2024年5月4日发(作者：)

术挖潜改进木　

莱芜天元ＫＺＯＮＡｒ．８７００／６０００／３７０型空分设备改造　

田现德，沈荣，朱圣华，郭元刚　

２７１１２６）　（莱芜天元气体有限公司，山东省莱芜市钢城区棋山大街东首

摘要：针对莱芜天元５　ＫＺＯＮＡｒ　８７０Ｏ／６０００／３７０型空分设备存在的过冷器阻力大、空气增压　

机控制系统老化和放空阀内漏等问题，实施氮气、污氮气管路系统，以及空气增压机控制系统的　

改造，增加加工空气量，降低上塔操作压力，提高了氧、氩的产品产量。简介空分设备需改进的　

方面，阐述改造方案及其可行性分析和具体的实施过程。　

关键词：空分设备；过冷器；管道改造；空气增压机　

中图分类号：ＴＱ１１６．１１　文献标识码：Ｂ　

Ｒｅｆｏｒｍ　ｏｆ　Ｌａｉｗｕ　Ｔｉａｎｙｕａｎ　Ｍｏｄｅｌ　ＫＺＯＮＡｒｄ７００／６０００／３７０　ａｉｒ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｌａｎｔ　

Ｔｉａｎ　Ｘｉａｎｄｅ，Ｓｈｅｎ　Ｒｏｎｇ，Ｚｈｕ　Ｓｈｅｎｇｈｕａ，Ｇｕｏ　Ｙｕａｎｇａｎｇ　

（Ｌａｉｗｕ　Ｔｉａｎｙｕａｎ　Ｇａｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｅａｓｔ　ｅｎｄ　ｏｆ　Ｑｉｓｈａｎ　Ｒｏａｄ，Ｇａｎｇｃｈｅｎｇ　Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｌａｉｗｕ　２７１１２６，　

Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｘｃｅｓｓｉｖｅｌｙ　ｈｉｇｈ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｕｂ—ｃｏｏｌｅｒ，ａｇｉｎｇ　ｏｆ　ａｉｒ　ｂｏｏｓｔｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　

ｉｎｎｅｒ　ｌｅａｋａｇｅ　ｏｆ　ｖｅｎｔｉｎｇ　ｖａｌｖｅ　ｉｎ　Ｌａｉｗｕ　Ｔｉａｎｙｕａｎ　Ｇａｓ　Ｍｏｄｅｌ　ＫＺＯＮＡｒ一８７００／６０００／３７Ｏ　ａｉｒ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｌａｎｔ．ｔｈｅ　

ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｇａｓｅｏｕｓ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｎｄ　ｗａｓｔｅ　ｇａｓｅｏｕｓ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｉｒ　ｂｏｏｓｔｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ｒｅｆｏｒｍｅｄ，ｔｈｅ　

ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｉｒ　ｖｏｌｕｍｅ　ａｎｄ　ｏｕｔｐｕｔ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｔｈｅ　ｏｘｙｇｅｎ　ａｎｄ　ａｒｇｏｎ　ａｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｉｎ　

ｕｐｐｅｒ　ｔｏｗｅｒ　ｉｎ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｉｓｓｕｅｓ　ｔｏ　ｂｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ａｉｒ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｌａｎｔ　ａｒｅ　ｂｒｉｅｆｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｆｏｒｍ　

ｓｃｈｅｍｅ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｉｒ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｌａｎｔ；Ｓｕｂ—ｃｏｏｌｅｒ；Ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ　ｒｅｆｏｒｍ；Ａｉｒ　ｂｏｏｓｔｅｒ　

１空分设备简介　

莱芜天元气体有限公司（以下简称：莱芜天　

元）５　ＫＺＯＮＡｒ一８７００／６０００／３７０型空分设备，是由　

四川空分设备（集团）有限责任公司设计、制造　

压后的空气在主换热器中被冷却后，经节流送人下　

塔下部，另一股经主换热器降温后进人透平膨胀机　

膨胀端膨胀，之后进人下塔参与精馏；使用规整填　

料上塔、粗氩塔和精氩塔，实现全精馏制氩；采用　

中压液氧泵对主冷中的液氧加压后在主换热器中复　

热汽化，然后向外输送氧气。其工艺流程如图１　

所示。　

的内压缩流程空分设备，采用分子筛常温吸附净　

化，中压克劳特循环制冷；空气增压机出口增压空　

气分为两股，一股进入透平膨胀机增压端增压，增　

收稿日期：２０１１－０６－０６；修回日期：２０１２－０１－０８　

作者简介：田现德，男，１９７０年生，１９９２年毕业于浙江大学制冷与低温技术专业，现为莱芜天元气体有限公司生产副　

经理。　

・

５１・　

图１　莱芜天元ＫＺＯＮＡｒ名７Ｏ０／６Ｏ００／３７０型空分设备流程简图　

１一空气增压机２一增压透平膨胀机３一主换热器４一过冷器５一下塔６一主冷７一上塔　

８～中压液氧泵９一粗氩Ｉ塔１０一粗氩Ⅱ塔１１一精氩塔１２一氮压机　

５　ＫＺＯＮＡｒ．８７００／６０００／３７０型空分设备的加工　

空气量为４５０００　ＩＴＩ　／ｈ，其主要设计参数见表１。　

表１　５　ＫｚＯＮＡｒ书７ＯＯ／６ＯＯ０／３７０型空分设备主要设计参数　

产品　氧气产量　氮气产量　液氧产量　

／（Ｉｌｌ　／ｈ）　／（ｍ　／ｈ）　／（ｎｌ　／ｈ）　

８９７０　

８３７０　

６０００　

６ＯＯ０　

３００　

９００　

统亦无法正常投入，导致氧气产量始终在７０００　ＩＴＩ　／ｈ　

左右徘徊。随后分别测量过冷器前、后，以及出主　

换热器的氮气和污氮气通道压力（统计数据见表　

２），并对影响系统的其他因素也做了相应检查。　

表２空分设备过冷器前、后以及出主换热器　

的氮气、污氮气通道压力　

单位：ｋＰａ　

项　目　

过冷器前压力　

过冷器后压力　

液氩产量　

／（ｍ　／ｈ）　

３７０　

３７０　

≤２×１０～Ｏ２，　

工况１　

工况２　

纯度　９９．６％　≤ｌＯ×１Ｏ一　０，　９９．７％　

污氮气通道　

５Ｏ（ＡＥ５）　

１９（ＡＥ７）　

７（ＰＩＣ－１０４）　

氮气通道　

４８（ＡＥ６）　

３３（ＡＥ８）　

８（ＰＩ－１０３）　

≤２×１０一　Ｎ，　

出冷箱压力　２．５　ＭＰａ　ｌＯ　ｋＰａ　８０　ｋＰａ　１２０　ｋＰａ　

２存在的问题　

空分设备投入运行后，因珠光砂进入了过冷器　

出主换热器压力　

过冷器前后压差　３１　１５　

的污氮气通道，在２００４年第一次更换了过冷器。　

２００７年因过冷器的污氮气通道阻力大，再次更换　

由表２可以看出，过冷器污氮气通道阻力达　

３１　ｋＰａ，远远大于８～１５　ｋＰａ的正常状态。通过减　

了过冷器。由于多套２１０００　ＩＴＩ　／ｈ空分设备建成投　

产和钢铁市场需求发生变化，５　ＫＺＯＮＡｒ一８７００／　

６０００／３７０型空分设备在２００８至２００９年间断运行了　

约８个月。在设备重新启动后，即发现其返流污氮　

小加工空气旁通量的试验发现：在关闭污氮气进水　

冷塔阀门的情况下，进人分子筛吸附器的再生污氮　

气流量不足４０００　１ＴＩ。／ｈ，无法满足分子筛加温再生　

的需要。污氮气通道阻力较大、污氮气流量不足是　

出现上述问题的关键因素，同时还存在空气增压机　

控制系统老化、放空阀泄漏等问题。　

量无法满足分子筛加温再生的要求，使加工空气旁　

通进入污氮管路的气量不能减少；并且上塔压力较　

高（达５４　ｋＰａ以上），精馏工况很难建立，制氩系　

・

５２・　

３改造方案和实施　

３．１　改造方案的提出　

件不能升级。决定采用西门子公司的ｓ７．３００　ＰＬＣ　

系统，实现全中文操作界面，并达到工艺要求的控　

制功能。　

（１）为改变返流污氮气流量低、加工空气旁　

通人污氮管路的气量不能减少的现状，拟使用产品　

氮气来替代污氮气对分子筛进行加温再生。　

（２）空气增压机采用的控制系统严重老化，　

个别通道已损坏，且硬件版本比较低，控制系统软　

３．２改造方案的可行性分析　

（１）对分子筛吸附器在不同工作阶段的工艺　

参数进行统计（见表３），以分析利用氮气对分子　

筛进行加温再生的可行性。　

表３分子筛吸附器的工艺参数统计　

加温阶段　吹冷阶段　

参数　

初期　中期　

５３．５　

平均　

末期　

５７．１　５４．９３　

平均　

初期　

５５．１　

中期　

５３　

末期　

５４．２　５４．１　上塔压力／ｋＰａ　５４．２　

污氮气出冷箱压力／ｋＰａ　

氮气出冷箱压力／ｋＰａ　

污氮气与氮气压差／ｋＰａ　

氧气产量／（ｍ　／ｈ）　

９．７　

６．３　

３．４　

７１９８　

７．９　

６．５　

１．４　

６７４２　

ｌ０．６　

９．６　

１　

６９５９　

９．２６７　

７．４６７　

１．８　

６９６６　

７．７　

６．８　

０．９　

６７１１　

８　

５．８　

２．２　

７ｌＯ６　

８．７　

７．８　

０．９　

６９７７　

８．１３３　

６．８　

１．３３３　

６９３１　

由表３可知：在加温阶段，污氮气与氮气压差　

约为１．８　ｋＰａ；在吹冷阶段，污氮气与氮气压差约　

为１．３　ｋＰａ，而在此过程中上塔的压力均没有超过　

３．３具体实施过程　

３．３．１　氮气和污氮气管路改造　

将出主换热器的氮气管道与进分子筛吸附器的　

污氮气管道进行“Ｔ”接，并加装一只ＤＮ５００　ｍｍ　

５７．１　ｋＰａ，这就使得利用部分氮气进行分子筛加温　

再生成为可能。在目前情况下，由于氮气出装置压　

力较低，可通过减小产品氮气去水冷塔阀的开度来　

的遥控气动蝶阀，以便进行调整和有效切断。在进　

分子筛吸附器的污氮气管道上加装一只ＤＮ４５０　ｍｍ　

的手动蝶阀，同时增加一根污氮气去水冷塔的管道　

（ｑｂ３７７　ｍｍ×６　ｍｍ），并在此管道上加装一只　

ＤＮ３５０　ｍｌＴｌ的手动蝶阀。改造后的氮气、污氮气管　

路流程如图２所示。　

增压机　

机　

用ＩｒＬＴ　

调整，使其满足分子筛加温再生的需要。由此可能　

带来的负面影响是上塔压力升高，但是污氮气直接　

进入水冷塔，流量会增大，从而使上塔压力有所　

降低。　

图２　改造后的氮气、污氮气管路流程示意图　

・

５３・　

３．３．２　空气增压机控制系统改造　

象，加之新增设的污氮气进水冷塔管、阀的使用，　

使污氮气流量也有所增加。　

经过优化调整，空分设备的运行工况稳定，制　

氩系统工况也趋于正常，在液氧产量有所增加的前　

提下，氧气产量也从７０００　ｍ　／ｈ增加到８２００　ｉｎ　／ｈ　

以上，液氩产量从不足２２０　ｍ。／ｈ的断续取出，变　

为改造后的连续生产，产量达到３００　ｍ。／ｈ左右；　

同时，上塔压力降至５２　ｋＰａ以下，而空压机的排　

气压力由改造前的５１５　ｋＰａ下降至５０８　ｋＰａ，其电机　

根据ＰＬＣ系统改造的要求，完成了部分现场　

仪表的改造：拆除旧控制盘内的硬件及线路、安装　

并固定ＰＬＣ系统控制柜、安装端子排、铺设信号　

电缆、安装硬件和控制附件等，进行系统上电测　

试、通信调试、控制程序下装、Ｉ／０点调试、阀门　

动作调试和设备联锁报警调试等工作，更换了存在　

内漏的放空阀。然后启动空气增压机进行喘振试　

验，并进行控制系统的动态调试，解决进口导叶和　

放空阀的动作不匹配问题，实现了一键式加（卸）　功率同比减小了约３００　ｋＷ，氧气电耗显著降低。　

载操作、自动恒压调节、历史趋势画面等控制　

５结束语　

功能。　

此次改造，成功地解决了５　ＫＺＯＮＡｒ一８７００／　

４改造效果　

６０００／３７０型空分设备存在的过冷器阻力大、空气　

改造工作完成后，２０１０年５月空分设备开车　

增压机控制系统老化和放空阀内漏等问题，取得了　

送氧。对管路中各阀门进行的调整试验和空分设备　

满意的效果，但其产能尚未达到设计指标，仍然存　

一

段时间的运行，说明改造取得了预期效果：部分　

在改进的空间。今后将进一步优化系统工况，不断　

氮气进入分子筛吸附器后，能够满足分子筛加温再　

提升操控水平，通过探索和调整，提高空分设备运　

生的需要；关闭空气旁通到污氮气管路的阀门，使　

行的经济性，为企业和社会创造更多的效益。　

进入装置的加工空气量大幅增加，还消除了由于空　

气节流使污氮气进入空气管道而引起的通道气阻现　

※　※　

※　

空气化工与陕西未来能源化工签署长期供气合同　

美国空气化工产品公司（以下简称：空气化工）２０１１　

以上煤间接液化制油工业及二甲醚等示范装置，具体产品　

年１２月１５日宣布，已与陕西未来能源化工有限公司签署　

方案为柴油、石脑油、液化石油气、特种蜡及二甲醚等化　

了一份长期供气合同，将在陕西榆林市建造并运营一座现　

工产品。　

场空气分离工厂。该合同是迄今为止授予工业气体公司的　

美国空气化工产品公司是世界上气体分离技术的领导　

全球最大的空分设备现场供气订单。新建空气分离工厂包　者。该公司全球董事长兼总裁Ｊｏｈｎ　ＭｃＧｌａｄｅ对此次与兖矿　

括４套大型空分设备，每天可为陕西未来能源化工有限公　

的合作非常乐观，他表示将把空气化工产品公司最优秀的　

司的榆横煤洁净综合利用示范项目提供１２０００　ｔ氧气以及吨　

技术和经验运用到合作项目上来，把项目做好。　

量级的氮气和压缩干燥空气，计划于２０１４年投入运行。　

兖矿集团党委书记、董事长王信在签约仪式上介绍说，　

陕西未来能源化工有限公司由兖矿集团、兖州煤业与　

兖矿集团现已形成省内３个煤化工园区及外部贵州、陕西　

陕西延长石油有限公司三方共同出资组建，于２０１１年２月　

榆林、新疆、内蒙古鄂尔多斯、澳大利亚、加拿大６个基　

正式注册成立，注册资本为５４亿元人民币，其中兖矿集团　

地的产业格局。空分设备是煤洁净综合利用示范项目的重　

出资５０％，兖州煤业与陕西延长石油有限公司各出　

要装置之一，兖矿集团与空气化工产品公司开展合作，对　

资２５％。　

于促进榆横煤洁净综合利用示范项目建设、实现双方合作　

榆横煤洁净综合利用示范项目规划实行煤气油及化工　共赢将产生积极而深远的影响。　

产品联产。产品规模为年产１０００万ｔ煤炭；一期１００万ｔ　

・

５４・