TWI479080B

TWI479080B - A device for injecting a seal gas into a liquid oxygen pump

Info

Publication number: TWI479080B
Application number: TW101137876A
Authority: TW
Original assignee: China Steel Corp
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2015-04-01
Also published as: TW201414925A

Description

對液氧泵注入軸封氣體之裝置

本發明係有關一種對液氧泵注入軸封氣體之裝置，其中係增設氬氣管線，以將氬氣注入液氧泵。

從空氣中分離出氮氣與氧氣的方法，在製鐵、化學及電子工業等廣泛領域皆有使用著。儘管空氣分離系統已發展至高度成熟的境界，但是針對分離效率的提高、操作成本的降低與產品品質的提升等，仍有許多待研究與改善的地方。

參考第1圖，其顯示空氣分離廠之空氣分離設備流程圖。第1圖所示的空氣分離機組是屬於分子篩吸附式、無氫製氬流程的空氣分離設備，其包括：一空壓機1，空氣由大氣中抽取後進入空壓機1，經由空壓機1壓縮後得到製程空氣所需之壓力；一空氣預冷系統，其用以將空壓機1加壓後之高溫空氣冷卻，此空氣預冷系統包含有SC空氣冷卻塔(Spray cooler)2及EC水冷卻塔(Evaporative cooler)3；一分子篩吸附器4，其用以將製程空氣中的雜質如碳氫化合物(CmHn)、二氧化碳(CO₂ )、一氧化二氮(N₂ O)及水氣(H₂ O)等吸附；一主熱交換器5，其可將製程空氣與主要產品進行熱交換，將製程空氣降溫並回收產品冷度；一直立式壓力塔6，其藉由規整填料塔或篩盤塔，將進入壓力塔6的空氣分離成富液及氮氣；一直立式低壓塔7，其藉由規整填料塔，利用氧、氮與氬的沸點不同，將多股製程氣體與流體進行分餾。低壓塔7的塔頂的產品為氮氣，而塔底的產品則為液氧；一膨脹拓平機8，其用以提供整個分餾製程所需之冷度；一主冷凝器與再蒸發器9，其將壓力塔6頂部的氮氣與低壓塔7底部的液氧進行熱交換，以維持正常分餾所需的液體與氣體；二粗氬塔10a、10b，其用以分餾製程空氣中的氧氣與氬氣；一精氬塔11，其用以分餾製程空氣中的氮氣與氬氣，二液氧泵12，其用以將低壓塔7底部部分液氧灌沖入主冷凝器與再蒸發器9，部分回流至低壓塔7，其主要功能為幫助液氧與氮氣於主冷凝器與再蒸發器9進行熱交換，並維持低壓塔7液位穩定；二粗氬液泵13，其用以將二次粗氬塔10b底部的液氬灌沖入一次粗氬塔10a進行循環，維持二次粗氬塔10b液位穩定及正常分餾。

製程空氣自空壓機1壓縮後進入空氣冷卻塔2，以進行冷卻與清洗雜質。初步清洗冷卻後的空氣進入分子篩吸附器4，吸附空氣中的二氧化碳及水氣，乾淨的空氣部分進入膨脹拓平機8，製造分餾平衡所需之冷度，另部分則進入主熱交換器5與各產品進行熱交換。低溫製程空氣進入壓力塔6進行分餾，塔頂為氮氣，塔頂氮氣與低壓塔7底部的液氧於主冷凝器與再蒸發器9進行熱交換。部分之液氧經過主熱交換器5換熱後，輸出為氧氣產品，部分液氧回流至低壓塔7。壓力塔6底為富液，富液經由精氬塔11及粗氬塔10a、10b後，分為多股流體或氣體進入低壓塔7開始分餾。低壓塔7底部液氧需藉由液氧泵12灌充入主冷凝器與再蒸發器9。原液氧泵12軸封氣體使用的是氮氣，軸封氣體為阻擋液態泵冷度至馬達端。當液氧泵12運轉時，軸封氣體(氮氣)易洩漏至氧氣系統中，影響產品品質，導致氧氣中氮含量過高。此外，原本液氧泵12的軸封氣體為氮氣時，供給軸封氣體的源頭為氮氣公用管線。然而，當遇到跳電的特殊情況時，公用管線的氮氣因氮壓機跳電無法供應，導致氮氣壓力瞬間下降甚多，此時將無法供應液氧泵12的軸封氣體。若液氧泵12無軸封氣體的供應，則無法順利啟動，分餾塔必須依賴液氧泵12才能進行正常分餾，無法分餾將使產品產出的時間延遲，影響整體供需調度。

有鑑於此，便有需要提出一種方案，以解決上述問題。

本發明提供一種對液氧泵注入軸封氣體之裝置。

為達上述目的，本發明之對液氧泵注入軸封氣體之裝置包含：一軸封氣體進入管線，與馬達及離心泵連通；一軸封氣體吹出管線，與馬達及離心泵連通；一氮氣管線，與該軸封氣體進入管線連通，用以注入氮氣至該軸封氣體進入管線；一第一手動閥，設置在該氮氣管線上；一氬氣管線，與該軸封氣體進入管線連通，用以注入氬氣至該軸封氣體進入管線；以及一第二手動閥，設置在該氬氣管線上。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，詳細說明如下。此外，於本發明之說明中，相同之構件係以相同之符號表示，於此先述明。

第2圖係顯示本發明之對液氧泵注入軸封氣體之裝置。參考第1圖，其中液氧泵12係將液氧灌充入主冷凝器與再蒸發器9，以與氮氣作熱交換，並維持低壓塔7所需液位。液氧泵係包含有一馬達210及離心泵220，一軸封氣體進入管線230及一軸封氣體吹出管線240則與馬達210及離心泵220連通。軸封氣體進入管線230上設置有一壓力計232，用來量測管線內的壓力。同樣地，軸封氣體吹出管線240上亦設置有一壓力計242，用來量測管線內的壓力。一氮氣管線250係與軸封氣體進入管線230連通。於該氮氣管線250上設置有一液氮揮發器 252，可將液態氮藉由蒸氣加熱揮發，以將氮氣輸入軸封氣體進入管線230。另外，氮氣管線250上還設置有一手動閥254。除此之外，軸封氣體進入管線230還與一氬氣管線260連通，該氬氣管線260上係設置有一控制閥261、兩手動閥262、263以及一調壓閥264。

根據本發明之對液氧泵注入軸封氣體之裝置，其中氬氣管線260係連結到原有的氬氣公用管線。由於氬氣公用管線的壓力為12 kg/cm² ，而液氧泵所需軸封氣體的壓力較低，因此，氬氣在注入前，先經由調壓閥264降壓為5~6 kg/cm² ，而後再進入軸封氣體系統。由於軸封氣體進入管線230內的氣體壓力需大於軸封氣體吹出管線240內的氣體壓力，以阻擋冷度進入馬達210端防止其損壞。氬氣管線260在使用時，可將氮氣管線250關閉。

氬氣管線260由手動閥262控制氬氣的來源。當使用氬氣作為軸封氣體時，手動閥263必須保持全開，再經由調壓閥264，將壓力從12 kg/cm² 降壓至5~6 kg/cm² ，以進入軸封氣體進入管線230。在使用氬氣做為軸封氣體時，係將手動閥254關閉，不使用氮氣來做為軸封氣體。而當遇至氬氣系統檢修無法供氣時，氮氣亦可支援軸封氣體，讓液氧泵可保持正常運轉。

新增的氬氣管線260完成後，上線測試液氧泵的運轉情形及檢視氧氣與氬氣的品質改善，今利用PI軟體系統蒐集改善前與改善後的相關數據，PI軟體系統為一種可記錄各項製程相關數據的工具，第3圖為改善前的氧氣中含氮量的曲線圖。由圖中可知，改善前供應廠內氧氣中的含氮量(QE-7)約120~180 ppm、供應外售氧氣中的含氮量(QE-820)約160~210 ppm，氧氣中的含氮量偏高，會導致煉鋼廠吹煉品質不佳。對於外售的客戶而言，氧氣品質不佳亦會導致產品的不良率提升，故提高氧氣品質為刻不容緩之事。將液氧泵的軸封氣體改為氬氣後，再次蒐集供應廠內氧氣中的含氮量(QE-7)與供應外售氧氣中的含氮量(QE-820)，第4圖為改善後的氧氣中含氮量的曲線圖。由第4圖可發現，QE-7與QE-820含氮量皆降至1 ppm以下，成功大幅降低氧氣中的含氮量。

將液氧泵的軸封氣體改為氬氣後，遇至台電電震導致大跳機，由第5圖可發現，跳機後氬氣壓力(7PIC7504.PV)尚可維持，但氧氣壓力(7PI7201.PV)與氮氣壓力(7PIC7303.PV)瞬間下降甚多，故使用氬氣作為液氧泵軸封氣體使用，讓製程空氣於分餾塔中進行分餾，順利於台電復電後4小時將氮氣壓力提升至4.5 kg/cm² 。因氮氣為保護性氣體，如高爐等重要設備在異常情況下，需要保護性氣體維持設備不受損傷，故此情況下氮氣的迫切性高於氧氣，氮氣壓力恢復的時間越短，設備的損害程度可降低。由第5圖可知，氧氣壓力亦於各廠逐漸正常運轉後，於復電後6小後壓力開始回復。根據工場日誌記載，過去亦發生電震乙次，當時因軸封氣體尚未改為氬氣支援。復電後約7~8小時後，氮氣壓力才逐漸回復，再次證明氬氣作為軸封氣體可以成功縮短供氣時間，恢復生產。

雖然本發明已以前述實例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧空壓機

2‧‧‧SC空氣冷卻塔

3‧‧‧EC水冷卻塔

4‧‧‧分子篩吸附器

5‧‧‧主熱交換器

6‧‧‧直立式壓力塔

7‧‧‧直立式低壓塔

8‧‧‧膨脹拓平機

9‧‧‧主冷凝器與再蒸發器

10a‧‧‧一次粗氬塔

10b‧‧‧二次粗氬塔

11‧‧‧精氬塔

12‧‧‧液氧泵

13‧‧‧粗氬液泵

210‧‧‧馬達

220‧‧‧離心泵

230‧‧‧軸封氣體進入管線

232‧‧‧壓力計

240‧‧‧軸封氣體吹出管線

242‧‧‧壓力計

250‧‧‧氮氣管線

252‧‧‧液氮揮發器

254‧‧‧手動閥

260‧‧‧氬氣管線

261‧‧‧控制閥

262‧‧‧手動閥

263‧‧‧手動閥

264‧‧‧調壓閥

第1圖為習知之空氣分離廠之空氣分離設備流程圖。

第2圖為本發明之對液氧泵注入軸封氣體之裝置。

第3至5圖為本發明之各監控參數之監控數據圖。