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氮氣凈化機組單機組雙塔運行應用

文檔作者：高喜義文檔來源：本鋼板材股份有限公司燃氣廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月05日
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冶金動力
2015 METALLURGICAL POWER 年第6 期
總第184 期
制氧
氮氣凈化機組單機組雙塔運行應用
高喜義
（本鋼板材股份有限公司燃氣廠，遼寧本溪117022）
【摘要】針對氮氣凈化機組在運行過程中存在的問題，分析查找原因并對其采取改進措施，提高了氮氣
凈化單機組處理能力，最大程度地發(fā)揮了機組效率，降低了生產(chǎn)成本。
【關(guān)鍵詞】氮氣凈化；單機組；雙塔運行；應用
【中圖分類號】TB66 【文獻標識碼】B 【文章編號】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
高純氮氣是冷軋薄板、熱鍍鋅、硅鋼生產(chǎn)線的重
要保護氣體，氮氣純度、含氧量、露點指標對冷軋生
產(chǎn)最終產(chǎn)品質(zhì)量影響重大。氧含量超標會導致冷軋
板表面氧化、鍍鋅板表面出現(xiàn)裸點等嚴重質(zhì)量問題。
氮氣凈化機組是利用催化脫氧干燥工藝，將空
分氮氣進行精制提純的裝置。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的方
法將原料氮氣中的大部分氧脫出，使氮氣中氧含量
降至50×10-6 以下。進入第二步精脫氧工序，利用專
用脫氧劑與氮氣中的氧發(fā)生反應，達到深度脫氧的
目的。處理后氮氣中氧含量≤5×10-6，符合冷軋生產(chǎn)
保護氮氣技術(shù)指標。該裝置在脫氧過程中將產(chǎn)生大
量水分，因此設(shè)有干燥工序，進行脫水干燥處理，使
產(chǎn)品氮氣露點≤-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 存在問題分析
2.1 存在的問題
本溪鋼鐵集團有限公司冷軋配套項目保護氣體
站設(shè)計安裝了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)。
該裝置在使用過程中出現(xiàn)單機組流量大于6000 m3
時，機組出口阻力降為0.3 MPa，不能滿足用戶生成
用氣需要（來源壓力0.65 MPa，出口壓力0.35
MPa＜用戶要求達到0.5 MPa）。工藝要求機組出口
阻力降＜0.1 MPa，因此單機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 工藝簡介
氮氣凈化機組工藝如圖1。
圖1 氮氣凈化工藝
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冶金動力
METALLURGICAL POWER 2015 年第6 期
總第184 期
時間1# 機組2# 機組3# 機組
第1 天A 塔再生B 塔運行雙塔運行雙塔運行
第2 天雙塔運行A 塔再生B 塔運行A 塔再生B 塔運行
第3 天雙塔運行雙塔運行雙塔運行
第4~9 天雙塔運行雙塔運行雙塔運行
第10 天A 塔運行B 塔再生雙塔運行雙塔運行
第11 天雙塔運行A 塔運行B 塔再生雙塔運行
第12 天雙塔運行雙塔運行A 塔運行B 塔再生
工藝簡述如下：
2.1.1 吸附
去除原料氮氣中的氧氣成份，使產(chǎn)品氮氣含氧
量≤5×10-6。
（1）精脫氧：利用鈀催化劑在氮氣中按一定比例
加入氫氣，使氫和氧發(fā)生反應將氮氣中含量50×
10-6 以上的氧氣脫出。
（2）精脫氧：利用氧化反應使用專用脫氧劑填料
與微量氧氣發(fā)生反應生成氧化物，從而脫出50×
10-6 以下的氧氣，使產(chǎn)品氣達到≤5×10-6 的技術(shù)標
準。
2.1.2 干燥
利用高強分子篩對氮氣中的水分進行吸附，使
露點降至-70 ℃以下達到產(chǎn)品氣技術(shù)標準。
2.1.3 再生
當吸附、干燥工序填料飽和時需要工藝切換對
填料再生處理，確保填料重復使用，保證工序連續(xù)進
行。
（1）卸壓：由于填料再生需要壓力在常壓下進
行，而機組運行壓力在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，這樣就需要對精脫氧塔加熱
至260~280 ℃，達到再生需求溫度，同時通入氫氣，
利用氫氣還原特性，把精脫氧劑中的氧氣脫出，達到
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，達到再生目的。
（3）通氮冷卻：通氫加熱結(jié)束后需要將過剩的氫
氣進行置換，防止影響再次吸附脫氧效果，必須通入
純氮（產(chǎn)品氮氣）進行置換，把通氫時的過剩氫氣處
理干凈，使精脫氧劑處于氮氣狀態(tài)下，準備再次吸附
使用。由于吸附和干燥是在常溫下進行，因此需要冷
卻降溫處理。該凈化機組采用電加熱方式，加熱時電
熱棒通電，冷卻時電熱棒斷電，利用氣體流動將熱量
帶走，達到降溫目的。
（4）充壓：由于工作要求在0.5~0.75 MPa 下進
行，因此需要利用產(chǎn)品氮氣對再生塔充壓到工作壓
力，準備吸附使用。
3 解決方案：氮氣凈化機組單機組采用雙塔
運行方式
3.1 單機組雙塔運行設(shè)計
根據(jù)機組單臺運行時間240 h，再生塔再生時
間僅為24 h，其余時間為等待工作。浪費資源，所以
要改進工藝運行方式，以達到最佳工作方式，降低機
組壓力阻損，保證用戶生產(chǎn)需要。
（1）將單臺機組運行時間不變，將A 塔再生時
間設(shè)定在運行初期24 h，B 塔再生時間設(shè)定在運行
后期24 h，其余時間為雙塔運行，用以減少單臺運
行時間，降低壓力阻損。
（2）3 套機組再生時間相互錯開，以保證每個時
間段只有1 臺機組再生，其余5 塔均在運行的運行
方式。
（3）要求每臺機組在手檢狀態(tài)時，除保留一條工
藝路線為通路外，可以操作機組任意氣動閥的開關(guān)
狀態(tài)。
（4）機組加氫閥控制條件刪除氫氣條件，以控制
反應后氧含量為條件，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）機組填料、工藝步驟、配管等條件不變。
3.2 單機組雙塔運行開發(fā)工藝時間表
工藝運行時間表，以一臺機組為例。其他機組只
需將運行再生時間與其他機組順延，保證實現(xiàn)1 塔
再生5 塔運行的工藝方式。
（1）1# 機組運行時間表（見表1）
表1 1# 機組運行時間表
（2）確保每臺機組都有連續(xù)8 天雙塔運行時間。
（3）3 套機組運行時間表（見表2）
表2 3 套機組運行時間表
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
26
冶金動力
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)運行
（具體閥門編號保密）。
（3）修改機組手動狀態(tài)下，可以控制任何閥門開
關(guān)，保障單機組雙塔運行模式。
4 結(jié)束語
本項目通過對單機組運行方式的分析，得出解
決機組運行方式，可以達到降低單機組運行阻力和
提高單機組處理能力的效果。提出改變單機組運行
方式，開發(fā)單機組雙塔運行模式，解決生產(chǎn)技術(shù)難
題。并且通過實際運行測試，確定了單機組雙塔運行
方式新技術(shù)。該項目通過實施得出以下結(jié)論：
（1）通過改變再生塔運行方式，解決單機組壓力
降＞0.1 MPa 的技術(shù)難題，經(jīng)過半年運行考核，單機
組壓力降在0.08 MPa，采用單機組雙塔運行方式，
填補了氮氣凈化機組的技術(shù)空白。
（2）通過實施單機組雙塔運行，解決了單機組處
理能力80000 m3/h 的目的，實際測試單機組處理能
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)濟效益。
（3）通過實施單機組雙塔運行程序優(yōu)化，使機組
運行平穩(wěn)，操作更加簡化，便于操作維護，自動化程
度明顯提高，有利于氮凈化機組創(chuàng)高產(chǎn)，提高機組效
能，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。
[ 參考文獻]
[1] 張衛(wèi).氣體吸附制取操作指南[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2011.
[2] 王兆明.電氣控制與PLC 技術(shù)[M]. 北京：清華大學出版社，2010.
收稿日期：2015－03－27
作者簡介：高喜義（1974－）男，2014 年畢業(yè)于東北大學電氣自動化
專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)從事技改工程管理工作。
簡訊
霍尼韋爾節(jié)能制冷產(chǎn)品全方位亮相2015 中國制冷展
共創(chuàng)綠色節(jié)能及實現(xiàn)智能制冷
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的節(jié)能制冷產(chǎn)品和技術(shù)齊聚亮相第26 屆中國制冷展。
霍尼韋爾自動化控制系統(tǒng)集團戰(zhàn)略及市場營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)品涉及交通運輸、樓宇、工業(yè)和住宅
等領(lǐng)域，幫助應對全球最艱巨的能源挑戰(zhàn)?；裟犴f爾始終致力于通過科技創(chuàng)新來推動高能效和
符合環(huán)保要求的產(chǎn)品的開發(fā)，結(jié)合我們在制冷領(lǐng)域豐富的全球領(lǐng)先經(jīng)驗和技術(shù)，為客戶提供適
合中國制冷產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)和解決方案，從而幫助他們實現(xiàn)業(yè)務增長，帶來創(chuàng)新效益，進而推
進中國制冷行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展是我們努力的目標?！?
制冷展上，霍尼韋爾展示了先進空氣過濾、觀察鏡及電動閥等產(chǎn)品；安全、精準和可靠的定
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氣體高精度
探測產(chǎn)品和相關(guān)解決方案已經(jīng)被冷庫、冷飲制造商等廣泛運用。作為全球含氟制冷劑產(chǎn)品的領(lǐng)
先供應商，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
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方案，幫助客戶實現(xiàn)制冷效果和環(huán)保能效雙豐收的實力。
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