Avec l'expansion rapide de la production de l'entreprise ces dernières années, la consommation d'oxygène pour la sidérurgie ne cesse d'augmenter, et les exigences en matière de fiabilité et de rentabilité de l'approvisionnement en oxygène sont de plus en plus élevées. L'atelier de production d'oxygène dispose de deux systèmes de production à petite échelle, dont la production maximale n'est que de 800 m³/h. Ce débit est insuffisant pour satisfaire la demande en oxygène lors des pics de production. Des problèmes de pression et de débit d'oxygène surviennent fréquemment. Pendant les périodes d'inactivité, une grande quantité d'oxygène est gaspillée, ce qui est non seulement inadapté au mode de production actuel, mais engendre également des coûts de consommation d'oxygène élevés et ne répond pas aux objectifs d'économie d'énergie, de réduction de la consommation et des coûts, ni d'amélioration de l'efficacité. Par conséquent, le système de production d'oxygène existant doit être modernisé.
L'approvisionnement en oxygène liquide consiste à transformer l'oxygène liquide stocké en oxygène après pressurisation et vaporisation. Dans des conditions normales, 1 m³ d'oxygène liquide peut être vaporisé pour produire 800 m³ d'oxygène. Ce nouveau procédé d'approvisionnement en oxygène présente, par rapport aux systèmes de production d'oxygène existants dans les ateliers de production, les avantages suivants :
1. Le système peut être démarré et arrêté à tout moment, ce qui convient au mode de production actuel de l'entreprise.
2. L'alimentation en oxygène du système peut être ajustée en temps réel en fonction de la demande, avec un débit suffisant et une pression stable.
3. Le système présente les avantages suivants : processus simple, faibles pertes, fonctionnement et entretien aisés et faible coût de production d'oxygène.
4. La pureté de l'oxygène peut atteindre plus de 99 %, ce qui contribue à réduire la quantité d'oxygène.
Procédé et composition du système d'alimentation en oxygène liquide
Le système fournit principalement de l'oxygène pour la production d'acier dans l'aciérie et pour le découpage au gaz dans l'atelier de forge. Ce dernier consomme moins d'oxygène et peut être négligé. Les principaux équipements consommateurs d'oxygène de l'aciérie sont deux fours à arc électrique et deux fours d'affinage, qui utilisent l'oxygène de manière intermittente. Selon les statistiques, en période de pointe de production d'acier, la consommation maximale d'oxygène est supérieure ou égale à 2 000 m³/h. Pendant cette période, la pression dynamique d'oxygène en amont du four doit être supérieure ou égale à 2 000 m³/h.
Pour le choix du système, deux paramètres clés, la capacité en oxygène liquide et le débit maximal d'oxygène par heure, doivent être déterminés. Compte tenu des critères de rationalité, d'économie, de stabilité et de sécurité, la capacité en oxygène liquide du système est fixée à 50 m³ et le débit maximal à 3 000 m³/h. Le procédé et la composition de l'ensemble du système sont ensuite conçus, puis optimisés en tirant pleinement parti des équipements existants.
1. Réservoir de stockage d'oxygène liquide
Le réservoir de stockage d'oxygène liquide stocke l'oxygène liquide à -183 °C.℃Il s'agit de la source de gaz pour l'ensemble du système. Sa structure adopte une isolation sous vide à double couche verticale, offrant une faible surface au sol et d'excellentes performances d'isolation. La pression de conception du réservoir de stockage est de 50 m³, son volume utile de 50 m³, sa pression de service normale de 10 à 40 m³. L'orifice de remplissage, situé au fond du réservoir, est conforme aux normes de remplissage embarqué, et l'oxygène liquide est acheminé par camion-citerne.
2. Pompe à oxygène liquide
La pompe à oxygène liquide pressurise l'oxygène liquide contenu dans le réservoir et l'achemine vers le carburateur. Elle constitue le seul groupe motopropulseur du système. Afin de garantir le fonctionnement fiable du système et de permettre des démarrages et arrêts à tout moment, deux pompes à oxygène liquide identiques sont installées : une en fonctionnement et une de secours.La pompe à oxygène liquide adopte une pompe cryogénique à piston horizontal pour s'adapter aux conditions de fonctionnement à faible débit et haute pression, avec un débit de 2000 à 4000 L/h et une pression de sortie. La fréquence de fonctionnement de la pompe peut être réglée en temps réel en fonction de la demande en oxygène, et l'alimentation en oxygène du système peut être ajustée en modifiant la pression et le débit à la sortie de la pompe.
3. Vaporisateur
Le vaporisateur utilise un système à bain d'air, également appelé vaporisateur à température ambiante, constitué d'un tube à ailettes en étoile. L'oxygène liquide est vaporisé en oxygène à température ambiante par convection naturelle. Le système est équipé de deux vaporisateurs. En général, un seul est utilisé. Lorsque la température est basse et que la capacité de vaporisation d'un seul vaporisateur est insuffisante, les deux vaporisateurs peuvent être utilisés alternativement ou simultanément afin de garantir un approvisionnement suffisant en oxygène.
4. Réservoir de stockage d'air
Le réservoir de stockage d'air sert à stocker l'oxygène vaporisé et à réguler la pression du système, assurant ainsi un approvisionnement instantané en oxygène et un équilibre de pression optimal. Le système partage le même réservoir de stockage de gaz et la même conduite d'alimentation principale en oxygène que le groupe électrogène de secours, optimisant ainsi l'utilisation des équipements existants. La pression et la capacité maximales de stockage de gaz sont de 250 m³. Afin d'augmenter le débit d'air, le diamètre de la conduite d'alimentation principale reliant le carburateur au réservoir de stockage a été porté de DN65 à DN100, garantissant ainsi une capacité d'alimentation en oxygène suffisante.
5. Dispositif de régulation de pression
Le système est équipé de deux dispositifs de régulation de pression. Le premier est le régulateur de pression du réservoir de stockage d'oxygène liquide. Une petite quantité d'oxygène liquide est vaporisée par un carburateur situé au fond du réservoir et passe en phase gazeuse par le haut. La conduite de retour de la pompe à oxygène liquide renvoie également une partie du mélange gaz-liquide au réservoir, ce qui permet d'ajuster la pression de service et d'améliorer la qualité de l'air à la sortie du liquide. Le second dispositif est le régulateur de pression d'alimentation en oxygène. Il utilise la vanne de régulation de pression située à la sortie d'air du réservoir de stockage d'oxygène initial pour ajuster la pression dans la conduite principale d'alimentation en oxygène en fonction de la pression d'oxygène.en demande.
6.Dispositif de sécurité
Le système d'alimentation en oxygène liquide est équipé de multiples dispositifs de sécurité. Le réservoir de stockage est muni d'indicateurs de pression et de niveau de liquide, et la conduite de sortie de la pompe à oxygène liquide est équipée d'indicateurs de pression permettant à l'opérateur de surveiller l'état du système en permanence. Des capteurs de température et de pression sont installés sur la conduite intermédiaire reliant le carburateur au réservoir d'oxygène, fournissant ainsi des signaux de pression et de température et participant au contrôle du système. En cas de température d'oxygène trop basse ou de pression trop élevée, le système s'arrête automatiquement afin de prévenir tout accident lié à une température trop basse ou à une surpression. Chaque conduite du système est équipée d'une soupape de sécurité, d'une soupape de purge, d'un clapet anti-retour, etc., garantissant ainsi un fonctionnement sûr et fiable.
Exploitation et maintenance du système d'alimentation en oxygène liquide
Le système d'alimentation en oxygène liquide, fonctionnant sous pression à basse température, est soumis à des procédures d'exploitation et de maintenance rigoureuses. Toute erreur de manipulation ou maintenance inadéquate peut entraîner des accidents graves. Il convient donc d'accorder une attention particulière à la sécurité d'utilisation et de maintenance du système.
Le personnel d'exploitation et de maintenance du système ne peut accéder à ce poste qu'après une formation spécifique. Il doit maîtriser la composition et les caractéristiques du système, connaître le fonctionnement de ses différentes parties et les règles de sécurité d'utilisation.
Le réservoir d'oxygène liquide, le vaporisateur et le réservoir de gaz sont des appareils sous pression qui ne peuvent être utilisés qu'après obtention d'un certificat d'utilisation d'équipement spécial délivré par le bureau local de contrôle technique et de qualité. Le manomètre et la soupape de sécurité du système doivent faire l'objet d'inspections régulières, et la vanne d'arrêt ainsi que l'instrument de mesure sur la canalisation doivent être contrôlés régulièrement afin de vérifier leur sensibilité et leur fiabilité.
Les performances d'isolation thermique du réservoir de stockage d'oxygène liquide dépendent du niveau de vide de la paroi intermédiaire entre les cylindres intérieur et extérieur. En cas de rupture du vide, l'oxygène liquide remonte et se dilate rapidement. Par conséquent, sauf si le vide est intact ou s'il n'est pas nécessaire de le rétablir avec du sable perlitique, il est strictement interdit de démonter la vanne de vide du réservoir. En cours d'utilisation, les performances du réservoir peuvent être évaluées en observant la quantité d'oxygène liquide qui s'évapore.
Lors de l'utilisation du système, un système d'inspection régulier par patrouille doit être mis en place pour surveiller et enregistrer en temps réel la pression, le niveau de liquide, la température et d'autres paramètres clés du système, comprendre l'évolution de celui-ci et alerter rapidement les techniciens spécialisés en cas de problème anormal.
Date de publication : 2 décembre 2021
