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氮?dú)鈨艋瘷C(jī)組單機(jī)組雙塔運(yùn)行應(yīng)用

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冶金動(dòng)力
2015 METALLURGICAL POWER 年第6 期
總第184 期
制氧
氮?dú)鈨艋瘷C(jī)組單機(jī)組雙塔運(yùn)行應(yīng)用
高喜義
（本鋼板材股份有限公司燃?xì)鈴S，遼寧本溪117022）
【摘要】針對(duì)氮?dú)鈨艋瘷C(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，分析查找原因并對(duì)其采取改進(jìn)措施，提高了氮?dú)?
凈化單機(jī)組處理能力，最大程度地發(fā)揮了機(jī)組效率，降低了生產(chǎn)成本。
【關(guān)鍵詞】氮?dú)鈨艋粏螜C(jī)組；雙塔運(yùn)行；應(yīng)用
【中圖分類號(hào)】TB66 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1006-6764(2015)06-0025-03
Application of Single-purifier Double-tower Operation
in Nitrogen Purification Unit
GAO Xiyi
(The Gas Plant of Benxi Steel Plate &amp;amp; Sheet Co., Ltd., Benxi, Liaoning 117022, China)
【Abstract】Causes of the existing problems in the operation process of nitrogen purifier
unit were analyzed and found out and countermeasures were taken, which have increased the
treatment capacity of single purifier, maximized the efficiency of the unit and reduced production
cost.
【Key words】nitrogen purification; single purifier; double tower operation; application
1 前言
高純氮?dú)馐抢滠埍“?、熱鍍鋅、硅鋼生產(chǎn)線的重
要保護(hù)氣體，氮?dú)饧兌?、含氧量、露點(diǎn)指標(biāo)對(duì)冷軋生
產(chǎn)最終產(chǎn)品質(zhì)量影響重大。氧含量超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致冷軋
板表面氧化、鍍鋅板表面出現(xiàn)裸點(diǎn)等嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題。
氮?dú)鈨艋瘷C(jī)組是利用催化脫氧干燥工藝，將空
分氮?dú)膺M(jìn)行精制提純的裝置。工藝采用兩步脫氧工
藝，第一步粗脫氧工序利用鈀催化劑加氫反應(yīng)的方
法將原料氮?dú)庵械拇蟛糠盅趺摮觯沟獨(dú)庵醒鹾?
降至50×10-6 以下。進(jìn)入第二步精脫氧工序，利用專
用脫氧劑與氮?dú)庵械难醢l(fā)生反應(yīng)，達(dá)到深度脫氧的
目的。處理后氮?dú)庵醒鹾俊?×10-6，符合冷軋生產(chǎn)
保護(hù)氮?dú)饧夹g(shù)指標(biāo)。該裝置在脫氧過(guò)程中將產(chǎn)生大
量水分，因此設(shè)有干燥工序，進(jìn)行脫水干燥處理，使
產(chǎn)品氮?dú)饴饵c(diǎn)≤-70 ℃。現(xiàn)在大多數(shù)空分產(chǎn)品氮均
能滿足冷軋用氣要求。
2 存在問(wèn)題分析
2.1 存在的問(wèn)題
本溪鋼鐵集團(tuán)有限公司冷軋配套項(xiàng)目保護(hù)氣體
站設(shè)計(jì)安裝了3 套某公司生產(chǎn)的7500 m3/h 氮凈化
裝置，于2005 年建設(shè)安裝，2006 年2 月調(diào)試生產(chǎn)。
該裝置在使用過(guò)程中出現(xiàn)單機(jī)組流量大于6000 m3
時(shí)，機(jī)組出口阻力降為0.3 MPa，不能滿足用戶生成
用氣需要（來(lái)源壓力0.65 MPa，出口壓力0.35
MPa＜用戶要求達(dá)到0.5 MPa）。工藝要求機(jī)組出口
阻力降＜0.1 MPa，因此單機(jī)組出口阻力降大成為影
響冷軋生產(chǎn)的關(guān)鍵難題之一。
2.2 工藝簡(jiǎn)介
氮?dú)鈨艋瘷C(jī)組工藝如圖1。
圖1 氮?dú)鈨艋に?
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冶金動(dòng)力
METALLURGICAL POWER 2015 年第6 期
總第184 期
時(shí)間1# 機(jī)組2# 機(jī)組3# 機(jī)組
第1 天A 塔再生B 塔運(yùn)行雙塔運(yùn)行雙塔運(yùn)行
第2 天雙塔運(yùn)行A 塔再生B 塔運(yùn)行A 塔再生B 塔運(yùn)行
第3 天雙塔運(yùn)行雙塔運(yùn)行雙塔運(yùn)行
第4~9 天雙塔運(yùn)行雙塔運(yùn)行雙塔運(yùn)行
第10 天A 塔運(yùn)行B 塔再生雙塔運(yùn)行雙塔運(yùn)行
第11 天雙塔運(yùn)行A 塔運(yùn)行B 塔再生雙塔運(yùn)行
第12 天雙塔運(yùn)行雙塔運(yùn)行A 塔運(yùn)行B 塔再生
工藝簡(jiǎn)述如下：
2.1.1 吸附
去除原料氮?dú)庵械难鯕獬煞?，使產(chǎn)品氮?dú)夂?
量≤5×10-6。
（1）精脫氧：利用鈀催化劑在氮?dú)庵邪匆欢ū壤?
加入氫氣，使氫和氧發(fā)生反應(yīng)將氮?dú)庵泻?0×
10-6 以上的氧氣脫出。
（2）精脫氧：利用氧化反應(yīng)使用專用脫氧劑填料
與微量氧氣發(fā)生反應(yīng)生成氧化物，從而脫出50×
10-6 以下的氧氣，使產(chǎn)品氣達(dá)到≤5×10-6 的技術(shù)標(biāo)
準(zhǔn)。
2.1.2 干燥
利用高強(qiáng)分子篩對(duì)氮?dú)庵械乃诌M(jìn)行吸附，使
露點(diǎn)降至-70 ℃以下達(dá)到產(chǎn)品氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
2.1.3 再生
當(dāng)吸附、干燥工序填料飽和時(shí)需要工藝切換對(duì)
填料再生處理，確保填料重復(fù)使用，保證工序連續(xù)進(jìn)
行。
（1）卸壓：由于填料再生需要壓力在常壓下進(jìn)
行，而機(jī)組運(yùn)行壓力在0.5~0.75 MPa，因此再生前先
將再生塔壓力降至常壓。
（2）通氫加熱：當(dāng)精脫塔脫氧劑飽和后，需要在
高溫下才能分解脫出，這樣就需要對(duì)精脫氧塔加熱
至260~280 ℃，達(dá)到再生需求溫度，同時(shí)通入氫氣，
利用氫氣還原特性，把精脫氧劑中的氧氣脫出，達(dá)到
精脫氧劑再生目的。另外干燥塔吸附飽和利用加溫
將水分蒸發(fā)隨氣流帶出干燥塔，達(dá)到再生目的。
（3）通氮冷卻：通氫加熱結(jié)束后需要將過(guò)剩的氫
氣進(jìn)行置換，防止影響再次吸附脫氧效果，必須通入
純氮（產(chǎn)品氮?dú)猓┻M(jìn)行置換，把通氫時(shí)的過(guò)剩氫氣處
理干凈，使精脫氧劑處于氮?dú)鉅顟B(tài)下，準(zhǔn)備再次吸附
使用。由于吸附和干燥是在常溫下進(jìn)行，因此需要冷
卻降溫處理。該凈化機(jī)組采用電加熱方式，加熱時(shí)電
熱棒通電，冷卻時(shí)電熱棒斷電，利用氣體流動(dòng)將熱量
帶走，達(dá)到降溫目的。
（4）充壓：由于工作要求在0.5~0.75 MPa 下進(jìn)
行，因此需要利用產(chǎn)品氮?dú)鈱?duì)再生塔充壓到工作壓
力，準(zhǔn)備吸附使用。
3 解決方案：氮?dú)鈨艋瘷C(jī)組單機(jī)組采用雙塔
運(yùn)行方式
3.1 單機(jī)組雙塔運(yùn)行設(shè)計(jì)
根據(jù)機(jī)組單臺(tái)運(yùn)行時(shí)間240 h，再生塔再生時(shí)
間僅為24 h，其余時(shí)間為等待工作。浪費(fèi)資源，所以
要改進(jìn)工藝運(yùn)行方式，以達(dá)到最佳工作方式，降低機(jī)
組壓力阻損，保證用戶生產(chǎn)需要。
（1）將單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間不變，將A 塔再生時(shí)
間設(shè)定在運(yùn)行初期24 h，B 塔再生時(shí)間設(shè)定在運(yùn)行
后期24 h，其余時(shí)間為雙塔運(yùn)行，用以減少單臺(tái)運(yùn)
行時(shí)間，降低壓力阻損。
（2）3 套機(jī)組再生時(shí)間相互錯(cuò)開，以保證每個(gè)時(shí)
間段只有1 臺(tái)機(jī)組再生，其余5 塔均在運(yùn)行的運(yùn)行
方式。
（3）要求每臺(tái)機(jī)組在手檢狀態(tài)時(shí)，除保留一條工
藝路線為通路外，可以操作機(jī)組任意氣動(dòng)閥的開關(guān)
狀態(tài)。
（4）機(jī)組加氫閥控制條件刪除氫氣條件，以控制
反應(yīng)后氧含量為條件，即：氧含量＞20×10-6 加氫閥
開啟，氧含量＜10×10-6 加氫閥關(guān)閉。
（5）機(jī)組填料、工藝步驟、配管等條件不變。
3.2 單機(jī)組雙塔運(yùn)行開發(fā)工藝時(shí)間表
工藝運(yùn)行時(shí)間表，以一臺(tái)機(jī)組為例。其他機(jī)組只
需將運(yùn)行再生時(shí)間與其他機(jī)組順延，保證實(shí)現(xiàn)1 塔
再生5 塔運(yùn)行的工藝方式。
（1）1# 機(jī)組運(yùn)行時(shí)間表（見(jiàn)表1）
表1 1# 機(jī)組運(yùn)行時(shí)間表
（2）確保每臺(tái)機(jī)組都有連續(xù)8 天雙塔運(yùn)行時(shí)間。
（3）3 套機(jī)組運(yùn)行時(shí)間表（見(jiàn)表2）
表2 3 套機(jī)組運(yùn)行時(shí)間表
3.3 程序修改內(nèi)容
A 塔B 塔
減壓30 min
吸附9 天
通氫加熱720 min
通氮冷卻660 min
充壓30 min
吸附9 天
減壓30 min
通氫加熱720 min
通氮冷卻660 min
充壓30 min
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冶金動(dòng)力
2015 METALLURGICAL POWER 年第6 期
總第184 期
（1）修改粗脫氧工序加氫調(diào)節(jié)閥控制條件，刪除
原有加氫調(diào)節(jié)控制條件，以控制反應(yīng)后氧含量為閥
門開關(guān)條件，即：氧含量＞20×10-6 加氫閥開啟，氧
含量＜10×10-6 加氫閥關(guān)閉。
（2）修改再生塔再生結(jié)束后再生閥門關(guān)閉30 s
后，工藝生產(chǎn)氣路閥門開啟，使再生塔投入生產(chǎn)運(yùn)行
（具體閥門編號(hào)保密）。
（3）修改機(jī)組手動(dòng)狀態(tài)下，可以控制任何閥門開
關(guān)，保障單機(jī)組雙塔運(yùn)行模式。
4 結(jié)束語(yǔ)
本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)單機(jī)組運(yùn)行方式的分析，得出解
決機(jī)組運(yùn)行方式，可以達(dá)到降低單機(jī)組運(yùn)行阻力和
提高單機(jī)組處理能力的效果。提出改變單機(jī)組運(yùn)行
方式，開發(fā)單機(jī)組雙塔運(yùn)行模式，解決生產(chǎn)技術(shù)難
題。并且通過(guò)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，確定了單機(jī)組雙塔運(yùn)行
方式新技術(shù)。該項(xiàng)目通過(guò)實(shí)施得出以下結(jié)論：
（1）通過(guò)改變?cè)偕\(yùn)行方式，解決單機(jī)組壓力
降＞0.1 MPa 的技術(shù)難題，經(jīng)過(guò)半年運(yùn)行考核，單機(jī)
組壓力降在0.08 MPa，采用單機(jī)組雙塔運(yùn)行方式，
填補(bǔ)了氮?dú)鈨艋瘷C(jī)組的技術(shù)空白。
（2）通過(guò)實(shí)施單機(jī)組雙塔運(yùn)行，解決了單機(jī)組處
理能力80000 m3/h 的目的，實(shí)際測(cè)試單機(jī)組處理能
力為10000~12000 m3/h，節(jié)約了設(shè)備投資，提高了設(shè)
備使用效率，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
（3）通過(guò)實(shí)施單機(jī)組雙塔運(yùn)行程序優(yōu)化，使機(jī)組
運(yùn)行平穩(wěn)，操作更加簡(jiǎn)化，便于操作維護(hù)，自動(dòng)化程
度明顯提高，有利于氮凈化機(jī)組創(chuàng)高產(chǎn)，提高機(jī)組效
能，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。
[ 參考文獻(xiàn)]
[1] 張衛(wèi).氣體吸附制取操作指南[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.
[2] 王兆明.電氣控制與PLC 技術(shù)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2010.
收稿日期：2015－03－27
作者簡(jiǎn)介：高喜義（1974－）男，2014 年畢業(yè)于東北大學(xué)電氣自動(dòng)化
專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)從事技改工程管理工作。
簡(jiǎn)訊
霍尼韋爾節(jié)能制冷產(chǎn)品全方位亮相2015 中國(guó)制冷展
共創(chuàng)綠色節(jié)能及實(shí)現(xiàn)智能制冷
2015 年4 月8 日，中國(guó)上?！裟犴f爾（紐約證券交易所代碼：HON）旗下多個(gè)業(yè)務(wù)部門
的節(jié)能制冷產(chǎn)品和技術(shù)齊聚亮相第26 屆中國(guó)制冷展。
霍尼韋爾自動(dòng)化控制系統(tǒng)集團(tuán)戰(zhàn)略及市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁劉威先生表示：“在霍尼韋爾，我們
所擁有的半數(shù)以上的產(chǎn)品和技術(shù)與節(jié)能環(huán)保相關(guān)，這些產(chǎn)品涉及交通運(yùn)輸、樓宇、工業(yè)和住宅
等領(lǐng)域，幫助應(yīng)對(duì)全球最艱巨的能源挑戰(zhàn)?；裟犴f爾始終致力于通過(guò)科技創(chuàng)新來(lái)推動(dòng)高能效和
符合環(huán)保要求的產(chǎn)品的開發(fā)，結(jié)合我們?cè)谥评漕I(lǐng)域豐富的全球領(lǐng)先經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，為客戶提供適
合中國(guó)制冷產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)和解決方案，從而幫助他們實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)，帶來(lái)創(chuàng)新效益，進(jìn)而推
進(jìn)中國(guó)制冷行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展是我們努力的目標(biāo)?！?
制冷展上，霍尼韋爾展示了先進(jìn)空氣過(guò)濾、觀察鏡及電動(dòng)閥等產(chǎn)品；安全、精準(zhǔn)和可靠的定
制化傳感解決方案多用于樓宇及廠房等設(shè)施；適用于冷鏈環(huán)境的有毒有害或易燃?xì)怏w高精度
探測(cè)產(chǎn)品和相關(guān)解決方案已經(jīng)被冷庫(kù)、冷飲制造商等廣泛運(yùn)用。作為全球含氟制冷劑產(chǎn)品的領(lǐng)
先供應(yīng)商，霍尼韋爾開發(fā)了新一代高性能、低全球變暖潛值（GWP）的創(chuàng)新產(chǎn)品Solstice 系列，
以代替破壞臭氧層和導(dǎo)致全球變暖的物質(zhì)，滿足全球?qū)τ诃h(huán)境和能源日益嚴(yán)格的要求。
霍尼韋爾在此次制冷展上的全方位亮相不僅顯示了其在制冷領(lǐng)域研發(fā)創(chuàng)新的深度，也展
示了其制冷技術(shù)和產(chǎn)品的跨度，充分體現(xiàn)了霍尼韋爾針對(duì)不同市場(chǎng)、不同需求提供全方位解決
方案，幫助客戶實(shí)現(xiàn)制冷效果和環(huán)保能效雙豐收的實(shí)力。
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