达钢KDONAr-30000/30000/900型空分设备,系河南开元空分集团有限公司成套的分子筛预净化、带增压透平膨胀机,氧氮外压缩、全低压全无氢制氩流程的空分设备。这是开封民营企业第一套三万等级大型空分设备,其核心技术是解决了四溢流对流塔板的设计计算以及制造问题。该机组的主要配套部机全部采用国产设备,为节省投资和外汇,振兴民族装备工业都具有深远的意义。
图1.KDONAr-30000/30000/900型空分设备流程简图
该设备于2007年10月17日签订合同,2009年6月8日开始进行联动试车,至6月10日,氧氮产品合格,6月21日,氩产品合格,经过三天连续运行,顺利通过性能考核,各项指标均达合同要求。
流程配置与设备选型:
空气过滤器:无锡宏博,6000m3/min,自洁式。反吹气体为来自分子筛后的干燥空气,气源管加粗,保证自清除效果。
空气压缩机:沈鼓,单轴离心,气量:165000Nm3/h。
氮水预冷系统:配套采用散堆填料的空冷塔、水冷塔; 设置冷水机组,但整个系统按照没有冷水机组进行设计,在冷水机组故障的情况下仍能运行,一台常温水泵, 一台低温水泵, 各为一用一备。
冷水机组: 约克,螺杆
水泵:上海连成
纯化系统:设计为两只分子筛吸附器,卧式双床层结构, 切换使用,用于清除空气中的水分和二氧化碳等杂质。配备三台电加热器, 两用一备, 采用立式结构,调功柜控制再生温度,再生气流量自动控制。分子筛工作周期4 小时,充泄压过程均通过程序控制阀门定位器进行,整个切换过程平稳可靠。
分子筛吸附系统切换阀、调节阀门均选用KOSO阀门。
分子筛采用上海可賽世13X – APG。
铝胶采用:江西萍乡环球。
增压透平膨胀机:简阳瑞特,膨胀气量:24000 Nm3/h。
分馏塔及氩提取设备:主换热器采用国产产品,氧、氮、污氮分别配置,并以空气进口阀调节热端温差,下塔筛板塔,主冷采用双层布置,上塔和粗氩塔、精氩塔均采用填料塔。
粗氩泵:ACD,变频器:ABB
填料及分配器:天大北洋
阀门及选型:冷箱内自动阀全部无锡工装焊接阀,手动阀全部选四川成空焊接阀,冷箱外调节阀为浙江三方,手动阀天津塘沽。
氧压、氮压系统:均为杭氧透平产品。其中氧透单轴,氮透双轴。
仪控系统:
分析仪:重庆特瑞尔,包括一台TGC2000-AF在线峰量碳氢化合物分析仪,从C1-C9均能分析。
DCS:浙江中控,其中UPS采用山特产品。
变送器:川仪横河EJA智能。
液体贮存系统:液氧800m3,液氮800 m3,液氩300 m3,均为常压平底贮槽。
技术特点:
1. 四溢流对流下塔的设计完全靠开元自主研发,从计算软件到制造工装,开元没有成功的先例可以参考,经过实践检验,效果很好。从开元制造到开元创造,技术能力上了一个新台阶。
2. 预冷系统:空冷塔液面采用就地、变送器、液位开关三重保险,分别报警,同时发生才停车,避免误动作停车。水冷塔采用了两段填料,效率更高,在冷冻机故障状态下仍能维持系统运行。增加水过滤器的配置,保证冷水机组和水冷塔的运行。
3. 再生气温度、流量自动控制,再生气流量测量采用阿牛巴流量计,阻力小,再生过程平稳进行切换,对塔的冲击很小,充压过程通过程序自动控制,切换过程压力降低仅0.007Mpa。
4. 无氢制氩系统:精氩塔的废气回收到空压机进口,避免浪费,便于操作;精氩塔不合格液氩回收到粗氩塔中部,避免浪费;汽化液氩冷量回收,一系列结构改进使氩系统没有任何波动。液体泵则全部采用变频控制。
5. 自动化程度高,包括液体产品均采用自动控制,在正常情况下运行,无需任何人为操作。
6. 主冷箱和换热器冷箱分开,降低风险和对基础的要求,增加了冷箱成本。冷箱充气设置流量计和压力表,避免盲目操作。
7. 安全考虑:设置主冷碳氢化合物在线分析仪;各主要位置设置气体监测仪,保护操作和施工人员的安全;主冷防爆的各项安全措施;冷箱防砂爆的各项安全措施;分子筛防带水的各项安全措施,目前可以采用的安全措施在这套设备上应有尽有。
缺憾与不足:
1. UPS电源没有设置旁路功能,由于自身的风扇故障,造成整套空分的停车,应该可以不间断地切换到市电。这个小故障反映出目前在降低成本方面存在的危险,小概率事件可能引起严重后果的也必须重视。
2. 空压机出口管道口径仅有600,由于连接有波纹节、流量孔板、放空阀、防喘振阀、止回阀、送出阀等,管道有20米长,造成阻力比较大,尤其流量测量应采用文丘里管,不能采用流量孔板,最终不得已取消了流量孔板,这样就失去了防喘振的真正意义,只能是防超压,反映出我们对外配套厂家的设计审核不够认真。
3. 液体产品量大,膨胀空气量也相应较大,对氩系统的影响也比较大,不得不将大量膨胀空气旁通污氮,使氧提取率不高,随着设备运行,逐步摸索提高,将来降低能耗,提高提取率是下一步的主要任务。
达钢三万空分的结合了近年来开元在设计制造和运行多方面的经验,在设计中将安全性、可靠性放在首位,流路设置、外配机组、控制点设置等各方面都向国内外最高水平看齐,公司上下将这一项目看作重中之重,整个冷箱没有一个结冰点,包括分析仪在内仪表投标率100%,运行中整个设备全部实现自动控制,氧、氮、氩产品均达合同要求,这对于开元作为一个民营企业应对经济危机形势下的市场新局面有着重要意义。