摘要：針對(duì)現(xiàn)有硅鋼生產(chǎn)線保護(hù)氣體的運(yùn)行使用情況，就新硅鋼生產(chǎn)線建設(shè)保護(hù)氣體的應(yīng)用改進(jìn)提出設(shè)想，以降低運(yùn)行成本，提高生產(chǎn)效率，減少設(shè)備運(yùn)行故障率。本文對(duì)硅鋼機(jī)組退火時(shí)所需氮?dú)庥昧俊⒌獨(dú)獬杀?、氫氣用量、氫氣成本、安全性、環(huán)保問(wèn)題等作出了論述，可直接用于新硅鋼生產(chǎn)線建設(shè)保護(hù)氣體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。

關(guān)鍵詞：硅鋼線保護(hù)氣體；氮?dú)獬杀?；氫氣用量；氫氣成本；安全；環(huán)保

1 前言

眾所周知，硅鋼機(jī)組退火時(shí)需在還原性保護(hù)氣氛中進(jìn)行，保護(hù)氣用的是氮?dú)?，還原氣用的是氫氣，爐內(nèi)氫氣比例約15%～20%，冷卻時(shí)是在純氮（氫含量小于1%）中進(jìn)行，這樣在不但能保證鋼帶在退火過(guò)程中不被氧化，而且，鋼帶本身的氧化和在無(wú)氧化爐中產(chǎn)生的微氧化都可以被還原。而氧化是對(duì)磁性能是有破壞的，所以保證退火爐的還原性是提高硅鋼磁性能的一個(gè)重要方面。

氮?dú)夂蜌錃猬F(xiàn)在都是由氣保站制取，氮?dú)獠捎玫氖强諝夥蛛x技術(shù)，氫氣是用氨分解技術(shù)，現(xiàn)對(duì)其成本和安全環(huán)保方面進(jìn)行分析。

2 氮?dú)?/p>

2.1 氮?dú)庥昧?/p>

現(xiàn)機(jī)組使用氮?dú)庥昧棵啃r(shí)約為1000～1200標(biāo)準(zhǔn)立方米，現(xiàn)按1000標(biāo)準(zhǔn)立方米計(jì)算。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氮?dú)獾拿芏葹?.25kg/m3，即每小時(shí)約1000*1.25/1000=1.25噸。

如果要全部采用液氮，則每天用液氮量為30噸左右，廠家最多能提供的液氮車為100噸，即每約3天需更換一臺(tái)液氮車。

2.2 氮?dú)獬杀?/p>

氮?dú)獬杀局饕请?、維護(hù)和氫氣。

生產(chǎn)氮?dú)鈺r(shí)，2臺(tái)空壓機(jī)不足，3臺(tái)空壓機(jī)有空載運(yùn)行（機(jī)組需要壓縮空氣），現(xiàn)按3臺(tái)空壓機(jī)計(jì)算；氮?dú)饧兓幩泄β始s30kw，則制氮所需功率約為160*3+30=510kw，加上其他輔助，每小時(shí)算550度電，成本約550*0.8=440元。

空壓機(jī)每4000小時(shí)維護(hù)保養(yǎng)一次，每維護(hù)保養(yǎng)一次的費(fèi)用約8500元，換算成小時(shí)成本為：8500元/臺(tái)*3臺(tái)/4000=6.38元；維修成本及人工成本每月約2萬(wàn)元，換算成小時(shí)成本為20000/30/24=27.78元，即保養(yǎng)、維護(hù)及人工成本約6.38+27.78=34.16元/小時(shí)。

氮?dú)饧兓瘯r(shí)用氫氣20Nm3/h，成本約72元/小時(shí)。

綜合以上成本，制氮每小時(shí)的成本為440+34.16+72=546.16元，而每小時(shí)生產(chǎn)用氮?dú)饧s為1.25噸，即我公司制取氮?dú)獬杀緸?46.16/1.25≈436.93元/噸。

現(xiàn)采購(gòu)成本價(jià)為800元/噸，廠家說(shuō)如果供應(yīng)量這么大，可以考慮價(jià)格降至550元/噸左右，比自己生產(chǎn)稍高。

可以計(jì)算一下，每天多的費(fèi)用：（550-436.93）*24=2713.68元，每月按25天計(jì)算，多的費(fèi)用為2713.68*25=6.78萬(wàn)元。

2.3 觀點(diǎn)

制氮設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中比較平穩(wěn)，即使出現(xiàn)故障，也可以馬上切換為事故氮，以保證機(jī)組的生產(chǎn)，所以氮?dú)饪梢匀杂芍频獧C(jī)組制造。

3 氫氣

3.1 氫氣用量

現(xiàn)機(jī)組使用氨分解氣用量每小時(shí)約為130 Nm3/h，其中含75%的氫氣，即氫氣用量約為100 Nm3/h，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氫氣的密度為0.0899kg/m3，以下計(jì)算按0.09 kg/m3計(jì)算，即每小時(shí)約100*0.09=9kg，每天為9*24=216kg，每月按25天計(jì)算，用量為216*25=5400kg。

3.2 氫氣成本

氫氣成本主要由兩部分組成，一是液氨，二是電，每小時(shí)生產(chǎn)9kg氫氣需要液氨51kg，成本為170元，電約160度，成本130元，共每小時(shí)成本約300元，產(chǎn)氣100立方米，300/100=3元/ Nm3；提純時(shí)損失約5%，計(jì)0.15元/ Nm3；維護(hù)成本約每月約5000元（包括維修、安全檢測(cè)、冷卻水等），折合0.08元/ Nm3；再生時(shí)要用約100 Nm3的氮?dú)猓?jì)0.54元/ Nm3；共計(jì)3.77元/ Nm3。

現(xiàn)廠家報(bào)價(jià)為3.6元/ Nm3，加上租車約15000元，平均價(jià)格為3.85元，與我們生產(chǎn)成本基本執(zhí)平。每車能運(yùn)送4500 Nm3的氫氣，氮?dú)馊舨少?gòu)，則可以用2.5天，氮?dú)馊糇约褐圃欤瑒t可以用2天。

4 安全性

4.1 硅鋼一號(hào)線液氨罐體壓力的安全

制氫過(guò)程使用的液氨，是利用其揮發(fā)的壓力進(jìn)入分解爐，越使用液氨的壓力越低，同時(shí)，液氨罐體較大，為50m3，但平時(shí)儲(chǔ)存量小，約為10～15m3左右，在生產(chǎn)期間，液氨罐的壓力較低，有時(shí)甚至過(guò)低，需淋水加速氨氣的揮發(fā)，所以在生產(chǎn)期間，液氨罐的壓力是安全的。液氨罐的設(shè)計(jì)正常工作壓力為1.8MPa，在生產(chǎn)期間壓力為0.4～0.5MPa，遠(yuǎn)低于工作壓力。

在山力公司時(shí)，由于液氨罐相對(duì)小些，消耗也小一些，每到夏天壓力會(huì)升到1.5～1.6MPa，而且需要不停淋冷水才能保持，很讓人擔(dān)心。而我公司由于液氨罐大，即使在夏天停產(chǎn)期間，壓力最大也只到過(guò)1.2MPa，相對(duì)比較安全。

4.2 國(guó)家對(duì)液氨管理的新動(dòng)向及帶來(lái)的相應(yīng)改變

在2015年，國(guó)家加大對(duì)液氨的管理，要求所有液氨罐必須小于10m3，則充裝最多8m3，罐底至少需留3m3，即每次充裝約5m3，液氨密度為0.617t/m3，重量約為3噸，產(chǎn)線用液氨每天約1.5噸，即需兩天充裝一次。

更重要的是，當(dāng)罐體小了后，夏天在停產(chǎn)期間，罐體壓力會(huì)劇激升高，可能會(huì)出現(xiàn)像山力公司的狀態(tài)，那就比較危險(xiǎn)了。

4.3 其他安全問(wèn)題

液氨畢竟是危險(xiǎn)物品，是環(huán)保部門及安全部門重點(diǎn)監(jiān)管的對(duì)象，超過(guò)一定量后還必須報(bào)備為重大危險(xiǎn)源。采用液氨在安全和環(huán)保方面有較大的風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 環(huán)保問(wèn)題

除了非正常狀態(tài)時(shí)，環(huán)保存在大的風(fēng)險(xiǎn)外，液氨在分解過(guò)程中，約為5%的損失，這些損失是直接排放到大氣中的，如果環(huán)保部門進(jìn)行監(jiān)測(cè)，肯定是超標(biāo)的，如果要收集起來(lái)，將又要投資設(shè)備。

4.5制氫設(shè)備的安全性

氫氣的滲透性很強(qiáng)，也就是很難做到完全密封，不可避免的會(huì)有泄露，而制氫過(guò)程中閥門和管理特別多，從而帶來(lái)一定的安全隱患，廠房設(shè)計(jì)時(shí)也更復(fù)雜。

5 制氫設(shè)備異常時(shí)對(duì)機(jī)組的影響

硅鋼機(jī)組的生產(chǎn)必須在還原性氣氛中進(jìn)行，一旦制氫設(shè)備出來(lái)問(wèn)題，機(jī)組的還原性氣氛消失，將無(wú)法進(jìn)行生產(chǎn)，已在機(jī)組上的產(chǎn)品也將成為廢品。同時(shí)，氮?dú)獾某跻彩强繗錃?，一旦沒(méi)有氫氣，氮?dú)庖矊⒉缓细?，只能更換為事故氮（即液氮），如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，氮?dú)饫镅鯕馕闯蓛?，整個(gè)爐都會(huì)有氧，同時(shí)也有氫氣，將是非常危險(xiǎn)的。

5.1 觀點(diǎn)

從液氨的運(yùn)輸、儲(chǔ)存到制氫設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的確存在一些危險(xiǎn)因素，且生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中維修和管理成本也較高，同時(shí)，一旦制氫設(shè)備發(fā)生問(wèn)題，整個(gè)機(jī)組將無(wú)法生產(chǎn)?，F(xiàn)廣東地區(qū)共有四家氫氣生產(chǎn)廠家，有選擇和備用的余地，所以個(gè)人認(rèn)為采購(gòu)氫氣是可行和劃算的。

5.2 特別說(shuō)明

成本計(jì)算時(shí)未包含氫氣機(jī)組出故障導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生不合格品和停機(jī)的費(fèi)用。

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作者簡(jiǎn)介：

陸正誼，工程師。