危險(xiǎn)氣體對(duì)煤化工空分裝置安全的影響及對(duì)策

康躍進(jìn) 李世紀(jì)

（河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司煤化工項(xiàng)目空分廠，河南 濮陽(yáng) 457000）

空分工藝主要提取大氣中的氧、氮及稀有氣體，其產(chǎn)品用途范圍廣。但如今，化學(xué)、鋼鐵、電子、石油、化肥、制藥工業(yè)等生產(chǎn)過(guò)程中排放出的大量廢氣，已對(duì)當(dāng)今空分裝置安全生產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重的安全隱患，若不高度重視，后果將涉及人的生命、財(cái)產(chǎn)安全。本文從煤化工空分裝置安全生產(chǎn)的重要性、空分裝置周圍環(huán)境要求、主要常見危險(xiǎn)源分析與控制、關(guān)鍵設(shè)備操作注意事項(xiàng)、安全生產(chǎn)管理幾個(gè)方面進(jìn)行探討，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，以確?？辗止に嚢踩€(wěn)定運(yùn)行。

1 空分裝置的環(huán)境要求

過(guò)去對(duì)空分裝置安全運(yùn)行構(gòu)成威脅的有害氣體主要有CO2、CO、N2O 以及C2H2和CH4等碳?xì)浠衔铮–mHn），目前構(gòu)成大氣污染的有電子氣體、有機(jī)氣體、無(wú)機(jī)氣體和鹵碳類氣體等100 余種，在這些氣體中，有的理化特性近似于CO2、CO、N2O、CmHn等，而有的可直接對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，如含Cl-和PO43-、NH3、HCl、CH3SH、SO2、NO2和N2O3的氣體等。它們?cè)诘蜏丨h(huán)境中析出結(jié)晶并沉淀，使管道和通道堵塞并使碳?xì)浠衔餄饪s析出，形成“干蒸發(fā)”、“死端沸騰”，造成爆炸隱患。

為保證空分安全生產(chǎn)，對(duì)空壓機(jī)吸風(fēng)口空氣中烴類的可燃雜質(zhì)必須要加以限制，根據(jù)GB 16912—1997 其雜質(zhì)含量應(yīng)低于規(guī)定的允許極限含量[1]。空分裝置的原料空氣中的氣體組分根據(jù)所處的周邊環(huán)境不同，其組分有很大的不同。一般情況下，要求空氣中w（CO2）＜400×10-6，w（C2H2）≤1×10-6，w（CH4）≤3×10-6，w（H2S）≤0.5×10-6。但是，當(dāng)空分裝置處于工業(yè)區(qū)，特別是周邊有化工廠、焦化廠時(shí)，其不利于空分裝置安全運(yùn)行的微量有害氣體會(huì)大大超標(biāo)。所以，擬建空分裝置選址需要從以下幾個(gè)方面慎重考慮：

1）空壓機(jī)吸氣口盡量遠(yuǎn)離污染源；

3）考慮分子篩的裝填高度，使其凈化雜質(zhì)氣體的安全系數(shù)加大。分子篩選擇業(yè)內(nèi)知名廠家，不可圖便宜給正式投產(chǎn)帶來(lái)巨大損失或埋下隱患；

4）若環(huán)境酸堿性氣體較多，預(yù)冷系統(tǒng)宜采用水和空氣直接接觸式的換熱方式，以更有利于酸性氣體或雜志的清除，保護(hù)設(shè)備同時(shí)也延長(zhǎng)了空分安全運(yùn)行周期。

考慮到煤化工空分裝置本身就置身于化工廠區(qū)，所以一定要在裝置整體布局時(shí)，重點(diǎn)考慮空分裝置的位置，同時(shí)在開車時(shí)亦應(yīng)注意風(fēng)向等問(wèn)題。主要是由于煤化工系統(tǒng)裝置本身就是一套能源消耗型工藝，其在試運(yùn)營(yíng)或試生產(chǎn)期間大量的能源消耗轉(zhuǎn)變或生成的尾氣不斷排放在大氣中，若空分選址或布局不當(dāng)，勢(shì)必會(huì)給安全運(yùn)行帶來(lái)困難。如某煤化工企業(yè)，在后面的低溫甲醇洗工序CO2放空時(shí)，分子篩純化器CO2穿透床層，導(dǎo)致?lián)Q熱器阻塞。

2 常見危險(xiǎn)源分析及注意事項(xiàng)

為了保證空分設(shè)備安全生產(chǎn)運(yùn)行，應(yīng)經(jīng)常有效地檢測(cè)空氣及液氧中有害物質(zhì)（包括烴類、CO2、N2O，油等）的含量，并根據(jù)具體情況，在工藝操作方面采取一定措施，降低危險(xiǎn)物質(zhì)在系統(tǒng)裝置內(nèi)積聚含量。

2.1 總烴或總碳含量

液氧中碳?xì)浠衔锖勘仨殗?yán)格加以控制，并定時(shí)分析做好記錄，控制室需配在線分析儀供操作人員監(jiān)視。在檢測(cè)空氣及液氧中各種碳?xì)浠衔锖康耐瑫r(shí)，對(duì)危險(xiǎn)性最大的乙炔提出特殊的高要求，即要求監(jiān)測(cè)液氧中乙炔的含量。乙炔等碳?xì)浠衔镌谝貉踔泻繕O限控制如表1[2]。

表1 液氧中含量乙炔等碳?xì)浠衔锏目刂茦O限Tab 1 Control limit of hydrocarbon such as acetylene content in liquid oxygen

當(dāng)乙炔及碳?xì)浠衔锖窟^(guò)高時(shí)，應(yīng)采取以下措施解決：

1）盡快查明含量上升原因，如通過(guò)觀察大氣質(zhì)量、風(fēng)向、其他工藝參數(shù)對(duì)照、采取現(xiàn)場(chǎng)分析、檢查在線分析儀是否有誤等措施；

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2）增大液氧排放量，以降低碳?xì)浠衔锏任：怏w在主冷液氧中的濃縮，并觀察其他工況運(yùn)行是否正常；

3）檢查分子篩吸附器工作狀態(tài)及控制參數(shù)是否正常，為保證安全，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行確認(rèn)儀控閥切換及空氣入罐前疏水導(dǎo)淋噴水情況；

4）若以上措施沒有有效解決問(wèn)題，或者主冷乙炔等碳?xì)浠衔锖咳陨蠞q或居高不下，并已達(dá)到停車極限時(shí)，應(yīng)立即停車，排放全部液體，對(duì)空分設(shè)備進(jìn)行徹底加溫解凍。

2.2 氮氧化物含量

空氣中氮氧化物含量因污染而以每年0.2%～0.3%的速度增加，其中以N2O 對(duì)空分運(yùn)行影響較大，降低N2O 帶入空分設(shè)備顯得尤為重要。雖然N2O化學(xué)性質(zhì)不活潑，既不產(chǎn)生腐蝕也不會(huì)發(fā)生爆炸，但它的物理性質(zhì)對(duì)空分設(shè)備有危害作用。在空分裝置的壓力和溫度的條件下，它具有升華性質(zhì)，常壓下它的沸點(diǎn)為185 K，比N2、O2、Ar 的沸點(diǎn)都高，在氧氮分離過(guò)程中將濃縮于主冷液氧中，致使上塔底無(wú)法獲得高純度液氧和氣氧產(chǎn)品，且在液氧排放不充分時(shí)，N2O 在主冷中不斷積聚，當(dāng)液氧中的N2O 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50×10-6時(shí)，就會(huì)呈固態(tài)析出，阻塞主冷蒸發(fā)器通道。

清除空氣中N2O 方法最好的是尋得合適的分子篩吸附劑，將空氣中的H2O、CO2、C2H2、N2O 共吸附而清除。

2.3 油分含量

空分設(shè)備的特殊性不但要求原料氣潔凈無(wú)雜質(zhì)，對(duì)易燃易爆危險(xiǎn)源分析管理十分嚴(yán)格。尤其對(duì)工藝氣中油分的測(cè)量十分重視，一旦發(fā)現(xiàn)或者懷疑有油帶入塔，寧可停產(chǎn)也不冒險(xiǎn)作業(yè)，在操作中嚴(yán)格分析工藝氣中油含量，從以下幾方面監(jiān)護(hù)：

1）操作過(guò)程中要嚴(yán)格控制空氣壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油量及機(jī)組排氣溫度，定期吹除油水；

2）定期檢查預(yù)冷系統(tǒng)水質(zhì)，檢驗(yàn)其是否達(dá)標(biāo)，是否含油；

3）定期檢查空分設(shè)備附有油水分離的設(shè)備工作是否正常；

4）在生產(chǎn)或停產(chǎn)階段，只要有設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，要密切監(jiān)視膨脹機(jī)系統(tǒng)密封氣投運(yùn)情況，一旦發(fā)現(xiàn)密封氣壓力過(guò)低要及時(shí)停油泵。

5）檢修時(shí)，尤其介質(zhì)為氧氣、液氧流經(jīng)的管道閥門、法蘭墊片、指示儀表安裝要嚴(yán)格做好禁油管理，安裝使用前要嚴(yán)格進(jìn)行脫脂處理；

6）新建空分裝置，空分塔在安裝完畢投入使用前一定要進(jìn)行脫脂脫碳處理程序。

2.4 CO2含量

CO2的體積分?jǐn)?shù)約占大氣中成分的0.03%，當(dāng)溫度降至-78℃以下時(shí)，CO2會(huì)以固態(tài)形式（“干冰”）存在，干冰會(huì)凍結(jié)在換熱器通道中，嚴(yán)重時(shí)堵塞換熱通道，增大通道流動(dòng)阻力，使裝置不能正常運(yùn)行；而且CO2的凝結(jié)或凝固溫度和其他氣體一樣，也是隨著壓力的升高而升高。因此對(duì)降低進(jìn)入空分塔CO2含量極其重要。

3 關(guān)鍵設(shè)備操作注意事項(xiàng)

空分裝置主要由空氣預(yù)冷系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、增壓膨脹系統(tǒng)、高低壓板式換熱系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)組成。空分裝置處于煤化工整套流程的前端，一旦空分裝置出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)后工序影響極大，甚至造成后工序全部停車。因此需具體注意如下事項(xiàng)[3]：

1）預(yù)冷系統(tǒng)，監(jiān)視動(dòng)設(shè)備運(yùn)行正常，空冷塔底部液位可控，空氣出口溫度可控等；

2）純化系統(tǒng)，監(jiān)視程序切換運(yùn)行正常、注意蒸汽加熱器加熱溫度、經(jīng)常查看分子篩再生溫度趨勢(shì)、時(shí)刻監(jiān)視純化器出口CO2含量分析等工況確保在可控范圍之內(nèi)；

3）增壓膨脹及高低壓板式換熱系統(tǒng)，注意膨脹機(jī)增壓端與膨脹段振值變化、機(jī)組密封氣壓力是否正常、高板換熱器中部溫度變化情況等參數(shù)變化、熱端溫差變化情況，及時(shí)分析總結(jié)數(shù)據(jù)變化原因。

4 結(jié)束語(yǔ)

危險(xiǎn)氣體分析對(duì)空分裝置安全生產(chǎn)十分重要，隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，各種危害氣體成分也逐漸上升，只有不斷地探索、借鑒同行業(yè)成功經(jīng)驗(yàn)，吸收新的理念和技術(shù)，才能將空分裝置安全運(yùn)行管理做的更好。

[1]GB 16912—1997 氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程[S].

[2]毛紹融,朱朔元,周智勇.現(xiàn)代空分設(shè)備技術(shù)與操作原理[M].杭州：杭州出版社,2005.

[3]機(jī)械工業(yè)部.制氧工操作技能與考核[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1996.