中石化空分運行導(dǎo)則對鋼石氣體 空分裝置的指導(dǎo)意義

葛一楠

（武漢鋼鐵石化工業(yè)氣體有限公司，湖北 武漢 430085）

0 引言

武漢鋼鐵石化工業(yè)氣體公司（以下簡稱“鋼石氣體”）23 900 Nm3/h空分設(shè)備由中石化寧波工程公司設(shè)計，由杭氧制氧機集團有限公司生產(chǎn), 采用深度冷凍法空氣分離設(shè)備制取氧、氮、氬產(chǎn)品的內(nèi)壓縮流程。所產(chǎn)氧氣供中韓石化武漢公司環(huán)氧乙烷/乙二醇（EO/EG）裝置使用，氮氣供中韓武漢公司所有裝置使用，產(chǎn)能規(guī)模在中石化現(xiàn)有的35家內(nèi)壓縮型空分裝置中居于第28位。

隨著石油化工和煤化工行業(yè)大型化、園區(qū)集中化，以及空分裝備技術(shù)的快速進步，空分裝置大型化、集群化已成發(fā)展趨勢?？辗盅b置作為各類石油化工工藝流程的重要輔助系統(tǒng)，在全流程中的重要地位也更加凸顯，這對空分裝置的安全、穩(wěn)定、長周期運行提出更高的要求。2019年河南義馬空分裝置的“7·19”事故，暴露了國內(nèi)空分裝置管理中存在薄弱環(huán)節(jié)；中石化行業(yè)內(nèi)安慶石化等多套裝置空分也發(fā)生過泄漏，部分制氧機受周邊裝置排放影響，存在CO2和碳氫化合物穿透分子篩后在主冷聚集爆炸的風險?；谝陨媳尘?，《中國石化空分裝置運行管理指導(dǎo)意見》于2020年12月份由總部簽發(fā)并在石化行業(yè)各空分裝置推行。

《中國石化空分裝置運行管理指導(dǎo)意見（試行）》（以下簡稱“指導(dǎo)意見”）分總體要求、企業(yè)工作職責、裝置環(huán)境要求、安全間距、空分各單元管理要求、設(shè)備管理要求、現(xiàn)場管理共七章內(nèi)容，其中空分各單元管理要求又分空壓機組、預(yù)冷純化、換熱器、精餾塔、冷箱、液體儲存單元、涉氧管道等12個分項單元要求。意見下發(fā)后，對照相關(guān)內(nèi)容，鋼石氣體公司生產(chǎn)管理人員自查工藝、設(shè)備等方面問題?，F(xiàn)結(jié)合裝置的現(xiàn)狀，淺談《中國石化空分裝置運行管理指導(dǎo)意見》對本套空分裝置安全長周期安全運行的指導(dǎo)意義。

1 空分裝置選址環(huán)境要求

1.1 原料空氣質(zhì)量要求變化對工藝控制指標的影響

GB 16912—2008《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》對于空分制氧機的選址和原料空氣質(zhì)量做了要求（控制值如表1所示）。指導(dǎo)意見關(guān)于裝置環(huán)境要求條款明確指出，對吸風口處空氣中有害雜質(zhì)含量超標（控制值如表1所示）且無法避免時，處置措施為實時監(jiān)控分子篩出口、主冷凝蒸發(fā)器中碳氫及氮氧化物等雜質(zhì)的含量，當主冷凝蒸發(fā)器中碳氫及氮氧化物等雜質(zhì)超標時應(yīng)及時采取警戒、排放等措施直至停車等處置措施。

表1 空分裝置吸風口處空氣中雜質(zhì)允許極限含量

在制氧機實際運行過程中，原料空氣受周邊環(huán)境和裝置建設(shè)的影響不容忽視，鋼石氣體工藝管理指標根據(jù)初始設(shè)計數(shù)據(jù)制定，現(xiàn)行的工藝指標則是融合了GB 16912—2018《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》[1]《中國石化空分裝置運行管理指導(dǎo)意見》以及鋼石公司多年化驗監(jiān)控數(shù)據(jù)等綜合制定。其中二氧化碳含量，初始設(shè)計值為400 mg/L，根據(jù)近五年來每周監(jiān)測空壓機吸入口的CO2含量變化發(fā)現(xiàn)，其監(jiān)測值逐年升高，從建成初始的年平均420 mg/L升高至2021年的500 mg/L，個別時候?qū)⒔?00 mg/L。因此，該值在現(xiàn)行工藝指標的控制上放寬到600 mg/L。究其原因，與周圍化工園區(qū)內(nèi)近幾年不斷興建、投產(chǎn)和擴容的化工類企業(yè)有關(guān)。氧化亞氮也是需要在環(huán)境空氣及主冷凝蒸發(fā)器中需要重點監(jiān)控的有害雜質(zhì)，通過設(shè)置在主冷凝蒸發(fā)器的氧化亞氮分析儀2015年至2020年的在線監(jiān)控數(shù)據(jù)平均計算，該值相對穩(wěn)定，常年平均值＜0.12 mg/L。但分離單元在空分撤氣、保冷狀態(tài)下，需特別注意冷凝蒸發(fā)器內(nèi)的有害物質(zhì)上升情況。

1.2 原料空氣質(zhì)量要求變化對后續(xù)工藝程序的影響

原料空氣質(zhì)量變化影響初始設(shè)計時設(shè)備選型，還對后續(xù)空分各單元的工藝運行有著不可忽視的影響。

（1）對空氣壓縮機組的影響：空氣中的含塵量過多，會間接導(dǎo)致空壓機組導(dǎo)葉積碳，導(dǎo)致機組軸系平衡破壞，機組振動、位移等數(shù)據(jù)發(fā)生變化。鋼石氣體空氣過濾器按照定期維護頻次每年更換一次新濾芯，如空壓機設(shè)置在在多灰塵地區(qū)，則更換時間間隔要縮短。

（2）對純化系統(tǒng)影響：原料空氣中的有害雜質(zhì)的種類和數(shù)量越多，則對空氣凈化系統(tǒng)的要求越高。目前空分主流配置的分子篩吸附器所采用的吸附劑是活性氧化鋁和13X分子篩。這兩種吸附劑在正常狀態(tài)下均有較高的穩(wěn)定性。鋼石空分的純化系統(tǒng)采用UOP的APG-IIA型分子篩，自2013年至2020年4月連續(xù)使用了7年，超設(shè)計壽命2年。超限運行的主要原因有：一是分子篩狀態(tài)良好，床層平整，切換周期短；二是加工空氣負荷一直在80%運行，分子篩初始充裝的吸附裕量較多。

（3）對全浸式主冷凝蒸發(fā)器的影響：指導(dǎo)意見中，對于10 000 Nm3/h以上空分裝置要求安裝在線氣相色譜分析儀，連續(xù)監(jiān)測液氧或富氧液空中總烴及碳氫化合物的含量。鋼石空分液氧工藝指標根據(jù)2013年至2020年的ABB在線分析儀對主冷液氧中碳氫化合物分析數(shù)據(jù)的變化區(qū)間制定。ABB色譜儀可分別分析分子篩后空氣、主冷液氧及粗氬冷凝器的富氧液空三個流路樣氣中的碳氫化合物含量，相當于三個流路對應(yīng)一塊分析表，如想實現(xiàn)對上述三個流路的連續(xù)監(jiān)控，在線分析系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)需增加測量儀表或者增加離線分析的頻次，由每周一次改為每天一次對環(huán)境空氣質(zhì)量的分析。

空分設(shè)備主冷液氧中乙炔及其他碳氫化合物控制指標如表2所示。

表2 空分設(shè)備主冷液氧中乙炔及其他碳氫化合物控制指標

2 建構(gòu)筑物間安全間距的核實

重點核實空氣分離單元、特別是內(nèi)壓縮的液氧泵，低溫液氧儲存單元的建、構(gòu)筑物間安全間距，對照標準，鋼石空分裝置液氧儲罐、冷箱距離廠內(nèi)主要道路間距大于40 m，距離廠內(nèi)次要道路間距大于15 m。儲存單元：空分裝置內(nèi)操作室距離、空分分離單元、液氧儲罐的間距大于50 m，液氧儲槽與廠區(qū)內(nèi)構(gòu)建筑物的防火距離等均符合指導(dǎo)意見中的相關(guān)規(guī)定。但是內(nèi)壓縮流程液氧泵與主冷箱內(nèi)的分離裝置相連，未設(shè)置防護墻，現(xiàn)場與泵箱相連的電源控制柜內(nèi)設(shè)置有緊停按鈕，不符合指導(dǎo)意見中未設(shè)防護墻的液氧泵與緊急停泵按鈕之間距離不應(yīng)小于5 m的規(guī)定?，F(xiàn)場已有布局無法設(shè)置防護墻進行防爆隔離，經(jīng)公司技術(shù)委員會談?wù)?，決定對現(xiàn)場5臺液氧泵的緊急停車按鈕控制柜進行遷移，使其距離泵體≥5 m。

3 低溫液體生產(chǎn)和儲存單元的管理

3.1 冷箱專項安全

若冷箱內(nèi)有泄漏，直觀表現(xiàn)為夾層密封氣壓力升高或基礎(chǔ)溫度下降。冷箱內(nèi)泄漏量大小，輕則造成冷箱壓力升高甚至超壓鼓包，如果泄漏的是低溫液體或泄漏點離冷箱壁較近，輕則凍裂冷箱壁，造成珠光砂泄漏事故。重則引起設(shè)備管線移位、冷箱垮塌，若泄漏的液氧，可能會引發(fā)更嚴重的次生事故。部分冷箱內(nèi)泄漏問題可在試車及運行初期發(fā)現(xiàn)，一旦進入正式運行，珠光砂填充后冷箱內(nèi)泄漏，將存在巨大隱患，而日常工作中對空分冷箱的運行維護在很多制氧機上重視不夠，周期性檢查頻次不高，覆蓋內(nèi)容不夠。

指導(dǎo)意見5.8條款關(guān)于空分冷箱的運行維護內(nèi)容要求大、中型空分裝置應(yīng)配備冷箱視頻監(jiān)控，并將冷箱基礎(chǔ)溫度、夾層氣壓力信號接入DCS系統(tǒng)，實施在線監(jiān)測，冷箱夾層氣氧含量信號宜接入DCS系統(tǒng)。目前冷箱基礎(chǔ)溫度、夾層氣壓力信號等已接入DCS系統(tǒng)，實施了在線監(jiān)測，并通過安全提升專項技改在冷箱塔上及周邊增加16個高清攝像頭，實施視頻監(jiān)控。在工藝管理制度專門制定了高處巡檢制度，日常主要通過定期高處巡檢來實現(xiàn)對冷箱的管理維護。2020年5月份例行高處巡檢發(fā)現(xiàn)冷箱箱體結(jié)露、掛冰，綜合夾層密封氣含氧測定，判斷為氬塔粗氬冷凝器頂部管道V709閥泄漏，該閥位于冷箱+40 m的位置，泄漏位置介質(zhì)為富氧液空，公司經(jīng)研討后，果斷停機7天處理，杜絕帶病運行，防止事故發(fā)生。在檢修期間，對冷箱制定專項扒砂方案，停車加溫過程中，確保冷箱不超壓，防止次生事故[2]。

3.2 低溫液氧儲槽的管理

鋼石公司的液氧儲槽容積為1 000 m3，現(xiàn)有儲槽構(gòu)成公司四級重大危險源。重大危險源管理依照國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局40號令《危險化學品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》相關(guān)條款，實施安全風險隱患排查與治理綜合表，表中涵蓋了《中國石化空分裝置運行管理指導(dǎo)意見》多個條款內(nèi)容要求，包括設(shè)備本體、設(shè)備基礎(chǔ)、罐體腐蝕、安全附件、安全監(jiān)控裝備、液氧罐最大充裝量、液氧罐內(nèi)乙炔、碳氫化合物含量監(jiān)控、聯(lián)鎖系統(tǒng)、緊急切斷設(shè)備等檢查內(nèi)容。通過每周分析一次氧氣純度及碳氫化合物含量，控制乙炔含量應(yīng)小于0.1 mg/L，碳氫化合物含量應(yīng)小于500 mg/L。儲槽安裝有緊急切斷閥和重錘閥，確保一旦儲罐發(fā)生泄漏可快速切斷。后備罐區(qū)的液氮儲罐、液氬儲罐均參照液氧儲罐設(shè)置，同時儲罐周邊設(shè)置獨立的GDS系統(tǒng)儀表。參與風險隱患排查與治理綜合檢查的人員分別為生產(chǎn)經(jīng)理帶隊的專業(yè)技術(shù)序列和一線班組的操作序列，對重大危險源進行專項檢查，消除隱患。

4 綜合管理

空分裝置的安全運行也離不開各項綜合管理的持續(xù)開展鋼石空分裝置現(xiàn)場推行5S管理，杜絕現(xiàn)場“低老壞”“跑冒滴漏”現(xiàn)象。設(shè)備（含特種設(shè)備）管理按照中國石化煉化企業(yè)設(shè)備管理等文件和制度要求進行管理。關(guān)鍵機組設(shè)置有專門的檢修維護策略。同時建立設(shè)備缺陷臺賬，定期開展缺陷風險評估。現(xiàn)場管理方面設(shè)置了電子巡檢制度，引入MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)和工藝管理平臺，做好設(shè)備維護和保養(yǎng)，動設(shè)備盤車、機泵試運、閥門調(diào)校、分析儀表校表等工作制定好周期性要求并執(zhí)行。設(shè)置MOC變更系統(tǒng)，加強各類變更管理，定期組織變更項目回顧。定期培訓(xùn)組織員工學習系統(tǒng)內(nèi)外空分裝置的故障案例，做到舉一反三，定期開展空分裝置應(yīng)急預(yù)案演練，提升一線班組的綜合應(yīng)急能力。組織召開月度經(jīng)濟分析會，結(jié)合中國石化空分裝置考評，定期開展技術(shù)經(jīng)濟指標分析，與優(yōu)秀企業(yè)對標[3]。

5 結(jié)語

綜上，簡要分析了《中國石化空分裝置運行管理指導(dǎo)意見（試行）》對鋼石氣體現(xiàn)狀及長周期安全運行的指導(dǎo)意義。新的安全生產(chǎn)法明確了管行業(yè)必須管安全，管業(yè)務(wù)必須管安全，管生產(chǎn)經(jīng)營必須管安全。隨著新的安全法的全面推行，對空分裝置乃至整個行業(yè)的影響深遠。安全生產(chǎn)是化工長期連續(xù)生產(chǎn)的保障。企業(yè)是空分專業(yè)管理的責任主體，負責工藝運行、設(shè)備管理、質(zhì)量管理，儲運銷售管理，全流程中體現(xiàn)主題責任。各級領(lǐng)導(dǎo)和管理人員要從系統(tǒng)安全、本質(zhì)安全入手，加強專業(yè)管理，嚴格監(jiān)督檢查，落實管理責任，積極與行業(yè)先進水平進行對標、追標，嚴格執(zhí)行總部要求，進一步規(guī)范空分裝置運行管理，提升裝置的長周期運行水平。