广西柳钢15000m3/h空分设备由开封空分集团公司设计、制造，采用液氧、液氩内压缩流程，是该公司第一套液氧被压缩至2.5MPa(表压，下同)压力等级的15000m3/h内压缩流程空分设备。
液氧、液氩经液体泵加压后在主换热器复热、汽化后以2.0MPa(柳钢氧气管网压力)的压力送出冷箱。其它配置是：常温分子筛氧化铝双层吸附净化、中压增压透平膨胀机、无氢制氩、浸浴式主冷。2003年5月投入生产，至今已安全运行一年多。现将15000m3/h空分设备的技术特性和运行情况做一介绍，供同行参考。
一、空分设备的技术特性
1．工艺流程简介 15000m3/h内压缩流程空分设备的工艺流程如图1所示。
空气经空压机加压、纯化器净化后分成二股，一股经板翅式主换热器(E1)换热、冷却后直接进入下塔；另一股经增压机(TC2)加压至4.4MPa后再分成二股，一股走板翅式主换热器(E2)并中抽去膨胀机制冷、膨胀后空气进下塔，另一股经膨胀机增压端(ET2)增压后以5.8MPa压力进入板翅式主换热器(E2)、被冷却后以液体状态进入下塔。机组可以在三种工况下生产：较大液氧工况、较大液氮工况及液氧液氮同时生产工况，三种工况的实际生产参数见表1。注：液体已折算成气态，各数据均为标态下。
2能耗分析空分设备的优劣主要是看产品产量、纯度和产品能耗这三点，其中能耗应是关键的决定因素，因为能耗占空分生产成本的70%以上，节能可降低生产成本，增加效益。测算出真实有效和可靠的机组能耗，对于指导机组日常生产调节及柳钢今后新上空分设备的选型具有指导意义(为便于计算和与其它机组比较，能耗计算以轴功率计，低温液体均以三倍体积计算)。 15000m3/h空分设备全部运行中的设备功率：14040kw(其中空压机7900kw，增压机4652kw)，加工空气量：86600m3/h。产品数据：气氧16420m3/h(2.0MPa)、液氧1550m3/h(折标准气态，下同)、液氮870m3/h、液氩680m3/h，为开机时考核值。单位氧气能耗：14040/25720=0.546kw·h/m3 开封空分集团公司在投标书及操作技术说明书中并未注明机组能耗，没有设计参数可比较，也没有在运行的相同等级的外压缩流程和内压缩流程机组可供对比，只能选取2000年以后投入运行的第六代外压缩流程机组运行参数来比较(见表2)。 (1)分析表2中参数，可明确的是：第六代外压缩流程制氧能耗一般在0.42kW·h/m3左右，加上压氧能耗，则单位氧气能耗在0.56kw·h/m3左右。 (2)柳钢l5000m3/h内压缩流程空分设备能耗不高的主要原因如下：①空压机、增压机、中压增压膨胀机为进口产品，等温效率高，膨胀机的增压端效率为76％，膨胀端效率为85％。②板翅式主换热器也为进口产品，温差小，低压主换热器热端温差可控制在0．5℃，高压主换热器热端温差可控制在1.5℃，不可逆热损失较少。③膨胀空气进下塔流程具有较高的氧、氩提取率，意味着产品单位能耗下降。④较大的液体提取率，低温液体总量占气氧量的l8.88％。⑤柳钢15000m3/h内压缩流程空分设备能耗不高只是表明它的能耗是合理的，是与常规外压缩流程不同的一种空分生产流程。用户应该根据自身需求，选择是采用内压缩流程还是外压缩流程，在配备相同压缩传动设备的前提下，选择外压缩流程则综合能耗会低一些，但体积庞大的氧气透平压缩机维护工作量大、液体生产能力有限;选择内压缩流程，则综合能耗高一些，但设备维护量小、液体生产能力大。当前相当多钢铁企业的制氧能力都大大高出冶炼需求，氧气放散率常年都在5％以上。如果新上空分设备后氧气产量仍有富裕，选用内压缩流程为好。因为液体产量大，关键时刻可以开启低温液体泵，加压汽化液体外送，作为冶炼系统用气调峰手段，也能满足对外气体销售，增加经济效益，比再上一套液化设备回收放散的氧气经济。
3仪控系统运行稳定 DCS系统是HONEYWELL公司的TPS系统(即TOTAL PLANT SOLUTION，全厂一体化解决方案的缩写)，是在保留TDC3000系统各方面优势的同时，采用最新技术的新一代产品。它以WINDOWS2000为工作环境，具备全厂信息管理、开放网络环境、高效灵活的应用平台和高性能管理控制等特点，运行的稳定性优于TDC3000，如果系统中具有自动负荷跟踪调节功能就更理想。
4氧和氩提取率高、产品纯度高氩产量的高低取决于机组产品氧的产量和纯度以及氩馏分含氩量的多少，本机组的膨胀空气全部进入下塔参与下塔精馏，膨胀气基本不受精馏工况的影响，上塔的物料全部是经过下塔精馏过的物料，氩馏分含氩量可达13％以上，因此氩的提取率比较高。经过测算，氧、氩的提取率分别高达99％和84.43％，氧、氩产品纯度达99.9％和99.999％，氩中的氧、氮含量均小于1×l0-6。 5机组运行的安全性好空分设备要安全生产，最主要的是防止主冷内碳氢化合物聚集并发生爆炸。本套机组采用浸浴式主冷，液氧从主冷抽出增压、复热、汽化送出，因此碳氢化合物在主冷中积累、浓缩、结晶、析出的可能性几乎为零。同时由于浸浴式主冷液氧循环倍率高达10以上，热虹吸作用建立起的液氧再循环能更有效地用液氧冲刷氧通道，使CO2、N2O的分布浓度均匀，防止因CO2、N2O以固态析出、堵塞而引起的“死端沸腾”，因此主冷安全性能十分稳定。另外，用体积小巧的低温液氧泵取代氧气透平压缩机，主机房空间也变得十分宽畅，氧压系统燃爆的危险性降到最低极限，安全性大大提高。二、空分设备的操作 1．空压、预冷、纯化系统运转稳定，效率高（1）空压机运转稳定空压机为德马格公司产品，三级离心式压缩机。由于采用高效的自洁袋式空气过滤器及空压机叶轮水喷射清洗技术(清洗周期为五天，冲洗水量为2000L蒸馏水)。运行一年多来，空压机振动值一直稳定，没有上升趋势。各钢铁企业所在地的空气质量都不是太好，所以配置空压机叶轮水喷射清洗系统是必要的。具体操作：分别对每一级叶轮喷水清洗，喷水速度为45L/min。清洗过程没有前提条件，不必考虑纯化系统是否在切换，也不必对空压机做保护性调节。（2）预冷系统换热效率高空气冷却塔和水冷塔全部采用填料塔，传热效率高。空气出塔温度控制在10℃以下，水冷塔降温幅度最高达20℃。即使在广西最炎热的夏季(日平均温度30℃)出水冷塔的水温也可低于13℃。冷水机组也只需开三台压缩机即可完全满足生产需求。（3）纯化系统切换稳定纯化系统采用卧式、双层结构，每只纯化器装4×8目分子筛20t、氧化铝l2t，采用分阶段充压，以减少分子筛纯化系统充压时对精馏系统的影响。日常生产中对空压、预冷和纯化系统全部实行自动调节，正常情况下不需人为调整。 2．液体生产工况易调整内压缩流程与外压缩流程在大量生产液体时的最大不同点在于：内压缩流程只开一台膨胀机，不用部分膨胀空气走污氮管，也不需要提高膨胀机的转速。由于内压缩流程在工艺配置上的优势，中压膨胀机效率高、单位制冷量大，通过在上塔重新分配与调整冷量，可以快捷改变液氧、液氮产量。较大液氧工况转到较大液氮工况就是将大部分冷量从上塔下部转移到上塔上部，气氧产量维持不变(为了维持板翅式主换热器的热负荷不变)，同时注意对上塔回流比的控制，避免影响气氮纯度。工况调整操作步骤：逐步关小液氧排出阀→逐步开大液氮排出阀→减少气氮产量→必要时气氧、液氧取出阀再作微调。工况在调整过程中，上塔的氧纯度、氮纯度、污氮纯度、氩馏分以及粗氩量、粗氩含氧量都不会发生大的波动，不会影响主塔及氩塔精馏工况的稳定。 3氩馏份调节简捷氩馏份调整范围在9.5％～13％之间，由于内压缩流程中产品氧气是以液体状态从上塔下部抽出的，液氧抽出量的少量增减不足以影响到上塔回流比(即对主冷的蒸发量影响不大)，不会引起上塔精馏工况大的变化，因此对氩馏份组成的影响不大。同时内压缩流程的特点，不可能大幅度频繁调整液氧抽出量，所以通过产品氧的量和纯度来调整氩馏份作用就不明显了，主要是通过氮气量和氮气纯度来调整氩馏份，当然调整效果较氧气调整滞后些，但调节方法简单有效，这点与外压缩流程不同。开封空分集团公司在设计上增设了一根直径为150mm的气氧抽出管道，从主冷上部抽出气氧，并由污氮管排出，但实际操作中一直没采用。 4循环粗液氩泵的切换、临时停车再启动对主塔工况影响较大循环粗液氩泵的切换及停车后再次启动会造成粗氩塔(C5)底部的粗液氩量大幅度波动、上塔的氩馏份抽口以下的回流量也大幅度波动，从而影响上塔工况，如氧纯度、氩馏份组成。目前还没有更好的解决办法。如果在粗氩塔底部进上塔的回流粗液氩管上加装阀门或将粗液氩循环泵的调速电机的转速降低，可以减少影响。 5氧气量不宜频繁调整内压缩流程要确保板翅式主换热器热交换完善和主塔精馏系统工况稳定，氧气压力必须稳定，即通过主换热器的液氧量和压力要稳定，说明内压缩流程不宜频繁变工况操作，这也是保护板翅式主换热器的需要。这一点对于用氧压力经常大幅度波动的钢铁企业来说是个矛盾，也是不足点，氧气管网压力高时只能以2.0MPa高压放空，造成能源浪费。当然这个问题在多机组、多种空分流程组成的大型钢铁企业供氧管网是可以解决的：管网压力高时，迅速停下氧压机、停止向管网供中压氧，单独由内压缩流程空分设备供氧。三、结束语柳钢15000m3/h内压缩流程空分设备经过一年多的运行，表现出设备运行工况稳定，液体产量大的特点，具有操作调节量小、调节手段简捷的优点。基于第一套内压缩流程空分设备的成功运行，柳钢2005年新上的一套28000m3/h空分设备也采用内压缩流程。
