液位控制與安全防范探討

趙亮

闡述了加強(qiáng)空分設(shè)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(shè)備液位控制的重要意義，提出了對(duì)空分設(shè)備進(jìn)行液位控制及安全運(yùn)行的對(duì)策措施。

空分設(shè)備；液位控制；安全防范

1.引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，石化、冶金、機(jī)械制造等領(lǐng)域得到飛速發(fā)展，空氣分離作為這些部門(mén)的重要生產(chǎn)裝置和重要的原料來(lái)源，仍然具有十分廣闊的應(yīng)用空間，隨著化工工業(yè)對(duì)其產(chǎn)量需求的不斷擴(kuò)大，對(duì)空分設(shè)備的設(shè)計(jì)、運(yùn)行等也提出了新的更高要求。由于空分設(shè)備所用的原料特殊、生產(chǎn)過(guò)程對(duì)設(shè)備的質(zhì)量等要求標(biāo)準(zhǔn)高，稍有疏忽就可能導(dǎo)致生產(chǎn)事故，甚至?xí)l(fā)空分設(shè)備爆炸。從近年來(lái)，全國(guó)的空分設(shè)備爆炸事故分析，大多是由于空分設(shè)備制造存在缺陷、操作違規(guī)和管理不正規(guī)等原因引起的，特別是空分主冷凝蒸發(fā)器中烴類物質(zhì)超標(biāo)、液位超標(biāo)引起的爆炸問(wèn)題十分常見(jiàn)，教訓(xùn)十分深刻。因此，搞好空分設(shè)備特別是雙層主冷設(shè)備的液位控制，抓好安全防范，對(duì)安全生產(chǎn)和提高生產(chǎn)綜合效益都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.深冷空分工藝原理

空分設(shè)備就是以空氣為原料，通過(guò)壓縮循環(huán)深度冷凍的方法把空氣變成液態(tài)，再經(jīng)過(guò)精餾而從液態(tài)空氣中逐步分離生產(chǎn)出氧氣、氮?dú)饧皻鍤獾榷栊詺怏w的設(shè)備?？辗衷O(shè)備基本結(jié)構(gòu)是雙層主冷結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過(guò)上、下主冷結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的液化，雙層主冷結(jié)構(gòu)如圖1所示。該結(jié)構(gòu)在進(jìn)行空氣分離時(shí)，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

深冷制氮的工藝原理：通過(guò)將空氣液化，根據(jù)氧和氮沸點(diǎn)不同達(dá)到分離。整個(gè)流程由空氣壓縮及凈化、空氣分離、液氮汽化組成?？諝饨?jīng)空氣過(guò)濾器清除灰塵和機(jī)械雜質(zhì)后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)，壓縮至所需壓力，然后送入空氣冷卻器，降低空氣溫度。再進(jìn)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?xì)浠衔?。凈化后的空氣進(jìn)入空分塔中的主換熱器，被返流氣體（產(chǎn)品氮?dú)?、廢氣）冷卻至飽和溫度，送入精餾塔底部，在塔頂部得到氮?dú)猓嚎战?jīng)節(jié)流后送入冷凝蒸發(fā)器蒸發(fā)，同時(shí)冷凝由精餾塔送來(lái)的部分氮?dú)?，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(chǎn)品出空分塔。由冷凝蒸發(fā)器出來(lái)的廢氣經(jīng)主換熱器復(fù)熱到約130K進(jìn)膨脹機(jī)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(jīng)消音器排入大氣。由空分塔出來(lái)的液氮進(jìn)液氮貯槽貯存，當(dāng)空分設(shè)備檢修時(shí)，貯槽內(nèi)的液氮進(jìn)入汽化器被加熱后，送入產(chǎn)品氮?dú)夤艿?。深冷制氮可制取純度≧99.999%的氮?dú)狻?/p>

深冷制氧的工藝原理與上述原理有相似之處：均是通過(guò)將空氣液化，根據(jù)氧和氮沸點(diǎn)不同達(dá)到分離。工藝流程復(fù)雜，設(shè)備較多，包括空氣壓縮系統(tǒng)，空氣預(yù)冷系統(tǒng)，空氣純化系統(tǒng)，膨脹機(jī)組，換熱系統(tǒng)和精餾塔等。需要在-160~-190℃低溫下操作。操作特點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)時(shí)間長(zhǎng)，一般在15~40小時(shí)，必須連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不能間斷運(yùn)行，短暫停機(jī)，恢復(fù)工況時(shí)間長(zhǎng)。維護(hù)特點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度高，維修保養(yǎng)技術(shù)難度大，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用高。占地面積大，廠房和基礎(chǔ)要求高，工程造價(jià)高。安裝周期長(zhǎng)，技術(shù)難度大，安裝費(fèi)用高。

3.液位控制重要性及其對(duì)策

空分裝置在穩(wěn)定工況時(shí)，裝置的產(chǎn)冷量與冷量消耗保持平衡，裝置內(nèi)各部位的溫度、壓力、液面等參數(shù)不隨時(shí)間而變化。這時(shí)主冷的液氧面也保持相對(duì)穩(wěn)定，雖然會(huì)有波動(dòng)，但不會(huì)有上升或下降的趨勢(shì)。當(dāng)裝置的冷損增大時(shí)，制冷量不足，使得進(jìn)下塔的空氣含濕量減少，在下塔頂部冷凝器中，需冷凝的氮?dú)饬吭黾?，主冷熱?fù)荷增大，相應(yīng)的液氧蒸發(fā)量也增加，液氧面下降；反之，如果制冷量過(guò)多時(shí)，空氣進(jìn)下塔的含濕量增大，在下塔頂部主冷凝器中，需冷凝的氮?dú)饬繙p少，相應(yīng)的液氧蒸發(fā)量也減少，液氧面就會(huì)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(lái)，因此，液位控制對(duì)于空分設(shè)備而言具有十分重要的意義。當(dāng)然，主冷液氧面是冷量是否平衡的主要標(biāo)志，但并不是唯一標(biāo)志。

通常情況下，當(dāng)下塔液空液位發(fā)生波動(dòng)時(shí)，液空液位LIC-1上漲，反映在V1閥逐漸自動(dòng)開(kāi)大的過(guò)程，V1閥最大開(kāi)度超過(guò)60%（正常開(kāi)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(guò)冷器后的溫度TI-5回升、精氬塔氬側(cè)的壓力升高、進(jìn)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(jī)組運(yùn)行好壞直接影響到后面工藝是否能正常生產(chǎn)，通過(guò)空壓機(jī)組的控制從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的控制?？刂频闹骶€為時(shí)間加以一些條件判斷進(jìn)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(jī)進(jìn)口流量，液氮計(jì)量罐液位也采全部用單回路控制，兩個(gè)儲(chǔ)槽壓力控制為單回路分程控制?？辗稚a(chǎn)的工藝比較復(fù)雜，由于空氣分離的過(guò)程為純物理反應(yīng)，沒(méi)有劇烈的反應(yīng)，故工況比較穩(wěn)定，單回路控制完全可以滿足系統(tǒng)要求。

4.空分設(shè)備安全運(yùn)行對(duì)策

液位是指密封容器或開(kāi)口容器中液體液面的高度。通過(guò)測(cè)量液位可以知道容器中原料、中間料或成品料的數(shù)量。通過(guò)控制液位來(lái)保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，如果液位失控，輕則會(huì)造成廢品，重則會(huì)造成重大傷亡事故。對(duì)于空分設(shè)備來(lái)講，液位控制與安全防范的意義十分重大，必須要采取切實(shí)可行的對(duì)策措施，確保萬(wàn)無(wú)一失。

空分設(shè)備精細(xì)化管理?？辗衷O(shè)備由于其生產(chǎn)過(guò)程及產(chǎn)品獨(dú)特，危險(xiǎn)性高，對(duì)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境要求較為苛刻，因此，必須要加強(qiáng)對(duì)空分設(shè)備的管理，采用精細(xì)化管理方案，搞好定期清洗，確保上主冷和下主冷各單元沒(méi)有附著物。強(qiáng)化對(duì)空分設(shè)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(chǎn)生安全威脅。要制定嚴(yán)格的空分設(shè)備操作、維護(hù)管理措施，加強(qiáng)對(duì)乙炔、甲烷、二氧化碳、氧化亞氮等相關(guān)雜質(zhì)的監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，堅(jiān)決杜絕違章作業(yè)，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

液體儲(chǔ)槽液位控制。液體儲(chǔ)槽液位是儲(chǔ)槽壓力的重要標(biāo)志，也是確保安全的一個(gè)重要指標(biāo)，必須要高度重視液體儲(chǔ)槽的液位。通過(guò)情況下，進(jìn)行液體裝填時(shí)，要嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)的操作規(guī)程進(jìn)行操作，液體充裝數(shù)量不能超過(guò)總?cè)莘e的九成，同時(shí)，要嚴(yán)禁關(guān)閉放空閥，防止發(fā)生過(guò)壓現(xiàn)象。對(duì)相關(guān)的設(shè)備必須進(jìn)行靜電接地，要盡可能采用相關(guān)的自動(dòng)報(bào)警裝置，以確保在發(fā)生潛在危險(xiǎn)時(shí)，能夠即時(shí)進(jìn)行報(bào)警，果斷采取行動(dòng)，減少相應(yīng)的危險(xiǎn)系數(shù)。

純化系統(tǒng)安全防范。分子篩是空分設(shè)備進(jìn)行氣體分離的重要裝置，分子篩的安全性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。對(duì)于分子篩，要保證進(jìn)氣平緩，以免由于氣流過(guò)大，導(dǎo)致分子篩粉化，而進(jìn)入主冷塔中，會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生阻塞，特別是對(duì)相關(guān)測(cè)量設(shè)施產(chǎn)生不良影響，給系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)埋下安全隱患。分子篩切換閥對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有十分重要的作用，如果一旦分子篩切換閥發(fā)生故障就會(huì)使空分設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生擾動(dòng)，很可能會(huì)造成系統(tǒng)故障，甚至?xí)?dǎo)致停車，所以必須選擇質(zhì)量可靠的分子篩切換閥，以保證切換閥工作的可靠性。對(duì)于分子篩切換閥的選擇，要盡可能選擇高品質(zhì)的密封閥，保持系統(tǒng)的密封性、抗腐蝕性，確保系統(tǒng)不出現(xiàn)泄漏。同時(shí)，要提高切換閥相關(guān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靈敏度，確保出現(xiàn)切換閥狀態(tài)失靈時(shí)，能夠及時(shí)報(bào)警，妥善進(jìn)行處理，確保系統(tǒng)安全。

增壓膨脹系統(tǒng)安全防范。增壓膨脹系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著十分重要的作用，對(duì)于傳統(tǒng)的增壓膨脹系統(tǒng)主要采用油壓容器，一般不配備氣囊，很容易產(chǎn)生氣體泄漏，從而使系統(tǒng)的壓力變小，因此，必須時(shí)常進(jìn)行充氣，以維持系統(tǒng)的壓力。同時(shí)，在進(jìn)行人工充氣時(shí)，由于工人素質(zhì)、操作水平的差異，也十分容易造成工作狀態(tài)的不穩(wěn)定。因此，在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐中，應(yīng)當(dāng)盡可能采用備有氣囊的油壓容器，或者采用輔助型油泵聯(lián)動(dòng)膨脹機(jī)，如果出現(xiàn)停車現(xiàn)象可能通過(guò)慣性帶動(dòng)輔助油泵轉(zhuǎn)動(dòng)可滿足膨脹機(jī)停車時(shí)潤(rùn)滑的需求。同時(shí)，為了確保增壓膨脹系統(tǒng)絕對(duì)安全，建議采用高位油箱，加強(qiáng)油泵密封性能的監(jiān)測(cè)，防止因密封失效而引發(fā)安全生產(chǎn)事故。

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，對(duì)空分產(chǎn)品的需求量不斷增加，在這種形勢(shì)下，加強(qiáng)空分設(shè)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(shè)備雙層主冷結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)，從液體儲(chǔ)槽液位控制、空壓機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行控制、純化系統(tǒng)安全防范、增壓膨脹系統(tǒng)安全防范等方面入手，提出了對(duì)空分設(shè)備進(jìn)行液位控制與安全防范的對(duì)策措施，以期對(duì)安全生產(chǎn)提供有益借鑒。

[1]孫石橋.鎮(zhèn)海煉化35000m~3/h空分設(shè)備工藝流程特點(diǎn)及運(yùn)行總結(jié)[J].深冷技術(shù)，2012.01

[2]曾永林，章小兵.18000m~3/h空分設(shè)備液氬貯存系統(tǒng)配管優(yōu)化改造[J].深冷技術(shù)，2012.01

[3]李燕坡.對(duì)空分裝置檢修作業(yè)安全的探討[J].石油化工安全環(huán)保技術(shù)，2012.01

[4]李玉霞，孫小波.下塔液空液位波動(dòng)原因分析及處理[J].設(shè)備管理與維修，2012.02

[5]江楚標(biāo)，陳明敏.內(nèi)壓縮空分流程及與常規(guī)流程的比較[J].深冷技術(shù)，1999.04

[6]王勝.乙炔對(duì)空分生產(chǎn)安全性影響分析及防范措施[J].湖南冶金，2002.03

[7]何鐵鋼,李雁翎,王海波.分子篩純化系統(tǒng)蒸汽加熱器泄漏故障的分析及預(yù)防[M]

[8]邊瑾.深冷技術(shù):故障處理.杭州:杭州出版社，2007