供稿|方冏/FANG Jiong

產(chǎn)能為 200 萬(wàn) t/a 的邯寶冷軋工程于 2011 年投產(chǎn)。為保證冷軋鋼板表面質(zhì)量，需要使用氫氣作為連續(xù)退火爐和鍍鋅爐的保護(hù)還原氣。因此，有必要建設(shè)保護(hù)氣體站 (制氫站和氮?dú)鈨艋? 向冷軋車(chē)間供氣，其中氫氣作為還原氣，氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣。

特 點(diǎn)

保護(hù)氣體站項(xiàng)目為非常規(guī)設(shè)計(jì)，原因如下：(1) 由于土地緊張和公司總體規(guī)劃的要求，邯寶冷軋保護(hù)氣體站的建設(shè)地點(diǎn)必須設(shè)置在邯鋼冷軋廠原有的保護(hù)氣體站周邊。邯鋼冷軋廠原保護(hù)氣體站周邊的可利用土地按常規(guī)設(shè)計(jì)根本不能布置新的保護(hù)氣體站。(2) 公司控制成本，要求施工設(shè)計(jì)投資在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低成本。(3) 為方便生產(chǎn)調(diào)節(jié)，且不影響邯鋼冷軋廠和邯寶冷軋廠正常生產(chǎn)，邯鋼冷軋廠和邯寶冷軋廠的兩個(gè)保護(hù)氣體站要求不停產(chǎn)且實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

設(shè) 計(jì)

降低運(yùn)行成本

采用鋼鐵行業(yè)最為經(jīng)濟(jì)的制氫技術(shù)和氮?dú)饧兓夹g(shù)：(1) 由于鋼鐵企業(yè)在煉焦生產(chǎn)中副產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣含有大量的氫氣 (占總體積的 59%)，故鋼鐵行業(yè)氫氣生產(chǎn)大多采用焦?fàn)t煤氣變壓吸附技術(shù)，具有運(yùn)行成本低，投資省、原料保障性好等優(yōu)點(diǎn)。(2) 現(xiàn)有的邯鋼冷軋廠保護(hù)氣體站的氮?dú)猱a(chǎn)量足以滿(mǎn)足邯寶冷軋廠的需要，但由于氮?dú)饧兌炔粔?，必須?jīng)過(guò)提純處理。氮?dú)獾奶峒兺瑯硬捎米儔何降牡獨(dú)饧兓b置。

變壓吸附原理

焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫技術(shù)實(shí)際上是焦?fàn)t煤氣的物理提純過(guò)程。可以看成不純的氫氣混合物 (焦?fàn)t煤氣) 通過(guò)分子篩的過(guò)濾吸附，篩分成高純氫氣的過(guò)程。由于分子篩的過(guò)濾需要在高壓下進(jìn)行，分子篩的解吸再生需要在低壓下進(jìn)行，存在壓力的高低變換，故此技術(shù)稱(chēng)其為變壓吸附技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng) PSA。

焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫的原理：焦?fàn)t煤氣經(jīng)三級(jí)往復(fù)式壓縮機(jī)的第一級(jí)壓縮到 0.22 MPa 后，進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)除去雜質(zhì)；處理后的焦?fàn)t煤氣經(jīng)壓縮機(jī)第二、三級(jí)壓縮至 1.7 MPa 后進(jìn)入后續(xù) PSA 氫提純系統(tǒng)。提純系統(tǒng)由五個(gè)吸附塔組成，利用每個(gè)吸附塔內(nèi)的分子篩吸附劑在一定溫度下對(duì)不同的氣體組分吸附容量不同這一特性，使容易吸附的非氫組分被吸附劑吸附，不易吸附的氫氣組分從床層的一端流出。整個(gè)過(guò)程如同把焦?fàn)t煤氣過(guò)一遍篩子，最后，得到產(chǎn)品——?dú)錃?。吸附滿(mǎn)非氫組分的吸附塔通過(guò)降壓、沖洗等過(guò)程實(shí)現(xiàn)再生，可實(shí)現(xiàn)氣體的連續(xù)分離與提純。

氮?dú)饧兓b置采用的變壓吸附技術(shù)與制氫采用的變壓吸附技術(shù)相同。

氣站常用設(shè)備

保護(hù)氣體站的主要設(shè)備：三級(jí)往復(fù)式活塞焦?fàn)t煤氣壓縮機(jī)、氫氣提純裝置 (預(yù)處理塔、吸附塔、脫氧塔、干燥塔、加熱器等)、氮?dú)饧兓b置、氫氣球罐、氮?dú)馇蚬藜翱刂圃O(shè)備。

采取相應(yīng)措施

邯鋼冷軋廠現(xiàn)有一套 800 m3/h焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫裝置，邯寶冷軋廠也需要一套 800 m3/h 焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫裝置。邯鋼冷軋廠保護(hù)氣體站占地 95 m×57 m。根據(jù)總體規(guī)劃要求，邯寶冷軋廠制氫裝置需要布置在邯鋼冷軋廠保護(hù)氣體站附近，而邯鋼冷軋廠保護(hù)氣體站周?chē)挥欣鋸U水處理站的預(yù)留地 57 m×30 m 可用。

為實(shí)現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)，就要將新建的保護(hù)氣體站的壓縮機(jī)、氫氣提純裝置、球罐等在滿(mǎn)足國(guó)家安全規(guī)程的條件下，采取合理措施減少占地面積。

◆ 壓縮機(jī)

邯鋼冷軋廠壓縮機(jī)廠房?jī)?nèi)有兩臺(tái)焦?fàn)t煤氣壓縮機(jī) (一用一備)。新建一臺(tái)壓縮機(jī)設(shè)置在原壓縮機(jī)廠房西側(cè)，作為原來(lái)兩臺(tái)壓縮機(jī)的備用機(jī)，運(yùn)行方式變?yōu)閮捎靡粋洌慌_(tái)壓縮機(jī)對(duì)應(yīng)一套氫氣提純裝置，原壓縮機(jī)廠房西延 9 m。為保證廠房西延規(guī)劃空間的合理利用，新建的壓縮機(jī)由臥式改為立式，并采用輔助吊裝工具用以彌補(bǔ)廠房天車(chē)高度的不足。

◆ 氫氣和氮?dú)馓峒冄b置

新氫氣提純裝置在一冷氫氣提純裝置南端建設(shè)。緊鄰一冷氫氣提純裝置，由于兩套氫氣提純裝置生產(chǎn)性質(zhì)一致，原料、產(chǎn)品氣體互聯(lián)互通，可以視為同一工藝裝置，因此兩套氫氣提純裝置的距離只考慮滿(mǎn)足維修和消防要求、滿(mǎn)足安全規(guī)程要求。為盡量高效利用原氫氣提純裝置南端的狹長(zhǎng)空地，新氫氣提純裝置根據(jù)場(chǎng)地情況，要求裝置按 30 m×9 m 的“瘦長(zhǎng)形”進(jìn)行設(shè)備招投標(biāo)，從源頭上進(jìn)行尺寸控制。

新的氮?dú)饧兓鸵旱b置由于不受安全間距限制，布置在原氫氣罐南側(cè)。

◆ 氫氣和氮?dú)馇蚬?/p>

由于原壓縮機(jī)廠房西延，原氫氣球罐已不能滿(mǎn)足與建筑物相距 15 m 的最小安全距離要求，故把一冷氫氣球罐改為氮?dú)馇蚬?，并在一冷廢水處理站的預(yù)留地(57 m×30 m) 設(shè)置兩個(gè)氫氣球罐。這樣滿(mǎn)足了安全規(guī)程對(duì)氫氣球罐嚴(yán)格的安全間距要求。

實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通

兩套制氫裝置毗鄰建設(shè)，由邯鋼氣體廠統(tǒng)一管理，用戶(hù)要求兩套制氫裝置應(yīng)有較強(qiáng)備用性。需互相連通。由于邯鋼冷軋廠產(chǎn)品熱銷(xiāo)，要求兩套制氫裝置不停產(chǎn)完成互聯(lián)互通。制氫互聯(lián)互通連接點(diǎn)主要有 4 處：壓縮機(jī)一級(jí)進(jìn)口-原料焦?fàn)t煤氣進(jìn)口管連通；壓縮機(jī)二級(jí)進(jìn)口-凈化后焦?fàn)t煤氣進(jìn)口管連通；壓縮機(jī)三級(jí)出口-焦?fàn)t煤氣出口管連通；成品氫氣出口管連通。

為達(dá)到管道的不停產(chǎn)互聯(lián)互通，采用以下方法：在邯寶冷軋廠新制氫站的 4 根需要連接的新管上事先設(shè)計(jì)預(yù)留連通閥；新建制氫站投產(chǎn)后，首先將新制氫站成品氫氣出口管與一冷制氫站成品氫氣出口管的氮?dú)獯祾吖苓B接，成為臨時(shí)氫氣管道，并切斷吹掃管前舊調(diào)壓閥組閥門(mén)；然后，在舊調(diào)壓閥前加裝成品氫氣出口連通閥，與新制氫站成品氫氣出口連通閥相連。施工期間由新制氫站向邯鋼冷軋廠和邯寶冷軋廠同時(shí)供氣，氣量不足部分由氫氣球罐補(bǔ)充。新制氫站和氫氣球罐能滿(mǎn)足 16～20 h 用量，完全能滿(mǎn)足連通接口對(duì)時(shí)間的要求。待新舊制氫成品氫氣出口在調(diào)壓閥處連通后，拆除臨時(shí)氫氣管道。

成品氫氣出口管連通后，關(guān)閉舊調(diào)壓閥前的閥門(mén)和舊氫氣球罐閥門(mén)，就可連通其他 3 根管道，每根管道連通施工時(shí)，均由新制氫站和氫氣球罐供氣滿(mǎn)足邯鋼冷軋廠和邯寶冷軋廠的氫氣需要。

效 果

節(jié)約節(jié)省土地 3705 m2；實(shí)現(xiàn)兩套裝置不停產(chǎn)互聯(lián)互通；兩個(gè)保護(hù)氣體站巧妙地結(jié)合成為一個(gè)保護(hù)氣體站，節(jié)省了壓縮機(jī)及其廠房，節(jié)約了各種管道和控制設(shè)施的投資，降低了成本；節(jié)省操作人員 8 人；在邯鋼冷軋廠和邯寶冷軋廠的氫氣用量較少時(shí)，只開(kāi)一套制氫設(shè)備，節(jié)約能源；由于氫氣為“甲”類(lèi)生產(chǎn)火災(zāi)危險(xiǎn)，制氫區(qū)域的爆炸危險(xiǎn)等級(jí)為 1 區(qū)，是最高類(lèi)別的生產(chǎn)火災(zāi)危險(xiǎn)和爆炸危險(xiǎn)等級(jí)，因此制氫區(qū)域面積越小，其安全程度相應(yīng)就越高。

邯寶冷軋廠保護(hù)氣體站的改擴(kuò)建項(xiàng)目已通過(guò)相關(guān)部門(mén)的安全審查，為今后建設(shè)同樣的甲類(lèi)設(shè)施提供了成功范例，為同類(lèi)設(shè)施的綜合治理擴(kuò)展了思路。