３套空分设备冷冻水系统联网改造 周 伟 （武汉钢铁集团氧气有限责任公司，湖北省武汉市青山区白玉山４３００８３） 摘要：武钢氧气公司３套空分设备在夏季运行时，由于冷冻机故障停机，分子筛吸附器入１７ 空气温度升高，造成分子筛吸附器出口空气中二氧化碳含量上升。将３套空分设备冷冻水系统连 通并新增１台冷冻机，使３套空分设备所有冷冻机互为备用，保证了空分设备的安全运行。简介 ３套空分设备空气预冷系统运行状况及存在问题，介绍改造方案、实施过程和效果。 关键词：大型空分设备；空气预冷系统；冷冻机；联网 中图分类号：ＴＢ６５７．９ 文献标识码：Ｂ Ｉｎ．１ｉｎｅ ｒｅｆｏｒｍ ｏｆ ｃｈｉｌｌｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｓｅｔｓ ｏｆ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ Ｚｈｏｕ Ｗｅｉ （Ｏｘｙｇｅｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ，Ｂａｉｙｕｓｈａｎ Ｑｉｎｇｓｈａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｗｕｈａｎ ４３００８３，Ｈｕｂｅｉ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｒｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ，ｔｈｒｅｅ ｓｅｔｓ ｏｆ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ ｏｆ Ｏｘｙｇｅｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ，ｄｕｅ ｔｏ ｃｈｉｌｌｅｒ ｔｒｏｕｂｌｅ—ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｓｈｕｔｄｏｗｎ ｔｈｅ ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ｉｎｌｅｔ ｏｆ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｅｖｅ ａｂｓｏｒｂｅｒ ｒａｉｓｅｓ．ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ａｉｒ ａｔ ｉｎｌｅｔ ｏｆ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｅｖｅ ａｂｓｏｒｂｅｒ．Ｔｈｅ ｃｈｉｌｌｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｓｅｔｓ ｏｆ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ ｉｓ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ａｎｄ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｏｎｅ ｃｈｉｌｌｅｒ ｉｓ ｆｉｘｅｄ ｔｏ ｍａｋｅ ａｌｌ ｃｈｉｌｌｅｒｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｓｅｔｓ ｏｆ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ ｍｕｔｕａｌｌｙ ｓｔａｎｄｂｙ ａｎｄ ｅｎｓｕｒｅ ｓａｆｅ ｒｕｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ．Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｐｒｅ—ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｓｅｔｓ ｏｆ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ ａｒｅ ｂｒｉｅｆｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｆｏｒｍ ｓｃｈｅｍｅ，ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄ ｉｔｓ ｅｆｆｅｃｔｓ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌａｒｇｅ—ｓｉｚｅｄ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ；Ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｒｅ—ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；Ｃｈｉｌｌｅｒ；Ｉｎ—ｌｉｎｅ 武汉钢铁集团氧气有限责任公司（以下简称： 武钢氧气公司）２套３００００ ｍ３／ｈ空分设备（以下 简称：Ｅ、Ｆ台空分设备）从林德公司引进，采用 双层浴式主冷、分子筛吸附净化、增压透平膨胀制 冷、筛板塔等技术的全低压流程，于１９９３年９月 塔、粗氩塔和精氩塔均采用规整填料塔，压力塔采 用筛板塔，于２００６年２月正式投产。 １ ３套空分设备空气预冷系统运行状况及 存在问题 大型空分设备均设置空气预冷系统，用来降低 进分子筛吸附器的空气温度。空气温度越低，表明 空气中水含量越低，越有利于空分设备长期安全 运行。 相继投产运行。６００００ ｍ ／ｈ空分设备（以下简称： Ｇ台空分设备）为连续性全提取式空分设备，采用 分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、降膜式主 冷、全精馏无氢制氩及氧、氮外压缩流程，低压 收稿日期：２０１０—０８—３１；修回１５１期：２０１０—１１－１１ Ｅ、Ｆ、Ｇ台空分设备冷冻水流程如图１所示。 作者简介：周伟，男，１９７５年生，现在武汉钢铁集团氧气有限责任公司运行四车间从事设备运行管理工作。 ・ ２２ ・ Ｅ台空分设备冷冻水 Ｅ台空分设备空冷塔 Ｆ台空分设备冷冻水 Ｆ台空分设备空冷塔 Ｇ台空分设备冷冻水— Ｇ台空分设备冷冻水———＿｛： 卜—— Ｇ— 磊 台冷冻机卜— ————一Ｇ台空分设备空冷塔 —一Ｇ台空分设备空冷塔 图１ Ｅ、Ｆ、Ｇ台空分设备冷冻水流程简图 Ｅ、Ｆ台空分设备的空气预冷系统共配置３台 真分析后，准备对Ｅ、Ｆ和Ｇ台空分设备各新增１ 冷冻机，冷冻水系统相互连通。正常生产时，Ｅ、 台备用冷冻机。当冷冻机故障停机后，可直接启动 Ｆ台空分设备的冷冻水共同通过１台大冷冻机 备用冷冻机，以保证空分设备的正常生产。但由于 （１４０ ｒｎ０／ｈ，流量）被冷却至１４℃，然后分别进入 资金不足及场地条件，目前只能安装１台冷冻 Ｅ台冷冻机（７０ １Ｔ１ ／ｈ）及Ｆ台冷冻机（７０ ｍ ／ｈ） 机。Ｅ、Ｆ和Ｇ台空分设备的冷冻水系统是２个单 被冷却至１０℃后，进入喷淋冷却塔冷却加工空气。 独的系统，且距离较远，新增１台冷冻机并不能同 在夏季冷却水温度较高时，为尽可能降低分子筛吸 时满足３套空分设备的需求。经过认真分析，决定 附器出口空气温度，３台冷冻机必须满负荷运行。 将Ｅ、Ｆ和Ｇ台空分设备的冷冻水系统进行联网， 若其中１台冷冻机发生故障无法运行时，Ｅ台（或 使３套空分设备的冷冻水系统全部连通，其中任何 Ｆ台）空分设备分子筛吸附器出口空气温度就会从 １台冷冻机发生故障停机，都可以启动新增冷冻机 ２２℃上升至３０℃左右，若在分子筛吸附器使用末 来满足３套空分设备的正常生产。 期，出口空气中二氧化碳含量的在线分析数据就会 ２．１新增冷冻机的选型 从０上升至０．４５×１０＿。。。 武钢氧气公司选配新增冷冻机的原则是：当 Ｇ台空分设备空气预冷系统目前只配置１台冷 Ｅ、Ｆ台空分设备中任何１台冷冻机或３台冷冻机 冻机，冷冻水（１３０ ｍ０／ｈ）通过Ｇ台冷冻机冷却 全部故障停机后，都可以启动新增冷冻机来保证 至１２℃后，进入喷淋冷却塔冷却加工空气。由于 Ｅ、Ｆ台空分设备正常生产；当Ｇ台空分设备的冷 Ｇ台空分设备空气预冷系统无备用冷冻机，一旦冷 冻机故障停机后，可以启动新增冷冻机来保证Ｇ 冻机发生故障无法运行时，Ｇ台空分设备分子筛吸 台空分设备正常生产。新增冷冻机水流量的调节范 附器出口空气温度都会从２０℃上升至２９℃左右， 围应尽可能大，既可以满足机组在小水流量时的运 若在分子筛吸附器使用末期，出口空气中二氧化碳 行，又能满足机组在大水流量时的运行；还应根据 含量的在线分析数据就会从０上升至０．５×１０一。 冷冻水设定温度与实际温度的变化自动进行负荷 特别是在２００８年Ｅ、Ｆ、Ｇ台空分设备提高氮 调节。 气产量后，污氮气量减少，从而使冷冻水的温度升 根据Ｅ、Ｆ和Ｇ台冷冻机制冷量、冷冻水流 高，那么冷冻机的正常运行显得更为重要。因此， 量、温降效果设计值和实际运行参数进行综合分 认为造成分子筛吸附器使用末期出口空气中二氧化 析，提出了新增冷冻机的各项技术指标（具体参数 碳含量上升的主要原因，是冷冻机故障停机后无备 见表１），确定了机组型号并进行采购。 用冷量进行补充。 ２改造方案 对运行可靠性、成本、安装场地等方面进行认 ・２３ ・ 表１ Ｆ、Ｆ和Ｇ台冷冻机与新增冷冻机各项指标参数对比 参数 Ｅ台冷冻机 ５５２ ５０～９Ｏ ７０ Ｆ台冷冻机 ５５２ ５０～９Ｏ ７０ Ｅ、Ｆ台大冷冻机 ９６９ ６Ｏ～１５０ １４０ Ｇ台冷冻机 １３２０ ８Ｏ～１３０ １３０ 新增冷冻机 １４３５ ６Ｏ～１４０ ７０～１４０ 设计制冷量／ｋｗ 设计冷冻水流量／（ｍ ／ｈ） 实际冷冻水流量／（ｍ ／ｈ） 设计温降效果／１３ 实际温降效果／１Ｃ ５ ４ ５ ４ ６ ５ ８ ７．５ ９ ９ ２．２冷冻水连通管的安装 将Ｅ、Ｆ和Ｇ台空分设备的冷冻水系统全部连 通，重新铺设了２条ＤＮ２００ ｍｍ的水管，在连通 示），使所有冷冻机都可实现互为备用。即任何１ 庄 台冷冻机发生故障无法运行，都可以启动新增冷冻 机来满足空分设备的正常生产。 阀 ．。 。 通 ３ 萃管上新增１台冷冻机并加装６个阀门（如图２所 Ｅ台空分设备冷冻水 进口阀 Ｅ一１阀 进口阀 ． 一 匝 Ｅ ３Ｎ 一 凸—咔Ｉ 进 — 阀 ；； 一Ｅ台空分设备空冷塔 口 流量调节阀 Ｇ ¨ 事连 Ｆ台空分设备冷冻水 进口 Ｆ台空分设备空冷塔 Ｇ台空分设备冷冻水 鱼 图２ Ｅ、Ｆ、Ｇ台空分设备冷冻水连通管流程简图 Ｇ台空Ｙ／＇￣２备空冷塔 ２．３冷却水管的安装 ３改造方案实施及效果 通过新增１台冷冻机并对３套空分设备冷冻水 系统安装连通管后，在２００９年和２０１０年的夏季 Ｅ、Ｆ和Ｇ台空分设备配套的水站为２个单独 水站，将２个水站的冷却水管进行连通，并加装了 ６个阀门，新增冷冻机既可以使用Ｅ、Ｆ台空分设 Ｅ、Ｆ和Ｇ台空分设备共遇到了４种冷冻机故障停 机情况，分别采用了４种不同的操作方式，投用冷 备冷却水，也可以使用Ｇ台空分设备的冷却水 （如图３所示）。使用Ｅ、Ｆ台空分设备的冷却水时 冻水连通管并启动新增冷冻机，保证了分子筛吸附 器的正常运行。 ３．１ Ｅ、Ｆ台空分设备大冷冻机停机 可全开Ｅ、Ｆ台空分设备进水阀、回水阀，全关Ｇ 台空分设备进水阀、回水阀。使用Ｇ台空分设备 冷却水时可全开Ｇ台空分设备进水阀、回水阀， 全关Ｅ、Ｆ台空分设备进水阀、回水阀。 回水阀 回水阀 Ｅ、Ｆ台空分设备 ‘——— ×卜———ｒ———｛×卜—一冷却水 当Ｅ、Ｆ台空分设备大冷冻机停机后，立即打 开连通１阀、连通２阀和新增冷冻机进、出口阀， 关闭连通３阀、连通４阀和Ｅ、Ｆ台空分设备大冷 出口阗又 Ｔ Ｉ Ｇ台空Ｙｓ－－￣备 冷却水 冻机进、出口阀，然后运行新增冷冻机。Ｅ、Ｆ台 空分设备冷冻水共同通过新增冷冻机（１４０ ｍ０／ｈ） 被冷却至１１℃后，再分别进入Ｅ台（７０ ｍ０／ｈ）及 Ｆ台（７０ ｍ ／ｈ）冷冻机冷却至７℃后，进入喷淋 冷却塔冷却加工空气。 ３．２ Ｅ台或Ｆ台冷冻机停机 ｌ 墨 ｌ ×土 进口阀 Ｅ、Ｆ台空分设备 Ｇ台空分设备 ———． ＜卜—— 亡——— ＜卜－——一 冷却水 冷却水 进水阀 进水阀 图３ 新增冷冻机冷却水管流程简图 ・当Ｅ台冷冻机停机后，立即打开连通１阀、 ２４ ・ 连通２阀、新增冷冻机进／出口阀、Ｅ ４阀、Ｆ一４ 冷冻机。Ｇ台空分设备冷冻水（１３０ ｍ０／ｈ）通过新 阀；当Ｆ台冷冻机停行后，关闭连通３阀、连通４ 增冷冻机被冷却至ｌ１℃后，进入喷淋冷却塔冷却 阀、Ｅ台冷冻机进／出口阀、Ｆ台冷冻机进／出１：３ 加工空气。 阀，然后运行新增冷冻机。Ｅ、Ｆ台空分设备冷冻 当发生上述４种冷冻机停机故障时，应根据现 水（１４０ ｍ３／ｈ）分别通过新增冷冻机及Ｅ、Ｆ台空 场实际情况进行操作，不能影响其他冷冻机的运 分设备大冷冻机被冷却至７℃后，进入喷淋冷却塔 行。 冷却加工空气。 ４总结 ３．３ Ｅ、Ｆ台空分设备３台冷冻机全停机 ２００９年５月，通过新增１台冷冻机并对３套 当Ｅ、Ｆ台空分设备３台冷冻机全停机后，立 空分设备冷冻水系统安装连通管后，Ｅ、Ｆ和Ｇ台 即打开连通１阀、连通２阀、新增冷冻机进／出口 空分设备所有冷冻机都可实现互为备用。２００９— 阀、Ｅ一４阀、Ｆ．４阀，关闭连通３阀、连通４阀、Ｅ 台冷冻机进／出口阀、Ｅ／Ｆ台空分设备大冷冻机进／ ２０１０年夏季，Ｅ、Ｆ和Ｇ台空分设备未出现分子筛 吸附器出口空气中二氧化碳含量上升的故障。 出口阀、Ｆ台冷冻机进／出口阀，然后启动新增冷 冻机运行。Ｅ、Ｆ台空分设备冷冻水（１４０ ｍ０／ｈ） 但在今后操作中应注意： 通过新增冷冻机被冷却至１１℃后，进入喷淋冷却 （１）使用冷冻水连通管时，开关阀门必须缓 慢，以免造成冷冻水流量波动，影响冷冻机的正常 塔冷却加工空气。 运行。 ３．４ Ｇ台冷冻机停机 当Ｇ台冷冻机停机后，立即打开连通３阀、 （２）使用冷冻水连通管时，若发现冷冻水流量 降低，应立即检查水泵及连通管并排气。 连通４阀、新增冷冻机进／出口阀，关闭连通１阀、 连通２阀、Ｇ台冷冻机进／出口阀，然后运行新增 ※ ※ ※ 林德集团建造其第一个全密封液化天然气储罐和液化天然气接收站 林德集团为ＡＧＡ Ｇａｓ Ｓｗｅｄｅｎ在瑞典斯德哥尔摩以南 （ＴＳ２／ＥＮＳ２）和静设备（ＴＡＡ／ＥＮＣＳ）等方面得到了林德 ６０ ｋｍ处的Ｎｙｎ￣ｉｓｈａｍｎ，建造了第一个全密封液化天然气 工程（慕尼黑）公司的大力支持。项目组成功地完成了 储罐和液化天然气接收站。该液化天然气储罐的容量大约 ２座主要的里程碑：第一座是卸载液化天然气船并采用来自 为２００００ ｍ ，用钢筋混凝土制成，并装备有再汽化和再冷 林德工程在Ｓｔａｖａｎｇｅｒ所建的ＬＹＳＥ液化天然气厂的液化天 凝系统以及拖车装载设施。这是有史以来在欧洲建造的第 然气来冷却气罐；第二座是装载液化天然气运输挂车。 一个也是唯一一个这种类型和规模的液化天然气储罐。 Ｎｙｎ￣．ｓｈａｍｎ项目对于林德集团而言是座意义重大的里 Ｎｙｎ￣ｓｈａｍｎ项目设计、采购和施工交钥匙总包工程 程碑，也是安全方面的一个典范。在瑞典，安全方面极受 （ＥＰＣ）为期３１个月，于２００８年１Ｏ月开工，２０１１年２月 重视，因此该国制定了严苛的法规，这些林德集团都能成 机械竣工，２０１１年５月投入使用。 功地遵守。 该工程由ＣＲＹＯ ＡＢ，Ｇｏｔｈｅｎｂｕｒｇ牵头，作为主要承包 本刊 商，在工艺／系统工程（ＧＤ）、项目管理（ＧＰＰ）、安全 ・２５ ・
