В связи с быстрым расширением масштабов производства компании в последние годы потребление кислорода для сталеплавильного производства продолжает расти, а требования к надежности и экономичности подачи кислорода становятся все выше и выше. В кислородном цехе имеются два комплекта малогабаритных систем производства кислорода, максимальная производительность кислорода составляет всего 800 м3/ч, что трудно удовлетворить потребность в кислороде в пик сталеплавильного производства. Часто возникает недостаточное давление и расход кислорода. В течение перерыва в сталеплавильном производстве большой объем кислорода может быть только освобожден, что не только не адаптируется к текущему режиму производства, но и вызывает высокие затраты на потребление кислорода и не отвечает требованиям энергосбережения, снижения потребления, снижения затрат и повышения эффективности, поэтому существующая система производства кислорода нуждается в совершенствовании.
Подача жидкого кислорода предназначена для преобразования хранящегося жидкого кислорода в кислород после повышения давления и испарения. В стандартных условиях 1 м³ жидкого кислорода может быть преобразован в 800 м³ кислорода. Новый процесс подачи кислорода, по сравнению с существующей системой производства кислорода в кислородном цехе, обладает следующими очевидными преимуществами:
1. Систему можно запускать и останавливать в любое время, что соответствует текущему режиму производства компании.
2. Подачу кислорода в систему можно регулировать в режиме реального времени в соответствии с потребностью, обеспечивая достаточный поток и стабильное давление.
3. Система обладает такими преимуществами, как простота процесса, небольшие потери, удобство эксплуатации и обслуживания, а также низкие затраты на производство кислорода.
4. Чистота кислорода может достигать более 99%, что способствует уменьшению количества кислорода.
Процесс и состав системы подачи жидкого кислорода
Система в основном обеспечивает подачу кислорода для выплавки стали на сталеплавильном предприятии и для газовой резки на кузнечном. Последний потребляет меньше кислорода и может не учитываться. Основным потребителем кислорода на сталеплавильном предприятии являются две дуговые сталеплавильные печи и две рафинировочные печи, которые используют кислород периодически. Согласно статистическим данным, в пиковые периоды выплавки стали максимальный расход кислорода составляет ≥ 2000 м³/ч, а продолжительность максимального расхода кислорода и динамическое давление кислорода перед печью должны быть ≥ 2000 м³/ч.
Для выбора типа системы необходимо определить два ключевых параметра: производительность системы по жидкому кислороду и максимальную подачу кислорода в час. Исходя из комплексного анализа рациональности, экономичности, стабильности и безопасности, производительность системы по жидкому кислороду составляет 50 м³, а максимальная подача кислорода — 3000 м³/ч. В связи с этим проектируются технологический процесс и состав всей системы. Система оптимизируется с учетом полного использования оригинального оборудования.
1. Резервуар для хранения жидкого кислорода
Резервуар для хранения жидкого кислорода хранит жидкий кислород при температуре -183℃и является источником газа для всей системы. Конструкция выполнена в вертикальном двухслойном вакуумном порошковом исполнении с небольшой площадью и хорошими изоляционными характеристиками. Расчетное давление резервуара хранения, полезный объем 50 м³, нормальное рабочее давление и уровень рабочей жидкости 10–40 м³. Заливное отверстие в нижней части резервуара разработано в соответствии со стандартом бортовой заправки, а жидкий кислород заправляется из внешнего автоцистерны.
2. Насос жидкого кислорода
Насос жидкого кислорода сжимает жидкий кислород в резервуаре и подаёт его в карбюратор. Это единственный силовой агрегат в системе. Для обеспечения надёжной работы системы и возможности её запуска и остановки в любое время предусмотрены два идентичных насоса жидкого кислорода: один для использования и один для резерва.В насосе жидкого кислорода используется горизонтальный поршневой криогенный насос, который адаптируется к рабочим условиям малого расхода и высокого давления, с рабочим расходом 2000–4000 л/ч и давлением на выходе. Рабочую частоту насоса можно устанавливать в режиме реального времени в соответствии с потребностью в кислороде, а подачу кислорода в систему можно регулировать путем регулировки давления и расхода на выходе насоса.
3. Испаритель
В испарителе используется испаритель с воздушной баней, также известный как испаритель с воздушной температурой, представляющий собой трубчатую конструкцию со звездообразным оребрением. Жидкий кислород испаряется до кислорода нормальной температуры за счет естественной конвекции воздуха. Система оснащена двумя испарителями. Обычно используется один испаритель. При низкой температуре и недостаточной производительности одного испарителя, оба испарителя можно переключать или использовать одновременно для обеспечения достаточного количества кислорода.
4. Резервуар для хранения воздуха
Резервуар для хранения воздуха служит накопителем и буферным устройством системы, дополняя мгновенную подачу кислорода и выравнивая давление в системе, предотвращая колебания и удары. Система использует общий комплект из резервуара для хранения газа и основного кислородного трубопровода с резервной системой генерации кислорода, что позволяет в полной мере использовать возможности оригинального оборудования. Максимальное давление и максимальная вместимость резервуара для хранения газа составляют 250 м³. Для увеличения расхода воздуха диаметр основного кислородного трубопровода от карбюратора к резервуару для хранения воздуха был изменён с DN65 на DN100, что обеспечивает достаточную производительность системы по подаче кислорода.
5. Устройство регулирования давления
В системе установлены два комплекта регуляторов давления. Первый комплект – регулятор давления в резервуаре для хранения жидкого кислорода. Небольшая часть жидкого кислорода испаряется небольшим карбюратором в нижней части резервуара и поступает в газовую фазу в резервуаре через верхнюю часть резервуара. Обратный трубопровод насоса жидкого кислорода также возвращает часть газожидкостной смеси в резервуар, чтобы регулировать рабочее давление в резервуаре и улучшать условия выхода жидкости. Второй комплект – регулятор давления подачи кислорода, который использует регулирующий клапан давления на выходе воздуха из исходного газового резервуара для регулировки давления в основном трубопроводе подачи кислорода в соответствии с кислородом.по требованию.
6.Предохранительное устройство
Система подачи жидкого кислорода оснащена несколькими предохранительными устройствами. Резервуар для хранения оборудован индикаторами давления и уровня жидкости, а выходной трубопровод насоса жидкого кислорода также оснащен индикаторами давления, что позволяет оператору в любой момент контролировать состояние системы. На промежуточном трубопроводе от карбюратора до резервуара для хранения воздуха установлены датчики температуры и давления, которые могут передавать сигналы давления и температуры системы и участвовать в ее управлении. При слишком низкой температуре кислорода или слишком высоком давлении система автоматически останавливается, предотвращая аварии, вызванные низкой температурой и избыточным давлением. Каждый трубопровод системы оснащен предохранительным клапаном, выпускным клапаном, обратным клапаном и т.д., что обеспечивает безопасную и надежную работу системы.
Эксплуатация и обслуживание системы подачи жидкого кислорода
Система подачи жидкого кислорода, будучи системой низкого давления, требует строгих правил эксплуатации и обслуживания. Неправильная эксплуатация и ненадлежащее обслуживание могут привести к серьёзным авариям. Поэтому особое внимание следует уделять безопасному использованию и обслуживанию системы.
Персонал по эксплуатации и обслуживанию системы допускается к работе только после прохождения специальной подготовки. Он должен знать состав и характеристики системы, быть знакомым с работой отдельных её частей и правилами безопасной эксплуатации.
Резервуар для хранения жидкого кислорода, испаритель и газовый резервуар являются сосудами под давлением, и их использование допускается только после получения сертификата на применение специального оборудования от местного бюро технического надзора и контроля качества. Манометр и предохранительный клапан в системе должны регулярно проверяться, а запорная арматура и индикаторный прибор на трубопроводе – на чувствительность и надежность.
Теплоизоляционные свойства резервуара для хранения жидкого кислорода зависят от степени вакуума в прослойке между внутренним и внешним цилиндрами резервуара. При нарушении степени вакуума жидкий кислород быстро поднимается и расширяется. Поэтому, если степень вакуума не нарушена или нет необходимости в повторном заполнении перлитовым песком для вакуумирования, категорически запрещается разбирать вакуумный клапан резервуара. В процессе эксплуатации вакуумные свойства резервуара для хранения жидкого кислорода можно оценить, наблюдая за количеством испаряющегося жидкого кислорода.
В процессе эксплуатации системы необходимо организовать регулярный патрульный контроль для контроля и регистрации давления, уровня жидкости, температуры и других ключевых параметров системы в режиме реального времени, понимания тенденций изменения состояния системы и своевременного уведомления профессиональных технических специалистов для устранения нестандартных проблем.
Время публикации: 02 декабря 2021 г.
