1. 项目概述

1.1 背景介绍

某钢铁有限公司1#、5#高炉目前采用机后富氧工艺，将氧气压缩机压缩产生的高压氧气通过高压氧气管道后送入高炉附近，经高炉氧气站调压至0.6MPa，再送入高炉鼓风机机后风管，以供高炉鼓风。在此过程中，氧气经加压再减压，造成了很大的能源浪费，同时高压氧气在输送过程中危险性较高。本次改造拟采用机前富氧工艺，直接采用从吸附塔出来的低压氧输送到空气过滤器后端，与空气混合后，进入高炉鼓风机进口，实现高炉的富氧鼓风。该方式省去氧气压缩机，改造后可节约电耗，并可提高氧气输送的安全性。

1.2 工程内容

项目名称：某钢铁有限公司高炉机前富氧工程

建设地址：厂区内

建设规模：1#（1080 m³）及5#（550m³）高炉主风机机前富氧

工程内容：在双方认定的分工范围内的设计、设备成套供货、安装施工、调试验收及保质期服务工作。

2. 工程范围及界面

本次改造施工核心内容包括低压氧管道、氮气管道的铺设安装，以及相关设备、仪表的安装调试，具体如下：

氧气管道：从制氧站主管DN700管道接至1#高炉鼓风机附近，用DN600管道接至1#高炉鼓风机房，用DN400管道接至5#高炉鼓风机房，在鼓风机进风管道上设置氧气混合器。包含管道、阀门、仪表、支架、土建的材料供货及安装施工，管道借用原支架进行改造，无法借用的现场制作安装；包含混合器和氧气分析仪安装。

氮气管道：从就近的工艺氮气管道接点处到富氧系统内部所有材料及安装。

氧气管道：从制氧站主管DN700管道接至1#高炉鼓风机附近，用DN600管道接至1#高炉鼓风机房，用DN400管道接至5#高炉鼓风机房，在鼓风机进风管道上设置氧气混合器。包含管道、阀门、仪表、支架、土建的材料供货及安装施工，管道借用原支架进行改造，无法借用的现场制作安装；包含混合器和氧气分析仪安装。

氮气管道：从就近的工艺氮气管道接点处到富氧系统内部所有材料及安装。

3. 设计施工标准规范

1. GB50316-2000《工业金属管道设计规范》

2. GB16912－2008《深度冷冻法制取氧气及相关气体安全技术规程》

3. GB50235-2010《工业金属管道施工及验收规范》

4. GB50236-2011《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》

5. HG20202-2000《脱脂工程施工及验收规范》

6. JB/T5902-2001《空气分离设备用氧气管道技术条件》

7. JB/T6896-2007《空气分离设备表面清洁度》

8. GB 985《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》

9. GB 986《埋弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》

4. 工程实施方案

4.1 氧量分配情况

各高炉设计富氧量如下表所示。

4.2 机前富氧技术方案

乙方负责将制氧厂的低压氧气通过低压主管输送至炼铁厂区域。乙方负责通过支管分别送至高炉风机前，在混合器内与空气进行混合，然后利用风机入口前的微负压进入风机，从而实现高炉富氧。氧气支管上设置氧气手动切断阀、过滤器、气动调节阀、流量计、压力测点、气动氧气快切阀、阻火器；在高炉鼓风机空气过滤器和风机之间设置氧气混合器；氧气由支管送入混合器与空气混合均匀。混合器后、风机进口前设置氧含量在线分析仪，在风机出口管道上设置CO分析仪。保安氮气管道在阻火器与氧气快切阀之间接入，氮气管道上设置气动截止阀。在高炉休风或风机停机期间，采用氮气将支管内的纯氧排空或稀释至正常状态。

4.3 管道阀门规格及材质

空分装置所产纯氧，出分馏塔压力20kPa(G)，可靠自身压力进入氧气混合器中，为保证纯氧顺利进入混合器，并与空气充分混合，要求纯氧在混合器入口微正压。低压纯氧先经氧气总管送至高炉风机房附近合适位置，再经各支管送入相应氧气混合器中，并与空气充分混合后经鼓风机送入高炉。

根据国家标准GB16912-2008及成功案例，通常在低压输送氧气时，管道内流速根据管系压降确定。根据甲方现状，氧气总管设计流量为12000Nm³/h，主管道采用DN700；共计2个支管，分别为1#高炉风机和5#高炉风机供氧。1#高炉供氧量为8000Nm³/h，支管采用DN600。5#高炉供氧量分别为3000 Nm³/h，支管为DN400。压降主要集中在氧气调节阀、氧气手动切断阀及氧气快切阀上。氧气调节阀分配较大压降，可以保证该调节阀具有良好的调节性能。

管道和阀门材质选取依据制氧站设计规范GB50030-2013版，氧气输送管道压力低于0.1Mpa，氧气总管选用碳钢焊接钢管；风机房区域的氧气支管选用不锈钢焊接钢管。所有氧气管道均进行脱脂处理，阀门阀体为碳钢，阀芯采用不锈钢材质，阀门密封为聚四氟乙烯密封。氮气截止阀采用碳钢阀门。氧气管道配备有防静电接地措施。

4.4 控制系统

4.4.1 控制原则及系统配置

富氧鼓风控制原则系统图如下所示：

本项目富氧自动控制系统拟采用轴流风机控制系统硬件扩展的方式，将富氧控制系统集成到现有风机控制系统内。利用现有风机PLC系统，将信号引入新增的IO卡件内，并在风机控制程序中增加上述机前富氧控制和监控功能。相比于单独配置PLC系统，本方案具有以下优势：

- 风机控制系统配置较高，运算能力、速度和可靠性高于单独为机前富氧配置的PLC硬件；

- 机组控制中的联锁信号不需要通过电缆连接，而是从系统内部直接调用，可减少信号发生故障的几率，联锁功能可以更完善可靠。

机前富氧鼓风系统通过氧气支管流量单回路控制来实现固定富氧率（加氧量与鼓风量成正比）的操作，可采用全自动和PLC手动两种控制方式。氧气支管中的流量、温度、压力等信号以4-20mA方式送至PLC控制系统，系统通过温压补偿对氧气流量进行校正，并将计算结果作为测量值PV。在全自动状态时由PLC系统中的PID模块根据PV值和设定值SP计算出调节阀的开度。PLC手动方式下则由操作员根据操作经验从操作员站设定调节阀的开度，人工控制氧气流量。

因为氧气环境是火灾危险环境，需采取安全措施来保证高炉富氧系统的安全运行。在仪表选型时所选择的氧气温度变送器、压力变送器和流量计均为本质安全型，所需的三阀组、测温元件的保护套管、导压管上所用的阀门均采用不锈钢材质，并进行脱脂处理。

机前富氧鼓风控制功能采用机组控制系统实现，但需要在现有机组控制系统中增加必要的硬件，并进行软件组态、编程工作。

4.4.2 主要检测对象

1. 阀门阀位反馈信号（各切断阀、调节阀）

2. 氧气流量

3. 氧气压力、温度

4. 含氧率

5. 氮气压力

6. 1#高炉风机富氧系统一氧化碳在线检测

4.4.3 联锁控制指标

氧气分析仪  LL：18%  L：20%  H：26%  HH：28%

一、氧含量分析仪测量值高于28%，氮气切断阀自动打开，氧气自动快切阀关闭，在恢复正常之前不允许打开氧气自动快切阀。

二、监测含氧率，自动判断是否达到预设富氧率，并对氧气流量调节阀阀位进行控制。

三、当风机出现以下任意工况时，紧急切断阀切断，保护系统安全：（1）风机启动；（2）风机停机；（3）风机喘振；（4）一氧化碳检测异常连锁停机。

5. 主要设备及阀门仪表清单