液位控制與安全防范探討

趙亮

闡述了加強空分設備液位控制與安全防范的重要意義，介紹了深冷空分工藝原理，分析了空分設備液位控制的重要意義，提出了對空分設備進行液位控制及安全運行的對策措施。

空分設備；液位控制；安全防范

1.引言

隨著經濟社會的快速發展，石化、冶金、機械制造等領域得到飛速發展，空氣分離作為這些部門的重要生產裝置和重要的原料來源，仍然具有十分廣闊的應用空間，隨著化工工業對其產量需求的不斷擴大，對空分設備的設計、運行等也提出了新的更高要求。由于空分設備所用的原料特殊、生產過程對設備的質量等要求標準高，稍有疏忽就可能導致生產事故，甚至會引發空分設備爆炸。從近年來，全國的空分設備爆炸事故分析，大多是由于空分設備制造存在缺陷、操作違規和管理不正規等原因引起的，特別是空分主冷凝蒸發器中烴類物質超標、液位超標引起的爆炸問題十分常見，教訓十分深刻。因此，搞好空分設備特別是雙層主冷設備的液位控制，抓好安全防范，對安全生產和提高生產綜合效益都具有十分重要的現實意義。

2.深冷空分工藝原理

空分設備就是以空氣為原料，通過壓縮循環深度冷凍的方法把空氣變成液態，再經過精餾而從液態空氣中逐步分離生產出氧氣、氮氣及氬氣等惰性氣體的設備。空分設備基本結構是雙層主冷結構，該結構通過上、下主冷結構實現對空氣的液化，雙層主冷結構如圖1所示。該結構在進行空氣分離時，具有明顯的優勢。

深冷制氮的工藝原理：通過將空氣液化，根據氧和氮沸點不同達到分離。整個流程由空氣壓縮及凈化、空氣分離、液氮汽化組成。空氣經空氣過濾器清除灰塵和機械雜質后進入空氣壓縮機，壓縮至所需壓力，然后送入空氣冷卻器，降低空氣溫度。再進入空氣干燥凈化器，除去空氣中的水份、二氧化碳、乙炔及其它碳氫化合物。凈化后的空氣進入空分塔中的主換熱器，被返流氣體（產品氮氣、廢氣）冷卻至飽和溫度，送入精餾塔底部，在塔頂部得到氮氣，液空經節流后送入冷凝蒸發器蒸發，同時冷凝由精餾塔送來的部分氮氣，冷凝后的液氮一部分作為精餾塔的回流液，另一部分作為液氮產品出空分塔。由冷凝蒸發器出來的廢氣經主換熱器復熱到約130K進膨脹機膨脹制冷為空分塔提供冷量，膨脹后的氣體一部分作為分子篩的再生和吹冷用，然后經消音器排入大氣。由空分塔出來的液氮進液氮貯槽貯存，當空分設備檢修時，貯槽內的液氮進入汽化器被加熱后，送入產品氮氣管道。深冷制氮可制取純度≧99.999%的氮氣。

深冷制氧的工藝原理與上述原理有相似之處：均是通過將空氣液化，根據氧和氮沸點不同達到分離。工藝流程復雜，設備較多，包括空氣壓縮系統，空氣預冷系統，空氣純化系統，膨脹機組，換熱系統和精餾塔等。需要在-160~-190℃低溫下操作。操作特點：啟動時間長，一般在15~40小時，必須連續運轉，不能間斷運行，短暫停機，恢復工況時間長。維護特點是設備結構復雜，加工精度高，維修保養技術難度大，維護保養費用高。占地面積大，廠房和基礎要求高，工程造價高。安裝周期長，技術難度大，安裝費用高。

3.液位控制重要性及其對策

空分裝置在穩定工況時，裝置的產冷量與冷量消耗保持平衡，裝置內各部位的溫度、壓力、液面等參數不隨時間而變化。這時主冷的液氧面也保持相對穩定，雖然會有波動，但不會有上升或下降的趨勢。當裝置的冷損增大時，制冷量不足，使得進下塔的空氣含濕量減少，在下塔頂部冷凝器中，需冷凝的氮氣量增加，主冷熱負荷增大，相應的液氧蒸發量也增加，液氧面下降；反之，如果制冷量過多時，空氣進下塔的含濕量增大，在下塔頂部主冷凝器中，需冷凝的氮氣量減少，相應的液氧蒸發量也減少，液氧面就會上升。因此，裝置的冷量是否平衡，首先在主冷液氧面的變化上反映出來，因此，液位控制對于空分設備而言具有十分重要的意義。當然，主冷液氧面是冷量是否平衡的主要標志，但并不是唯一標志。

通常情況下，當下塔液空液位發生波動時，液空液位LIC-1上漲，反映在V1閥逐漸自動開大的過程，V1閥最大開度超過60%（正常開度一般在50%）。繼而氬餾份量增加、粗氬塔底部液位上漲、液空出過冷器后的溫度TI-5回升、精氬塔氬側的壓力升高、進入精氬塔的粗氬氣流量降低、氧氣純度下降等。因此，必須要高度重視液位的變化，搞好液位控制。

空分裝置中空壓機組運行好壞直接影響到后面工藝是否能正常生產，通過空壓機組的控制從而實現對液位的控制。控制的主線為時間加以一些條件判斷進行控制，分餾塔的上塔和下塔的液位控制采用單回路控制，空氣冷卻塔的液位，污氮再生器壓力，增壓機進口流量，液氮計量罐液位也采全部用單回路控制，兩個儲槽壓力控制為單回路分程控制。空分生產的工藝比較復雜，由于空氣分離的過程為純物理反應，沒有劇烈的反應，故工況比較穩定，單回路控制完全可以滿足系統要求。

4.空分設備安全運行對策

液位是指密封容器或開口容器中液體液面的高度。通過測量液位可以知道容器中原料、中間料或成品料的數量。通過控制液位來保證生產的正常進行，如果液位失控，輕則會造成廢品，重則會造成重大傷亡事故。對于空分設備來講，液位控制與安全防范的意義十分重大，必須要采取切實可行的對策措施，確保萬無一失。

空分設備精細化管理。空分設備由于其生產過程及產品獨特，危險性高，對設備運行環境要求較為苛刻，因此，必須要加強對空分設備的管理，采用精細化管理方案，搞好定期清洗，確保上主冷和下主冷各單元沒有附著物。強化對空分設備靜電接地的日常檢查，防止因靜電聚積，或因雷電等因素而產生安全威脅。要制定嚴格的空分設備操作、維護管理措施，加強對乙炔、甲烷、二氧化碳、氧化亞氮等相關雜質的監測，嚴格遵守操作規程，堅決杜絕違章作業，確保設備安全運行。

液體儲槽液位控制。液體儲槽液位是儲槽壓力的重要標志，也是確保安全的一個重要指標，必須要高度重視液體儲槽的液位。通過情況下，進行液體裝填時，要嚴格依據相關的操作規程進行操作，液體充裝數量不能超過總容積的九成，同時，要嚴禁關閉放空閥，防止發生過壓現象。對相關的設備必須進行靜電接地，要盡可能采用相關的自動報警裝置，以確保在發生潛在危險時，能夠即時進行報警，果斷采取行動，減少相應的危險系數。

純化系統安全防范。分子篩是空分設備進行氣體分離的重要裝置，分子篩的安全性能直接影響整個系統的安全性與穩定性。對于分子篩，要保證進氣平緩，以免由于氣流過大，導致分子篩粉化，而進入主冷塔中，會對整個系統產生阻塞，特別是對相關測量設施產生不良影響，給系統的運轉埋下安全隱患。分子篩切換閥對于系統的穩定性具有十分重要的作用，如果一旦分子篩切換閥發生故障就會使空分設備運行產生擾動，很可能會造成系統故障，甚至會導致停車，所以必須選擇質量可靠的分子篩切換閥，以保證切換閥工作的可靠性。對于分子篩切換閥的選擇，要盡可能選擇高品質的密封閥，保持系統的密封性、抗腐蝕性，確保系統不出現泄漏。同時，要提高切換閥相關監測系統的靈敏度，確保出現切換閥狀態失靈時，能夠及時報警，妥善進行處理，確保系統安全。

增壓膨脹系統安全防范。增壓膨脹系統對系統的安全運行起著十分重要的作用，對于傳統的增壓膨脹系統主要采用油壓容器，一般不配備氣囊，很容易產生氣體泄漏，從而使系統的壓力變小，因此，必須時常進行充氣，以維持系統的壓力。同時，在進行人工充氣時，由于工人素質、操作水平的差異，也十分容易造成工作狀態的不穩定。因此，在實際的生產實踐中，應當盡可能采用備有氣囊的油壓容器，或者采用輔助型油泵聯動膨脹機，如果出現停車現象可能通過慣性帶動輔助油泵轉動可滿足膨脹機停車時潤滑的需求。同時，為了確保增壓膨脹系統絕對安全，建議采用高位油箱，加強油泵密封性能的監測，防止因密封失效而引發安全生產事故。

在經濟快速發展的今天，對空分產品的需求量不斷增加，在這種形勢下，加強空分設備液位控制與安全防范具有特殊的重要意義。把握深冷空分工藝原理，了解空分設備雙層主冷結構的主要優點，從液體儲槽液位控制、空壓機系統運行控制、純化系統安全防范、增壓膨脹系統安全防范等方面入手，提出了對空分設備進行液位控制與安全防范的對策措施，以期對安全生產提供有益借鑒。

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