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摘 要：文章对钢铁企业氧气站气体输配系统的节能措施进行了简要的阐述，着重介绍了压缩机排压和储罐容积对系统的投资和运行成本的比较分析，对其它类似项目制定输配系统设备配置方案有一定的参考和指导意义。
关键词：钢铁厂氧气站；节能；气体输配系统
1 概述
节能降耗、高效环保是目前乃至将来经济发展的趋势，钢铁企业是耗能大户，中国的钢铁企业众多，钢铁市场饱和，竞争激烈。谁能降低能耗则意味着成本降低，竞争力增强，很多钢厂将氧气站的能耗和放散率纳入氧气厂管理人员的考核内容。对于气体公司这种供气模式，投资和能耗更是企业的重中之重，是企业追求效益最大化的关键所在。虽然所有制氧厂和气体公司都明白这一点，但由于缺乏对钢铁企业整体用气制度的把握，找到最佳的配置方案也不是件容易的事。
钢铁企业氧气站的规模是根据各工艺生产规模的最大需求量来配备的。产品气的输送压力也要与工艺设备的需求相匹配。但由于钢铁厂各设备的工作制度不同，气体用量波动很大。有些是连续使用，有些是间断使用，有些瞬间用量很大，但使用时间短，各用户点的使用压力也不尽相同。而氧气站的空分设备是连续平稳运行的，气体产品也是连续稳定输出的。因此，氧气站输配系统必须根据下游各用户的特点，配置相应的产品气压缩机和气体缓冲罐以及压力调节系统、来解决正常用气条件下的波峰低谷调节问题。利用缓冲罐内的高压气体储存能力，把用气波谷时的富裕气体加压储存起来，待用气高峰时再吐出来，经过调压后送往用户。
2 现状
如何确定产品气压缩机的出口压力，以及配备多大的储罐；如何对气体进行压力调节和控制；如何确保工艺的安全生产和不间断供气，既要满足生产，又要尽可能的减少能耗损失，减少气体放散，这时常成为业主和工程设计关心和困扰的问题。很多工程都是根据以往经验或用户生产规模来大致估算压缩机和储罐的配置，与从投资经济、运行节能等角度精确的定位，还有些差距。对钢铁企业氧气站及管网的实际运行状况，如产品压缩机的排压与球罐内压力的波动情况，球罐补偿能力的利用程度，管网压力、氧气、氮气产品气的放散率等还都需要深入的了解。实际大部分钢厂都存在着不同程度的气体放散，但不同配置、不同运行模式，放散率的差别却比较大。
3 气体输配系统节能措施
文章主要就气体输配系统节能措施进行阐述。主要有如下几个方面：压缩机的排气压力；储罐容积的选择；减少气体放散；调压流程的优化设计。
3.1 合理确定压缩机的排气压力及储罐容积
钢铁厂的用量波动主要来自炼钢车间的转炉吹氧和溅渣护炉用氮。因此供氧系统中必须设置中压储气罐，随作业周期吞吐压力氧、压力氮来平衡用量。储罐体积选的太大，即使不吹氧，罐内压力也远达不到设计压力，这样就造成储罐的补偿能力过大，得不到充分利用，而设备投资却很高。储罐体积选的太小，不仅因补偿能力小而影响生产，停止吹氧时还会使罐内压力过高，造成超压放散，使制出的产品气白白浪费掉。因此储罐的设置即要考虑经济性，不能过大，又要留有余地、考虑预留及分期建设。
常规输配流程是利用氧压机将低压氧气加压至3.0MPa，缓冲罐的最高工作压力也设定为3.0MPa，根据炼钢用氧的要求，管网压力的波动范围为3.0～1.6MPa。如果适当加大储罐的总容积，使其补偿能力增大，管网最高运行压力会降低，氧压机排压也会随之降低，压氧能耗减小，虽然此时储罐的设备投资将增大，但是由于氧压机为连续运转设备，其长期的节能效益不可忽视。总之，储罐的最高工作压力取值不要太贴近设计压力，要仔细核算储罐的补偿能力，确定出经济的运行压力。
通过经济性对比分析，一般情况，3.0MPa的氧气球罐，最高工作压力在2.4～2.6MPa较为合适。此时氧压机的排压由3.0MPa降低至2.4～2.6MPa，压氧能耗将降低～4%，单位能耗降低0.0069KW/Nm3O2。
通过对钢铁厂用户的调研发现，如果转炉操作管理调度到位，能够降低多个转炉同时吹氧的时间和几率，则最高管网工作压力还可降低，以凌钢为例，管网最高不超过2.2MPa，氧压机的电流降低10～30A， 压氧能耗降低～7%，单位能耗降低0.012KW/Nm3O2。氧气站的中压氧压机排量通常在10000～40000/Nm3/h，如排压降至2.4～2.6MPa，全年节约电费30～120万元；如排压降低至2.2MPa，则全年节约电费50～200万元。
3.2 气体储罐配置方案经济对比
实例：以一套10000/Nm3/h等级外压缩制氧（配中压氧压机一台，额定排压3.0MPa），2个400m3氧气球罐。由于扩大产能，需要新上30000/Nm3/h等级制氧机一套（内压缩），2台120吨转炉氧气小时平均流量24375/Nm3/h，单台转炉冶炼周期为35分钟，吹氧时间为15分钟/炉。同时吹氧时峰值流量为67000/Nm3/h。（如表1所示）
3.3 减少放散的节能效益
转炉和高炉等用氧大户定期都要进行检修，通常检修制度如下：
转炉：修炉是一年修一次，15天；年检是集中检查3天；月检是每隔10天检修8小时。
高炉：年检～3天；每月正常情况下1～2次集中检查，每次2小时左右。
还是以凌钢氧气厂为例，按照表1方案2的配置，储罐的富裕储存能力16380Nm3。由此减少的放散节能效益如表2所示。
以上为保守的估算，并没有计算日常短时检修。对于高炉检修，储罐可保证1.5小时以内的检修完全不放散。对于转炉来说，储罐可以杜绝80分钟内的因检修或其它因素暂停用氧而导致的放散。当遇到8小时的例行检修时，80分钟可以让上游空分设备有充分的时间来降低负荷运转（最低75%），减少氧气产量。（仍以凌钢为例，总量40000Nm3/h，降负荷可以减少10000Nm3/h，基本与一台转炉停用的氧气量相当）。按照空分设备从接到变工况指令到稳定运行需要30分钟计算，一次8小时的转炉检修导致空分产氧气富余量为：
12188×0.5+（12188-10000）×7.5=22504Nm3
每次的放散总量仅为22504-16380=6124Nm3
由上述可以看出，虽然方案2的储罐数量比方案1的多，设备投资增加了260万，但压氧能耗和放散率的降低带来的节能效益至少达到120万/年，基本上两年就能收回设备成本。
因此，对于外压缩流程的用户来说，首先要明确下游用户对于储罐补偿能力和压力波动范围的需求。在场地和外部条件允许的情况下，适当加大储罐的补偿能力，降低管网压力，减少放散，其节能效果非常明显。而且，管网压力波动范围减小了，也更安全、更稳定。
4 结束语
压缩机能耗与储罐设备投资、占地本身就是一对矛盾结合体。如果能够通过精确计算，对比设备投资及运行成本的经济性，在两者之间找到一个最佳配置，通过合理确定压缩机排压和储罐总容积，则无论从设备一次性投资还是长期运行能耗上，都有着非常可观的挖掘潜力。此外，除了以上措施，通过优化后续调压系统，减小调压损失，也能起到一定降低能耗的作用。