Usina Siderúrgica

Aplicações de unidades de separação de ar em usinas siderúrgicas

 

A produção de aço requer grandes volumes de gases industriais para manter processos metalúrgicos eficientes e estáveis. Oxigênio, nitrogênio e argônio são essenciais nas operações de fabricação de ferro, refino de aço, fundição e tratamento térmico.

As unidades de separação de ar (ASUs) separam o ar atmosférico em gases de alta-pureza usando tecnologia criogênica avançada, permitindo que as siderúrgicas obtenham fornecimento contínuo de gás e desempenho de produção otimizado.

Como um fabricante experiente, a NEWTEK fornece soluções confiáveis ​​de separação de ar projetadas especificamente para as exigentes condições operacionais das modernas usinas siderúrgicas.

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Fornecimento de oxigênio para fabricação de ferro em alto-forno

O oxigênio dos sistemas ASU aumenta a eficiência da combustão do alto-forno, reduz o consumo de coque, estabiliza as operações e aumenta a capacidade de produção de ferro.

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Aplicação de oxigênio na produção de aço em fornos de oxigênio básico (BOF)

O oxigênio de alta-pureza suporta a remoção de impurezas na produção de aço BOF, permitindo reações de refino mais rápidas, controle preciso da composição e qualidade consistente do aço.

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Uso de argônio em metalurgia secundária e refino de panela

A agitação do argônio melhora a uniformidade do aço fundido, remove inclusões, evita a oxidação e melhora a limpeza do aço e o desempenho mecânico.

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Aplicações de nitrogênio em operações de usinas siderúrgicas

O nitrogênio fornece proteção inerte, prevenção de oxidação, purga de tubulações e suporte de segurança, garantindo operações estáveis ​​e seguras da usina siderúrgica.

3 Recursos de projeto de engenharia de separação de ar

3.1 Fluxo do processo
1) A unidade de separação de ar adota um fluxo de processo de adsorção de purificação de peneira molecular de baixa-pressão, refrigeração do mecanismo de expansão da turbina de reforço de ar, produção de argônio livre de hidrogênio-de destilação total, compressão interna de oxigênio do produto, compressão externa de nitrogênio do produto e compressão interna de argônio. Possui operação confiável, processo avançado, operação conveniente, configuração razoável do equipamento, segurança e baixo consumo.

2) O sistema de pré-resfriamento de ar usa nitrogênio sujo e água circulante de resfriamento de nitrogênio, que tem boa flexibilidade de operação e faz uso total de nitrogênio sujo e seco e excesso de nitrogênio. A estrutura da torre de resfriamento de ar adota medidas anti{2}}inundação de líquido necessárias e confiáveis ​​para evitar que água livre de névoa entre no sistema de adsorção da peneira molecular.

3) O sistema de adsorção de peneira molecular adota um adsorvedor de peneira molecular de estrutura de camada dupla de alumina ativada vertical + peneira molecular com-comutação de longo prazo. O adsorvente e a válvula de comutação têm uma longa vida útil, a perda de comutação do sistema é pequena, a resistência do leito é pequena e existem medidas para evitar que a peneira molecular transborde e possíveis medidas de tratamento de sopragem. O aquecedor de regeneração adota um aquecedor-de vapor que economiza energia (o aquecedor elétrico é sobressalente).

4) A torre superior (torre de baixa pressão) e a torre de argônio da torre de destilação adotam torres de empacotamento estruturadas, o que reduz a resistência da torre e melhora ainda mais as taxas de extração de oxigênio e argônio.
5) O turbo expansor adota um processo de frenagem de reforço, reduzindo assim a quantidade de ar expandido e tornando estável a torre superior da torre de destilação.
6) A recuperação do gás argônio vaporizado do tanque de armazenamento de argônio líquido à pressão atmosférica é considerada no projeto da unidade de separação de ar. O gás argônio vaporizado no tanque de armazenamento entra no dispositivo de recuperação do condensador de argônio e, após ser condensado pelo nitrogênio líquido, retorna ao tanque de armazenamento de argônio líquido como um produto de argônio líquido; o nitrogênio vaporizado retorna à tubulação de nitrogênio sujo da caixa fria para recuperar a capacidade de frio.

3.2 Projeto e seleção dos principais equipamentos
1) O equipamento de separação de ar adota tecnologia de produção de argônio livre de hidrogênio-de destilação total, cancela o processo de hidrogenação e desoxigenação, simplifica muito o layout da planta lateral na planta principal de produção de oxigênio no projeto da fábrica e economiza a área da planta. Operação confiável, processo avançado, operação conveniente, configuração razoável do equipamento, segurança e baixo consumo.
2) Os principais equipamentos são todos de marcas de renome internacional e nacional, o compressor de ar principal é selecionado da Atlas, o amplificador de ar é selecionado da Siemens, o compressor de nitrogênio é selecionado da Atlas e o amplificador de oxigênio é selecionado da Hangyang, o que garante a operação confiável do equipamento.
3) A potência do motor do compressor de ar principal é de 2x30000 kW, utilizando um motor de frequência variável, e os demais utilizam partida suave para reduzir o impacto na rede elétrica principal. E o modo de operação centralizada/lado da máquina é adotado respectivamente, o que pode realizar o controle remoto de partida e parada do equipamento e o monitoramento do status da operação.
4) O impulsionador de oxigênio adota um compressor de oxigênio de turbina, que é tecnicamente confiável e seguro.
5) A peneira molecular adota uma estrutura vertical e o pipeline adota um layout de dois-anéis. A diferença de altura entre o gasoduto inferior e o gasoduto superior é de 18 m, e a temperatura e a pressão do meio gasoso no gasoduto mudam alternadamente. O projeto usa o software CAESARII para realizar análises de tensão da tubulação e definir suportes de mola e suportes fixos razoáveis.

6) A circulação de água de resfriamento exigida pelo motor adota um sistema de circulação-em circuito fechado sem descarga externa. A água potável e de limpeza de vários edifícios na área da fábrica é recuperada e processada centralmente para atingir zero descarga de esgoto.
7) Os principais condensadores de resfriamento e argônio bruto no dispositivo implementam descarga de líquido de 1% para evitar o acúmulo de impurezas perigosas, como hidrocarbonetos.
8) O dispositivo tem a capacidade de operar sob condições variáveis ​​para atingir as condições operacionais mais econômicas do dispositivo.

3.3 Recursos de projeto de automação
De acordo com os requisitos de produção e processo, um sistema DCS é configurado para cada um dos dois sistemas de separação de ar de 60.000 m/h para completar o monitoramento e controle centralizado da planta principal do compressor e do sistema de separação de ar, sistema de circulação de água e processo de tubulação externa integrada. O sistema de automação consiste em uma estação de operação, DCS e estação de E/S2. O DCS e as estações de trabalho do operador são conectados por Ethernet, e o DCS e as estações de E/S são conectados por barramento. A conexão entre a estação de E/S ou DCS e os componentes de campo é feita por cabos de controle. O posto do operador está concentrado na sala de controle de produção de oxigênio.

3.3.1 Posto do operador
A estação do operador e a estação de controle de campo comunicam-se entre si para realizar as seguintes funções:

1) Exibição de parâmetros do processo de produção, tela de fluxograma, tela de alarme e exibição de curva de tendência histórica.

2) Seleção do modo de operação do controle: controle manual na máquina, controle manual HMI e controle automático.

3) Modifique o valor definido ou opere diretamente a operação do equipamento de controle por meio de diálogo homem-computador.

4) Impressão de relatórios de produção e impressão de alarmes, etc.

3.3.2 DCS e estação de E/S

A estação de controle de campo é o equipamento principal para realizar o controle do processo. Ele fornece interface de E/S com o processo de produção, realiza controle de processo, coleta de dados, cálculo de parâmetros, etc., e então envia o sinal de controle calculado para o atuador de campo através do módulo de E/S, realizando assim controle PID, controle de sequência, controle de intertravamento lógico, etc. As funções de controle do DCS deste projeto incluem principalmente: coleta e processamento de temperatura do processo, pressão, vazão, nível, análise e outros dados; controle de temperatura, pressão, vazão, nível de líquido, resistência, etc.; controle de intertravamento e controle anti-surto do compressor de ar; controle de torre de resfriamento; controle de tempo de purificação por peneira molecular; controle de partida e parada do compressor da turbina de oxigênio; controle de intertravamento e controle anti{6}}surto do compressor de nitrogênio, etc.; controle de operação de cada bomba.

4 Efeito de operação
O equipamento opera de forma estável e a unidade de separação de ar não sofreu nenhuma falha ou desligamento desde que foi colocada em operação. O consumo de energia do equipamento é reduzido, e o consumo unitário equivalente de energia de produção de oxigênio (compressão interna) é de 0,55 kW·h/m. O custo operacional é reduzido e a planta de produção de oxigênio conta com um quadro fixo de 30 pessoas.

5 Conclusão
Ao projetar racionalmente a composição do aço, a injeção de nitrogênio foi usada no forno TSR para realizar a liga de nitrogênio para desenvolver o aço inoxidável 20Cr13N. O processo de produção é simples, de baixo custo, alta pureza e composição estável. Todos os indicadores de desempenho da tira de aço laminada a quente 20Cr13N desenvolvida atendem aos requisitos de produção experimental. Através da liga de nitrogênio, a temperabilidade e a resistência à corrosão do produto são significativamente melhoradas.