一、概述
晋城福盛钢铁有限公司（以下简称：晋钢集团）为提升改造工程配套的KDON-20000/26000型空分设备由开封黄河空分集团有限公司（以下简称：黄河空分）设计、制造，该套采用常温分子筛吸附预净化、增压透平膨胀机制冷、规整填料上塔、氧气液柱增压、DCS控制技术的外压流程空分设备，集中应用了黄河空分七项国家专利技术；并作为采用液柱增压流程连续开车成功的第六套空分设备，黄河空分工艺流程组织方式的先进性、可靠性和稳定性，以及在节能产品研发方面的特色得到了再一次验证。
二、KDON-20000/26000型空分设备主要配套机组
1.空气压缩系统
配自洁式空气过滤器，国产离心式空气透平压缩机，双层布置，带水洗系统，额定排气量105 000Nm3/h，额定排气压力0.52Mpa，四级压缩三级冷却，上海异步电机拖动，电机功率10 500KW，PLC控制+主控室DCS控制。
2.空气预冷系统
本系统选用常规流程组织，包括空气冷却塔、水冷却塔、冷水机组、冷冻水泵、常温水泵；同时提供膨胀机组增压机后冷却器所需冷冻水；空气冷却塔、水冷却塔均采用特殊设计的高效散堆填料塔，空冷塔运行阻力8KPa；空气冷却塔运行上段冷冻水量50t/h，下段常温水145t/h；出冷水机组冷冻水温度6℃，空气出空气冷却塔温度7℃，运行稳定可靠。
3.纯化系统
本系统采用卧式双层床分子筛吸附器，电加热器加热再生，调功柜控制电加热器负荷，DCS控制切换程序。空气出系统CO?含量＜1ppm（1ppm=10-6），纯化全系统运行阻力＜5KPa，平均再生能耗405 KW。
4.分馏塔系统
本装置主换热器采用混合布置，一组八台，结构紧凑，布置简单，有利于气流分配；混合布置也是液柱增压流程首选，使分馏塔启动和正常运行相得益彰。主换热器设计采用muse软件，热端温差2.5℃，正反流阻力≤17KPa，为整套空分奠定优良的性能指标基础。在管道布置方面，采用“U”型布置，充分减小各台因阻力不同而引起的主换热器偏流问题；混合布置从理论计算上来说是与Aspen模拟的无缝对接，从结构上来讲有利于管道汇集，总体布置优于分体换热器。
氧蒸发器是分馏塔系统的新成员，也是本套装置设计的核心。创建设计理念、建立设计模型、筛选过程控制的重点及氧蒸发器在冷箱内的布置和管路的布置均为本套空分设计的“大餐”。正流空气与出主冷的液氧进行换热，氧气经主换热器复热后出冷箱，液氧利用主冷至氧蒸发器之间的高度差产生液柱静压，在不增加空气分离功的前提下，实现氧气压力升高的目的。这一核心技术系黄河空分集团的专利技术。
下塔与ASPEN精馏计算无缝对接，经过水力学优化的洗涤，亮点多多。下塔顶部抽取氮气、液氮产品，下部抽取贫液空，底部抽取富氧液空，部分液氮作为回流液，液空蒸汽作为上升蒸气，建立下塔精馏工况。20000下塔蕴涵《高效节能塔》、《高效对流塔》、《大翼T型固定环》等三项黄河空分自行研发专利技术。
由于液化空气不参加下塔精馏，氧提取率会受到影响，规整填料上塔的运用彰显魅力，为该流程弥补了这一不足。规整填料上塔是空分新技术的核心，六段三次变直径，液氮、贫液空、富氧液空、膨胀空气分别进入上塔适当位置，充分发挥上塔的精馏潜力，进一步提高氧的提取率，本套不带氩自增压流程氧提取率达96%以上；主冷凝蒸发器连接上、下塔，单沸腾主冷简单可靠，节约设备的投资成本。冷箱内管道采用先进的工程专用三维配管软件PDMS设计，并通过CAESARⅡ应力分析软件对每一根管线都进行了低温状态下的模拟分析，根据分析结果对管道的收缩变形进行理论补偿，支架进行合理的添加，确保常温下安装的分馏塔系统在低温下的安全运行。
5.压氧、压氮系统
本系统包括四台活塞式氧气压缩机（三用一备），同步电机拖动，单台排气量6 800 Nm3/h；一台氮气透平压缩机，异步电机拖动，排气量18 000 Nm3/h；一台活塞式氮气压缩机，排气量7 000 Nm3/h；同步电机拖动。
氧气液柱增压流程由于氧压机组进气压力提高，使得机组得到有效扩容，节约设备的投资；由于机组压比减小，活塞力得到有效降低，运行可靠性增加，易损件寿命延长，机组维修费用降低，设备使用年限增加，折旧率降低。黄河空分往复式氧气压缩机组创造了连续运转两年未换易损件的记录。
由于氧压机组额定吸入容积流量为定值，空分采用流量控制输出氧气，当压氧能力大于空分氧气产能时，氧压机前压力降低，氧压机吸入气量减少，空分和压氧两个系统处于平衡状态，反之亦然。通过氧压机组吸入压力30KPa～100KPa的变工况适应能力，实现无回流压氧，无放散响应，有效地杜绝压氧的能量耗散。
6.氧、氮气调压系统
调压系统采用双回路设计，当调压站输送气量大于压氧、压氮产能时，氧、氮压机低压运行，球罐输出补充气量。产品气经其中一流路直接送往用户。当调压站输送气量小于压氧、压氮产能时，氧、氮压机组高压运行，产品气直接送入球罐贮存。分馏塔系统和压缩系统的和谐统一，调压系统可供可存，负荷调峰零放散。双回路调压系统节约产品压缩机组的压缩能耗，是本装置节能降耗设计的又一亮点。
三、KDON-20000/26000型空分设备节能效果显著
黄河空分自主研发并获专利的液柱增压流程空分设备在氧气压力2.5MPa时，使空分压氧能耗同比节约15.8%，空分装置综合能耗节约5%。同时扩展了往复式氧压机组的产能，单台机组压氧能力大于11 000Nm3/h。
开封黄河空分集团为山西晋钢集团研发的KDON-20000/26000型空分设备成功开车之前，已在35 000Nm3/h、12 000Nm3/h、6 000Nm3/h、15 000Nm3/h等空分设备上积累了丰富的经验；提供内蒙某煤化工企业的20 000Nm3/h液柱增压流程空分设备，成为用氧压力80KPa的德士古煤气化工艺量身定做的最佳匹配；为内蒙某钢铁企业研制的20 000Nm3/h液柱增压流程带全精馏制氩空分，已进入安装阶段。综上所述，液柱增压流程空分设备已成为开封黄河空分集团加快技术创新步伐的靓丽名片。
晋城福盛钢铁有限公司（以下简称：晋钢集团）为提升改造工程配套的KDON-20000/26000型空分设备由开封黄河空分集团有限公司（以下简称：黄河空分）设计、制造，该套采用常温分子筛吸附预净化、增压透平膨胀机制冷、规整填料上塔、氧气液柱增压、DCS控制技术的外压流程空分设备，集中应用了黄河空分七项国家专利技术；并作为采用液柱增压流程连续开车成功的第六套空分设备，黄河空分工艺流程组织方式的先进性、可靠性和稳定性，以及在节能产品研发方面的特色得到了再一次验证。
二、KDON-20000/26000型空分设备主要配套机组
1.空气压缩系统
配自洁式空气过滤器，国产离心式空气透平压缩机，双层布置，带水洗系统，额定排气量105 000Nm3/h，额定排气压力0.52Mpa，四级压缩三级冷却，上海异步电机拖动，电机功率10 500KW，PLC控制+主控室DCS控制。
2.空气预冷系统
本系统选用常规流程组织，包括空气冷却塔、水冷却塔、冷水机组、冷冻水泵、常温水泵；同时提供膨胀机组增压机后冷却器所需冷冻水；空气冷却塔、水冷却塔均采用特殊设计的高效散堆填料塔，空冷塔运行阻力8KPa；空气冷却塔运行上段冷冻水量50t/h，下段常温水145t/h；出冷水机组冷冻水温度6℃，空气出空气冷却塔温度7℃，运行稳定可靠。
3.纯化系统
本系统采用卧式双层床分子筛吸附器，电加热器加热再生，调功柜控制电加热器负荷，DCS控制切换程序。空气出系统CO?含量＜1ppm（1ppm=10-6），纯化全系统运行阻力＜5KPa，平均再生能耗405 KW。
4.分馏塔系统
本装置主换热器采用混合布置，一组八台，结构紧凑，布置简单，有利于气流分配；混合布置也是液柱增压流程首选，使分馏塔启动和正常运行相得益彰。主换热器设计采用muse软件，热端温差2.5℃，正反流阻力≤17KPa，为整套空分奠定优良的性能指标基础。在管道布置方面，采用“U”型布置，充分减小各台因阻力不同而引起的主换热器偏流问题；混合布置从理论计算上来说是与Aspen模拟的无缝对接，从结构上来讲有利于管道汇集，总体布置优于分体换热器。
氧蒸发器是分馏塔系统的新成员，也是本套装置设计的核心。创建设计理念、建立设计模型、筛选过程控制的重点及氧蒸发器在冷箱内的布置和管路的布置均为本套空分设计的“大餐”。正流空气与出主冷的液氧进行换热，氧气经主换热器复热后出冷箱，液氧利用主冷至氧蒸发器之间的高度差产生液柱静压，在不增加空气分离功的前提下，实现氧气压力升高的目的。这一核心技术系黄河空分集团的专利技术。
下塔与ASPEN精馏计算无缝对接，经过水力学优化的洗涤，亮点多多。下塔顶部抽取氮气、液氮产品，下部抽取贫液空，底部抽取富氧液空，部分液氮作为回流液，液空蒸汽作为上升蒸气，建立下塔精馏工况。20000下塔蕴涵《高效节能塔》、《高效对流塔》、《大翼T型固定环》等三项黄河空分自行研发专利技术。
由于液化空气不参加下塔精馏，氧提取率会受到影响，规整填料上塔的运用彰显魅力，为该流程弥补了这一不足。规整填料上塔是空分新技术的核心，六段三次变直径，液氮、贫液空、富氧液空、膨胀空气分别进入上塔适当位置，充分发挥上塔的精馏潜力，进一步提高氧的提取率，本套不带氩自增压流程氧提取率达96%以上；主冷凝蒸发器连接上、下塔，单沸腾主冷简单可靠，节约设备的投资成本。冷箱内管道采用先进的工程专用三维配管软件PDMS设计，并通过CAESARⅡ应力分析软件对每一根管线都进行了低温状态下的模拟分析，根据分析结果对管道的收缩变形进行理论补偿，支架进行合理的添加，确保常温下安装的分馏塔系统在低温下的安全运行。
5.压氧、压氮系统
本系统包括四台活塞式氧气压缩机（三用一备），同步电机拖动，单台排气量6 800 Nm3/h；一台氮气透平压缩机，异步电机拖动，排气量18 000 Nm3/h；一台活塞式氮气压缩机，排气量7 000 Nm3/h；同步电机拖动。
氧气液柱增压流程由于氧压机组进气压力提高，使得机组得到有效扩容，节约设备的投资；由于机组压比减小，活塞力得到有效降低，运行可靠性增加，易损件寿命延长，机组维修费用降低，设备使用年限增加，折旧率降低。黄河空分往复式氧气压缩机组创造了连续运转两年未换易损件的记录。
由于氧压机组额定吸入容积流量为定值，空分采用流量控制输出氧气，当压氧能力大于空分氧气产能时，氧压机前压力降低，氧压机吸入气量减少，空分和压氧两个系统处于平衡状态，反之亦然。通过氧压机组吸入压力30KPa～100KPa的变工况适应能力，实现无回流压氧，无放散响应，有效地杜绝压氧的能量耗散。
6.氧、氮气调压系统
调压系统采用双回路设计，当调压站输送气量大于压氧、压氮产能时，氧、氮压机低压运行，球罐输出补充气量。产品气经其中一流路直接送往用户。当调压站输送气量小于压氧、压氮产能时，氧、氮压机组高压运行，产品气直接送入球罐贮存。分馏塔系统和压缩系统的和谐统一，调压系统可供可存，负荷调峰零放散。双回路调压系统节约产品压缩机组的压缩能耗，是本装置节能降耗设计的又一亮点。
三、KDON-20000/26000型空分设备节能效果显著
黄河空分自主研发并获专利的液柱增压流程空分设备在氧气压力2.5MPa时，使空分压氧能耗同比节约15.8%，空分装置综合能耗节约5%。同时扩展了往复式氧压机组的产能，单台机组压氧能力大于11 000Nm3/h。
开封黄河空分集团为山西晋钢集团研发的KDON-20000/26000型空分设备成功开车之前，已在35 000Nm3/h、12 000Nm3/h、6 000Nm3/h、15 000Nm3/h等空分设备上积累了丰富的经验；提供内蒙某煤化工企业的20 000Nm3/h液柱增压流程空分设备，成为用氧压力80KPa的德士古煤气化工艺量身定做的最佳匹配；为内蒙某钢铁企业研制的20 000Nm3/h液柱增压流程带全精馏制氩空分，已进入安装阶段。综上所述，液柱增压流程空分设备已成为开封黄河空分集团加快技术创新步伐的靓丽名片。