中石化空分運行導則對鋼石氣體 空分裝置的指導意義

葛一楠

（武漢鋼鐵石化工業氣體有限公司，湖北 武漢 430085）

0 引言

武漢鋼鐵石化工業氣體公司（以下簡稱“鋼石氣體”）23 900 Nm3/h空分設備由中石化寧波工程公司設計，由杭氧制氧機集團有限公司生產, 采用深度冷凍法空氣分離設備制取氧、氮、氬產品的內壓縮流程。所產氧氣供中韓石化武漢公司環氧乙烷/乙二醇（EO/EG）裝置使用，氮氣供中韓武漢公司所有裝置使用，產能規模在中石化現有的35家內壓縮型空分裝置中居于第28位。

隨著石油化工和煤化工行業大型化、園區集中化，以及空分裝備技術的快速進步，空分裝置大型化、集群化已成發展趨勢。空分裝置作為各類石油化工工藝流程的重要輔助系統，在全流程中的重要地位也更加凸顯，這對空分裝置的安全、穩定、長周期運行提出更高的要求。2019年河南義馬空分裝置的“7·19”事故，暴露了國內空分裝置管理中存在薄弱環節；中石化行業內安慶石化等多套裝置空分也發生過泄漏，部分制氧機受周邊裝置排放影響，存在CO2和碳氫化合物穿透分子篩后在主冷聚集爆炸的風險。基于以上背景，《中國石化空分裝置運行管理指導意見》于2020年12月份由總部簽發并在石化行業各空分裝置推行。

《中國石化空分裝置運行管理指導意見（試行）》（以下簡稱“指導意見”）分總體要求、企業工作職責、裝置環境要求、安全間距、空分各單元管理要求、設備管理要求、現場管理共七章內容，其中空分各單元管理要求又分空壓機組、預冷純化、換熱器、精餾塔、冷箱、液體儲存單元、涉氧管道等12個分項單元要求。意見下發后，對照相關內容，鋼石氣體公司生產管理人員自查工藝、設備等方面問題。現結合裝置的現狀，淺談《中國石化空分裝置運行管理指導意見》對本套空分裝置安全長周期安全運行的指導意義。

1 空分裝置選址環境要求

1.1 原料空氣質量要求變化對工藝控制指標的影響

GB 16912—2008《深度冷凍法生產氧氣及相關氣體安全技術規程》對于空分制氧機的選址和原料空氣質量做了要求（控制值如表1所示）。指導意見關于裝置環境要求條款明確指出，對吸風口處空氣中有害雜質含量超標（控制值如表1所示）且無法避免時，處置措施為實時監控分子篩出口、主冷凝蒸發器中碳氫及氮氧化物等雜質的含量，當主冷凝蒸發器中碳氫及氮氧化物等雜質超標時應及時采取警戒、排放等措施直至停車等處置措施。

表1 空分裝置吸風口處空氣中雜質允許極限含量

在制氧機實際運行過程中，原料空氣受周邊環境和裝置建設的影響不容忽視，鋼石氣體工藝管理指標根據初始設計數據制定，現行的工藝指標則是融合了GB 16912—2018《深度冷凍法生產氧氣及相關氣體安全技術規程》[1]《中國石化空分裝置運行管理指導意見》以及鋼石公司多年化驗監控數據等綜合制定。其中二氧化碳含量，初始設計值為400 mg/L，根據近五年來每周監測空壓機吸入口的CO2含量變化發現，其監測值逐年升高，從建成初始的年平均420 mg/L升高至2021年的500 mg/L，個別時候將近600 mg/L。因此，該值在現行工藝指標的控制上放寬到600 mg/L。究其原因，與周圍化工園區內近幾年不斷興建、投產和擴容的化工類企業有關。氧化亞氮也是需要在環境空氣及主冷凝蒸發器中需要重點監控的有害雜質，通過設置在主冷凝蒸發器的氧化亞氮分析儀2015年至2020年的在線監控數據平均計算，該值相對穩定，常年平均值＜0.12 mg/L。但分離單元在空分撤氣、保冷狀態下，需特別注意冷凝蒸發器內的有害物質上升情況。

1.2 原料空氣質量要求變化對后續工藝程序的影響

原料空氣質量變化影響初始設計時設備選型，還對后續空分各單元的工藝運行有著不可忽視的影響。

（1）對空氣壓縮機組的影響：空氣中的含塵量過多，會間接導致空壓機組導葉積碳，導致機組軸系平衡破壞，機組振動、位移等數據發生變化。鋼石氣體空氣過濾器按照定期維護頻次每年更換一次新濾芯，如空壓機設置在在多灰塵地區，則更換時間間隔要縮短。

（2）對純化系統影響：原料空氣中的有害雜質的種類和數量越多，則對空氣凈化系統的要求越高。目前空分主流配置的分子篩吸附器所采用的吸附劑是活性氧化鋁和13X分子篩。這兩種吸附劑在正常狀態下均有較高的穩定性。鋼石空分的純化系統采用UOP的APG-IIA型分子篩，自2013年至2020年4月連續使用了7年，超設計壽命2年。超限運行的主要原因有：一是分子篩狀態良好，床層平整，切換周期短；二是加工空氣負荷一直在80%運行，分子篩初始充裝的吸附裕量較多。

（3）對全浸式主冷凝蒸發器的影響：指導意見中，對于10 000 Nm3/h以上空分裝置要求安裝在線氣相色譜分析儀，連續監測液氧或富氧液空中總烴及碳氫化合物的含量。鋼石空分液氧工藝指標根據2013年至2020年的ABB在線分析儀對主冷液氧中碳氫化合物分析數據的變化區間制定。ABB色譜儀可分別分析分子篩后空氣、主冷液氧及粗氬冷凝器的富氧液空三個流路樣氣中的碳氫化合物含量，相當于三個流路對應一塊分析表，如想實現對上述三個流路的連續監控，在線分析系統過程控制系統需增加測量儀表或者增加離線分析的頻次，由每周一次改為每天一次對環境空氣質量的分析。

空分設備主冷液氧中乙炔及其他碳氫化合物控制指標如表2所示。

表2 空分設備主冷液氧中乙炔及其他碳氫化合物控制指標

2 建構筑物間安全間距的核實

重點核實空氣分離單元、特別是內壓縮的液氧泵，低溫液氧儲存單元的建、構筑物間安全間距，對照標準，鋼石空分裝置液氧儲罐、冷箱距離廠內主要道路間距大于40 m，距離廠內次要道路間距大于15 m。儲存單元：空分裝置內操作室距離、空分分離單元、液氧儲罐的間距大于50 m，液氧儲槽與廠區內構建筑物的防火距離等均符合指導意見中的相關規定。但是內壓縮流程液氧泵與主冷箱內的分離裝置相連，未設置防護墻，現場與泵箱相連的電源控制柜內設置有緊停按鈕，不符合指導意見中未設防護墻的液氧泵與緊急停泵按鈕之間距離不應小于5 m的規定。現場已有布局無法設置防護墻進行防爆隔離，經公司技術委員會談論，決定對現場5臺液氧泵的緊急停車按鈕控制柜進行遷移，使其距離泵體≥5 m。

3 低溫液體生產和儲存單元的管理

3.1 冷箱專項安全

若冷箱內有泄漏，直觀表現為夾層密封氣壓力升高或基礎溫度下降。冷箱內泄漏量大小，輕則造成冷箱壓力升高甚至超壓鼓包，如果泄漏的是低溫液體或泄漏點離冷箱壁較近，輕則凍裂冷箱壁，造成珠光砂泄漏事故。重則引起設備管線移位、冷箱垮塌，若泄漏的液氧，可能會引發更嚴重的次生事故。部分冷箱內泄漏問題可在試車及運行初期發現，一旦進入正式運行，珠光砂填充后冷箱內泄漏，將存在巨大隱患，而日常工作中對空分冷箱的運行維護在很多制氧機上重視不夠，周期性檢查頻次不高，覆蓋內容不夠。

指導意見5.8條款關于空分冷箱的運行維護內容要求大、中型空分裝置應配備冷箱視頻監控，并將冷箱基礎溫度、夾層氣壓力信號接入DCS系統，實施在線監測，冷箱夾層氣氧含量信號宜接入DCS系統。目前冷箱基礎溫度、夾層氣壓力信號等已接入DCS系統，實施了在線監測，并通過安全提升專項技改在冷箱塔上及周邊增加16個高清攝像頭，實施視頻監控。在工藝管理制度專門制定了高處巡檢制度，日常主要通過定期高處巡檢來實現對冷箱的管理維護。2020年5月份例行高處巡檢發現冷箱箱體結露、掛冰，綜合夾層密封氣含氧測定，判斷為氬塔粗氬冷凝器頂部管道V709閥泄漏，該閥位于冷箱+40 m的位置，泄漏位置介質為富氧液空，公司經研討后，果斷停機7天處理，杜絕帶病運行，防止事故發生。在檢修期間，對冷箱制定專項扒砂方案，停車加溫過程中，確保冷箱不超壓，防止次生事故[2]。

3.2 低溫液氧儲槽的管理

鋼石公司的液氧儲槽容積為1 000 m3，現有儲槽構成公司四級重大危險源。重大危險源管理依照國家安全生產監督管理總局40號令《危險化學品重大危險源監督管理暫行規定》相關條款，實施安全風險隱患排查與治理綜合表，表中涵蓋了《中國石化空分裝置運行管理指導意見》多個條款內容要求，包括設備本體、設備基礎、罐體腐蝕、安全附件、安全監控裝備、液氧罐最大充裝量、液氧罐內乙炔、碳氫化合物含量監控、聯鎖系統、緊急切斷設備等檢查內容。通過每周分析一次氧氣純度及碳氫化合物含量，控制乙炔含量應小于0.1 mg/L，碳氫化合物含量應小于500 mg/L。儲槽安裝有緊急切斷閥和重錘閥，確保一旦儲罐發生泄漏可快速切斷。后備罐區的液氮儲罐、液氬儲罐均參照液氧儲罐設置，同時儲罐周邊設置獨立的GDS系統儀表。參與風險隱患排查與治理綜合檢查的人員分別為生產經理帶隊的專業技術序列和一線班組的操作序列，對重大危險源進行專項檢查，消除隱患。

4 綜合管理

空分裝置的安全運行也離不開各項綜合管理的持續開展鋼石空分裝置現場推行5S管理，杜絕現場“低老壞”“跑冒滴漏”現象。設備（含特種設備）管理按照中國石化煉化企業設備管理等文件和制度要求進行管理。關鍵機組設置有專門的檢修維護策略。同時建立設備缺陷臺賬，定期開展缺陷風險評估。現場管理方面設置了電子巡檢制度，引入MES生產執行系統和工藝管理平臺，做好設備維護和保養，動設備盤車、機泵試運、閥門調校、分析儀表校表等工作制定好周期性要求并執行。設置MOC變更系統，加強各類變更管理，定期組織變更項目回顧。定期培訓組織員工學習系統內外空分裝置的故障案例，做到舉一反三，定期開展空分裝置應急預案演練，提升一線班組的綜合應急能力。組織召開月度經濟分析會，結合中國石化空分裝置考評，定期開展技術經濟指標分析，與優秀企業對標[3]。

5 結語

綜上，簡要分析了《中國石化空分裝置運行管理指導意見（試行）》對鋼石氣體現狀及長周期安全運行的指導意義。新的安全生產法明確了管行業必須管安全，管業務必須管安全，管生產經營必須管安全。隨著新的安全法的全面推行，對空分裝置乃至整個行業的影響深遠。安全生產是化工長期連續生產的保障。企業是空分專業管理的責任主體，負責工藝運行、設備管理、質量管理，儲運銷售管理，全流程中體現主題責任。各級領導和管理人員要從系統安全、本質安全入手，加強專業管理，嚴格監督檢查，落實管理責任，積極與行業先進水平進行對標、追標，嚴格執行總部要求，進一步規范空分裝置運行管理，提升裝置的長周期運行水平。