摘要：本文介绍内压缩制氧工艺流程特点、35 000制氧装置设备选型及该套装置的生产应用效果。实际应用情况表明内压缩制氧工艺流程具有较高的安全性、可靠性、稳定性和经济性。

    0 引言
    35 000制氧工程是配套韶钢650万吨钢生产平台投资建设的项目。35 000制氧机组主要由空气压缩系统、空气预冷系统、分子筛纯化系统、分馏塔系统、后备贮存系统等组成，设计产量为35000N·m3 /h，为韶钢首次运用内压缩工艺流程的机组。空分流程可分为氧气外压缩工艺流程和内压缩工艺流程。其中，氧气外压缩工艺流程是指空分设备生产出的低压氧气，经氧压机加压至所需压力后再供给用户；而氧气内压缩工艺流程取消了氧压机，空分设备直接生产出中高压氧气供给用户，供氧压力由液氧在冷箱内经液氧泵加压达到。本文将介绍内压缩工艺流程。

    1 内压缩工艺流程
    1.1内压缩工艺流程简介
    内压缩工艺流程如图1所示。原料空气经空气过滤器滤除灰尘和机械杂质后，经空压机加压，进入空气冷却塔进行清洗和预冷，预冷后再进入交替使用的分子筛吸附器，除去水分、二氧化碳、乙炔等杂质。纯化后的空气被分为两股：一股进入主换热器，与返流气进行换热，换热后直接进入下塔精馏；另一股经空气增压机压缩后再分为两小股。其中一小股相当于膨胀量的空气从增压机一段抽出，经增压膨胀机增压端增压后进入气体冷却器冷却，冷却后进入主换热器换热，从中部抽出经膨胀机膨胀制冷后进入下塔精馏；另一小股气体经增压机继续增压，由二段抽出，进入主换热器换热，换热冷却后节流进入下塔精馏。
空气在下塔初步精馏后，在下塔底部获得液空，在下塔顶部获得纯氮并在主冷中被液化。从下塔抽取的液空、纯液氮经过冷器过冷后进入上塔相应部位，一部分液氮则直接送人液氮贮槽。经上塔进一步精馏后，在上塔底部获得的纯液氧经液氧泵加压至所需压力，再经主换热器复热出冷箱，作为产品氧输送至管网。液氧产品则从主冷底部抽出，进入液氧贮槽。

    在上塔中部抽取一定量的氢馏分送入粗氢塔，经粗业塔精馏后得到粗氢，随后再将粗氨送人精氢塔中部，经精氢塔精馏后，在精氢塔底部获得液体精氢。液氢产品从精氢塔底部抽出，进入液氢贮槽，由液氢输送泵加压再经空温气化器与大气换热复热后作为产品输出至用户管网。
    从上塔上部引出的污氮气，经主换热器复热后出冷箱，一部分进分子筛纯化系统作为分子筛的再生气体进行加热、冷吹，另一部分送往水冷却塔作为压缩空气预冷冷源之一。在上塔顶部获得的氮气，经主换热器复热后出冷箱，经氮压机加压后，作为产品输出至用户管网。
    1.2流程特点
    对比内、外压缩工艺流程（外压缩工艺流程如图2所示）可知，内压缩工艺流程较外压缩工艺流程多了增压机、产品液氧泵，少了氧压机，即可认为内压缩工艺流程用液氧泵加增压机取代了氧压机。内压缩工艺流程由于较外压缩工艺流程复杂，操作难度更大，因此对自动化控制要求也更高。

    内压缩工艺流程采用液氧泵对液氧进行加压，然后换热汽化。为达到冷量平衡，与之换热的逆向流空气压力应高于被压缩液氧压力，因此内压缩工艺流程必须设空气增压机增压（二段输出压力最高达5. 3MPaG）和高压力等级的换热器才可满足要求。为此，内压缩工艺流程压力等级较外压缩工艺流程高，相应的压力管道、容器及阀门的压力等级也会相应提高。增压机目前只能使用综合性能高的进口设备，相比技术可靠成熟的国产氧压机造价高出近一半；相应的制氧装置的造价也会比外压缩工艺流程略高。
    本套制氧装置采用了膨胀空气进下塔的内压缩流程，该流程具有低温液体产品产量高、氢提取率高的特点，在满足生产的同时还可生产出效益可观的低温液体副产品，因而具有长期投资价值。
    内压缩工艺流程取消了氧压机，因而无高温气氧，降低了火险隐患。主冷大量抽取液氧，保证了碳氢化合物积聚可能性降到最低，使主冷的工作更加安全可靠。产品液氧在高压下蒸发，使烃类物质积累的可能性大幅降低，提高了装置的安全可靠性。

    2 设备选型
    本套制氧装置主体动设备除备用膨胀机为国产设备外，其余均为进口设备。主体静设备则以国产为主。内压缩工艺流程的核心静设备主换热器属高压换热器，为保证其安全可靠性，选用了美国CHART的板式换热器。内压缩工艺流程自动化控制要求较高，DCS系统选用了日本横河的CS3000。主体设备清单见表1。

    3 生产应用效果
    为考核35 OWN·m3 /h制氧机项目的性能，取设备连续运行24h的工艺数据和产量报表作为性能考核的依据。精通电工网
    （1）分馏塔氧的提取率指标值为不小于99.6%，而实际提取率为100%，完成指标。
    （2）分馏塔氢的提取率指标值为不小于86%，而实际提取率为86.4%，完成指标。
    （3）制氧综合电单耗指标值为0. 461kW·h/（N·m3）（以轴功率计，±4%），而实际为0. 444kW·h/ （Nrn3），完成指标。
    （4）液体产品总产量为3 658N·m3 /h，占氧气总产量（3 5401N·m3/h）的10.33%，体现了内压缩工艺流程液体产量高的优势。
    4 结束语
    35 000制氧机组在钢铁市场不景气、钢产量减少及高炉富氧率未能达到制氧机组设计比率的背景下投产，对韶钢的后续发展与能源介质的保供仍具有深远意义。通过对工艺流程、产品结构等的不断优化，本套制氧装置的经济效益应有更深的发掘潜力。