製鉄所

製鉄所における空気分離装置の用途

 

鉄鋼の生産には、効率的で安定した冶金プロセスを維持するために大量の工業用ガスが必要です。酸素、窒素、アルゴンは、製鉄、鋼の精錬、鋳造、熱処理の作業全体を通じて不可欠です。

空気分離ユニット（ASU）は、高度な極低温技術を使用して大気を高純度ガスに分離し、製鉄所が継続的なガス供給と最適化された生産パフォーマンスを実現できるようにします。{0}

NEWTEK は経験豊富なメーカーとして、現代の製鉄所の厳しい運転条件に合わせて特別に設計された信頼性の高い空気分離ソリューションを提供しています。

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高炉製銑用酸素供給

ASU システムからの酸素は高炉の燃焼効率を高め、コークスの消費量を削減し、操業を安定させ、鉄の生産能力を高めます。

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基本的な酸素炉 (BOF) 製鋼における酸素の利用

-高純度酸素は転炉製鋼における不純物除去をサポートし、より迅速な精製反応、正確な組成制御、および一貫した鋼品質を可能にします。

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二次冶金および取鍋精錬におけるアルゴンの使用

アルゴンによる撹拌により、溶鋼の均一性が向上し、介在物が除去され、酸化が防止され、鋼の清浄度と機械的性能が向上します。

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製鉄所の操業全体にわたる窒素の利用

窒素は、不活性保護、酸化防止、パイプラインのパージ、安全サポートを提供し、製鉄所の安定した安全な操業を保証します。

3 空気分離工学設計の特徴

3.1 処理の流れ
1) 空気分離ユニットは、完全低圧-モレキュラーシーブ精製吸着、エアブースタータービン膨張機構冷却、完全蒸留水素フリーアルゴン生成、生成物酸素の内部圧縮、生成物窒素の外部圧縮、およびアルゴンの内部圧縮のプロセスフローを採​​用しています。信頼性の高い操作、高度なプロセス、便利な操作、合理的な機器構成、安全性、低消費電力を備えています。

2) 空気予冷システムは汚れた窒素と窒素冷却循環水を使用するため、運用の柔軟性が高く、乾燥した汚れた窒素と余剰窒素を最大限に活用します。空冷塔の構造には、ミストを含まない水がモレキュラーシーブ吸着システムに入るのを防ぐために、必要かつ信頼性の高い液体浸水防止対策を採用しています。-

3) モレキュラーシーブ吸着システムは、長期切り替え可能な垂直活性アルミナ+モレキュラーシーブ二重層構造モレキュラーシーブ吸着体を採用しています。-吸着剤と切り替えバルブの耐用年数が長く、システムの切り替え損失が小さく、床抵抗が小さく、モレキュラーシーブの吹きこぼれ防止対策と吹き飛ばしの可能性がある処理対策が講じられています。-再生ヒータ​​ーは省エネのスチームヒーターを採用しています（電気ヒーターは予備）。

4) 蒸留塔の上部塔（低圧塔）とアルゴン塔は構造充填塔を採用しており、塔の抵抗が低減され、酸素とアルゴンの抽出率がさらに向上します。
5) ターボエキスパンダーはブースターブレーキ方式を採用しており、膨張空気量を低減し、蒸留塔上部塔を安定させます。
6) 空気分離装置を設計する際には、大気圧液体アルゴン貯蔵タンクからの気化したアルゴンガスの回収を考慮します。貯蔵タンク内の気化したアルゴンガスはアルゴン凝縮器回収装置に入り、液体窒素によって凝縮された後、液体アルゴン生成物として液体アルゴン貯蔵タンクに戻ります。気化した窒素はコールドボックスの汚れた窒素パイプラインに戻り、冷却能力を回復します。

3.2 主要機器の設計と選定
1) 空気分離装置は完全蒸留水素フリーアルゴン製造技術を採用しており、水素化および脱酸素プロセスをキャンセルし、工場設計におけるメイン酸素製造プラントのサイドスパンプラントのレイアウトを大幅に簡素化し、プラント面積を節約します。信頼性の高い操作、高度なプロセス、便利な操作、合理的な機器構成、安全性、低消費電力。
2) 主要な設備はすべて国際的および国内の有名ブランドであり、メインエアコンプレッサーはアトラス社、エアブースターはシーメンス社、窒素コンプレッサーはアトラス社、酸素ブースターはハンヤン社から選択され、機器の信頼性の高い動作を保証します。
3) メインエアコンプレッサーのモーター出力は 2x30000 kW で、可変周波数モーターを使用しており、その他は主電力網への影響を軽減するためにソフトスタートを使用しています。また、機械側/集中運転モードをそれぞれ採用しており、遠隔からの設備の起動・停止制御や動作状態の監視を実現できます。
4) 酸素ブースターは、技術的に信頼性があり安全なタービン酸素圧縮機を採用しています。
5) モレキュラーシーブは垂直構造を採用し、パイプラインは2-リングレイアウトを採用しています。ボトムリングパイプラインとトップリングパイプラインの高低差は18mあり、パイプライン内の媒体ガスの温度と圧力が交互に変化します。この設計では、CAESARII ソフトウェアを使用してパイプラインの応力解析を実行し、適切なスプリング ブラケットと固定ブラケットを設定します。

6) モーターに必要な循環冷却水は、外部に排出しないクローズドループ循環システムを採用しています。-工場敷地内のさまざまな建物の生活水や洗浄水を集中回収・処理し、汚水排出ゼロを実現します。
7) 装置内の主冷却および粗アルゴン凝縮器は、炭化水素などの危険な不純物の蓄積を防ぐために 1% の液体排出を実行します。
8) この装置は、装置の最も経済的な動作条件を達成するために、さまざまな条件下で動作する能力を備えています。

3.3 自動化設計の機能
生産とプロセスの要件に応じて、2 つの 60000 m/h 空気分離システムのそれぞれに 1 つの DCS システムがセットアップされ、コンプレッサーのメイン プラントと空気分離システム、循環水システム、および外部統合パイプライン プロセスの集中監視と制御を完了します。自動化システムは、オペレーター ステーション、DCS、および I/O ステーション 2 で構成されます。 DCS とオペレータ ワークステーションはイーサネットで接続され、DCS と I/O ステーションはバスで接続されます。 I/O ステーションまたは DCS とフィールド コンポーネント間の接続は、制御ケーブルによって接続されます。オペレーターステーションは酸素製造制御室に集中しています。

3.3.1 オペレータステーション
オペレータ ステーションとフィールド コントロール ステーションは相互に通信して、次の機能を実現します。

1) 生産プロセスパラメータの表示、フローチャート画面、アラーム画面、ヒストリカルトレンドカーブ表示。

2) 制御動作モードの選択: 機械での手動制御、HMI 手動制御、および自動制御。

3) 設定値を変更するか、人間とコンピュータの対話を通じて制御機器の動作を直接操作します。{1}

4) 生産レポート印刷、アラーム印刷等

3.3.2 DCS と I/O ステーション

フィールドコントロールステーションはプロセス制御を実現する中核となる装置です。生産プロセスとのI/Oインターフェースを提供し、プロセス制御、データ収集、パラメータ計算などを実行し、計算された制御信号をI/Oモジュールを介してフィールドアクチュエータに出力することで、生産プロセスのPID制御、シーケンス制御、論理連動制御などを実現します。このプロジェクトの DCS の制御機能には、主に次のものが含まれます。プロセスの温度、圧力、流量、レベル、分析などのデータの収集と処理。温度、圧力、流量、液面、抵抗などの制御。エアコンプレッサーの連動制御とアンチサージ制御-。冷却塔制御;モレキュラーシーブ精製のタイミング制御。酸素タービン圧縮機の起動および停止制御。窒素コンプレッサー等の連動制御やアンチサージ制御-。各ポンプの動作制御を行います。

4 運用効果
装置は安定して稼動しており、稼働以来、空気分離装置の故障や停止は発生していません。装置のエネルギー消費量が削減され、等価酸素製造エネルギー消費量（内部圧縮）は0.55kW・h/mです。運営コストが削減され、酸素製造プラントのスタッフは 30 名に固定されています。

5 結論
鋼成分を合理的に設計することにより、TSR炉に窒素注入を使用して窒素合金化を実行し、20Cr13Nステンレス鋼を開発しました。製造プロセスが簡単で低コスト、高純度で組成が安定しています。開発された 20Cr13N 熱間圧延鋼帯のすべての性能指標は試作の要件を満たしています。{6}}窒素合金化により、製品の焼入れ性と耐食性が大幅に向上します。