王威
中海油工业气体(宁波)有限公司 浙江省 宁波市 315800
摘要：空分装置是通过将空气除尘、加压降温液化后根据各组分沸点的不同，通过分馏、精馏获得氧氮氩等空分产品，中大型空气分离装置液态产品主要为液氧、液氮，由于其储存液体产品较大，现行多存贮在低温常压储罐内，由于此类储罐多为内外罐体，中间填充珠光砂作为隔温材料，同时使用干燥氮气作为密封气进行密封，但由于液氮液态温度为-193摄氏度以下，液氧基本也在-185摄氏度以下，冷量损失是不能避免的，罐内液体会逐步汽化，提高罐内压力，为了保障低温液体储罐平衡在微正压状态，储罐会将蒸发的氮气进行外排，造成产品浪费。
本文通过对厂内液氮储罐外排气情况分析研究，确定其回收方案，将此部分外排氮气并网于公司氮气官网，从而提高公司产品产量，达到减排效果。
关键词：常压储罐；低温液体储罐；回收利用；PLC控制；空分产品
1、背景
公司拥有液氮、液氧两个液体低温储罐，液氮为3000立方、液氧为2000立方，由于液氮储存温度低，汽化损失率大，经过初步估算全年每天外排氮气大约在700方，约0.8吨液态产品，本文以液氮储罐外排氮气回收为基础，分析其回收利用方案。
2、工艺方案分析研究
2.1外排气体分析及处理
液氮储罐外排气出口温度约-160摄氏度，纯度等同于液态产品纯度，为99.999%，压力为10-15kPa,一般情况在11kPa；由于低温压缩机价格较贵，同时氮气管网对氮气需求为0度以上，故需首先将外排气进行复温，然后进行压缩，单鉴于压缩机电机散热的需求，可以将此部分冷量用于给压缩机电机降温使用。
2.2液态储罐工作状态情况分析
液氮储罐为常压储罐，其运行过程中对储罐压力及其灵敏，平时由调压阀自动调节外排气气量。在设备本身压力保护中安装有呼吸阀，其压力低于10kPa,呼吸阀的进气阀将自动打开，以避免储罐由于压力过低被压扁，同时当储罐压力高于15kPa时，呼吸阀的排气阀将自动打开，以避免储罐因为压力过高发生变形和爆炸，故外排氮气回收过程中需特别关注此压力的稳定，本方案为防止压力的波动，设置一定容积的氮气气囊，作为压缩机进气的缓冲，同时根据气囊的高度作为储罐压力变化的反应点。
2.3压缩机选型方案
由于对并入氮气管网的气体要求无油、清洁、干燥及纯度要求，同时通过过对现行压缩机分析，确定采用无油活塞式压缩机，通过两级压缩将氮气压缩到0.7MPa,供应与公司氮气管网。
综上储罐外排气回收的工艺简图如下：
图1：储罐外排气回收利用示意图
3、控制方案的研究
3.1 基本控制及联锁控制要求
3.1.1常压储罐压力控制
a.PT1801监测储罐出口压力，压力过低停压缩机并打开PV1832，压力过高开PV1832，开排放泄压。
b.氮气气囊开启位置传感器高限位时，开阀门PV1832，低限位时检查PV832状态，如果在关闭状态，此时停压缩机。
c.检测压缩机进口温度T1821，若低于3摄氏度，将停止压缩机。
d.根据压缩机出口压力PT1802调整压缩机变频器的转速，从而保持出口压力稳定。
3.2控制系统实现方案
3.2.1 可编程控制系统
氮气回收利用控制系统由西门子S7-200 SMART PLC、MM440变频器及触摸屏组成，根据相应连锁逻辑关系，对储罐压力、压缩机出口压力进行恒压控制，通过变频器调整压缩机运行转速，从而达到调节负荷的目的；通过触摸屏完成数据录入和程序显示等。
3.2.2控制系统与DCS系统的通讯
鉴于此控制系统位于就地，同时与现行控制相关，需建立两者之间的联络。现通行利用485通讯方式，将此系统的控制过程信号并入中控DCS系统，同时将影响本系统运行的参数和命令发送给本系统，从而完成相应动作。
4、方案效益分析
因现场使用氮气量远大于储罐外排量，故回收的氮气能够全部被利用，根据对氮气外排凉的统计，每天大约回收0.8吨氮气，等同于每天节省液氮0.8吨，根据去年氮气平均价格，800元/吨，每天公司将减少约640元，每年增加收入约22.4万元；。
5、总结
通过对常压液体低温储罐的分析、根据现场条件研究其外排气回收利用的方案，在保证生产安全的条件下，将外排的氮气进行回收，并入公司氮气管网，通过可编程控制器及变频器的综合管理，达到高效控制和无人化管理。
参考文献：
[1]西门子(中国)有限公司.s7-200 smart 可编程控制器系统手册.2013
[2]PLC与触摸屏、变频器、组态软件应用一本通.韩相争.化学工业出版社.2018
[3]西门子PLC工业通信完全精通.向晓汉.化学工业出版社.2013