液氧供气系统的应用

液氧供气系统的应用

作者：李萌、李朋飞

摘要：论述了制氧车间新建液氧供气系统必要性和液氧供气工艺的优点，介绍了液氧供气系统的选型、流程和组成，从满足用氧需求出发，合理优化系统的配置和流程，使该系统成功应用，替代了原制氧系统，达到了节能降耗的目的，并介绍了系统的使用维护要点。

关键词：液氧供气系统；节能降耗；使用维护；

一、引言

随着近年来公司生产规模的迅速扩大，炼钢用氧量持续增加，对氧气供应的可靠性、经济性要求越来越高。制氧车间现有两套小型制氧系统，最大产氧量仅为800 m3/h，难以满足炼钢高峰时的用氧需求，氧气压力流量不足的情况时常发生，而炼钢间歇期间，大量氧气又只能排空处理，既不适应当前的生产模式，又造成用氧成本很高，不符合节能降耗、降本增效的要求，因此，需要改进现有的制氧系统。

液氧供气是将储存的液态氧经过增压汽化后变为氧气使用，标准状态下，1 m3液氧可汽化为800 m3氧气。作为一种新的氧气供应工艺，与制氧车间现有制氧系统相比，具有以下明显优点：

1、系统可随时启动和停止，适合公司目前的生产模式。

2、系统供氧量可根据需求实时调整，流量充足，压力稳定。

3、系统流程简单，损耗小，操作维护方便，制氧成本低。

4、氧气纯度可达99%以上，有利于降低氧气用量。

因此公司决定在制氧车间新建一套液氧供气系统作为主供氧系统，将现有制氧系统作为备用系统。

二、液氧供气系统的选型、流程和组成

该系统主要供应炼钢公司炼钢用氧和锻压公司气割用氧，后者用氧量较少，可以忽略不计。炼钢公司主要用氧设备为两台电弧炉和两台精炼炉，间断用氧，经统计，炼钢高峰时，最大用氧量≥2000 m3/h，最大用氧量持续时间1.5h，要求炉前氧气动态压力≥1.0Mpa。

系统的选型应确定液氧容量和每小时最大供氧量这两个关键参数，在综合考虑合理性、经济性、稳定性和安全性的前提下，确定系统液氧容量为50 m3，最大供氧量为3000 m3/h，并由此对整个系统的流程和组成进行了设计，然后在充分利用原有设备的基础上进行了系统优化。

液氧供气系统的基本流程如图1所示，该系统主要由液氧储槽、液氧泵、汽化器、储气罐、调压装置、安全装置等组成，每部分的功能及特点如下：

1、液氧储槽

液氧储槽存储-183℃的液氧，是整个系统的气源，结构上采用立式双层真空粉末绝热形式，占地面积小，绝热性能好，储槽设计压力0.8Mpa，有效容积50 m3，正常工作压力0.2—0.6Mpa，工作液位10m3-40 m3，储槽底部按照车载灌装标准设计充液口，由外部槽车充装液氧。

2、液氧泵

液氧泵将储槽内液氧增压后输送至汽化器，是系统中唯一的动力装置，为确保系统的可靠运行，满足随时启停的需要，配置两台相同的液氧泵，一用一备。液氧泵采用卧式活塞低温泵，以适应小流量、高压力的工况，工作流量2000-4000L/h，出口压力3.0Mpa，电机采用西门子变频控制，可根据用氧需求实时设定泵的工作频率，通过调整泵出口的压力和流量来调节系统的供氧量。

3、汽化器

汽化器采用空浴式汽化器，又称空温式汽化器，为星形翅片管结构，采用空气自然对流加热方式将液氧将汽化为常温氧气。系统中配置两台KQ-3500汽化器，正常情况下使用一台汽化器，当气温较低，单台汽化能力不足时，可将两台汽化器轮流切换使用或者同时使用，保证充足的供氧量。

4、储气罐

储气罐存储汽化后的氧气，作为系统的存储和缓冲装置，能够补充瞬时供氧量并平衡系统的压力，避免波动和冲击。该系统与备用制氧系统共用一套储气罐和供氧主管道，充分利用了原有设备，储气罐最大储气压力2.0Mpa，最大储气量为250 m3。为增大供气流量，将汽化器至储气罐之间的供氧主管道管径由DN65改为DN100，保证系统充足的供氧能力。

5、调压装置

系统中设置两套调压装置，第一套是液氧储槽调压装置，一小部分液氧由储槽底部小汽化器汽化后，经储槽顶部进入储槽内气相部，液氧泵回流管路也将一部分气液混合体回流至储槽内，从而调整储槽的工作压力，改善出液环境。第二套是供氧调压装置，利用原储气罐出气口处的调压阀，根据用氧需求调节供氧主管道内的压力，满足炉前氧气动态压力≥1.0Mpa的要求。

6、安全装置

液氧供气系统设置了多个安全装置。储槽上设有压力、液位指示表，液氧泵出口管路设有压力指示表，方便操作人员随时监控系统状

态。汽化器至储气罐中间管路上设有温度、压力传感器，能反馈系统的压力、温度信号并参与系统控制，当氧气温度过低或压力过高时，系统将自动停止，防止低温和超压引发事故。在系统各管路上均设有安全阀、放空阀、止回阀等，有效保证了系统安全可靠的运行。

三、液氧供气系统的使用维护

液氧供气系统作为作为低温压力系统，有着严格的操作和维护程序，误操作和维护不当将会引发严重的事故，因此要特别注意该系统的安全使用和维护。

系统的操作和维护人员应经过专门的培训后方可上岗，必须熟练掌握系统的组成和特性，熟悉系统各部分的操作及《安全操作规程》，严格按照《系统使用维护说明书》及各部件说明书的要求进行操作和维护。

液氧储槽、汽化器、储气罐是压力容器，必须取得当地技术质量监督局的特种设备使用证后方可使用，系统中的压力表、安全阀必须定期送检，管道上的截止阀、指示仪表应定期检查是否灵敏可靠。

液氧储槽的绝热性能取决于储槽内外筒夹层的真空度，真空度一旦破坏，液氧将迅速升温膨胀，所以当真空度未破坏，或者不需要填充珠光砂重抽真空时，严禁拆卸储槽真空阀，在使用中可通过观察液氧挥发量大小来估计液氧储槽的真空性能。

系统在使用中应建立定时巡检制度，实时监控记录系统的压力、液位、温度等关键参数，了解系统的变化趋势，发现异常问题应及时通知专业技术人员处理。

四、结论

该液氧供气系统自7月份建成并投入试运行以来，经过连续使用，系统运行稳定，各项参数符合设计要求，达到了预期的效果。目前该系统作为主要的氧气供应系统，替代了原制氧系统，确保了生产用氧安全、稳定、可靠的供应，同时降低了氧气成本，节能降耗、降本增效成果显著。

由于该系统是我公司首次将大规模液氧供气技术用于生产中，在使用中发现还存在一些不足之处，比如长时间运行时现场冷凝雾气排放不畅，规划时未充分考虑现场排水等，仍需要相关技术人员在实践中不断的总结和改进，使该系统更好的为生产所用，也为今后同类系统的应用提供一定的借鉴经验。

参考文献

1、《氧气充装站设计规范-2009》

2、JB6898-1997《低温液体贮运设备使用安全规则》

3、TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》