐵廠富氧,經(jīng)過分級(jí)供氧實(shí)施后,低壓氧壓機(jī)產(chǎn)生的1.0 MPa的氧氣,直接供氧煉鐵,一般情況下,氧透系統(tǒng)壓力設(shè)定為0.77 MPa即可滿足煉鐵用氧。節(jié)省的電能主要體現(xiàn)在氧透的壓縮等級(jí)上,詳見表1。
表1 低壓氧壓機(jī)與常規(guī)中壓氧壓機(jī)參數(shù)對(duì)比
通過表1參數(shù)可得,假如采用兩套23500 m3/h的中壓氧透壓縮氧氣,極限產(chǎn)量可達(dá)52000 m3/h,采用一套低壓氧透最大壓縮52000 m3/h,兩者相同的氧氣量時(shí),消耗的功率差可計(jì)算得出每小時(shí)耗功差5010 kW·h。每年可節(jié)約電能2609萬元。
4#23500低壓氧透設(shè)計(jì)上,壓縮兩套23500空分的常壓氧氣,設(shè)計(jì)壓縮量52000 m3/h,但由于環(huán)保限排限產(chǎn),減量經(jīng)營(yíng),高爐富氧量減少至40000 m3/h,而兩套23500制氧機(jī)至少要生產(chǎn)45000 m3/h的氧氣,多余的5000 m3/h,無法經(jīng)濟(jì)壓縮,只能放散造成浪費(fèi),而中壓氧氣管網(wǎng)壓力時(shí)常又比較低,特別是煉品種鋼時(shí),對(duì)氧氣壓力要求比較高,這時(shí)只能將1#23500氧氣退出,開1#23500中壓氧透壓縮,保中壓氧供應(yīng),導(dǎo)致大氧透只能在半負(fù)荷下長(zhǎng)期運(yùn)行,只壓縮4#23500制氧機(jī)的25000 m3/h氧氣,造成分級(jí)供氧節(jié)能措施不能充分利用。為了使分級(jí)供氧效能發(fā)揮到最大,提出了新的分級(jí)供氧模式。
通過論證,把2#14000制氧機(jī)生產(chǎn)的常壓氧氣引入低壓氧透前,使(2#14000、1#23500、4#23500及長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)的1#14000,2#6000)5套制氧機(jī)的常壓氧氣通過管道聯(lián)網(wǎng)。利用一段原有管道,新增少量新管道,但因利舊的管道長(zhǎng)期停用,存在銹蝕現(xiàn)象,不能直接用于氧氣輸送。決定對(duì)利舊的管道拆除、除銹、防腐、脫脂后,重新安裝。簡(jiǎn)圖如圖2所示。
聯(lián)網(wǎng)后2#6000的6000 m3/h氧活塞也可以工作,可以增加兩種分級(jí)供氧新模式。第一種模式:兩個(gè)高爐的富氧量約4萬m3,聯(lián)網(wǎng)后,把2#14000常壓氧氣送到大氧透壓縮,節(jié)約3400 kW的中壓氧透的電耗;第二種模式:若高爐順行,負(fù)荷有提高,需要1#23500和4#23500聯(lián)合送到低壓氧透壓縮,兩套空分如果僅送入46000 m3/h到高爐,剩余的6000 m3/h常壓氧可送6000 m3/h制氧機(jī)的氧活塞機(jī)壓縮到中壓送入管網(wǎng)。增加兩種新的分級(jí)供氧模式,既保證常壓氧氣不放散,又可以充分發(fā)揮分級(jí)供氧的節(jié)能潛力,在兩機(jī)兩爐生產(chǎn)模式下充分保證公司的用氣需求。
圖2 低壓氧透與其它制氧機(jī)常壓管道連接示意圖
2#14000常壓氧氣量壓力20 kPA,管道超過500 m,阻力偏大。其常壓氧氣加入與退出低壓氧透,對(duì)低壓氧透的進(jìn)口壓力影響比較大,需仔細(xì)研究操作方案,防止低壓氧透停車。
2#14000、4#23000兩套機(jī)組常壓氧氣切換的主要方式及操作預(yù)定方案:
(1)兩套機(jī)組均正常運(yùn)行,2#14000中壓氧透與低壓氧透均運(yùn)行。停運(yùn)2#14000中壓氧透,將氣體送入低壓氧透。
①接到調(diào)度指令后,兩個(gè)崗位安排好人員做好倒氣準(zhǔn)備,并通過撥打電話進(jìn)行溝通。
②設(shè)定2#14000常壓氧放空量值到正常運(yùn)行值。確保中壓氧透停運(yùn)后,能夠保證正常出裝置量。
③按正常停壓氧透操作規(guī)程,停運(yùn)2#14000中壓氧透。
④確認(rèn)將HC04、氧聯(lián)3閥門全開,1#14000和2#6000出裝置閥門全關(guān)。
⑤適當(dāng)提高2#14000常壓氧出裝置壓力到24 kPA左右,為倒氣到4#23500做準(zhǔn)備。確認(rèn)出裝置閥門V102A全開,并全開并網(wǎng)閥氧聯(lián)5。氧氣送到4#23500氧透進(jìn)口閥。
⑥一邊將4#23500的出裝置閥V102關(guān)小到30%左右,一邊將低壓氧透回流閥關(guān)小至全關(guān),根據(jù)送氣量適當(dāng)開大進(jìn)口導(dǎo)葉,并觀察低壓氧透進(jìn)口壓力不低于5 kPA。
⑦電話聯(lián)系,確認(rèn)2#14000氧氣量在正常范圍內(nèi)。根據(jù)4#23500出裝置量變化,適當(dāng)調(diào)整V102和進(jìn)口導(dǎo)葉。常壓氧氣倒換結(jié)束。
(2)低壓氧透壓縮2#14000、4#23000空分的常壓氧氣,倒換為2#14000中壓氧透和低壓氧透分別壓縮本套常壓氧氣。
①接到調(diào)度指令后,兩個(gè)崗位安排好人員做好倒氣準(zhǔn)備并電話及時(shí)溝通。
②緩慢關(guān)小4#23500低壓氧透導(dǎo)葉到10%,并將回流閥開大到50%開度,并將出裝置閥V102緩慢全開。
③2#14000設(shè)定好常壓放空量并關(guān)注其變化,并隨著4#23500氧透的操作,緩慢關(guān)小出裝置閥V102A,關(guān)并網(wǎng)閥氧聯(lián)5。
④通知配電給2#14000中壓氧透送電,并做好中壓氧透啟動(dòng)準(zhǔn)備工作,提前全開V102A。
⑤按照中壓氧透單機(jī)操作規(guī)程,啟動(dòng)中壓氧透。常壓氧氣倒換結(jié)束。
(3)氧氣切換要點(diǎn):
①以上操作規(guī)程屬于關(guān)鍵點(diǎn)控制,具體工作細(xì)節(jié)則需要有熟練操作經(jīng)驗(yàn)的師傅進(jìn)行調(diào)整,確保設(shè)備倒換穩(wěn)定進(jìn)行。
②2#14000向4#23500倒氣時(shí),務(wù)必確保氧聯(lián)5及HC04、氧聯(lián)3全開后再進(jìn)行4#23500低壓氧透閥門的操作。
③注意防止4#23500的氣反向倒入2#14000放空,造成低壓氧透吸入壓力聯(lián)鎖。
④調(diào)試前將液氧后備系統(tǒng)預(yù)冷,一旦調(diào)試過程出現(xiàn)故障,及時(shí)啟動(dòng)后備系統(tǒng),確保氧氣供應(yīng)。
(1)調(diào)試應(yīng)用分級(jí)供氧第一種新模式,運(yùn)行了5天5個(gè)小時(shí)。由于低壓氧供出量大于40000 m3/h,低壓氧透導(dǎo)葉開大,低壓氧透實(shí)際功率4500 kW大于其最小功率(4300 kW),功率增加了200 kW。停運(yùn)了14000中壓氧透,減少3400 kW電耗,電費(fèi)按0.58元計(jì)算,已產(chǎn)生效益23.2萬元。如果使用一個(gè)月,則可節(jié)省電費(fèi)133.6元。
(2)應(yīng)用分級(jí)供氧第二種新模式。氧活塞每小時(shí)送出量5000 m3/h。因每生產(chǎn)1 m3氧氣需耗電0.5 kW,每小時(shí)可減少浪費(fèi)1450元,每天可減少浪費(fèi)3.48萬元。同時(shí)開氧活塞還可以減少氧后備的啟動(dòng)次數(shù),減少液氧消耗。
高爐是煉鐵的最主要裝置,確保穩(wěn)定供氧是第一要?jiǎng)?wù),在新機(jī)組和后備系統(tǒng)投產(chǎn)后,更加需要我們做好穩(wěn)定低壓氧的穩(wěn)定供氧工作,在高爐不同的工況頻繁變動(dòng)下,我們?cè)谡{(diào)整制氧機(jī)運(yùn)行工況時(shí),既要穩(wěn),也要注意不做無謂的浪費(fèi)。分級(jí)供氧新模式的成功實(shí)施,既保證了公司用氧需求,又減少了氧氣放散浪費(fèi),減少了液氧消耗,降低了氧氣壓縮成本,一舉多得,產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益巨大。