國內大型80000Nm3/h空分工藝安全措施設計

劉衛紅

(中鋼石家莊設計院,河北唐山 063000)

國內大型80000Nm3/h空分工藝安全措施設計

劉衛紅

(中鋼石家莊設計院,河北唐山 063000)

本文介紹大型80000Nm3/h空分工藝安全措施設計。流程采用分子篩預凈化、增壓透平膨脹機制冷、規整填料塔無氫制氬的氧氣、氮氣外壓縮流程安全可靠、工況穩定。針對流程設計安全措施、設備被采取的安全措施、壓力容器設備等方面分析,從如何安全設計和保障安全生產等方面,在同行業中具有參考指導意義。

大型空分 工藝安全 壓力容器

本文介紹空分裝置是一套小時生產80000Nm3氧氣的空分設備，屬于國內為數不多的大型空分項目。本裝置采用空氣深冷分離技術，即采用機械的方法，通過冷媒使純凈的壓縮空氣液化，利用氣體不同的沸點蒸餾使之分離，分別提取氧、氮和氬。工藝安全可以分為流程設計安全性措施、工藝設備安全性措施和壓力容器安全措施等方面，下面就逐一詳細闡述。

1 流程設計的安全性措施

流程采用分子篩預凈化、增壓透平膨脹機制冷、規整填料塔無氫制氬80000Nm3/h等級的氧氣、氮氣外壓縮流程，設計安全措施：

(1)空氣過濾系統：采用自潔式濾芯過濾，可在線更換濾芯，可靠性好，易維護，過濾效果好。

(2)空氣預冷系統：空氣冷卻塔采用填料塔，有足夠的操作彈性，還采用了氣流分布器、捕霧器。這種結構具有使空氣在塔內分布均勻，傳熱傳質效果良好，通過水洗能去除空氣中的部分有害雜質，防止分子篩中毒的特點。并且能充分分離空氣出冷卻塔后的水分，確保沒有水滴進入分子篩純化器，使其工作正常。

(3)空氣純化系統：分子篩純化器的設計采用了“雙層床”結構，使空氣進入分子篩床層前，水分被活性氧化鋁吸附，保護分子篩并使分子篩充分發揮其吸附CO2和CnHm的功效，純化器可將空氣中的CO2和H2O的含量脫除至1PPm，可以保證純化器對CO2和H2O的吸附、再生更為徹底。

(4)分餾塔冷箱系統：塔內管道的布置采用自補償形式。塔體及管道采用了鋁合金材料，上下塔是空分設備的心臟，其結構采用了填料塔和對流式篩板塔，具有有效流通面積大，精餾效果好的特點。主換熱器采用了大截面真空釬焊的鋁質板翅式換熱器。運行中汽化排放空中1%液氧，以防碳氫化合物的積聚。

(5)增壓透平膨脹機：該機器的關鍵技術在于保持膨脹機及增壓機高效率的同時，保證兩者之間的匹配性及變工況的適應性。同類機器在用戶現場使用過程中運轉穩定可靠、效率高。

(6)采用先進的DCS計算機控制技術，可實現中控、機旁、就地一體化的控制，可有效的監控整套裝置的生產過程。

表1 壓力容器一覽表

2 主要工藝設備采取的安全措施

(1)空氣過濾器：帶噴射、自動清洗控制裝置的除塵系統，用差壓變送器將差壓信號送至DCS，確保過濾空氣含塵雜質塵埃直徑≤1μm。

(2)離心式空氣壓縮機：對壓縮機的控制通過控制室的DCS自動完成正常運行和連鎖保護。DCS按步序對啟動操作進行監控，在執行完先前的控制后才可執行下一步。壓縮機的就地柜設有正常起動和緊急停車按鈕，開車在現場完成，停車可在控制室也可在就地柜中完成。

(3)空冷塔：上部設水分離器和分離空間，防止水分夾帶進入分子篩吸附器。內置式的溢水器，既起到安全作用，又兼有氣封的作用。

(4)純化器：前端凈化分子篩吸附器為雙層床，第一層床采用吸水能力強的活性氧化鋁作吸附劑，主要吸附水分，保護第二層床；第二層床為分子篩，可較完全的吸附CO2和CnHm，去除水分。同時在吸附器出口設置CO2、水分在線監測，信號引至DCS，濃度超標報警，自動倒換吸附器。

(5)分餾塔系統：冷箱內閥門連接均采用焊接結構，從而大大降低了工藝介質泄漏的概率；主冷凝蒸發器采用全浸入式結構，使主冷完全淹沒在液氧中，杜絕主冷凝蒸發器的“干蒸發”，采用特殊的防爆結構設計，翅片間拉開一定距離，防止接口處錯位造成的通道變窄，使碳氫化合物積聚，從而避免形成微爆的危險；保冷箱充氣使用返流污氮氣，壓力不超過5kPa，冷箱頂部設置呼吸筒，側面均布平衡盒，冷箱內上中下均布壓力及氣體濃度測點，信號引至DCS，這樣既能保證濕空氣不向冷箱內滲漏，更能有效防止冷箱超壓；保冷箱內設置溫度測點并引至DCS，隨時監控深冷設備運行狀況。為保證安全運行，分餾塔設置殘液蒸發器。

(6)透平氧壓機：電機驅動。報警信號進入主控室DCS系統；氧壓機機旁柜設有正常起動和緊急停車按鈕，開車在現場完成，停車可在控制室也可在就地盤中完成。透平氧壓機設有緊急充氮裝置，與檢測信號連鎖動作。

3 壓力容器安全措施

嚴格執行《固定式壓力容器安全技術監察規程》(2009版)的有關規定，執行《鋼制壓力容器》GB150-2011國家標準。項目涉及的壓力容器名稱、數量、類別、制造材質以及主要安全附件見表1。

4 結語

空分裝置設計工藝安全措施是保障整個項目安全穩定運行的關鍵措施，設計采取的各項安全對策和措施，能夠保障人身及設備的安全，在各項安全操作規程和各種規章制度的保障下，從業人員的安全、健康，生產的安全、穩定可以得到有效保障。

[1]《深度冷凍法生產氧氣及相關氣體安全規程》GB16912-2008,中鋼集團武漢安全環保研究院起草,2009-10實施.

[2]《大中型空氣分離設備》JB/T 8693-1998第6.2.8節,中華人民共和國機械工業部,1998年3月19日發布.

[3]《固定式壓力容器安全技術監察規程》TSG R0004-2009特種設備安全技術規范TSG特種設備安全技術規范,中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局頒布.2009年8月31日.

[4]《壓力容器》GB150-2011,中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局、國家標準化管理委員會發布,2012年3月1日實施.

劉衛紅(1978.9—),女,漢族,籍貫：河北保定雄縣,本科,學士,工程師,2003年7月畢業于河北理工學院測控技術與儀器專業,從事空分工程設計和項目前期報告編制工作十余年。