實現(xiàn)化工廠氣體高效利用的措施

賀誠，白保安，孫少偉

(陜西北元化工集團股份有限公司化工分公司，陜西 榆林 719319)

0 引言

在我國經(jīng)濟快速發(fā)展的形勢下，化工作為與民生緊密相關的行業(yè)，更是獲得了持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的機遇。在化工生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會需要用到大量的工業(yè)氣體，如氧氣、氮氣等，因此化工廠空分氣體裝置是企業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的重要設備設施。實際生產(chǎn)中對空分裝置的運用會直接影響到氣體的純度以及生產(chǎn)設備生產(chǎn)安全性，并且與企業(yè)經(jīng)濟效益更是息息相關。所以本著生產(chǎn)安全的基本原則，實施科學的流程，對提升氣體空分效率、提升氣體質量具有重要的現(xiàn)實意義。為了保證空分氣體的合理使用，本文以陜西北元化工集團股份有限公司化工分公司的空分系統(tǒng)為例，對如何實現(xiàn)壓縮空氣、儀表氣、氮氣的高效利用，達到使用平衡進行闡述和分析。

1 空分氣體處理

1.1 生產(chǎn)原理

離心式空壓機是氣體空分的動力源，以空氣為原材料，以活性炭及碳分子篩為吸附劑，結合變壓吸附的原理，通過碳分子的多孔結構進行不同氣體的吸附，從而實現(xiàn)空氣中氧氣與氮氣的分離[1-2]。鑒于氧氣與氮氣在碳分子篩上的擴散程度的差異，活性炭可對空氣里的氧分子與氮分子進行篩選與分離。

空壓機通過旋轉的渦輪完成能量的轉換，轉子通過改變空氣的動能和壓力把空氣壓縮到壓力為0.6～0.8 MPa 的壓縮空氣。通過機后冷卻器后供給干燥機，另一路直接進入濕空氣罐到用戶，供給干燥機把壓縮空氣干燥成露點≤-40 ℃時方為合格，經(jīng)油氣分離器到儀表空氣儲罐及制氮機。制氮機的碳分子篩對氧和氮的分離作用主要是基于N2和O2在碳分子篩表面上的擴散速率不同, 氧的臨界直徑為2.8?,氮的臨界直徑為3?。利用碳分子篩對氧和氮在某一時間內吸附量的差別這一特性，由程序控制器按特定的時間程序，結合“加壓吸附-減壓解吸”的循環(huán)過程(變壓吸附過程)，完成氮、氧分離，從而在氣相中獲得含氧量≤2%的普通氮氣，另一路直接進入濕空氣罐輸送到用戶。

1.2 工藝流程

空氣由自潔式空氣過濾器濾掉固體塵粒，經(jīng)過減荷閥進入壓縮機主機壓縮并與潤滑油混合，與油混合的壓縮空氣經(jīng)排氣單向閥進入油氣分離器(兼作儲氣罐)進行油氣分離。經(jīng)過分離后的空氣通過最小壓力閥、氣冷卻器、水氣分離器，然后由供氣管送到壓縮空氣總管。從總管來的一部分壓縮空氣進入高效除油器，將空氣中夾帶的油污除去，然后進入冷凍式干燥器進行冷凍脫水，而后又進入精密過濾器除去液滴和粉塵[3]。再進入活性碳過濾器進行除臭，經(jīng)N2緩沖儲氣罐后進入制氮機，從制氮機出來的氧氣經(jīng)消聲器后排空，氮氣經(jīng)過粉塵精濾器進一步除去粉塵后進入氮氣儲氣罐。經(jīng)氮氣純度分析儀檢測后，不合格的氮氣經(jīng)消聲器排空，合格的氮氣送氮氣儲罐再送用戶使用系統(tǒng)。從總管來的一部分壓縮空氣進入高效除油器將壓縮空氣夾帶過來的油除去，然后進入微熱再生干燥器進行吸附脫水，再進入粉塵精濾器除去空氣中的粉塵送儀表空氣儲罐和壓縮空氣儲罐，最后送入用戶使用系統(tǒng)。

1.3 主要設備介紹

因為空氣當中含有大量的灰塵雜質等，如果空氣壓縮機長期處于高速運作中，如果不經(jīng)過處理的空氣直接進入空氣壓縮機，就很可能導致壓縮機的葉片、葉輪等出現(xiàn)較為嚴重的磨損或腐蝕，嚴重縮減機器的使用壽命。所以就需要采用空氣過濾器，先初步將空氣內部的灰塵以及雜質進行過濾[4-5]。因此，使用空氣過濾器的目的就是為了清除原料空氣中混合的大顆粒灰塵及雜質。其主要工作原理就是借助吸氣負壓，讓空氣經(jīng)過高效過濾筒，空氣中的灰塵等就會在重力、靜電等的作用下被截留，剩余的凈化空氣進入凈化室內。這一裝置能夠將空氣中過濾效率達到99.9%以上，充分達到過濾粉塵的目的[6]。

2 空分裝置日常維護

2.1 空氣壓縮機

2.1.1 正常運轉情況下的維護

(1)當進行設備初次安裝使用，或者維修以后再次進行啟動以前，一定要先脫開聯(lián)軸器，點動兩次，保證電動機的轉動方向與接筒上的標記方向相同，杜絕轉動方向相反的情況出現(xiàn)[7]；

(2)采用適宜的螺桿壓縮機專用油，避免使用與型號或牌號不匹配的潤滑油；

(3)當空壓機環(huán)境溫度高于40 ℃時，要使用通風裝置或者空調等方式及時降溫；

(4)空壓機組運轉時不能松動有關的壓力部件或者電控箱門；

(5)放油閥安裝在油池底端的機組，閥門順時針旋轉是放油，逆時針旋轉為緊閉，避免由于旋轉方向混亂造成螺紋損壞[8]；

(6)機組停機時，在按下停止按鈕以后機組停機會有一段時間的延遲，不是極為緊急的情況不建議使用緊急停車按鈕；

(7)一定要保證機組的排氣溫度比周圍環(huán)境的溫度高出40～50 ℃；

(8)針對水冷機組，在0 ℃以下的環(huán)境中停機后，需要將冷卻器底座上的旋鈕打開，防止設備凍裂；

(9)每天工作完成以后或者停機以前，一定要將冷凝水全部排放。

2.1.2 長期停機情況下的維護

(1)電器設施要保證保存完好；

(2)如果一旦出現(xiàn)故障，必須及時檢查及排除故障；

(3)停機以后應當把空壓機內部的油、氣冷卻器中的油與水全部排放完畢；

(4)在停機過程中，需要時常轉動壓縮機。當較長時間停機再次啟動使用之前，一定要進行全面檢查，確保全部的零部件、油分離器濾芯、油過濾器濾芯、空氣過濾器濾芯等能夠處于正常使用狀態(tài)[9]。長時間停用的空壓機恢復使用前需更換潤滑油，并且在更換潤滑油之后空轉設備0.5 小時以上。

2.1.3 常見故障及處理

(1)電氣故障燈亮，不能正常啟動：可能是保險絲燒斷、保護繼電器動作或啟動繼電器故障，或者電壓不足、電動機故障等原因。需要參考各項因素排除查找具體的問題原因，必要時及時聯(lián)系廠家進行處理，請專業(yè)的電氣維修人員更換損壞的部件。

(2) 運轉電流過高造成壓縮機跳閘：可能是由于電壓不足、排氣壓力過高、潤滑油不合規(guī)或油氣分離器濾芯堵塞等原因。要及時查看壓力數(shù)值、檢查潤滑油規(guī)格或者更換油氣分離器濾芯等，逐項排除可能的原因。

(3)運轉電流低于正常數(shù)值：如果是因為空氣消耗過大，就要及時檢測消耗量，并增加壓縮機運行數(shù)量；如果是因為空氣過濾器堵塞或者減荷閥運轉不正常，就要及時進行清潔與更換。

(4)空氣中含油量過高，造成潤滑油經(jīng)常性更換：要及時進行油面的檢查以及回油節(jié)流孔的檢查拆洗，并更換機油過濾器、油氣分離器濾芯、潤滑油等。

(5)排氣溫度低于正常值：可能是由于冷卻水量過大或者空載時間過長導致。針對冷卻水量過大的情況，要及時調整冷卻水出口閥；針對空載情況，則需要及時增加空氣消耗量，避免系統(tǒng)長時間空載。

(6)壓縮機不加載、無法空載或者氣量低于正常值：可能是因電磁閥、減荷閥、壓力閥等故障導致。進行相應部件故障的排除與更換，通過必要地拆洗、清潔等操作逐一排除故障。

2.2 氮氣平衡

2.2.1 生產(chǎn)正常時氣壓平衡

(1)空壓站崗位的工作人員應當定時巡檢，以保證制氮機處于滿負荷高速運轉的工作狀態(tài)。

(2) 依據(jù)置換的需求進行資源的合理分配及使用，避免多個裝置同時進行置換工作。

(3)乙炔公用裝置在保證料倉含乙炔合格的基礎上，要隨時進行氮氣閥門開度的調整。依據(jù)總管定量，對支管的配合進行互相調整，避免出現(xiàn)氮氣浪費的情況(氮氣：A 線2 000 Nm3/h 左右、B 線10 000 Nm3/h 左右)。

(4)在進行觸媒烘干操作的時候，要杜絕出現(xiàn)多臺同時開展的情況。

(5)避免固堿及硫酸裂解裝置間歇式充氮在氮氣壓力低的時候運用。

2.2.2 事故狀態(tài)下氮壓罐無壓力情況下平衡

不論是哪個崗位的員工都不允許隨意打開氮氣閥，避免出現(xiàn)系統(tǒng)內部介質之間的互躥。當有壓力的時候，要首先確保電解裝置氮氣、氫氣、氯氣系統(tǒng)能夠借助管道的壓力保壓，不能夠隨意使用氮氣、氯氣鈦管蒸汽內接或者生產(chǎn)水，避免造成著火。乙炔系統(tǒng)由乙炔氣柜保壓，原則上不允許使用氮氣，但是能夠依照實際狀況進行間歇使用的安排。電石料倉、干法各料倉內不允許使用氮氣[10]。進行合成轉化的系統(tǒng)依賴氣柜保壓，不能夠運用氮氣，精餾系統(tǒng)管道單體自壓保壓無需氮氣。聚合ESD 系統(tǒng)啟動使用高壓氮，無需低壓氮氣。

2.2.3 常見故障及處理

(1)高低壓開關的高壓端跳脫：可能是由于空氣進口溫度高于45 ℃或者冷凝器通風不足或環(huán)境溫度過高導致。要增加冷卻器，保證水溫滿足需求，清潔冷凝器，并運用通風或其他方式降低環(huán)境溫度[11]。

(2)高低壓開關的低壓端跳脫：可能是由于負荷不足、壓縮空氣長時間沒有流動、制冷劑不足或者干燥過濾器堵塞等原因。需要增加壓縮空氣流量和熱負荷，優(yōu)化通風狀況，進行制冷劑的補充或者干燥過濾器的更換等。

(3)蒸發(fā)器內部凝結水結冰，排水器長時間不排水，打開排污閥有冰粒吹出：可能是由于空氣流量大，熱負荷不足或者熱氣旁通閥未打開或損壞的原因，需增加壓縮空氣流量，或調整及更換熱氣旁通閥。

(4)露點儀檢測時露點溫度指示過高：需要通過改善壓縮空氣條件、關閉旁通閥、減少空氣處理量、清洗冷凝器、改善環(huán)境溫度或者增設冷卻器，降低進氣溫度等措施，逐一排查可能存在的問題。

(5)制氮機分子篩下沉：要及時添加碳分子篩；及時進行氮氣分析儀報警點的檢查，避免出現(xiàn)氮氣純度下限報警或氮氣長期放空不輸出[12]；調整出口流量以及供氣壓力，避免氮氣純度不合格。

2.3 儀表氣平衡

2.3.1 正常情況的日常平衡與檢查

(1)空壓站崗位人員要及時檢查干燥機的運行情況，保證儀表氣能夠正常供給，露點等各項指標正常；

(2)杜絕現(xiàn)場跑冒滴漏，閥門氣源管漏氣情況。由設備運維中心電儀組每季度組織專門檢修一遍，并定期檢查電解裝置、氯化氫裝置、聚合裝置氣源管質量；

(3)確保除塵器配件及脈沖正常，根據(jù)除塵器使用情況及時調整儀表氣使用量。

2.3.2 事故狀態(tài)下的平衡

當失電后立即要求各崗位關閉與進行事故處理無關的儀表氣手動閥及儀表閥氣源，防止儀表氣壓力低導致閥門失控，各工序根據(jù)自控閥事故狀態(tài)關閉儀表氣總閥。

(1)電解裝置：進槽陰陽極液自控閥DCS 在1 min內關閉，等現(xiàn)場手動閥關閉后可關閉氣源，其他充氮氣閥門、事故氯閥、氫氣放空閥、氯氫總管調節(jié)閥需保障用氣；

(2) 氯堿裝置：處理事故時氯堿高位槽下堿閥DCS 手動打開(該閥為氣關閥)；

(3)采鹵裝置：一次鹽水預處理到反應槽閥門需打開凱膜；

(4)氯化氫裝置供氣閥、事故氯閥、出酸閥聯(lián)鎖：停車后需保持狀態(tài)；

(5)固堿及硫酸裂裝置：立即停車，各儀表閥組禁止用氣；

(6)電石儲運裝置：立即關閉儀表氣源閥；

(7)乙炔干發(fā)裝置：立即關閉排渣手搖活門，關閉各活門氣缸氣源，保持氣缸狀態(tài)不變，隨后用鐵絲將活門氣缸固定；

(8)合成裝置：原料氣切斷閥聯(lián)鎖停車后關閉手動閥、充氮閥需保持狀態(tài)；

(9)聚合裝置：儀表氣壓力低于0.4 MPa 時，ESD系統(tǒng)切換為高壓氮。

2.3.3 常見故障及處理

(1) A、B 塔切換不正常：及時檢查是不是存在智能控制儀程序不對的問題；依照要求重新調整電磁閥接線端，修復或更換控制儀；進行電磁閥的故障排除與更換，檢查并排除是否存在膜切斷閥(或柱塞式切斷閥) 失靈或嚴重泄漏或者先導電磁閥外接線路故障、止回閥漏氣或卡死等問題；

(2)露點達不到要求：檢查是不是由于吸附劑不足或失效，并進行添加或更換；然后進行閥門及控制儀的檢查，將氣量調整至合理范圍；進行冷卻器冷卻效果的提升，避免出現(xiàn)進氣溫度過高的問題；降低消聲器出口高度，防止雨水進入消聲器；或者及時更換吸附劑，提高濾油效果等；

(3) 壓力降偏大(≥0.02 MPa)：可能是由于吸附劑破損嚴重、過濾器堵塞或者吸附劑超期或破碎成粉塵狀等原因，需要進行破損吸附劑的清除與補充、檢查并清理堵塞的過濾器、過篩或更換吸附劑等措施予以問題的處理。

2.4 壓縮空氣平衡

2.4.1 正常情況日常平衡與檢查

(1)空壓站：崗位人員要按時檢查空壓機運行狀態(tài)，保證負載在99%以上；

(2)采鹵裝置：鹽泥池攪拌使用壓縮空氣由熱電分公司供應，設定壓縮空氣壓力0.3 MPa，熱電供氣不足時使用公用裝置壓縮空氣閥門開度在10%以上時需匯報調度；

(3)乙炔濕發(fā)裝置：及時調整供水泥分公司的壓縮空氣量，保證乙炔壓縮空氣總管壓力在0.68 MPa以上；

(4)電解裝置：中和水池、鹽泥池、發(fā)生渣漿池壓縮空氣禁止隨意調大開度，特殊情況向調度匯報申請使用；

(5)嚴禁未經(jīng)審批隨意串接管線或接軟管使用。

2.4.2 事故狀態(tài)下平衡

當失電后立即要求各崗位關閉壓縮空氣閥門。

3 空分裝置安全管理

3.1 強化外部環(huán)境影響管控

鑒于外部環(huán)境中空氣質量對實際裝置運行狀況的影響，需要進行相應的安全運行防控管理。一是要盡量將空分裝置所用到的氣體與受到污染的氣體相分離，盡可能降低受污染氣體進入空分裝置的可能；二是要借助將空分裝置入口上風口的放射式，盡可能實現(xiàn)污染氣體的疏散；三是要充分考量空分裝置中分子篩的參數(shù)，更好地對空氣中雜質氣體進行分離。

3.2 強化員工使用培訓

在具體的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中應當不斷提升現(xiàn)有操作員工的安全理念與管理意識，在對員工實際工作過程中，要不斷進行有關操作的管理培訓，提升員工綜合能力素質。通過合理安全管控制度以及相關責任政策的制訂與落實，成立專門的培訓管理部門，對員工及時開展相關日常運行管理的培訓以及面對突發(fā)狀況的實際處理方式。

3.3 強化生產(chǎn)現(xiàn)場及過程管理

將對空分氣體運作的過程管理關鍵放到生產(chǎn)過程中，對具體運作過程中的人員以及設施進行管理。尤其是要重點關注過程中存在安全隱患較高的環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)過程中做好協(xié)調工作，保障各項生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性與有效性，避免安全隱患被忽視。借助定期內部日常維修工作，形成安全隱患的定期排查，確保化工廠內各項氣體的高效運用與安全。

3.4 常見的故障及解決措施

空分裝置正常工作情況下，要保障開放情況中的機組正常運轉，就必須關注潤滑油的運用。因為這一設施經(jīng)常會需要維持很多年的生產(chǎn)工作，因此需確保根據(jù)需求隨時能夠滿足生產(chǎn)的使用。一旦發(fā)現(xiàn)存在磨損，工作人員要首先檢查是不是出現(xiàn)了潤滑劑不足的情況，避免由于潤滑劑的不足造成的機器磨損，縮短設備的使用壽命。本著科學運用設施的理念，及時發(fā)現(xiàn)問題，對設備做到有效維修。對管道內的雜質可能導致的堵塞問題，要及時借助液體清潔劑實施管道清潔。如果出現(xiàn)管道老化，要及時更換。

4 結語

以上，本文針對化工廠如何高效利用置換氣體、動力氣體等生產(chǎn)用氣進行了詳細的分析，總的原則是保障生產(chǎn)穩(wěn)定運行，精準控制，確保供應量滿足用戶需要，實現(xiàn)化工廠用氣的高效利用。