空氣分離設(shè)備清潔度控制工藝與檢驗(yàn)方法

馮德興 許劍波 梅應(yīng)虎

（液化空氣（杭州）有限公司 杭州 310015）

空氣分離設(shè)備清潔度控制工藝與檢驗(yàn)方法

馮德興 許劍波 梅應(yīng)虎

（液化空氣（杭州）有限公司 杭州 310015）

本文介紹了空氣分離設(shè)備清潔度的控制要求；結(jié)合工廠實(shí)踐，探討了空氣分離設(shè)備壓力容器和管道制作過(guò)程中清潔度的控制工藝和檢驗(yàn)方法。

空氣分離設(shè)備 壓力容器和管道 清潔度 控制工藝

空氣分離設(shè)備壓力容器和管道在制作過(guò)程中，除了應(yīng)滿足壓力容器相關(guān)法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)外，還必須重視清潔度的控制。這是因?yàn)椋涸S多空氣分離設(shè)備壓力容器、壓力管道的介質(zhì)是液氧、氣態(tài)富氧和氣態(tài)純氧（以下簡(jiǎn)稱“氧介質(zhì)”）；雖然氧介質(zhì)不屬于易爆介質(zhì)或爆炸危險(xiǎn)介質(zhì)[1-2]，但是它是極強(qiáng)的氧化劑，當(dāng)容器和管道內(nèi)存在一定量的可燃物并且聚集一定熱量時(shí)，可燃物就會(huì)燃燒，可能會(huì)引發(fā)壓力容器和管道的爆炸[3-5]。

1 空氣分離設(shè)備清潔度的控制要求

空氣分離設(shè)備是通過(guò)壓縮、純化和深冷方法將空氣變?yōu)橐夯諝?，并通過(guò)精餾方法再將液化空氣分離成氧、氮、氬和其他稀有氣體的成套設(shè)備[6-7]?？諝夥蛛x設(shè)備在制造過(guò)程中清潔度控制應(yīng)有嚴(yán)格要求，至少應(yīng)滿足JB/T 6896—2007《空氣分離設(shè)備表面清潔度》標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱“清潔度標(biāo)準(zhǔn)”）的基本要求。

清潔度標(biāo)準(zhǔn)的基本要求包括：不得有明顯的固體雜質(zhì)；表面應(yīng)干燥，不得殘留清洗液和水；比表面積大的規(guī)整填料表面油脂殘留量不得大于50mg/m2；比表面積小的氧介質(zhì)設(shè)備和零部件油脂殘留量不得大于125mg/m2；非氧介質(zhì)設(shè)備和零部件油脂殘留量不得大于500mg/m2[8]。

清潔度標(biāo)準(zhǔn)之所以有這些規(guī)定，是因?yàn)椋汗腆w雜質(zhì)、油脂、清洗液和水會(huì)影響空氣分離產(chǎn)品的純度；固體雜質(zhì)會(huì)引起流體通路阻塞從而影響設(shè)備工況，且固體雜質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)可能會(huì)聚集可以引起可燃物燃燒的熱量；油脂和固體雜質(zhì)中的有機(jī)物是可燃物，在氧介質(zhì)環(huán)境下，這些可燃物遇到熱量后極有可能發(fā)生燃燒甚至爆炸；空氣分離設(shè)備有大量的鋁質(zhì)零部件（如規(guī)整填料等），純鋁的金屬活性較強(qiáng)，當(dāng)鋁外層氧化膜遭到破壞，理論上鋁就可能與水發(fā)生反應(yīng)、生成具有爆炸危險(xiǎn)的氫氣[9]。

精餾塔是空氣分離設(shè)備的核心部件。下面結(jié)合工廠實(shí)踐，針對(duì)精餾塔在制作過(guò)程中清潔度控制工藝和檢驗(yàn)方法展開(kāi)探討。

2 精餾塔清潔度控制工藝

2.1 精餾塔內(nèi)件的清潔度控制工藝

1）精餾塔規(guī)整填料一般是由正反疊放的波紋鋁質(zhì)填料片組成的塔器內(nèi)件，它的空隙率高、比表面積大，是液化空氣精餾的核心部分[10]。規(guī)整填料是由規(guī)整填料生產(chǎn)線制作的。在生產(chǎn)線運(yùn)行過(guò)程中，添入一定劑量清洗劑并加熱至40～60℃的水，在洗滌箱內(nèi)對(duì)填料帶進(jìn)行噴淋洗滌；漂清箱的清潔水對(duì)填料帶進(jìn)行二次噴淋沖凈；洗凈的填料帶再經(jīng)過(guò)壓縮空氣和鼓風(fēng)機(jī)的除水和干燥。車(chē)間作業(yè)人員在每月清潔水箱和換水前，應(yīng)請(qǐng)檢驗(yàn)人員對(duì)生產(chǎn)線上已制作的填料片做清潔度檢驗(yàn)。

2）精餾塔分布器一般是由不銹鋼材質(zhì)焊制而成的塔器內(nèi)件。分布器制作后應(yīng)當(dāng)除盡焊渣、飛濺物、毛刺等，并用高壓熱水清洗機(jī)進(jìn)行全方位沖洗。開(kāi)始沖洗時(shí)，應(yīng)開(kāi)啟清洗劑開(kāi)關(guān)；洗滌數(shù)遍后采用清水沖凈；沖凈后將分布器懸空淋干，并用白布擦除水漬。檢驗(yàn)人員在對(duì)每只分布器進(jìn)行最終檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)做清潔度檢驗(yàn)。

2.2 精餾塔容器的清潔度控制工藝

1）精餾塔容器一般由不銹鋼板或鋁板分段制作而成；為保證焊接質(zhì)量，不銹鋼質(zhì)精餾塔縱環(huán)縫焊接前，應(yīng)清理坡口和距離坡口20mm范圍的內(nèi)外表面的氧化物、熔渣和油污等有害雜質(zhì)；鋁質(zhì)精餾塔縱環(huán)縫焊接前，應(yīng)清理坡口和距離坡口50mm范圍的內(nèi)外表面的氧化物、熔渣、油污等有害雜質(zhì)[11]。

2）每只精餾塔分段塔體安裝規(guī)整填料和分布器前，應(yīng)使用高壓熱水清洗機(jī)清洗，清洗方法與分布器清洗方法相同；在分段塔體清洗結(jié)束且安裝內(nèi)件前，應(yīng)請(qǐng)檢驗(yàn)人員做清潔度檢驗(yàn)。

3）在分段塔體內(nèi)安裝規(guī)整填料和分布器結(jié)束且塔體最后一道封閉環(huán)縫組對(duì)前，應(yīng)使用白布、異丙醇清潔劑擦拭分段塔體內(nèi)部，并請(qǐng)檢驗(yàn)人員做清潔度檢驗(yàn)。

2.3 精餾塔管道的清潔度控制工藝

1）精餾塔容器接管、壓力管道材質(zhì)一般是不銹鋼管或鋁管；管材管件在使用前應(yīng)放入含有清洗劑的清洗池內(nèi)浸泡，用壓縮空氣或泵攪拌池水，24h后取出并用高壓熱水清洗機(jī)沖凈，然后懸空淋干，必要時(shí)用白布擦除水漬；對(duì)于不便使用高壓熱水清洗機(jī)沖凈的小直徑管道（如：儀表管等），可采用在管道內(nèi)部使用不銹鋼絲拖拽白布的方法擦凈。

2）管道閥門(mén)在采購(gòu)時(shí)應(yīng)注明清潔度要求；在入庫(kù)驗(yàn)收時(shí)應(yīng)攜帶脫脂除油證明文件，檢驗(yàn)人員也應(yīng)做閥門(mén)清潔度的目視檢查；當(dāng)發(fā)現(xiàn)清潔度有疑問(wèn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)退給供應(yīng)商重做脫脂除油處理。

3）為保證焊接質(zhì)量，不銹鋼壓力管道焊接前，應(yīng)采用白布和異丙醇清潔劑擦拭，或采用角向磨光機(jī)打磨的方法，清理坡口和距離坡口大于等于10mm范圍的內(nèi)外表面的氧化物、油污、熔渣及其他有害雜質(zhì)；鋁管道焊接前，應(yīng)采用角向磨光機(jī)打磨的方法清理坡口和距離坡口大于等于50mm范圍的內(nèi)外表面的氧化物、油污、熔渣及其他有害雜質(zhì)[12]。

4）壓力管道安裝應(yīng)合理劃分自由管段和封閉管段[12]；自由管段的清潔可在焊縫探傷評(píng)片合格后進(jìn)行，自由管段清潔時(shí)可選擇用高壓熱水清洗機(jī)沖洗、用壓縮空氣吹掃或用白布擦拭的方法；封閉管段在首尾兩端確定尺寸、割除余量、坡口加工、待焊區(qū)域清理后，應(yīng)做與自由管段相同的清潔工作；預(yù)制的自由管段和封閉管段在清潔后應(yīng)及時(shí)使用外置塑料端蓋等做好管口封堵工作；已接管段（包括容器接管）、封閉管段和自由管段在進(jìn)行封閉組對(duì)前，應(yīng)請(qǐng)檢驗(yàn)人員做管道的清潔度檢驗(yàn)。

5）對(duì)于管道封閉組對(duì)焊接接頭的返修，如果缺陷不是在根部焊道上，則應(yīng)注意焊縫磨削深度，不要割穿焊縫，避免塵渣進(jìn)入管道內(nèi)。

6）因各種原因造成的、對(duì)已安裝且清潔完畢的管道端口（即固定口）進(jìn)行端面切割、坡口加工或待焊區(qū)域清理前，應(yīng)安裝內(nèi)置堵板，加工后應(yīng)使用白布和異丙醇清潔劑擦拭管道端口，并請(qǐng)檢驗(yàn)人員做清潔度檢驗(yàn)。

2.4 試驗(yàn)用壓縮空氣的清潔度控制工藝

精餾塔容器和管道的氣壓試驗(yàn)、泄漏試驗(yàn)[1，11，13]一般都需采用無(wú)油、干燥的壓縮空氣或氮?dú)猓蝗绻捎脡嚎s空氣，則在壓縮空氣管道上應(yīng)安裝壓力露點(diǎn)低于-40℃的微加熱再生干燥機(jī)和精密過(guò)濾器，使壓縮空氣能夠達(dá)到“2級(jí)固體污染物、2級(jí)水和3級(jí)油”的控制要求[14]。

3 精餾塔清潔度檢驗(yàn)方法

3.1 檢驗(yàn)方法

清潔度檢驗(yàn)的方法是：1）在明亮的燈光下，目視檢查待檢產(chǎn)品表面是否含有液態(tài)清洗液和水、固體雜質(zhì)殘留量是否符合要求；2）對(duì)于要求相對(duì)苛刻的規(guī)整填料表面油脂殘留量的檢驗(yàn)，應(yīng)使用油分濃度分析儀測(cè)試；3）對(duì)于分布器、分段塔體和壓力管道表面油脂殘留量的檢驗(yàn)，原則上可以采用油分濃度分析儀測(cè)試；為了減少多次復(fù)雜的測(cè)試工作，也可以采用定性的對(duì)比檢驗(yàn)方法：預(yù)先準(zhǔn)備幾塊油脂殘留量接近但未超過(guò)125mg/m2檢驗(yàn)實(shí)物，用白布擦拭實(shí)物表面，將擦拭后的白布制作成照片樣本，以此作為依據(jù)進(jìn)行對(duì)比檢驗(yàn)；在對(duì)比不清晰或有爭(zhēng)議時(shí)，仍需使用油分濃度分析儀測(cè)試。

3.2 檢驗(yàn)時(shí)的注意事項(xiàng)

清潔度檢驗(yàn)時(shí)還應(yīng)注意：檢驗(yàn)位置選取應(yīng)分布均勻、具有代表性；檢驗(yàn)位置一般不得少于3個(gè)且每個(gè)位置的檢驗(yàn)面積一般不得小于100mm×100mm；檢驗(yàn)位置應(yīng)該包括容易堆積固體雜質(zhì)、油脂、清洗液和水的部位，以及不易清洗的部位[8]；清潔度檢驗(yàn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)參見(jiàn)以上2.1～2.3的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上探討的精餾塔容器和管道的清潔度控制工藝和檢驗(yàn)方法，已運(yùn)用于某公司近20年的工廠實(shí)踐；該公司所有產(chǎn)品的持久安全運(yùn)行，印證了它們是可靠且有價(jià)值的；正是因?yàn)樗鼈兊膰?yán)格實(shí)施，才確保了空氣分離設(shè)備中易燃易爆氧介質(zhì)壓力容器和管道的安全運(yùn)行。另外，為防止非氧介質(zhì)設(shè)備（如：空氣純化器等）內(nèi)部固體雜質(zhì)、油脂、清洗液和水進(jìn)入氧介質(zhì)設(shè)備內(nèi)，非氧介質(zhì)設(shè)備在制造過(guò)程中，也應(yīng)做好相應(yīng)程度的清潔度控制。

[1] TSG R0004—2009 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[2] HG 20660—2000 壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險(xiǎn)程度分類(lèi)[S].

[3] 秦國(guó)明，高宏剛．空氣分離設(shè)備制造過(guò)程中的清潔度檢驗(yàn)[J]．化工裝備技術(shù)，2009，(3)：16-17.

[4] 許郁蒼．空分設(shè)備表面清潔度和脫脂清洗[J]．深冷技術(shù)，2003，(4)：46-49.

[5] EIGA IGC DOC 33/06/E Cleaning of equipment for oxygen service guideline[S].

[6] GB/T 10660—2008空氣分離設(shè)備術(shù)語(yǔ)[S].

[7] 許郁蒼．空分設(shè)備的清洗[J]．洗凈技術(shù)，2004，(8)：13-17.

[8] JB/T 6896—2007 空氣分離設(shè)備表面清潔度[S].

[9] 陳文婷，王程杰．鋁和水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J]．化學(xué)教育，2008，(5)：60-61.

[10] 練琳．填料塔在空分設(shè)備中的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J]．深冷技術(shù)，2013，(7)：9-12.

[11] GB 150.4—2011 壓力容器 第4部分：制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收[S].

[12] GB/T 20801.4—2006 壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道第4部分：制作與安裝[S].

[13] GB/T 20801.5—2006 壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道第5部分：檢驗(yàn)與試驗(yàn)[S].

[14] ISO 8573—1∶2010(E) Compressed air-part 1: Contaminants and purity classes[S].

Control Technologies and Inspection Methods
about Cleanliness of Air Separation Plants

Feng Dexing Xu Jianbo Mei Yinghu
(Air Liquide Global E&C Solutions Hangzhou CO., LTD. Hangzhou 310015)

In this paper, the control requirements of air separation plants’ cleanliness are introduced. Meanwhile, some control technologies and inspection methods about cleanliness of air separation plants’ pressure vessels and pipelines during manufacturing are discussed in combination of factory practices.

Air separation plants Pressure vessels and pipelines Cleanliness Control technologies

X933.4

B

1673-257X(2017)05-0081-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.05.018

馮德興(1961～)，男，大專，工程師，從事壓力容器設(shè)計(jì)與制造工作。

梅應(yīng)虎，E-mail: ying-hu.mei@airliquide. com。

2016-08-19）