乙炔發生與電石儲存用氮氣系統優化改造

李海燕，高 波，孫 靜

（山東魯泰化學有限公司，山東 濟寧272100）

氮氣常用最經濟的變壓吸附（PSA）工藝制取，變壓吸附制氮是以空氣為原料， 用碳分子篩作吸附劑， 利用碳分子篩對空氣中的氧和氮選擇吸附的特性，運用變壓吸附原理（加壓吸附，減壓解吸并使分子篩再生）使氧和氮分離制取氮氣。

山東魯泰化學有限公司建有2 套氮氣生產裝置，裝置均采用變壓吸附制氮工藝，一期氮氣生產裝置有產氣量1 000 m3/h 制氮機組1 臺，產氣量180 m3/h制氮機組1 臺；二期氮氣生產裝置有產氣量1 000 m3/h制氮機組2 臺， 一二期2 套氮氣裝置產氣能力共3 180 m3/h。一期氮氣裝置單獨供一期燒堿和一期聚氯乙烯裝置使用， 二期氮氣裝置供二期燒堿裝置和二期聚氯乙烯裝置使用。

乙炔發生裝置所用氮氣， 氮氣管線與二期燒堿及聚氯乙烯裝置共用一個氮氣管網系統， 存在生產物料串入氮氣管線系統與乙炔氣接觸引發爆炸的風險。同時，每年檢修期間生產系統裝置需要進行管網氮氣置換，氮氣用量較大，造成整個氮氣系統壓力較低、純度低的現象。 對電石料倉的氮氣保護和乙炔發生裝置的安全生產造成風險。 為了保證電石料倉和乙炔發生裝置的用氮氣安全，新增了1 臺產氣量1 000 m3/h 的制氮機組， 并將電石料倉和乙炔發生裝置用氮氣管網分離為單獨的氮氣系統進行使用。

1 工藝現狀

1.1 一期氮氣管網系統工藝流程

一期空壓站制氮裝置所用原料氣由二期空壓制氮裝置供氣，裝有1 臺處理氣量4 200 m3/h 干燥塔，1 臺產氣量1 000 m3/h 制氮機、1 臺產氣量180 m3/h制氮機，產出的氮氣進入50 m3氮氣儲罐。 產出的純度≥98%氮氣經50 m3氮氣儲罐至氮氣分配臺后，向一期氮氣管網系統的一期燒堿裝置和一期聚氯乙烯裝置提供氮氣。

1.2 二期氮氣系統工藝流程

二期空壓站有產氣量3 600 m3/h 空壓機6 臺，4開2 備，產出的空氣經冷凍除濕后，再經過處理氣量10 800 m3/h 干燥塔2 臺、2 臺產氣量1 000 m3/h 制氮機，產出的的氮氣進入2 臺118 m3氮氣儲罐。 產出的純度≥98%氮氣經氮氣儲罐至二期氮氣分配臺，向二期氮氣系統管網的二期燒堿裝置、二期聚氯乙烯裝置、 電石料倉和乙炔發生裝置氮氣緩沖罐供氮氣。

1.3 乙炔緩沖罐供氣工藝流程

來自二期氮氣系統管網的DN125 氮氣管道進入乙炔氮氣緩沖罐， 進罐管道裝有氧含量在線監測儀，實時監測氮氣氧含量，氮氣經過緩沖罐穩定壓力后， 分為兩路， 一路為供電石料倉管線， 氮氣由DN125 管道進入電石料倉；另一路為電石發生器置換管線，氮氣由DN80 管道供10 臺發生器置換使用。

2 改造思路

為了防止生產物料串入氮氣管線系統與乙炔接觸引起爆炸的風險， 保證乙炔發生裝置的用氮氣安全，在一期空壓站安裝1 臺1 000 m3/h 制氮機組，單獨供電石料倉和乙炔發生裝置使用， 將乙炔裝置用氮氣分離為單獨的氮氣系統。

氯氣與乙炔爆炸機理： 氯氣與乙炔相遇迅速發生加成反應生成1，2-二氯乙烷，由于氯氣和乙炔化學性質都非常活潑，二者結合會劇烈反應，放出大量的熱，在有限空間內會發生爆炸。

2.1 一期空壓站改造

（1）在一期空壓站內3#制氮機東側區域安裝1臺1 000 m3/h 制氮機組，制氮機進口連接至干燥塔排氣管道， 產出的氮氣經過制氮機自帶的10 m3緩沖罐穩壓后通過管道至供乙炔緩沖罐。

（2）制氮機排氣管道沿東墻向北延伸連接至供乙炔緩沖罐氮氣管道。 原供乙炔緩沖罐氮氣閥門關閉，由新制氮機對乙炔緩沖罐供氣。

2.2 乙炔氮氣緩沖罐改造

（1）將一期空壓站新增制氮機氮氣管道接至乙炔氮氣緩沖罐并加裝閥門、 壓力表及1 套氧含量在線監測儀。

（2）關閉乙炔氮氣緩沖罐來自二期氮氣系統的閥門，由一期空壓站新增制氮機供氣。

（3）在DN125 供電石料倉管線加裝閥門及單向閥，氮氣經管道進入電石料倉；在另一路DN80 電石發生器置換管線加裝閥門及單向閥， 氮氣經管道供至10 臺發生器加料斗置換使用。

3 實施效果評價

3.1 改造收益

通過新增制氮機組， 進行了電石儲存和乙炔發生裝置用氮氣管網分離為單獨氮氣系統的改造，保障了電石儲存和乙炔發生裝置用氮氣的安全。同時，解決了生產裝置檢修時置換氮氣的用量問題， 滿足了生產裝置合格置換的要求， 節約了生產裝置的置換時間，為檢修開車贏得寶貴時間，減少了因檢修影響的產品產量。

3.2 安全收益

通過氮氣系統分離改造， 消除了生產物料串入氮氣管線系統與乙炔接觸引起爆炸的風險， 保證了乙炔發生裝置和電石料倉用氮氣的壓力和純度，提高了安全生產系數。

4 結語

通過上述對乙炔發生和電石儲存同其他生產裝置共用氮氣管網分離的優化改造， 經過一段時間的運行， 達到了乙炔發生和電石儲存氮氣系統分離優化改造的目的， 并驗證了氮氣管網優化改造方案的可行性。