摘要：  文章叙述了天铁动力空分系统降低能耗的措施探讨。对应用的相关工艺技术进行了分析，提出了优化空分设备运行的工艺方案。通过采取定期清洗空压机系统、减少管网氧气压力波动等措施，提高了空分系统的运行效率；降低了空分系统运行电耗；保障了空分系统更经济有效的运行。

关键词： 降低；  能耗；  冷却器；  叶轮；  管网；  氧气压力；  球罐；  液化装置；  汽化装置

Study on Measures for Reducing Energy Consumption in Tiantie Space Division System

SUN Min

Power Plant, Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co., Ltd.     

Abstract: This paper elaborates the study on measures for reducing energy consumption in Tiantie space division system. The applied related processes are analyzed and the process program for optimizing the operation of space division equipment is put forward. The air compressor system is purged regularly, and the oxygen pressure surge in pipe network are reduced, and other measures are taken to improve the operation efficiency of space division system, and reduce the energy consumption, and guarantee the more economical and effective operation.

Key words: reducing, energy consumption, cooler, impeller, pipe network, oxygen pressure,  spherical tank, liquefaction device, evaporation device

1前言

天津铁厂动力有6套空分设备，分别为6000 m3/h设备2套，15000 m3/h设备2套，其中1套为内压缩流程，23500 m3/h设备2套。每套设备都包含空压机、氧压机、氮压机这些大功率耗电设备，另外还有水泵、冷冻机、油泵、氩泵、液体泵等小耗电设备。因为空分设备的原料是空气，其主要消耗就是这些耗电设备的电耗，电能消耗占生产成本的75%~80%，所以降低能耗的首要办法就是降低电耗。

其次，在实际生产中由于炼钢、炼铁生产的非连续性和氧气生产的连续性的矛盾，造成管网氧气压力波动大，压力高时氧气就必须放散，压力低不能满足炼钢生产需要时，就要启动氧汽化装置。增加了氧气的生产成本，造成了能源的浪费。因此，稳定氧气管网压力，减少压力波动也是降低能耗的一种有效途径。

2降低空压机系统电耗措施分析

2.1 存在问题

空压机为空分系统提供原料空气，是整个空分系统最大的耗电设备。天铁动力热轧作业区2×23500Nm3/h空分选用的是由Atlas Copco公司生产的GT098L3K1型压缩机。电机额定电压为10KV,额定电流786A,额定功率12000KW。自2007年投产后，空压机二、三级进气温度越来越高，尤其是在夏季温度高时进气温度更高，空压机压缩空气量减少，压缩后的空气进塔压力降低，电耗反而增加，见表1。

表1  夏季与冬季实际能耗对比

2.2 原因分析

空压机为三级压缩，在一、二级之间有一个水冷却器，二、三级之间有一个水冷却器。压缩空气由一级压缩端出来后先进入水冷却器，高温的气体在冷却器内与低温的水换热后，温度降低了再进入二级压缩，由二级压缩完后的空气先进入冷却器冷却，温度降低后再进入三级压缩，压缩完后再送入空冷塔继续后面的工序。冷却水中含有各种杂质，运行时间长了，冷却器水侧的管道会结垢。空气是含有水分的，当高温、高压的气体进入冷却器冷却时会有大量的水分析出，并经过气侧排水管道排出，同时这些水分也会导致气侧的筛网生锈。所以冷却器运行时间长了之后换热效果就变差了，特别是夏季气温高时，进入冷却器的冷却水温就高，在28℃左后，冷却器的换热效果就更差了，导致压缩机二、三级进气温度特别高，特别是三级温度达到50℃以上，严重影响压缩机的压缩效率。由于夏季气压低，压缩机的进气压力就低，冷却器的冷却效果又差，为了达到设定的排气压力，压缩机的进口导叶自动开大，电机的工作负荷加大，实际运行电流变大，电机的实际功率变大，即实际电耗增加。

空压机在高速运转过程中，空气中的微小杂质随时间的累积会粘附在空压机叶轮上，对空压机的轴承振动造成影响，影响转子的动平衡，增加空压机的电耗。当空压机的振动太大时，空压机会因振动高自动停机，振动过大时甚至会损坏空压机的叶轮、转子。空压机自停后空分系统后续工序立即就会停止，重新启动空压机等这些大耗电设备，短时间内空分系统不能送出产品，只有电耗。若是设备损坏，损失更大。

2.3采取措施

2.3.1清洗冷却器

为了降低空压机电耗，首先是要保证空压机组冷却器的冷却效果，防止和消除中间冷却器堵塞造成的换热不良。除了做好水的清洁及软化工作，还要及时清洁过滤器。在2013年7月份的例行检修中，对5#、6#两套KDONAY-23500型空分系统AtlasCopco GT098型空压机冷却器进行了清洗、试漏。清洗完成后两套空压机系统二、三级进气温度都下降了。5#空压机系统二级进气温度由原来的42℃~  45℃降到33℃~  36℃、三级进气温度由46℃~  51℃降到33℃~  37℃。6#空压机系统二级进气温度由43℃~  46℃降到39℃~  41℃，三级进气温度由44℃~  49℃降到39℃~  41℃。

2.3.2控制循环水温度

冷却器的冷却水温度直接影响冷却效果，空压机系统冷却器进水由水电厂的泵站供应，换热后的高温水回到水电厂泵站凉水塔散热后又进入到冷却器继续换热。冬季气温低循环水冷却效果好，夏季气温高凉水塔散热效果差，冷却器进水温度高，这就需要生产单位各部门间密切合作，通过调度系统及时联系水电泵站采取相应措施，例如增开排风散等，降低冷却器进水温度。

2.3.3更换冷却器

当冷却器冷却器工作时间长了，清洗后冷却效果仍然不好的，就要考虑更换冷却器。2014年3月，热轧作业区6#空压机系统更换了三级冷却器，更换后三级进气温度由原来的46℃左右降低到25℃。

2.3.4 AtlasCopco GT098空压机叶轮与管道冲洗

通过水冲洗系统可以清除叶轮上粘附的杂质，减少空压机轴承的振动，降低空压机工作电耗，减少空压机因振动造成的停机频率，降低空压机叶轮、轴等的损坏率。空压机叶轮冲洗必须注意以下事项：

（1）AtlasCopco GT098空压机叶轮冲洗系统必须在空压机运转正常时才能够进行操作。

（2）空压机叶轮水冲洗系统操作时要保持空压机进气量不能小于107000Nm3/h。

（3）空压机叶轮水冲洗系统工作时要调节水压控制阀，保证清水泵后压力为12bar。

（4）空压机叶轮冲洗顺序要由后向前进行，例如：5#空压机要先冲洗3级然后2级，最后冲洗1级。

3.减少氧气管网压力波动

3.1氧气压力波动原因分析

氧气放散造成的经济损失是巨大的，增加了氧气的生产成本，但它与钢铁企业的生产特点（例如转炉顶吹，间隙用氧等）和一些具体情况（例如主体生产设备的组成，空分设备的配置情况及气体、液体储罐配置情况）等都有关，热轧作业区产品氧气输出配置见图1。

图1 氧气输出配置图

氧气主供炼钢、炼铁。炼铁属于富氧冶炼，耗氧量比较平稳，波动少；炼钢耗氧量波动很大，炼一炉钢大约需要40min，其中吹氧大约16~20min，此时耗氧急速增长到3万多m3/h，而空分设备是连续均匀生产的，所以炼钢节奏快时，氧气压力很快变低，节奏慢时，则氧气压力升高，当管网压力高到设定值时，氧压机压缩完的氧气就会放散。在炼钢非正常生产状态下，耗氧波动幅度更大，放散量更高。

3.2 存在问题

动力厂6套空分设备中1#、2#、3#、4#空分主要向老区的炼钢、炼铁输送氧气、氮气等， 5#、6#空分主要向新区的热轧输送氧气、氮气等。在实际生产中因为炼钢、炼铁不同的工序，不同的时间段分别需要用不同的气体，造成管网氧气、氮气等的压力波动大。当氧气压力高于管网压力设定值时，氧压机就自动放散了。以下是摘录2013年7月21号到7月22号6#空分氧压机放空阀开度，见表2。

表2  6#空分氧透放空阀开度

在炼钢用氧高峰期，氧气压力降到1.4Mpa以下，不能满足用户要求时就要启动氧气汽化装置。以下表3是2013年6月15号到6月19号5天时间内，氧气汽化装置开、停时间记录表如下：

表3  氧气汽化装置开停时间摘录

综合表2、表3可知，因为管网氧气压力波动频繁，导致氧压机放散、汽化装置的开停都特别频繁。这一方面导致了能源的无效浪费，另一方面启动汽化装置也导致了电耗的增加，加大了氧气的生产成本。

3.3减少氧气管网压力波动的措施

3.3.1提高设备完好率，均衡炼钢。

大力降低炼钢设备故障率，尽量做到计划炼钢，均衡用氧，各大高炉，转炉之间尽量错开高峰用氧期，建立完善的信息通讯制度，对各单位用氧情况能及时、提前掌握，这为调整氧气压力，降低氧气放散率，从源头上采取了措施。这需通过各厂调度之间、调度与班组之间及时、密切配合，最大化提高氧气的利用率，降级氧气生产成本。

3.3.2设立液化装置

为减少氧气无效放散，所以5#、6#空分特配备YPON-2000/2400型氧、氮液化装置一套，液化富余的氧、氮气体。液化富余氧气时需要氮气作为冷却液体，液化膨胀机进口氮气压力低时，液化装置工作效率就低。炼钢设备用氮量大，氮气管网压力通常都不高，当氮气管网压力低时，氧气的液化量就减少。这时氧气若大量富余时，液化装置不能将富余的氧气全部转化为液体。所以配备液化装置虽然大大减少了氧气的放散率，减少管网氧气压力的波动，但是不能杜绝产品氧气的放散。

3.3.3增加气体球罐

炼钢的间隙用氧与空分设备的均衡（连续）供氧的矛盾是绝对的，其数量差值是大的。以一炉钢150t，吨钢耗氧60m3计算：

150t×60m3/t=9000m3

而这用氧量是在炼钢16~20min内完成的，此期间用氧量按小时计算为：

9000÷20×60=27000m3

而此期间两套空分（5#、6#）实际产氧量为：

2×23500×（20÷60）=15000m3

两者差值为：

27000m3－15000m3=12000m3，

这个差值由气体压力储罐来补充。因此，在炼钢企业供氧系统中需要配置一定数量的气体压力储罐。热轧作业区原有氧气球罐一个，后因管网氧气压力波动大，放散率高，又新建了一个1000 m3的氧气存储球罐。大大减少了氧气放散次数，提高能源利用率。

3.3.4机前放散

由于炼钢生产的不连续性与空分的连续生产有不可调和的矛盾，当然还有炼钢生产时不可避免的故障问题，停车问题，所以氧气总会放散，加强生产单位的协作沟通，遇到类似情况尽量采用氧压机机前的低压放散，这样至少可以省掉氧压机做无用功，氧压机的电耗减少，则降低了空分系统整体运行电耗。

3.3.5完善供网系统

为了充分利用现有空分装置，及时向用户提供充足的氧气，老区与新区各设有调压站系统，在老区空分系统和新区空分系统之间增加了一条联网管道，通过调压站将各套空分产品联网，联合供气。根据炼钢，、炼铁具体工作情况，由调度统一指挥，各套设备合理调配运行，保证以最小的投入最大限度满足炼钢、炼铁生产需求。

3.3.6 设立汽化装置

在炼钢用氧高峰期，氧气压力经常降到1.2MPa、1.3MPa，影响炼钢的生产，热轧作业区配备了氧气汽化系统，有2台液氧泵，一套水浴式汽化器。当管网氧气压力低时，迅速启动汽化装置，能快速升高氧气管网压力。虽然启动、停止液氧泵的过程中，启动预冷，停泵放散也要浪费一部分液氧，但是运行汽化装置要比多开一套空分要省很多电耗。而且多开1套空分设备，意味着用氧高峰过去之后，氧气放散量更大了。汽化装置启、停灵活，供氧快，耗电少，操作简单，运用经济效果好。

4 实施效果

4.1 通过清洗或更换空压机系统冷却器，保证了冷却器的换热效果。压缩机二、三级进气温度得到有效控制，电机电流由原来的580A左右降到560A左右，每运行一小时都能节约电能200KW左右。

4.2通过清洗空压机系统叶轮、管道等措施，降低了空压机的振动幅度，一般控制在3μm以内，空压机运行平稳。降低了空压机停机事故，减少了空分系统停机、启动过程电耗。

4.3 通过采取增加气体球罐、增设液化装置等措施减少了氧气的放散能耗。热轧作业区5#、6#空分系统氧气放散率由原来的6%～7%降低到3%，降低了产品氧气的生产成本。氧气机前放散则是降低由于生产原因不得不放散部分气体的电耗，最大限度的降低生产成本。

5 结束语

通过对空分系统设备的不断优化和更新，对空分系统运行工艺的不断改进，动力厂2套235000N m3/h空分系统从生产成本和产品使用率双方面都达到了降低能耗的目的。清洗冷却器，启动汽、液化装置等以上一系列措施都切实有效、操作简便、安全性高，创造了较大的经济效益。

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