爱华网1. 引 言 随着经济社会的快速发展，石化、冶金、机械制造等领域得到飞速发展，空气分离作为这些部门的重要生产装置和重要的原料来源，仍然具有十分广阔的应用空间，随着化工工业对其产量需求的不断扩大，对空分设备的设计、运行等也提出了新的更高要求。由于空分设备所用的原料特殊、生产过程对设备的质量等要求标准高，稍有疏忽就可能导致生产事故，甚至会引发空分设备爆炸。从近年来，全国的空分设备爆炸事故分析，大多是由于空分设备制造存在缺陷、操作违规和管理不正规等原因引起的，特别是空分主冷凝蒸发器中烃类物质超标、液位超标引起的爆炸问题十分常见，教训十分深刻。因此，搞好空分设备特别是双层主冷设备的液位控制，抓好安全防范，对安全生产和提高生产综合效益都具有十分重要的现实意义。 2. 深冷空分工艺原理 空分设备就是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备。空分设备基本结构是双层主冷结构，该结构通过上、下主冷结构实现对空气的液化，双层主冷结构如图1所示。该结构在进行空气分离时，具有明显的优势。 深冷制氮的工艺原理：通过将空气液化，根据氧和氮沸点不同达到分离。整个流程由空气压缩及净化、空气分离、液氮汽化组成。空气经空气过滤器清除灰尘和机械杂质后进入空气压缩机，压缩至所需压力，然后送入空气冷却器，降低空气温度。再进入空气干燥净化器，除去空气中的水份、二氧化碳、乙炔及其它碳氢化合物。净化后的空气进入空分塔中的主换热器，被返流气体（产品氮气、废气）冷却至饱和温度，送入精馏塔底部，在塔顶部得到氮气，液空经节流后送入冷凝蒸发器蒸发，同时冷凝由精馏塔送来的部分氮气，冷凝后的液氮一部分作为精馏塔的回流液，另一部分作为液氮产品出空分塔。由冷凝蒸发器出来的废气经主换热器复热到约130K进膨胀机膨胀制冷为空分塔提供冷量，膨胀后的气体一部分作为分子筛的再生和吹冷用，然后经消音器排入大气。由空分塔出来的液氮进液氮贮槽贮存，当空分设备检修时，贮槽内的液氮进入汽化器被加热后，送入产品氮气管道。深冷制氮可制取纯度≧99.999%的氮气。 深冷制氧的工艺原理与上述原理有相似之处：均是通过将空气液化，根据氧和氮沸点不同达到分离。工艺流程复杂，设备较多，包括空气压缩系统，空气预冷系统，空气纯化系统，膨胀机组，换热系统和精馏塔等。需要在-160～-190℃低温下操作。操作特点：启动时间长，一般在15～40小时，必须连续运转，不能间断运行，短暂停机，恢复工况时间长。维护特点是设备结构复杂，加工精度高，维修保养技术难度大，维护保养费用高。占地面积大，厂房和基础要求高，工程造价高。安装周期长，技术难度大，安装费用高。 3.液位控制重要性及其对策 空分装置在稳定工况时，装置的产冷量与冷量消耗保持平衡，装置内各部位的温度、压力、液面等参数不随时间而变化。这时主冷的液氧面也保持相对稳定，虽然会有波动，但不会有上升或下降的趋势。当装置的冷损增大时，制冷量不足，使得进下塔的空气含湿量减少，在下塔顶部冷凝器中，需冷凝的氮气量增加，主冷热负荷增大，相应的液氧蒸发量也增加，液氧面下降；反之，如果制冷量过多时，空气进下塔的含湿量增大，在下塔顶部主冷凝器中，需冷凝的氮气量减少，相应的液氧蒸发量也减少，液氧面就会上升。因此，装置的冷量是否平衡，首先在主冷液氧面的变化上反映出来，因此，液位控制对于空分设备而言具有十分重要的意义。当然，主冷液氧面是冷量是否平衡的主要标志，但并不是唯一标志。 通常情况下，当下塔液空液位发生波动时，液空液位LIC-1上涨，反映在V1阀逐渐自动开大的过程，V1阀最大开度超过60%（正常开度一般在50%）。继而氩馏份量增加、粗氩塔底部液位上涨、液空出过冷器后的温度TI-5回升、精氩塔氩侧的压力升高、进入精氩塔的粗氩气流量降低、氧气纯度下降等。因此，必须要高度重视液位的变化，搞好液位控制。 空分装置中空压机组运行好坏直接影响到后面工艺是否能正常生产，通过空压机组的控制从而实现对液位的控制。控制的主线为时间加以一些条件判断进行控制，分馏塔的上塔和下塔的液位控制采用单回路控制，空气冷却塔的液位，污氮再生器压力，增压机进口流量，液氮计量罐液位也采全部用单回路控制，两个储槽压力控制为单回路分程控制。空分生产的工艺比较复杂，由于空气分离的过程为纯物理反应，没有剧烈的反应，故工况比较稳定，单回路控制完全可以满足系统要求。 4.空分设备安全运行对策 液位是指密封容器或开口容器中液体液面的高度。通过测量液位可以知道容器中原料、中间料或成品料的数量。通过控制液位来保证生产的正常进行，如果液位失控，轻则会造成废品，重则会造成重大伤亡事故。对于空分设备来讲，液位控制与安全防范的意义十分重大，必须要采取切实可行的对策措施，确保万无一失。 空分设备精细化管理。空分设备由于其生产过程及产品独特，危险性高，对设备运行环境要求较为苛刻，因此，必须要加强对空分设备的管理，采用精细化管理方案，搞好定期清洗，确保上主冷和下主冷各单元没有附着物。强化对空分设备静电接地的日常检查，防止因静电聚积，或因雷电等因素而产生安全威胁。要制定严格的空分设备操作、维护管理措施，加强对乙炔、甲烷、二氧化碳、氧化亚氮等相关杂质的监测，严格遵守操作规程，坚决杜绝违章作业，确保设备安全运行。
液体储槽液位控制。液体储槽液位是储槽压力的重要标志，也是确保安全的一个重要指标，必须要高度重视液体储槽的液位。通过情况下，进行液体装填时，要严格依据相关的操作规程进行操作，液体充装数量不能超过总容积的九成，同时，要严禁关闭放空阀，防止发生过压现象。对相关的设备必须进行静电接地，要尽可能采用相关的自动报警装置，以确保在发生潜在危险时，能够即时进行报警，果断采取行动，减少相应的危险系数。 纯化系统安全防范。分子筛是空分设备进行气体分离的重要装置，分子筛的安全性能直接影响整个系统的安全性与稳定性。对于分子筛，要保证进气平缓，以免由于气流过大，导致分子筛粉化，而进入主冷塔中，会对整个系统产生阻塞，特别是对相关测量设施产生不良影响，给系统的运转埋下安全隐患。分子筛切换阀对于系统的稳定性具有十分重要的作用，如果一旦分子筛切换阀发生故障就会使空分设备运行产生扰动，很可能会造成系统故障，甚至会导致停车，所以必须选择质量可靠的分子筛切换阀，以保证切换阀工作的可靠性。对于分子筛切换阀的选择，要尽可能选择高品质的密封阀，保持系统的密封性、抗腐蚀性，确保系统不出现泄漏。同时，要提高切换阀相关监测系统的灵敏度，确保出现切换阀状态失灵时，能够及时报警，妥善进行处理，确保系统安全。 增压膨胀系统安全防范。增压膨胀系统对系统的安全运行起着十分重要的作用，对于传统的增压膨胀系统主要采用油压容器，一般不配备气囊，很容易产生气体泄漏，从而使系统的压力变小，因此，必须时常进行充气，以维持系统的压力。同时，在进行人工充气时，由于工人素质、操作水平的差异，也十分容易造成工作状态的不稳定。因此，在实际的生产实践中，应当尽可能采用备有气囊的油压容器，或者采用辅助型油泵联动膨胀机，如果出现停车现象可能通过惯性带动辅助油泵转动可满足膨胀机停车时润滑的需求。同时，为了确保增压膨胀系统绝对安全，建议采用高位油箱，加强油泵密封性能的监测，防止因密封失效而引发安全生产事故。 在经济快速发展的今天，对空分产品的需求量不断增加，在这种形势下，加强空分设备液位控制与安全防范具有特殊的重要意义。把握深冷空分工艺原理，了解空分设备双层主冷结构的主要优点，从液体储槽液位控制、空压机系统运行控制、纯化系统安全防范、增压膨胀系统安全防范等方面入手，提出了对空分设备进行液位控制与安全防范的对策措施，以期对安全生产提供有益借鉴。 参考文献 ［1］孙石桥.镇海炼化35000m～3/h空分设备工艺流程特点及运行总结［J］.深冷技术，2012.01 ［2］曾永林，章小兵 .18000m～3/h空分设备液氩贮存系统配管优化改造［J］.深冷技术，2012.01 ［3］李燕坡.对空分装置检修作业安全的探讨［J］.石油化工安全环保技术，2012.01 ［4］李玉霞，孙小波.下塔液空液位波动原因分析及处理［J］.设备管理与维修，2012.02 ［5］江楚标，陈明敏.内压缩空分流程及与常规流程的比较［J］.深冷技术，1999.04 ［6］王 胜.乙炔对空分生产安全性影响分析及防范措施［J］.湖南冶金，2002.03 ［7］何铁钢,李雁翎,王海波.分子筛纯化系统蒸汽加热器泄漏故障的分析及预防[M] ［8］边 瑾.深冷技术:故障处理.杭州:杭州出版社，2007
