专利名称：：一种利用煤气柜技术降压节能的空分氧气输送系统及方法
技术领域：
：本发明属于空分装置节能降耗
技术领域：
，特别提供了一种利用煤气柜技术降压节能的空分氧气输送系统及方法。技术背景氧气犹如钢铁企业的血液，在炼钢炼铁等生产中都起着极其重要的作用。大型低温空分装置一般都连续稳定地生产运行，在用气量波动的情况下，通常采用提高氧气生产量和提高氧气储存压力的方法提高制氧系统的抗风险能力和调峰能力。氧气产量的提高和氧气供需的瞬时不平衡使得氧气放散率高，造成能源的浪费。为了平衡氧气供需的不均衡并减少放散，必须提高氧气的储存压力进行缓冲，使氧气管网的储存和输送压力大大高于用户要求的压力，氧气压送能耗增加。氧气产需量的不平衡造成了氧气输送管网压力的升高波动。据不完全统计，我国大部分的钢铁企业的氧气管网压力在1.7MPa到2.9MPa之间波动。有关资料显示，对于冶金生产的空分系统的氧气终压一般要求在1.5MPa左右。氧压机的压縮能耗与压力有直接的关系，在空分装置氧气压力范围内，压縮出口压力每提高0.01MPa，压縮机能耗增加约7%8%。所以，降低输送管网压力是氧气输送系统节能的最好方法之一。稳定氧气管网压力、降低压縮能耗的出发点是平衡产氧和用氧之间的不平衡。针对目前这种高放散率和高压縮能耗的情况，钢铁企业实施了各种可能的措施调节产氧量和用氧量，降低氧气的压縮能耗和放散率。在生产方面，调节空分装置的产量；在输送方面，增加气体储存能力(储气装置和液化装置)；在使用方面，合理组织生产、均衡使用氧气。然而，这些措施在一定程度上降低了放散率，但不能从根本上同时解决高放散率和高管网压力问题。降低氧气的放散率，氧气的发生能耗减小，但管网压力升高，压送能耗上升。反之，为降低管网压力，减小压送能耗，放散率又势必增大，这是一对无法解决的矛盾。目前，氧气的储存有两种形式气体储存和液体储存。由于液体储存的能耗比较大，一般只用于特殊情况下蒸发液体补充氧气管网的氧气。气体储存分为高压气体储存和低压气体储存。常规的低压储存的储气袋和气柜容积比较小，不能满足大型空分系统的调峰要求，所以在大型空分流程中一般采用高压储气罐。煤气柜作为工业与民用储备气体、节约能源和保护环境的重要设备，适用于大规模地储存低压气体，相关技术已非常成熟。根据密封方式的不同，煤气柜主要可分为湿式煤气柜和干式煤气柜。根据活塞与柜体间密封形式的不同，干式煤气柜可分为稀油密封型、润滑脂橡胶圈密封型和橡胶薄膜密封型，具体如表l。
发明内容本发明的目的在于提供一种利用煤气柜技术降压节能的空分氧气输送系统及方法。在传统空分装置和氧气压縮机之间增加煤气柜，以实现氧气的低压储存。用于空分装置氧气输送过程降低管网压力和放散率的节能新系统及其使用方法。采用此系统可以低压储存氧气，缓冲氧气生产和使用之间的矛盾，降低气体放散率，并可以根据氧气用户的需求量压縮到所需压力，从而最大限度地降低气体输送压力。本发明的系统包括空分装置l、煤气柜12、氧压机5、球罐6和增压机16。在氧压机5前设置煤气柜12，气体进入煤气柜前设置增压机16，保证煤气柜的最低使用压力；在空分装置1后的单向阀4和氧压机5之间设置绕过煤气柜的通路，利用阔门17关闭此通路，保证煤气柜检修时的运行。空分装置1的出口管道通过单向阀4通入煤气柜12，并在单向阀4前安装流量传感器2控制的放空阀3。管道进煤气柜12前安装阀门13和增压机16，出煤气柜12后安装阀门14。此后氧气管道经过压力控制阔15进入氧压机5，然后通入球罐6。此后管道经过阀门9和阀门11送往用户。阀门7、8、9、11、13、14、17与管道间的连接采用传统的法兰或螺纹连接，煤气柜12与管道的连接采用法兰连接，增压机16与管道的连接釆用法兰连接。所有阀门为氧气阀门。系统的特点在于(l)氧压机前设置煤气柜；(2)气体进入煤气柜前设置增压机，保证煤气柜的最低使用压力；(3)在空分装置1和氧压机5之间设置通路(绕过煤气柜)，利用阔门17关闭此通路，保证煤气柜检修时的运行。系统的运行方式如下空分装置1生产的氧气经过煤气柜12储存缓冲，压縮后进入氧气管道。当用气量大于产气量时，管网压力降低，压力信号从压力传感器IO传送到压力控制阀15处，使得压力控制阀15的开度增加，进入压縮系统的氧气量增加，管网的压力提高。当用气量小于产气量时，管网压力升高，压力信号从压力传感器10传送到压力控制阀15处，使得压力控制阀15的开度减小，进入压縮系统的氧气量减小，管网的压力降低。制氧机出口压力满足煤气柜压力要求时增加机16关闭，压力不能满足煤气柜压力要求时开启增加机16。阀门17正常情况下关闭，在煤气柜检修时开启。本发明系统的运行方法如下当用户用氧量小于氧气系统的产氧量时，减少氧压机的压送量，多出的氧气储存在煤气柜中；当系统用户用氧量大于产氧量时，增加压縮机的压送量，不足的氧气由煤气柜中储存的氧气补充。煤气柜保证了充足的氧气应对用户用量波动，且可以通过调节氧压机的压縮量来满足用户的用氧量。在此新系统中，压力仅需维持在用户所需压力，而不需要考虑通过管网系统压力变化来调峰。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表l列出了各种煤气柜的特点和储存氧气时的缺点。如果釆用湿式煤气柜，氧气中水分的增加会对炼铁和炼钢造成一定的影响。炼铁需要富氧3%~4%左右，这就要求97%左右的空气和3%左右的氧气混合。氧气经过湿式煤气柜储存后含湿量增加，使得高炉鼓风中含湿量增加。鼓风中的水分增加会对高炉的风量、产量和温度产生一定的影响。常温常压并且在氧气完全饱和的情况下，氧气引起的高炉鼓风含湿量增加约0.57g/m3。湿度的增加对高炉炼铁造成一定的影响，但影响较小。湿度增加0.578/!113相当于增加风量0.17%，如焦比不变可增产0.17%，同时，需提高风温5'C，以补偿水分的分解热。由此可见增加湿式煤气柜后，高炉鼓风中氧气带入的水分对工艺影响甚微。氧气中的水分对炼钢过程也有一定的影响，进而对产钢的性能产生一定的影响。钢中的氢主要来自水汽、燃气中的燃烧产物(水)等，但冶炼中影响最大的是石灰中的水分。氧气在完全饱和情况下，炼钢用氧气中水分增加19g/m3，相对产钢约合1.045kg/t钢坯。相对于石灰(5070kg/t钢坯，一般在空气中存放812h)中的水分而言，氧气带入的水分很少，对炼钢不能造成有效的影响。如果采用稀油密封干式煤气柜，流入柜内壁的稀油具有一定的易燃危险性。稀油密封一般采用矿物油，其闪点大于18(TC。如果采用橡胶薄膜密封型干式煤气柜，橡胶与氧气直接接触，容易氧化。煤气柜的橡胶薄膜的内侧一般采用丁氰橡胶，在强氧化性介质中性能较差，不适宜应用。若换成耐氧化、耐磨的橡胶，如氟橡胶等，橡胶薄膜密封型干式煤气柜可以应用于储存氧气。如果采用润滑脂橡胶圈密封型，则需要综合考虑润滑脂和橡胶圈易氧化的缺点，易选用耐氧化的非皂基润滑脂和氟橡胶密封圈。制氧机冷箱出口氧气压力约为520kPa，一般情况下可以满足上述几种煤气柜的压力需求，不需要增压。考虑特殊情况及煤气柜储压较高的情况，可在空分装置与煤气柜之间增加增压机。系统所需的煤气柜的容积需根据产、用系统的运行状况确定。管网压力波动情况(包括压力波动的范围、波动频率、波动趋势)、现有氧气储存系统容量、氧气用户用氧的波动情况、管网状况等对所需煤气柜的容积有决定性的影响。本发明从低压输气节能降耗的角度出发，利用现有的成熟的煤气柜技术，达到低压储气、降低放散率的目的。此方法可通用于任何气体的变用量系统中，以及需要稳定压力的气体系统中。在本发明中，煤气柜充当储气、调峰作用，起到稳定和降低管网压力、降低氧气的输送能耗并大幅降低氧气放散率的作用。此发明应用在钢铁企业氧气厂上，节电率可达13.7%~19.3%。图l为本发明氧气压送系统图。其中，空分装置l、流量传感器2、放空控制阀3、单向阀4、氧气压縮机5、球罐6、阀门7、8、9、11、13、14、17，压力传感器10，煤气柜12、压力控制阀15、增压机16。单向阔4常开，流通方向为从空分装置到用户，仅在空分装置停机时关闭。阀门17常闭，仅在煤气柜检修期间开启。单向压力控制阀15流通方向为从煤气柜到用户。附图2为传统氧气压送系统图。与传统氧气压送系统相比，本发明在氧气压縮机前增加了12到17的部件，即氧气低压储存装置。具体实施方式下面结合附图l对本发明做进一步的阐述，但本发明并不局限于此阐述。空分装置1生产的氧气经过煤气柜12储存缓冲，压縮后进入氧气管道。当用气量大于产气量时，管网压力降低，压力信号从压力传感器10传送到压力控制阀15处，使得压力控制阀15的开度增加，进入压縮系统的氧气量增加，管网的压力提高。当用气量小于产气量时，管网压力升高，压力信号从压力传感器10传送到压力控制阀15处，使得压力控制阀15的开度减小，进入压縮系统的氧气量减小，管网的压力降低。制氧机出口压力满足煤气柜压力要求时增加机16关闭，压力不能满足煤气柜压力要求时开启增加机16。阀门17正常情况下关闭，在煤气柜检修时开启。氧气在系统中的流动气路如下氧气出空分装置l.后，通过单向阀4、阀门13流入增压机16，然后通入煤气柜12内(煤气柜检修期间氧气通过单向阀4流经阀门17，直接进入压力控制阀15)。需要放空的氧气在单向阀4前进入引出的管道，通过流量传感器2控制的放空阀3放空。储存在煤气柜中的氧气被稳定在特定的工作压力，然后通过阀门14进入压力控制阀:15,通入氧压机5进行加压。加压后的氧气通过阀门7进入球罐6并通过阀门8流出球罐，之后通过阀门9阀门11通往各个用户。实施案例l我国某大型钢铁公司的空分装置的氧气总产量为230000Nm3/11，统计正常生产的28天的压力数据可知，最大压力2.56MPa，最小压力1.73MPa，平均压力2.16MPa。根据压力波动情况、管道情况、球罐容积等情况，计算得到需要7万i^的煤气柜来调节氧气用户的用量波动，实现稳定管网压力、降低氧气放散的目的。考虑煤气柜存在最小操作容积的问题以及特殊情况(如氧气用户增加等)，取干式柜容积利用系数为0.9，煤气体积校正系数为1.263，本氧气系统选定10万1113的煤气柜作为储气装置。增加煤气柜后，系统压力可以降低到系统要求的最小压力。以1.5MPa为目标压力，节能率为13.7%，一年内降压节约的电量约为4.1乂107度。若电费按0.5元/度计算，每年的节约电费约为2050万元。10万1113的稀油干式煤气柜造价按1500万计算，成本回收期为0.73年。实施案例2我国某中型钢铁公司空分装置的氧气总产量为63000Nm3/11，统计正常生产的15天的压力数据可知，最大压力3.06MPa，最小压力1.75MPa，平均压力2.57MPa。根据压力波动情况、管道情况、球罐容积等情况，计算得到需要3万n^的煤气柜来调节氧气用户的用量波动，实现稳定管网压力、降低氧气放散的目的。考虑煤气柜存在最小操作容积的问题以及特殊情况(如氧气用户增加等)，取干式柜容积利用系数为0.9，煤气体积校正系数为1.263，本氧气系统选定5万1113的煤气柜作为储气装置。增加煤气柜后，系统压力可以降低到系统要求的最小压力。以1.5MPa为目标压力，节能率为19.3%，一年内压力降低节约的电量约为1.8乂107度。若电费按0.5元/度计算，每年的节约电费约为925万元。5万1113的稀油干式煤气柜造价按1000万计算，成本回收期为U年。权利要求1、一种利用煤气柜技术降压节能的空分氧气输送系统，其特征在于，包括空分装置(1)、煤气柜(12)、氧压机(5)、球罐(6)、增压机(16)；在氧压机(5)前设置煤气柜(12)，气体进入煤气柜前设置增压机(16)，保证煤气柜的最低使用压力；在空分装置(1)后的单向阀(4)和氧压机(5)之间设置绕过煤气柜的通路，利用第七阀门(17)关闭此通路，保证煤气柜检修时的运行；空分装置(1)的出口管道通过单向阀(4)通入煤气柜(12)，并在单向阀(4)前安装流量传感器(2)控制的放空阀(3)；煤气柜(12)前安装第五阀门(13)和增压机(16)，煤气柜(12)后安装第六阀门(14)；第六阀门(14)后氧气管道经过压力控制阀(15)进入氧气压缩机(5)，然后通入球罐(6)；此后管道经过第三阀门(9)和阀门(11)送往用户。2、按照权利要求l所述的系统，其特征在于，第一阀门(7)、第二阀门(8)、第三阀门(9)、第四阀门(11)、第五阀门(13)、第六阀门(14)、第七阀门(17)与管道间的连接均采用法兰或螺纹，煤气柜(12)与管道的连接采用法兰连接，增压机(16)与管道的连接采用法兰连接;所有阀门均为氧气阀门。3、一种采用权利要求所述系统进行氧气输送的方法，其特征在于，空分装置(1)生产的氧气经过煤气柜(12)储存缓冲，压縮后进入氧气管道；当用气量大于产气量时，管网压力降低，压力信号从压力传感器(10)传送到压力控制阀(15)处，使得压力控制阀(15)的开度增加，进入压縮系统的氧气量增加，管网的压力提高；当用气量小于产气量时，管网压力升高，压力信号从压力传感器(10)传送到压力控制阀(15)处，使得压力控制阀(15)的开度减小，进入压縮系统的氧气量减小，管网的压力降低；制氧机出口压力满足煤气柜压力要求时增加机(16)关闭，压力不能满足煤气柜压力要求时开启增加机(16);阀门(17)正常情况下关闭，在煤气柜检修时开启。全文摘要一种利用煤气柜技术降压节能的空分氧气输送系统及方法，属于空分领域节能降耗新工艺的
技术领域：
。包括空分装置(1)、煤气柜(12)、氧压机(5)、球罐(6)、增压机(16)；在氧压机(5)前设置煤气柜(12)，气体进入煤气柜前设置增压机(16)，保证煤气柜的最低使用压力；在空分装置(1)后的单向阀(4)和氧压机(5)之间设置绕过煤气柜的通路，利用阀门关闭此通路，保证煤气柜检修时的运行。在本发明中，煤气柜充当储气、调峰作用，起到稳定和降低管网压力、降低氧气的输送能耗并大幅降低氧气放散率的作用。此发明应用在钢铁企业氧气厂上，节电率可达13.7％～19.3％。文档编号F17D1/04GK101158443SQ20071017608公开日2008年4月9日申请日期2007年10月19日优先权日2007年10月19日发明者刘桂芹,孙淑凤,岳献芳,立王,童莉葛申请人:北京科技大学