В связи с быстрым расширением масштабов производства компании в последние годы потребление кислорода при выплавке стали продолжает расти, и требования к надежности и экономичности кислородного снабжения становятся все выше. В кислородном цехе установлены две малогабаритные системы производства кислорода, максимальная производительность которых составляет всего 800 м³/ч, что затрудняет удовлетворение потребности в кислороде в пиковые периоды выплавки стали. Часто возникают проблемы с недостаточным давлением и потоком кислорода. В перерывах между выплавками стали расходуется большое количество кислорода, что не только не соответствует текущему режиму производства, но и приводит к высоким затратам на кислород, а также не отвечает требованиям энергосбережения, снижения потребления, сокращения затрат и повышения эффективности. Поэтому существующая система генерации кислорода нуждается в усовершенствовании.
Подача жидкого кислорода заключается в преобразовании хранимого жидкого кислорода в кислород после сжатия и испарения. В стандартном режиме 1 м³ жидкого кислорода может быть испарен до 800 м³ кислорода. Как новый процесс подачи кислорода, по сравнению с существующей системой производства кислорода в кислородном цехе, он обладает следующими очевидными преимуществами:
1. Систему можно запускать и останавливать в любое время, что соответствует текущему режиму производства компании.
2. Подача кислорода в систему может регулироваться в режиме реального времени в соответствии с потребностью, обеспечивая достаточный поток и стабильное давление.
3. Система обладает преимуществами простоты процесса, малых потерь, удобства эксплуатации и технического обслуживания, а также низкой себестоимости производства кислорода.
4. Чистота кислорода может достигать более 99%, что способствует снижению его количества.
Процесс и состав системы подачи жидкого кислорода
Система в основном подает кислород для выплавки стали на сталелитейном заводе и кислород для газовой резки на кузнечном заводе. Последний потребляет меньше кислорода и может быть проигнорирован. Основным оборудованием, потребляющим кислород на сталелитейном заводе, являются две электродуговые печи и две рафинировочные печи, которые используют кислород с перерывами. Согласно статистике, в пиковый период выплавки стали максимальное потребление кислорода составляет ≥ 2000 м³/ч, продолжительность максимального потребления кислорода и требуемое динамическое давление кислорода перед печью должны составлять ≥ 2000 м³/ч.
Для выбора типа системы необходимо определить два ключевых параметра: производительность по жидкому кислороду и максимальную производительность по подаче кислорода в час. Исходя из всестороннего учета рациональности, экономичности, стабильности и безопасности, производительность системы по жидкому кислороду определяется как 50 м³, а максимальная производительность по подаче кислорода — 3000 м³/ч. Таким образом, проектируются технологический процесс и состав всей системы, после чего система оптимизируется с учетом максимального использования имеющегося оборудования.
1. Резервуар для хранения жидкого кислорода
В резервуаре для хранения жидкого кислорода поддерживается температура -183°C.℃и является источником газа для всей системы. Конструкция выполнена с использованием вертикальной двухслойной вакуумной порошковой изоляции, что обеспечивает небольшую площадь основания и хорошие теплоизоляционные характеристики. Расчетное давление резервуара составляет 50 м³, эффективный объем – 50 м³, нормальное рабочее давление – 10 м³-40 м³. Заправочный патрубок в нижней части резервуара выполнен в соответствии со стандартом бортовой заправки, а заправка жидким кислородом осуществляется автоцистерной.
2. Насос для жидкого кислорода
Насос для жидкого кислорода создает давление жидкого кислорода в резервуаре и подает его в карбюратор. Это единственный силовой агрегат в системе. Для обеспечения надежной работы системы и возможности запуска и остановки в любое время предусмотрены два одинаковых насоса для жидкого кислорода: один для использования, другой — в резерве.Насос для жидкого кислорода использует горизонтально-поршневой криогенный насос, адаптированный для работы в условиях малого расхода и высокого давления, с рабочим расходом 2000-4000 л/ч и выходным давлением. Рабочая частота насоса может устанавливаться в режиме реального времени в соответствии с потребностью в кислороде, а подача кислорода в систему может регулироваться путем регулирования 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 звездообразными ребрами. Жидкий кислород испаряется до кислорода нормальной температуры за счет естественного конвекционного нагрева воздуха. Система оснащена двумя испарителями. Обычно используется один испаритель. При низкой температуре и недостаточной производительности одного испарителя два испарителя могут быть переключены или использованы одновременно для обеспечения достаточного количества кислорода.
4. Резервуар для хранения воздуха
Резервуар для хранения воздуха хранит парообразный кислород, выполняя функцию накопителя и буфера системы, что позволяет дополнять мгновенную подачу кислорода и балансировать давление в системе, предотвращая его колебания и сбои. Система использует общий комплект резервуара для хранения газа и основного трубопровода подачи кислорода с резервной системой генерации кислорода, обеспечивая полное использование имеющегося оборудования. Максимальное давление и максимальная емкость резервуара для хранения газа составляют 250 м³. Для увеличения расхода воздуха диаметр основного трубопровода подачи кислорода от карбюратора к резервуару для хранения воздуха изменен с DN65 на DN100, чтобы обеспечить достаточную пропускную способность системы по подаче кислорода.
5. Устройство регулирования давления
В системе установлены два комплекта устройств регулирования давления. Первый комплект — это устройство регулирования давления в резервуаре для хранения жидкого кислорода. Небольшая часть жидкого кислорода испаряется с помощью небольшого карбюратора в нижней части резервуара и поступает в газообразную фазу резервуара через его верхнюю часть. Обратный трубопровод насоса жидкого кислорода также возвращает часть газожидкостной смеси в резервуар, чтобы регулировать рабочее давление резервуара и улучшать условия на выходе жидкости. Второй комплект — это устройство регулирования давления подачи кислорода, которое использует регулирующий клапан на выходе воздуха из исходного газового резервуара для регулирования давления в основном трубопроводе подачи кислорода в соответствии с подачей кислорода.по запросу.
6.Предохранительное устройство
Система подачи жидкого кислорода оснащена множеством предохранительных устройств. Резервуар для хранения оборудован индикаторами давления и уровня жидкости, а выходной трубопровод насоса жидкого кислорода — индикаторами давления, что позволяет оператору в любое время контролировать состояние системы. На промежуточном трубопроводе от карбюратора к резервуару для хранения воздуха установлены датчики температуры и давления, которые передают сигналы давления и температуры системы и участвуют 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 оборудован предохранительным клапаном, вентиляционным клапаном, обратным клапаном и т.д., что эффективно обеспечивает безопасную и надежную работу системы.
Эксплуатация и техническое обслуживание системы подачи жидкого кислорода.
Как низкотемпературная система под давлением, система подачи жидкого кислорода требует соблюдения строгих правил эксплуатации и технического обслуживания. Неправильная эксплуатация и ненадлежащее техническое обслуживание могут привести к серьезным авариям. Поэтому особое внимание следует уделять безопасному использованию и обслуживанию системы.
Персонал, занимающийся эксплуатацией и техническим обслуживанием системы, может занять эту должность только после специальной подготовки. Они должны хорошо разбираться в устройстве и характеристиках системы, быть знакомы с принципами работы различных её частей и правилами техники безопасности.
Резервуары для хранения жидкого кислорода, испарители и резервуары для хранения газа являются сосудами под давлением и могут использоваться только после получения специального сертификата на использование оборудования от местного бюро техники и контроля качества. Манометр и предохранительный клапан в системе должны регулярно проходить проверку, а запорный клапан и индикаторный прибор на трубопроводе должны регулярно проверяться на чувствительность и надежность.
Теплоизоляционные свойства резервуара для хранения жидкого кислорода зависят от степени вакуума в межслойном пространстве между внутренним и внешним цилиндрами резервуара. При нарушении степени вакуума жидкий кислород начнет быстро подниматься и расширяться. Поэтому, если степень вакуума не нарушена или нет необходимости повторно заполнять резервуар перлитовым песком для создания вакуума, категорически запрещается разбирать вакуумный клапан резервуара. Во время эксплуатации вакуумные свойства резервуара для хранения жидкого кислорода можно оценить, наблюдая за количеством улетучивающегося жидкого кислорода.
В процессе эксплуатации системы необходимо создать систему регулярного патрульного осмотра для мониторинга и регистрации давления, уровня жидкости, температуры и других ключевых параметров системы в режиме реального времени, отслеживания тенденций изменения параметров системы и своевременного оповещения квалифицированных технических специалистов для устранения нештатных ситуаций.
Дата публикации: 02.12.2021
