一种可以降低置换消耗和减少置换时间的氧罐置换工艺的制作方法

本发明涉及一种冶金企业氧罐检修后再次投入运行时用高浓度氧气置换罐内空气的工艺，属于氧罐维修工艺技术领域。

背景技术

在冶金行业中，氧气是一种重要的能源介质，它主要用于炼钢车间的转炉底吹，可以加快钢水沸腾去除杂质，一般要求氧气纯度大于92%。冶金企业的氧气主要通过空分设备产生，利用低温分离技术，将大气中的氧气、氮气、氩气等介质分离出来，其中供氧纯度可以达到99.6%。

由于炼钢车间的转炉底部吹炼工艺是间歇用氧模式，虽然小时平均用量基本等于空分设备的供氧能力，但吹炼用气时瞬时需求量大，会略高于空分设备的供氧能力，为此，一般会配备2~3个氧罐作为缓冲容器，以适应炼钢转炉的间歇用气需求。

目前，冶金企业氧罐遇到检修再次投入运行时，需要用高纯度的氧气将氧罐内的空气置换出去，以达到炼钢车间的转炉底部吹炼用氧要求。其操作步骤如下：

微开氧罐放散阀和进气控制阀进行置换空气；置换若干时间后，在放散阀处人工取样化验氧气纯度；氧罐内氧气纯度合格后，关闭罐放散阀，全开氧罐进气控制阀。

在传统氧罐置换操作过程中，由于置换时间无法预估，所以置换时容易发生过度置换问题，一般会造成5~10倍的高纯氧气的浪费情况。

氧罐置换时，氧气从进气控制阀到放散阀处会形成一个气流通道，而在氧罐内壁附近会形成一个气流滞留区。其中，气流滞留区的厚度受到氧罐内壁粗糙度、气流通道区流速影响而略有差异，气流滞留区内的氧气纯度会远远低于气流通道内的氧气纯度。

氧罐置换合格所需消耗的氧气量和置换时间，受到多种因素影响，无法预先估计，一般都会根据经验置换一段时间后，才申请化验人员携带氧纯度测试器具到现场采样化验。这样不可避免会造成氧罐过度置换的情况，一般会浪费了5~10倍的置换用氧，而且置换时间一般较长且无法精确预判合格投运时间，不利于冶金企业生产检修工序的衔接，影响了生产投运安排计划。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以降低置换消耗和减少置换时间的氧罐置换工艺，这种氧罐置换工艺可以在不具备在线氧纯度化验监测的条件下，简化氧罐置换工艺流程，减少氧罐置换过程中的氧气消耗，精确人工氧纯度化验时间，显著地降低了人工置换成本和氧气消耗量。

解决上述技术问题的技术方案是：

这种可以降低置换消耗和减少置换时间的氧罐置换工艺，它采取以下步骤进行：

a.第一次充氧置换操作，将氧罐与空分设备外送氧气管道连接，打开氧罐进气控制阀通入高纯氧气，使氧罐内部压力由常压升高至0.2mpa，然后关闭氧罐进气控制阀，停止空分设备向氧罐输入氧气；

b.打开氧罐放散阀，使氧罐内部压力泄压至0.05mpa，然后关闭氧罐放散阀；

c.第二次充氧置换操作，打开氧罐进气控制阀通入氧气，使氧罐内部压力再次升高至0.2mpa，然后关闭氧罐进气控制阀，停止空分设备向氧罐输入氧气；

d.打开氧罐放散阀，使氧罐泄压至0.05mpa，然后关闭氧罐放散阀；

e.第三次充氧置换操作，打开氧罐控制阀通入氧气，使氧罐内部压力升高至0.2mpa。此时，通过理论计算氧罐内氧气纯度已经超过92%，达到炼钢转炉底部吹氧冶炼的指标要求。所以，既可以申请人工化验氧纯度，也可以继续升压至常用压力。

上述可以降低置换消耗和减少置换时间的氧罐置换工艺，所述空分设备的氧气输送压力为1.6mpa~3.0mpa，氧罐控制阀的开度为1/4~1/3。

上述可以降低置换消耗和减少置换时间的氧罐置换工艺，所述第一次充氧置换操作升压至0.2mpa的时间控制为1h~2h，泄压至0.05mpa的时间控制为0.5h~1h；第二次充氧置换操作升压至0.2mpa的时间控制为1h~2h，泄压至0.05mpa的时间控制为0.5h~1h；第三次充氧置换操作升压至0.2mpa的时间控制为1h~2h。

上述可以降低置换消耗和减少置换时间的氧罐置换工艺，所述第一次充氧置换操作、第二次充氧置换操作、第三次充氧置换操作之间的间隔时间宜为300s~600s。

本发明的有益效果是：

本发明根据空分设备供氧纯度、炼钢转炉用氧纯度和大气中氧含量的差异，对氧罐进行多次的升压泄压置换。大气中氧气含量为21%，空分设备供氧纯度为99.6%。第一次将氧罐由常压升压至0.2mpa时，氧罐内纯度可达到73.4%，将其泄压至0.05mpa时，氧罐内纯度仍为73.4%；第二次将氧罐升压至0.2mpa时，氧罐内纯度可达到86.5%，将其泄压至0.05mpa时，氧罐内纯度仍为86.5%；第三次将氧罐升压至0.2mpa时，氧罐内纯度可达到93%。此时氧罐内纯度已经可以满足炼钢转炉用氧纯度高于92%的需求，完全可以继续升压至正常供氧压力，也可以通知化验员先抵达现场采样进行纯度确认后再继续升压。

本发明是冶金企业的氧罐置换工艺的首创，突破了常规的同时打开氧罐进气控制阀和放散阀进行置换的方法，克服了传统粗狂式操作弊端，避免了在氧罐内壁形成滞留区，减少了氧气在氧罐内走气流通道造成的直流置换损失。另外，两次的升压和泄压操作，均可以做到时间控制安排，有利于促进检修后各个工序恢复生产后的衔接计划，提高了冶金企业检修安排的标准化执行度。

本发明在实际应用中，可以有效地降低冶金企业氧罐置换消耗，系统地优化了氧罐置换工艺，能够精确把握冶金企业氧罐检修后恢复生产的各工序衔接时间，促进了冶金生产的统筹计划安排。本发明便于现场使用，操作简单易行，且操作成本低，便于矫正维护，实施效果好，适用性强，可以推广应用于更多的高纯气体球罐置换工艺系统。

附图说明

图1是氧罐置换工艺的设备连接示意图。

图中标记如下：空分设备1、炼钢车间2、氧罐3、氧罐控制阀4、氧罐放散阀5、氧罐安全阀6、氧罐排污阀7。

具体实施方式

图1显示，氧罐置换工艺的设备包括空分设备1和氧罐3，氧罐3分别与氧罐控制阀4、氧罐放散阀5、氧罐安全阀6、氧罐排污阀7相连接。

本发明的氧罐置换工艺采取以下步骤进行：

（1）第一次充氧置换操作，将氧罐3与空分设备1连接，大气中氧气含量为21%，空分设备1供氧纯度为99.6%，打开氧罐控制阀4通入氧气，升压至0.2mpa，（每次升压范围建议为0.4mpa以下），氧罐3内纯度可达到73.4%，然后关闭氧罐控制阀4，停止空分设备1向氧罐3输入氧气。

（2）打开氧罐放散阀5，泄压至0.05mpa，氧罐3内纯度为73.4%，然后后关闭氧罐放散阀5。

（3）第二次充氧置换操作，打开氧罐控制阀4通入氧气，升压至0.2mpa，氧罐内纯度可达到86.5%，然后关闭氧罐控制阀4，停止空分设备1向氧罐3输入氧气。

（4）打开氧罐放散阀5，泄压至0.05mpa，氧罐3内纯度仍为86.5%，然后后关闭氧罐放散阀5；

（5）第三次充氧置换操作，打开氧罐控制阀4通入氧气，升压至0.2mpa，氧罐内纯度可达到93%。

此时氧罐3内纯度已经可以满足炼钢转炉用氧纯度高于92%的需求，完全可以继续升压至正常供氧压力，也可以通知化验员先抵达现场采样进行纯度确认后再继续升压。

在上述氧罐置换过程中，空分设备1的氧气输送压力为1.6mpa~3mpa，氧罐控制阀4的开度为1/4~1/3。这种配合可以使置换过程是在0.2mpa压力情况下进行。

在上述氧罐置换过程中，第一次充氧置换操作升压至0.2mpa的时间控制为1h~2h，泄压至0.05mpa的时间控制为0.5h~1h；第二次充氧置换操作升压至0.2mpa的时间控制为1h~2h，泄压至0.05mpa的时间控制为0.5h~1h；第三次充氧置换操作升压至0.2mpa的时间控制为1h~2h。

第一次充氧置换操作、第二次充氧置换操作、第三次充氧置换操作之间的间隔时间为300s~600s。

在置换过程中通过对置换压力和置换时间的控制，可以避免在氧罐内壁形成滞留区，两次的升压和泄压操作，均可以做到时间控制安排，有利于促进检修后各个工序恢复生产后的衔接计划，提高了冶金企业检修安排的标准化执行度。

本发明利用多次升压泄压置换工艺，没有在氧罐内形成气流通道，减少了氧气走直流通道形成的直流置换消耗，同时也避免了氧罐内壁滞留区的形成，加快了氧罐内氧气的扩散和混合，从而有利于降低氧罐置换消耗。

本发明是通过数学建模寻找适合冶金企业氧罐置换的升泄压频次、多次升压的限定压力，利用工程热力学理论计算达到预定纯度的所需工作量，制定符合冶金企业氧罐的简化置换工艺，较大地降低了置换过程中消耗的氧气量和置换时间，在其它行业高纯气体的罐体置换工艺中也具有良好的推广适用性。