探討煤化工空分裝置安全運行要點

侯海坡(河南能源化工集團洛陽永龍能化有限公司，河南 洛陽 471100)

0 引言

隨著煤化工企業(yè)在數(shù)量上增加以及規(guī)模的逐漸擴大，對空分裝置的安全運行有了更高的要求。但是在實際的煤化工空分裝置運行過程中，還存在一系列問題難以解決，比如，控制系統(tǒng)的安全問題、高壓低溫閥門問題等。并且其在運行中的效率并不高，對于能源的消耗比較高。這些問題的存在嚴重的影響了煤化工空分裝置的安全運行，因此，需要對空分裝置的安全運行要點進行分析，并且提出相應的措施來提高煤化工空分裝置安全運行的技術水平。

1 空氣分離的概念以及空分裝置運行的重要意義

空分是空氣分離的簡稱，空氣分離的主要意思是通過空氣中不同氣體所具備的物理性質，通過一系列技術手段將不同的空氣分離出來的過程。在空氣分離的過程中，不僅能夠分離出常見的氧氣以及氮氣，并且可以提取出一些氦氣以及氬氣等比較稀有氣體。

空氣分離對于煤化工產業(yè)是十分重要的，由于煤化工產業(yè)的不斷壯大，隨之煤化工裝置對于氧氣的需求量也日益增加?？諝夥蛛x裝置的運行能夠在很大程度上保障煤炭轉化率的提高，并且為煤化工產業(yè)實現(xiàn)生產目標提供必要的前提條件。在新形勢下，煤化工產業(yè)對于安全問題引起了高度重視，并且已經將其列為發(fā)展中的重中之重。因此，空分裝置的安全運行成為不可忽視的重要問題之一，為了保證煤化工產業(yè)的健康發(fā)展，必須要保證空分裝置的安全性，并且要提高空分裝置的穩(wěn)定性，使空分裝置的運行能夠滿足新時期煤化工產業(yè)對于安全防護的要求，達到煤化工產業(yè)的安全發(fā)展的生產目標[1]。

2 空氣分離的工藝流程

空氣分離的主要目的是分離出空氣中的氧氣來為煤化工產業(yè)所用，不同分離方法所對應的分離流程也是不同的。隨著我國目前空氣分離技術的不斷發(fā)展和完善，分離技術已經比較成熟，主要有以下幾種分離方法：

2.1 運用低溫精餾工藝進行空氣分離

煤化工空氣分離中的低溫精餾工藝是一種比較傳統(tǒng)的工藝，主要是運用低溫裝備下的深冷技術來進行分離。低溫精餾工藝分離的主要工作原理是把空氣進行壓縮以及膨脹降溫處理，然后使空氣進行液化，空氣中的氧以及氮等成分就會發(fā)生氣化溫度的差異，在除去相應的雜質后，根據(jù)空氣中不同成分沸點溫度的差異來進行空氣分離。在精餾塔中，運用精餾進行物質的傳熱功能，繼而分離出氧氣以及氮氣等所需要的產品。低溫精餾工藝的分離方法在目前的煤化工產業(yè)中是比較常見的一種分離方式，并且非常適用于大規(guī)模的煤化工產業(yè)，由于操作過程中成本較低，經濟性比較高，相比于其他空氣分離方法具有較多優(yōu)點，因此作為一種主要的空氣分離技術被廣泛應用于煤化工產業(yè)中。

2.2 運用薄膜滲透工藝進行空氣分離

薄膜滲透工藝也是一種比較常見的空氣分離工藝，但是其分離出來的氧氣含量相對于其他工藝來說較小，因此無法滿足大型煤化工產業(yè)對氧氣的需要，不適用大型化的煤化工企業(yè)。薄膜滲透工藝的分離方法主要的原理是擴散分離，運用比較薄型的有機膜，根據(jù)氧氣以及氮氣等不同氣體的分子滲透能力的差異，來對空氣中的氧、氮等成分進行過濾?？諝庵械臍怏w成分在過濾時的滲透能力差異導致氣體成分在穿透薄膜的速度產生不同，因此，根據(jù)這種方法來進行空氣分離。薄膜滲透工藝的分離方法裝置有點是相對比較簡單，操作起來也比較方便，最大的缺點是氧氣濃度偏低，制造氧氣的量比較小，在煤化工的空氣分離運用中的使用率較低。

2.3 運用變壓吸附工藝進行空氣分離

變壓吸附工藝進行空氣分離的主要工作原理是以空氣為原料，利用分子篩對空氣中的不同分子具有吸附性的特點，使空氣穿過具有分子篩的吸附塔。吸附劑的吸附容量是有一定的限制，在進行吸附時，對某一種分子達到相應的吸附量之后，吸附劑就會失去繼續(xù)吸附空氣分子的能力。在一定的壓力之下，通過一系列作用實現(xiàn)氧氣以及氮氣等氣體的分離。一般在運用變壓吸附工藝進行分離時，需要有兩個以上的吸附塔來交替使用，通過吸附塔的交替吸附等程序，來得到氧氣以及氮氣等產品，但是吸附劑是可以被處理之后重復使用的。運用變壓吸附工藝進行空氣分離的方法取得的氧氣濃度比較低，一般分離出來的氧氣濃度是93%左右，并且這種方法制造出來的氧氣量十分有限。因此對于煤化工企業(yè)來說，運用變壓吸附工藝進行的空氣分離適用于對氧氣濃度和氧氣量相對較低的項目上。

3 煤化工空分裝置運行中存在的主要問題

煤化工空分裝置在運行中的主要問題主要有幾個方面：首先，煤化工空分裝置的長時間的工作，造成空分裝置產生氣體的量無法得到設計的空氣產量能力；其次，煤化工企業(yè)各個車間對于氣體的用量是很難達到平衡的，因此在很大程度上影響了空分裝置的連續(xù)性以及穩(wěn)定性運行；最后，空分裝置的設備是屬于比較穩(wěn)定以及連續(xù)性的供應氣體的裝置，因此煤化工企業(yè)的各個車間的用氣量在后續(xù)應該也要保持相應的連續(xù)用氣狀態(tài)。但是通常情況下，煤化工企業(yè)的用氣狀態(tài)極不穩(wěn)定，比如，會出現(xiàn)大幅度或者小幅度的用氣行為，如果長時間和不穩(wěn)定用氣行為，不僅會對空分設備造成一定的損害和出現(xiàn)安全問題，并且還會極大的造成能源浪費，尤其是煤化工的工況反復出現(xiàn)變化時，這種情況更加嚴重。

4 煤化工空分裝置安全運行要點分析

4.1 要對煤化工空分裝置中氧氣的用量和規(guī)格進行確定

煤化工企業(yè)在工作過程中對于氧氣的需求量是比較大的，氧氣不僅是重要的氣化劑，并且還是反應原料。為了滿足煤化工企業(yè)對于氧氣的需要，首先需要對氧氣量進行確定，使氧氣量能夠保證煤氣化的進程，可以把氧氣量作為空分裝置的重要依據(jù)。在煤化工企業(yè)生產過程中，要確定氧氣的用量以及規(guī)模時，需要立足于煤氣化裝置，并且以其他的用氧裝置的用量為重要參考依據(jù)，可以運用疊加計算的方式來進行氧氣量以及規(guī)格。此外，還要在空分裝置設備運行過程中注意觀察，關注煤質的變化來進行調整，還要對用氧氣裝置的實際工作情況進行觀察，比如，可能會出現(xiàn)超負荷的情況?？傊獙傮w情況進行全面考慮，來確定煤化工裝置中氧氣的用量和規(guī)格，保證煤化工空分裝置的安全運行。

4.2 要對煤化工空分裝置中氮氣的能力以及規(guī)格進行確定

煤化工對于氮氣的用量是根據(jù)壓力等級來統(tǒng)計的，煤化工企業(yè)對于氮氣的使用規(guī)模的確定主要是通過以下方式：要對煤化工車間的氮氣用量提前進行大致預測，主要是參照輔助設施和生產裝置在平時中所用的氮氣量，要大致對不同裝置的氮氣運行特征進行掌握，并且了解不同裝置最大的使用頻率，然后進行計算。此外，還要對煤化工各個車間的氮氣使用量合理調配，為了最大程度的減少頻繁調整空氣設備的氮氣產量的情況發(fā)生，可以使氮氣的供應量在稍微不足的水平上下，可以用液氮汽化來進行補充供應。在實際情況的操作中，氮氣的含量是十分重要的，需要達到煤化工相關的要求標準，一般要求氮氣含量大于或者等于99.9%。

4.3 要比較內外壓縮流程的安全性

對空分裝置整體安全性的重視是不容被忽視的，是煤化工安全運行的要點。煤化工的空分裝置事故頻發(fā)的最主要原因就是由于主冷蒸發(fā)器的燃爆所引起的，這種情況下的事故危險性是非常大的。如果空分裝置的運行時間過長，那么空分裝置中主冷蒸發(fā)器中存在的液氧含量就會發(fā)生濃縮變化，直接導致空分裝置很可能的出現(xiàn)安全危險問題。對此，煤化工企業(yè)對于外壓縮空分裝置中的危險性采取措施進行預防是不容被忽視的，要最大程度上的避免主冷器中的氣體由于時間過久導致積累而產生的溢出現(xiàn)象。一方面要保證含氧量的排放要科學合理有效以及持續(xù)性；另一方面要以減少碳氫化物為目的。此外，空分裝置中的內壓縮流程的所有氧的來源主要是液氧氣化，空分裝置主冷蒸發(fā)器中所產生的液氧通常會被大量的排除，因此碳氫化合物不容易在主冷蒸發(fā)器中聚集，為設備的安全運轉提供了良好的條件。

4.4 空分裝置與氣化爐的匹配

在空分裝置中，氣化爐是氧氣的主要消耗場所，因此在空分裝置的總體設計中，保證與氣化爐的高度匹配是至關重要的，是影響空分裝置正常運轉的重要因素。首先，可以對國內或者國外單套空分設備的最大值制造的氧氣量作為重要參考依據(jù)；其次，需要與氣化爐的相關系列數(shù)接起來，實現(xiàn)兩者最大程度的匹配。在目前我國的煤化工企業(yè)中，從供需關系的層面來考慮，一般是一臺空分設備需要多臺氣化爐相對應。如果從管道配置情況層面來考慮，空分裝置中的配置方案、氧氣管道系統(tǒng)的聯(lián)結等都是相關聯(lián)的，應該從整體的情況綜合來考慮。

4.5 加強煤化工的組織化管理

煤化工的生產不同于其他產業(yè)的生產，具有連續(xù)性的特點。通過實踐調查研究發(fā)現(xiàn)，把煤化工的安全管理模式網(wǎng)格化是比較可行的，并且安全管理效果較好。要把安全管理模式滲透在煤化工的各個工作環(huán)節(jié)，建立健全的安全組織管理模式，形成完善的安全管理系統(tǒng)。首先，要安排專門工作人員來負責輪流在晝夜進行安全管理，使安全管理模式時刻都能發(fā)揮有效作用；其次，要把煤化工空分裝置安全運行的責任落實到人，對區(qū)域進行劃分，使每一個特定的區(qū)域都可以有專門的管理人員進行負責，在遇到不能解決的問題時能夠及時跟蹤到具體安全管理人員，并且將問題反饋快速找出解決辦法，通過這種方法使安全管理工作可以有秩序、有紀律的進行，為煤化工的生產工作奠定堅實的基礎；總之，要在煤化工企業(yè)的各個環(huán)節(jié)加強組織化管理，保證空分裝置的安全運行[2]。

4.6 優(yōu)化設備

為了保證煤化工空分裝置的安全運行，需要對設備進行優(yōu)化。主要是氣化爐設備和空分設備的優(yōu)化，氣化爐和空分設備對于煤化工的項目來說是十分重要的，是重要的核心設備，時時刻刻都對煤化工有著關鍵性的作用。對于現(xiàn)階段我國的設備而言，雖然我國的氣化爐以及空分裝置設備獲得了較大的發(fā)展成績，但是這些設備在具體的應用中仍然存在一些問題尚未解決，比如，能耗較高、安全系數(shù)不高、工作效率較低等諸多問題。對此，要求在設備的生產環(huán)節(jié)要精益求精，尤其是對于設備的細節(jié)要詳細進行處理，要通過不斷的完善技術來改變設備工藝上存在問題?？傊?，目前對于設備的研制也是我國所要面臨的重要難題之一。

5 結語

綜上所述，煤化工空分裝置的安全運行是至關重要的。對此，要樹立安全管理意識，充分了解空分裝置的運行流程，積極引進先進的技術和工藝，使空分設備能夠安全運行并且達到提高生產收益的目的。