进口VPSA制氧装置的流程特点及配置.docx

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进口VPSA制氧装置的流程特点及配置

进口VPSA制氧装置的流程特点及配置

设计制造

　　文章编号:

100929425（2002）0620018204

进口VPSA制氧装置的流程特点及配置

沈　　强

（金隆铜业有限公司,安徽省铜陵市金山路　244021）

　　摘要:

详细介绍了进口的VPSA制氧装置的流程特点、工艺参数及主要设备的配置。

实际运

转证明,该制氧装置具有运行可靠、启动时间短、部分负荷性能优越,能满足金隆铜业有限公司的实际生产要求。

关键词:

真空变压吸附;制氧装置;流程;配置;;中图分类号:

TQ116119　　　文献标识码:

B

Processfeaturesassociated

VPSAoxygenplant

ShenQiang

（Jinlong,Ltd.,JinShanRoad,Tongling244021.AnhuiProvince）

Abstract:

Thepaperdescribesindetailtheprocessfeatures,parametersandmajorcomponentsassociatedwiththeimportedVPSAoxygenplant.Theactualoperationhasprovedthattheoxygenplanthasadvantageofreliableoperation,shortstartingperiod,excellentpartialloadingperformance,fastloadswitchingspeed,etc.ThustheoperationofthisplantcanmeettherealproductionrequirementsspecifiedbyJinlongCopperCo.,Ltd.

Keywords:

Vacuumpressureswingadsorption（VPSA）;Oxygenplant;Process;Disposition;Feature;Operation;Flashfurnacemelting

　　安徽铜陵金隆铜业有限公司原配置一套杭氧产的KDO210000型中纯氧制氧装置,正常生产情况下,氧气放散率20%以上。

公司为充分挖掘现有设备能力,进行了整个生产系统的挖潜改造。

此次挖潜改造主工艺系统需新增氧气量最大时为3000m/h。

由于10000m/h制氧装置几乎无负荷调

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下,3000m/h等级的VPSA装置单位产品能耗又显著低于深冷型制氧装置。

最终确定采用VPSA型制氧装置。

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1　VPSA制氧装置流程配置

金隆铜业有限公司氧气的用途有:

闪速炉富氧熔炼、转炉富氧吹炼用富氧及烧渣口用纯氧。

其中闪速炉熔炼过程为微负压操作,可采用低压供氧,并且此部分用氧量占总用氧量的90%左右。

根据工程设计,VPSA所产氧气将全部供闪速炉使用,其它用氧仍然取自10000m/h深冷制氧装置。

闪速炉熔炼工艺要求入炉总氧量根据冶金计算结果目标值严格控制在允许的波动范围内。

另一方面,国际上先进的VPSA制氧装置均选

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节能力,而冶炼系统的生产又难以做到绝对均衡,因此,希望新增制氧装置具备良好的大范围负荷调节能力,并且启停速度快,以避免主工艺系统降低生产量的情况下仍然存在大量氧气放散的现象。

上述的特殊要求,对于深冷型制氧装置来说是难以实现的。

而真空变压吸附型制氧装置（VPSA）恰好具备上述功能,并且产品纯度要求在90%O2的情况

收稿日期:

2002207223

）,男,高级工程师,1982年毕业于北京钢铁学院（现北京科技大学）机械系冶金动力（制作者简介:

沈强（1961—　

氧工艺及设备专门化）专业。

现任金隆铜业有限公司工程课课长。

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CryogenicTechnology№6　2002　　　　　　　　深冷技术　2002年第6期

沈　强:

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设计制造

用双吸附塔配置,在吸附、再生周期性切换过程中,必然存在停止产氧的过程。

因而,如果不采取适当的措施,直接进行低压供氧,必然存在供氧量大幅度波动的现象。

正因为VPSA制氧装置的这一特性,就构成了非均衡产氧与闪速炉只需要低压供氧且要求供氧流量稳定之矛盾。

国内某冶炼厂由于未充分顾及这一产—用氧之间的矛盾,仅仅采取了增大氧气缓冲罐的方法,虽然多方优化,产量为3900m/h的VPSA制氧装置供氧量最小波动值仍然

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达到了800m/h。

该厂的实践为我们选定同一用途VPSA制氧装置的流程配置提供了有益的经验。

经

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冶炼工艺计算,我们将VPSA供氧量波动值最终限定在“设定值±200m/h”范围内,并作为:

A段,。

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F6002—氧气过滤器　　P6004—油

泵　—排声—氧气冷却器　6060—图2供氧系统流程图

制氧装置主要工艺参数

型号:

OXYSWING3500/90/113

设计环境条件:

大气压力993mbar;环境温度

（最低/最高/平均）-1119℃/4012℃/20℃;相对湿度85%

产品氧气产量:

3500m/h产品氧气纯度:

90%产品氧气压力:

113bar（A）产品氧气温度:

45℃

产氧量可调范围:

25%～100%主电机功率:

1600kW装机总容量:

166814kW冷却水耗量:

40m/h

真空泵密封用软化水耗量:

2m/h占地面积:

2813m×1812m设备总重量:

～125t213　主要设备构成及特点21311　空气过滤器

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2　VPSA制氧装置的设备构成及特点

211　VPSA制氧装置流程结构

经严格的技术及商务评价、筛选,我们最终选定了目前系IGS集团下属的公司———德国MahlerIGS公司及西梅卡亚洲气体系统成都有限公司作为

供货厂商,并且由MahlerIGS负责总成套。

其流程基本配置见图1、图2

。

原料空气过滤设置两级过滤。

一级初过滤布置在厂房壁面上吸风口处,并配置消声器,过滤精度为G3等级,国内配套。

此过滤器不仅用于VPSA装置原料空气的过滤,还用于厂房轴流风机通风空

F1103、1104—空气过滤器　N1103—进气消声器　

V1101—空气鼓风机　N1104—排气缓冲罐　W1901—空气冷却器　W1950—空气加热器　N1925—放空消声器　A2601A、2601B—吸附器　V2701—真空泵　M2701—主电机　N2701—放空消声器　UK…—切换蝶阀　B6501A、B6501B—缓冲罐

图1　VPSA

主体部分流程图

气的过滤,确保正常运行时全封闭厂房内的空气洁净,同时也提高了厂房的隔声效果。

二级过滤器为F7精度等级,由罗茨鼓风机厂家配套提供,一用

一备。

21312　鼓风机及真空泵

鼓风机、真空泵机架及入口消声器、出口缓冲

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深冷技术　2002年第6期　　　　　　　　CryogenicTechnology　№6　2002

设计制造

罐由Dresser2Roots提供,均为罗茨式结构。

1600kW西门子电机两端分别带动鼓风机及真空泵,润滑油未设置冷却装置,真空泵入口处喷入3bar、2m/h软化水,以冷却真空泵及达到应有的真空度。

机组还具有完善的温度、压差、振动等参数的检测及保护。

21313　切换阀门

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沈　强:

进口VPSA制氧装置的流程特点及配置

144点。

配置两套操作终端,现场控制室及10000m/h深冷制氧装置控制室各放置一台。

装置

的启动操作在现场控制室进行,正常运行时现场控制室无须设岗位,操作人员只需在深冷制氧装置控制室监控VPSA装置即可。

该装置的启动及停止操作均由相应的程序全自动进行,中间过程无须操作人员干预,并且操作界面友好。

各参数历史趋势允许操作人员自由编辑组合,便于分析问题。

所有历史数据可保存一年以上。

此控制系统还具控制功能。

用一条,

选用Linde集团MAPAG阀门厂制造的VPSA装置专用切换蝶阀。

该阀门阀体密封的设计,针对VPSA装置的工况特点具有较为独特的结构,既保

证了阀体的严密性,又保证了阀体密封的使用周期。

易损件的使用寿命可确保动作100万次以上。

21314　吸附器

。

从而可以针对特,在较长时间内逐步调整控制程,使之最优化。

由于其完善的控制系统,新增此套VPSA装置后,并未新增操作人员。

21319　其它辅助设备及厂房结构

Dresser2Roots真空泵要求提供3bar、2m/h软

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两台分子筛吸附器为立式构,MahlerIGS公司设计,。

根

床层总高1500mm,吸附器内采取了较为独特的措施。

吸附剂选用了BOC公司的Li2X2RE型VPSA制氧专用分子筛。

该型分子筛在Li2X型分子筛的基础上又添加了稀土元素,使吸附效果更佳,并且已经在中国申请了专利。

21315　氧气缓冲罐

化水作为密封水,从真空泵入口处喷入。

其软化水指标为:

硬度≤015mmol/L,pH值6～9,浊度≤5mg/L。

为此,我们选择了国产全自动软化水制备

装置,给水指标可达到低压锅炉用软化水等级,即硬度≤0103mmol/L,pH值7～8,浊度≤5mg/L。

此装置可根据软化水箱水位自动开停,完全可满足VPSA装置全自动运行的要求。

VPSA厂房尺寸为（L×W×H）:

2019m×1518m×912m,轻型钢结构墙面,网架结构屋面。

两台125m氧气缓冲罐串联使用。

由MahlerIGS公司设计、监制,在中国国内制造。

21316　氧气鼓风机

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根据冶炼工艺的要求,并考虑氧气输送管网压损,氧气鼓风机出口压力为≥013bar（G）,选用瑞典KEMOSTALPUMPAR公司的罗茨式鼓风机。

该鼓风机的齿轮及轴承润滑,采用抗氧化合成润滑油,可以做到遇氧不燃烧,从而保证了机组的安全。

21317　仪表空气系统

由国内专业厂家进行厂房防噪声设计及工程施工,

设计厂房隔声量≥35dB（A）。

3　VPSA制氧装置性能考核情况

311　VPSA制氧装置性能考核数据

VPSA制氧装置于2001年10月下旬开始安装,2002年2月18日开始全面调试,3月5日正式投入

仪表空气系统选用了ATLASCOPCO公司的ZT系列无油空气压缩机及CD系列干燥器。

正常运行仪表空气露点可达到-50℃以下。

为了提高仪表空气的可靠性,我们还从工厂仪表空气系统引入气源,可作应急备用;或者在工厂仪表空气较为富余的情况下,停运VPSA自备仪表空气系统。

21318　控制系统

生产运行,6月11～13日对装置进行了性能考核。

考核结果见表1。

此套装置在长期停机后,重新启动时间不超过30分钟。

24小时内的短期停机,重新启动时间仅

需要10分钟,启停十分方便。

经过对部分负荷工况的测试,此套装置负荷调节范围达到了合同规定的25%～100%,并且负荷转换速度快,在可调范围内的