新余钢铁有限公司18000m3／h制氧机工程是1×100吨转炉的配套工程， 自2001年5月开始设备招标，经过土建、设备安装、试压、查漏、裸冷、单机试车等过程，于2003年4月6日下午5：00正式开机，8日晚9：00(中途停机6小时)生产出合格氧气，11日生产出合格氩气，创造了新设备一次性开机出氩时间最短的记录。其设计值及运行值见表1。

    表1 18000m3／h制氧机设计值及运行值对照表
   

项 目	设计值	运行值
空压机流量／(m3／h)	90000	90000
压力／MPa	0．61(A)	0．61(A)
氧气纯度	99．6％	99．8％
氧气产量／(m3／h)	18050	18000
液氧产量／(m3／h)	200	350
氮气纯度	≤5×10-602	~0.6×10-602
氮气产量／(m3／h)	18000	>20000
液氮产量／(m3／h)	100	100
液氩纯度	≤5×10-602	(2~3)×10-602
	≤3×10-6N2	(1~3)×10-6N2
液氮产量／(m3／h)	690	700~720

    重庆钢铁设计院进行制氧机工程的工程设计，杭氧股份有限公司提供空分本体设备。浙江开元安装公司二公司承建安装工程。该制氧机采用先进的常温分子筛吸附、增压透平膨胀机、规整填料塔和全精馏无氢制氩技术、氧氮产品外压缩、部分氩内压缩的流程。笔者有幸参与了工程建设的全过程，现对整个工程做一概述。

    本套制氧机，以确保生产长期稳定、可靠运行及节能、操作弹性大为原则进行流程设计及设备选型，其工艺流程见图1。部分氩内压缩流程以及氮膨胀流程未示出。液氮生产工艺流程见图2。

   
    图1 新钢18000m3／h制氧机工艺流程图

   
    图2 液氮生产工艺流程图

    18000m3／h制氧机特点

    (1)采用全低压、全板式的工艺流程，分馏塔上塔、氩塔采用填料塔，大大降低了塔的阻力，氮、氩提取率进一步提高(设计全量提取率氧气为97％、氩气为82．4％)。

    (2)空气预冷系统设置水冷塔，充分利用干燥氮气(污氮及富余产品氮)的吸湿性，使冷却水温降低；设置备用的冷水机组，使夏季运行更加稳定可靠。

    (3)分子筛纯化系统采用活性氧化铝一分子筛双层床结构，大大延长了分子筛的寿命，卧式床也使床层阻力减少。

    (4)透平膨胀机采用增压制动工艺，从而减少膨胀空气量，使精馏塔上塔工况稳定。当有富余的带压氮气时，利用一台膨胀机的制冷能力，生产一定量的液氮或将液氮送入上塔顶部，可转产一定量的液氧。

    (5)设备变负荷能力60%~115%，并设置了外部反灌液氧和液氮管线，可以实现：①快速启动；②膨胀机故障情况下，利用反灌液体，保证空分正常运行；③反灌液氮多产液氧或气氧。

    (6)部分液氩产品内压缩，输入2.5MPa（G）气氩管网。

    设备主要配置

    1 空气过滤器

    采用无锡安活气体净化设备厂生产的ZKG—2500型自洁式空气过滤器，处理空气量约150000m3／h。该系统提供三个4～20mA信号至中控室，实现启停、报警及压差显示功能。

    2 空气透平压缩机系统

    采用美国cooper公司生产的3MSGEP-25／15型空气透平压缩机组，排气量90000m3／h，排气压力0．61MPa(A)，调节范围80％~105％，配套上海电机厂生产的YGF900-4型(8000kW、6000V)异步电动机，采用液态软起动装置进行降压启动。系统的一次仪表由cooper公司和上海电机厂配套供货。制氧机组中央控制系统(DCS)分别对压缩机和电机进行控制和显示、报警、联锁。

    3 空气预冷系统(杭氧供)

    空冷塔下段为筛板塔，换热效率高；空冷塔上段及水冷塔为散装增强性聚丙烯鲍尔环填料，阻力小。考虑到夏季运行的稳定可靠性，自备了一台马来西亚产的顿汉布什冷水机组。系统阀门均采用不锈钢球阀，四台水过滤器为不锈钢材质，四台氮水预冷水泵采用不锈钢叶轮和轴，保证系统供水的清洁度。空冷塔、水冷塔的翻板液位计设有蒸汽保护系统，防止低温冻结。双法兰变送器液位计将空冷塔、水冷塔的液体信号准确送到DCS上进行显示、报警和联锁。

    4 分子筛纯化系统(杭氧供)

    HXK-90000／5型分子筛纯化系统为卧式双层床结构，单台装活性氧化铝11吨、13X分子筛15．5吨。分子筛再生切换周期约4小时，电加热器为二开一备，单台功率为507kW，系统切换阀门选用了无锡工装产品，电磁阀采用了德国Herion产品，确保系统运行的稳定性、可靠性。

    5 透平膨胀机系统(杭氧供)

    两台反动式可调喷嘴增压透乎膨胀机，膨胀量在9480m3／h左右，并可在75％~130％范围调节，单台运行时温降达60K左右，其中一台可进行氮膨胀，最大氮膨胀量在13800m3／h，可产液氮1550m3／h或产液氧1650m3／h。

    6 分馏塔系统(杭氧供)

    分馏塔系统包括主换热器，上塔(规整填料)，防爆型主冷，对流筛板型下塔，膨胀后换热器，液空液氮过冷器，压力氮换热器，粗氩塔I、Ⅱ，粗氩液化器，精氩塔，中压氩换热器。离心式粗氩泵选用CRYOMEC产品，可调速，一用一备；中压液氩泵选用CRYOMEC产品，流量200~400m3／h，压力2．57MPa(G)，可调速，一用一备。

    7 氧压机及氮压机

    氧压机选用沈阳鼓风机厂生产的2MCIA54+3MCL406型离心式氧压机，排气量19000m3／h，排气压力3．0MPa(G)，机组可全回流运行，最大负荷105％(19950m3／h)，最大轴功率3200kW，双缸5级压缩、5级冷却，其中低压2级压缩、2级冷却，高压3级压缩、3级冷却，机械性能良好，运行稳定可靠，噪声较低。

    氮压机选用英格索兰公司C70MX5N，型，排气量11000m3／h，排气压力2．5MPa(G)，调节范围85％~105％，轴功率1609kW。安装在机壳内的高效套筒式级间冷却器为气走管程、水走壳程，因此，气流噪声低(<85dB)，冷却效果好。

    8 仪表控制系统

    控制系统采用浙大中控技术有限公司的JX—300X系列分散控制系统，完成装置各系统的控制、检测、管理等功能。

    18000m3／h制氧机配置了较完整的分析系统，包括在线分析系统和离线分析系统。

    在线分析系统由三个分析柜及一个分析支架组成。系统连续采样，快速分析显示产品气中CO2、02、Ar、N2、H20以及CnHm、C2H2等成分的浓度，通过信号传输给中控室进行显示。

    1#分析柜：二通道气体分析仪，一个通道测量进冷箱气体的C02含量，另一通道测下塔液空含氧量；两台磁氧分析仪，分别测量粗氩塔I顶部氩气含氧量和产品氧的纯度。

    2#分析柜：微量水分析仪，测量进冷箱增压空气中水含量；两台热导式气体分析仪，分别测量粗氩塔Ⅱ出口氩气含氩量和氩馏分中氩含量。

    3#分析柜：两台微量氧分析仪，分别测量产品氮中微量氧含量和粗氩塔Ⅱ顶部氩气氧含量和污氮中的氧含量；微量氮分析仪，测量精氩塔底部精液氩中微量氮含量。

    4#支架：安装了一台SIEMENS PGC302色谱分析仪，四个通道可自动切换(预留二个)，用于测量液氧蒸发器底部CnHm含量和粗氩塔Ⅱ冷凝器液空中C2H2的含量。

    离线分析仪有：高纯氩分析仪、液空液氧总碳分析仪及便携式露点仪。

    9 液体贮存和汽化系统

    本系统由中国空分设备公司进行工艺设计，四川空分设备厂负责制作、安装、调试的整体交钥匙工程。系统主要作用是贮存液体产品，补充气体管网压力，为制氧机短时间的故障作备用。主要设备包括：500m3液氧贮罐一台，500m3液氮贮罐一台，100m3液氩贮罐两台(江西制氧机厂供货)。相应配备了各自的汽化器(川空生产)，其中中压氧、氮合用一个绕管水浴式汽化器，蒸汽加热，其它四台汽化器均采用空浴式汽化器。

    10 球罐系统

    为了满足2×100t及3×12t转炉炼钢的需求，新上400m3氮气球罐两座(库存利旧)，由武汉钢铁设计院设计，有效容积400m3／台，压力等级：设计制造压力3．0MPa，使用压力2．5MPa。650m3氧气球罐两座，由重庆钢铁设计院设计，设计、制造、使用压力等级均为3．0MPa。氧、氮出口各设一套调压系统，供炼钢用氧、氮，其中氧调压后压力为1．8MPa，氮调压后压力为1．6MPa。

    问题与处理情况

    (1)空压机要求放空阀与放空消音器(垂直式)直接连接，且放空阀须装在离出口管道3m以内，现场厂房无法满足以上要求。我们把cooper配套的垂直式消音器水平安装在厂房内，消音器后用管道接至厂房外，并进行隔音处理，解决问题。

    (2)空压机在试车过程中，随机配套的出口波纹膨胀节内衬(不锈钢板)被撕裂吹脱，堵在放空阀处，造成空压机超压停车。幸好事先准备了国产的膨胀节，及时更换上国产件，才未耽误工期。

    (3)空压机正常运行后，二级油封处严重甩油。检查发现是主油箱空气喷射真空抽油器的空气喷射口被焊渣堵塞，油箱内油气无法排出，油箱压力高，回油不畅，油在轴承处被高速旋转的轴甩出。清理焊渣后空压机运行正常。在空压机运行初期，这种情况出现过二、三次，管道干净后，再未发生。

    (4)空压机的噪声值较大，测量值在110dB左右，大于97±3％的合同值。

    (5)空压机二、三级叶轮进口处配有叶轮水清洗喷头，但未配输水系统，也未对清洗系统提出技术要求。工厂设计时虽将喷头与供水管相连，但心中无底，至今未投用。

    (6)氮水预冷系统V1134及V1178阀为手动阀，在开车期间，为平衡空冷塔、水冷塔的水位，现场操作时间长。如改为中控室操作，可以节省人力，缩短开机时间。

    (7)氮水预冷系统低温水泵存在水泵能力大，配套电机小的现象，当水量的设计点波动时，水泵运行电流会超过电机额定电流。电机运行时，温度很高，手都无法触及。只好减量运行，以电流不超过额定电流为准。

    (8)分子筛纯化系统切换阀的电磁阀柜内十三台电磁阀均为垂直安装，电磁阀阀芯在向上运动时，需克服阀芯本身的重力。根据以往使用经验，久而久之，会缩短电磁阀使用寿命。建议将电磁阀水平安装。

    (9)分子筛纯化系统后空气进分馏塔前，未设置总阀，五个空气阀关不严，使未达标的空气进入塔内。后在五个阀前的总管上增加一个手动蝶阀，解决了此问题。

    (10)粗氩循环泵的密封气用的是仪表空气，当密封存在微量泄漏时，空气可能窜入粗氩中，粗液氩被污染。产品精氩含氧量一直在2×10-6~3×10-6之间徘徊，可能与此有关系。现正着手将密封气改成粗氩气。

    (11)在对分馏塔内进行系统查漏时，发现高、低压系统窜气。经分析检查，发现主冷内的氦、氖气排放管在板束的根部有1／2圆周的裂缝，高压气体窜到低压系统。后经现场处理，检验合格后投运。对一些长的细悬壁管应有足够的加固措施，防止运输途中留下隐患，安装时也应着重检查。

    (12)球罐区氧、氮调节阀为气动调节球阀。由于炼钢厂用氧、氮的峰谷波动很大，瞬间流量达到30000m3／h以上，使得阀体上的聚四氟乙烯密封圈被局部撕裂吹脱，造成阀体不密封。用氧量较小时，阀门关闭，但泄漏造成调压阀两边压力均衡，不能起调压作用，给下游管道造成很大安全隐患(下游管道设计压力氧为1．8MPa，氮为1．6MPa）。同时，DNl50的不锈钢球阀最大允许流量为15000m3／h左右(按流速20m／s计算，／△P=1．2MPa)，两个阀门并联通过量为30000m3／h左右因此，选用不锈钢球阀也存在安全隐患。笔者认为，要解决以上两个问题，须改用铜基硬密封多级调节阀。

    (13)液体贮槽中进出口阀门均为低温阀门。在运行过程发现，垂直安装的阀门(阀杆向上)，只要在低温状态下，就无法动作。抽芯检查几个阀，均发现阀杆填料处有很多水分。水平安装的阀门就不存在这个问题。这是因为阀门室外安装，水分渗入阀杆填料处，当低温液体经过时，温度降低，水被冻成冰，阀门被冻住。防止阀门冻住的唯一措施是防水。

    体会

    (1)充分发挥业主的现场经验以及技术人员的特长，直接面对制造厂，在技术上与制造厂充分交流，便于设备在安装、调试及今后的技术服务上更加及时。

    (2)在塔内设备管道安装过程中，要重点抓好支架及查漏工作。在这套18000m3／h制氧机项目上，对塔内的工作抓得较紧、较细。首先在塔内安装过程中，请制造厂家技术人员到现场进行安装交底。安装过程中，制造厂现场服务代表与业主同安装单位一道认真对照管道单线图进行施工；安装结束后，又请制造厂专家同安装单位一道对塔内的容器、管道、阀门等支架、托架逐一认真地分析、研究。增加、修改的支托架有四五十处，确保了塔内、容器、阀门、管道的支撑合理。另一方面，安装单位对冷箱内查漏虽然重视，但心有余而力不足，2~3天下来，也查不到几个漏点。业主对塔内重新进行地毯式的查漏，一共查到漏点有70多个，同时，还查到一处管道接错，纠正了一个重大错误。要保证塔内查漏的彻底性，真正做到每一条焊缝、每一个法兰、每一个丝扣都过关，塔内的脚手架一定要搭好，保证每个层面、每个角落都能到达。同时，充压的气源不能用主空压机气源，因为要确保查漏的彻底，时间持续会较长，主空压机电耗太大，太浪费。我们用的是氧压机压干燥空气进行试压，这样可以机动、灵活地开停机充压，从而真正能保证查漏的次数，直到查不到漏点为止。