趙亮

闡述了加強空分設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，分析了空分設備液位控制的重要意義，提出了對空分設備進行液位控制及安全運行的對策措施。

空分設備；液位控制；安全防范

1.引言

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，石化、冶金、機械制造等領域得到飛速發(fā)展，空氣分離作為這些部門的重要生產(chǎn)裝置和重要的原料來源，仍然具有十分廣闊的應用空間，隨著化工工業(yè)對其產(chǎn)量需求的不斷擴大，對空分設備的設計、運行等也提出了新的更高要求。由于空分設備所用的原料特殊、生產(chǎn)過程對設備的質量等要求標準高，稍有疏忽就可能導致生產(chǎn)事故，甚至會引發(fā)空分設備爆炸。從近年來，全國的空分設備爆炸事故分析，大多是由于空分設備制造存在缺陷、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)器中烴類物質超標、液位超標引起的爆炸問題十分常見，教訓十分深刻。因此，搞好空分設備特別是雙層主冷設備的液位控制，抓好安全防范，對安全生產(chǎn)和提高生產(chǎn)綜合效益都具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2.深冷空分工藝原理

空分設備就是以空氣為原料，通過壓縮循環(huán)深度冷凍的方法把空氣變成液態(tài)，再經(jīng)過精餾而從液態(tài)空氣中逐步分離生產(chǎn)出氧氣、氮氣及氬氣等惰性氣體的設備?？辗衷O備基本結構是雙層主冷結構，該結構通過上、下主冷結構實現(xiàn)對空氣的液化，雙層主冷結構如圖1所示。該結構在進行空氣分離時，具有明顯的優(yōu)勢。

深冷制氮的工藝原理：通過將空氣液化，根據(jù)氧和氮沸點不同達到分離。整個流程由空氣壓縮及凈化、空氣分離、液氮汽化組成?？諝饨?jīng)空氣過濾器清除灰塵和機械雜質后進入空氣壓縮機，壓縮至所需壓力，然后送入空氣冷卻器，降低空氣溫度。再進入空氣干燥凈化器，除去空氣中的水份、二氧化碳、乙炔及其它碳氫化合物。凈化后的空氣進入空分塔中的主換熱器，被返流氣體（產(chǎn)品氮氣、廢氣）冷卻至飽和溫度，送入精餾塔底部，在塔頂部得到氮氣，液空經(jīng)節(jié)流后送入冷凝蒸發(fā)器蒸發(fā)，同時冷凝由精餾塔送來的部分氮氣，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)器出來的廢氣經(jīng)主換熱器復熱到約130K進膨脹機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。由空分塔出來的液氮進液氮貯槽貯存，當空分設備檢修時，貯槽內的液氮進入汽化器被加熱后，送入產(chǎn)品氮氣管道。深冷制氮可制取純度≧99.999%的氮氣。

深冷制氧的工藝原理與上述原理有相似之處：均是通過將空氣液化，根據(jù)氧和氮沸點不同達到分離。工藝流程復雜，設備較多，包括空氣壓縮系統(tǒng)，空氣預冷系統(tǒng)，空氣純化系統(tǒng)，膨脹機組，換熱系統(tǒng)和精餾塔等。需要在-160~-190℃低溫下操作。操作特點：啟動時間長，一般在15~40小時，必須連續(xù)運轉，不能間斷運行，短暫停機，恢復工況時間長。維護特點是設備結構復雜，加工精度高，維修保養(yǎng)技術難度大，維護保養(yǎng)費用高。占地面積大，廠房和基礎要求高，工程造價高。安裝周期長，技術難度大，安裝費用高。

3.液位控制重要性及其對策

空分裝置在穩(wěn)定工況時，裝置的產(chǎn)冷量與冷量消耗保持平衡，裝置內各部位的溫度、壓力、液面等參數(shù)不隨時間而變化。這時主冷的液氧面也保持相對穩(wěn)定，雖然會有波動，但不會有上升或下降的趨勢。當裝置的冷損增大時，制冷量不足，使得進下塔的空氣含濕量減少，在下塔頂部冷凝器中，需冷凝的氮氣量增加，主冷熱負荷增大，相應的液氧蒸發(fā)量也增加，液氧面下降；反之，如果制冷量過多時，空氣進下塔的含濕量增大，在下塔頂部主冷凝器中，需冷凝的氮氣量減少，相應的液氧蒸發(fā)量也減少，液氧面就會上升。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，因此，液位控制對于空分設備而言具有十分重要的意義。當然，主冷液氧面是冷量是否平衡的主要標志，但并不是唯一標志。

通常情況下，當下塔液空液位發(fā)生波動時，液空液位LIC-1上漲，反映在V1閥逐漸自動開大的過程，V1閥最大開度超過60%（正常開度一般在50%）。繼而氬餾份量增加、粗氬塔底部液位上漲、液空出過冷器后的溫度TI-5回升、精氬塔氬側的壓力升高、進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。

空分裝置中空壓機組運行好壞直接影響到后面工藝是否能正常生產(chǎn)，通過空壓機組的控制從而實現(xiàn)對液位的控制。控制的主線為時間加以一些條件判斷進行控制，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，增壓機進口流量，液氮計量罐液位也采全部用單回路控制，兩個儲槽壓力控制為單回路分程控制?？辗稚a(chǎn)的工藝比較復雜，由于空氣分離的過程為純物理反應，沒有劇烈的反應，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.空分設備安全運行對策

液位是指密封容器或開口容器中液體液面的高度。通過測量液位可以知道容器中原料、中間料或成品料的數(shù)量。通過控制液位來保證生產(chǎn)的正常進行，如果液位失控，輕則會造成廢品，重則會造成重大傷亡事故。對于空分設備來講，液位控制與安全防范的意義十分重大，必須要采取切實可行的對策措施，確保萬無一失。

空分設備精細化管理?？辗衷O備由于其生產(chǎn)過程及產(chǎn)品獨特，危險性高，對設備運行環(huán)境要求較為苛刻，因此，必須要加強對空分設備的管理，采用精細化管理方案，搞好定期清洗，確保上主冷和下主冷各單元沒有附著物。強化對空分設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。要制定嚴格的空分設備操作、維護管理措施，加強對乙炔、甲烷、二氧化碳、氧化亞氮等相關雜質的監(jiān)測，嚴格遵守操作規(guī)程，堅決杜絕違章作業(yè)，確保設備安全運行。

液體儲槽液位控制。液體儲槽液位是儲槽壓力的重要標志，也是確保安全的一個重要指標，必須要高度重視液體儲槽的液位。通過情況下，進行液體裝填時，要嚴格依據(jù)相關的操作規(guī)程進行操作，液體充裝數(shù)量不能超過總容積的九成，同時，要嚴禁關閉放空閥，防止發(fā)生過壓現(xiàn)象。對相關的設備必須進行靜電接地，要盡可能采用相關的自動報警裝置，以確保在發(fā)生潛在危險時，能夠即時進行報警，果斷采取行動，減少相應的危險系數(shù)。

純化系統(tǒng)安全防范。分子篩是空分設備進行氣體分離的重要裝置，分子篩的安全性能直接影響整個系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。對于分子篩，要保證進氣平緩，以免由于氣流過大，導致分子篩粉化，而進入主冷塔中，會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生阻塞，特別是對相關測量設施產(chǎn)生不良影響，給系統(tǒng)的運轉埋下安全隱患。分子篩切換閥對于系統(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)生故障就會使空分設備運行產(chǎn)生擾動，很可能會造成系統(tǒng)故障，甚至會導致停車，所以必須選擇質量可靠的分子篩切換閥，以保證切換閥工作的可靠性。對于分子篩切換閥的選擇，要盡可能選擇高品質的密封閥，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，要提高切換閥相關監(jiān)測系統(tǒng)的靈敏度，確保出現(xiàn)切換閥狀態(tài)失靈時，能夠及時報警，妥善進行處理，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)對系統(tǒng)的安全運行起著十分重要的作用，對于傳統(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，必須時常進行充氣，以維持系統(tǒng)的壓力。同時，在進行人工充氣時，由于工人素質、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，在實際的生產(chǎn)實踐中，應當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)動膨脹機，如果出現(xiàn)停車現(xiàn)象可能通過慣性帶動輔助油泵轉動可滿足膨脹機停車時潤滑的需求。同時，為了確保增壓膨脹系統(tǒng)絕對安全，建議采用高位油箱，加強油泵密封性能的監(jiān)測，防止因密封失效而引發(fā)安全生產(chǎn)事故。

在經(jīng)濟快速發(fā)展的今天，對空分產(chǎn)品的需求量不斷增加，在這種形勢下，加強空分設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，了解空分設備雙層主冷結構的主要優(yōu)點，從液體儲槽液位控制、空壓機系統(tǒng)運行控制、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，提出了對空分設備進行液位控制與安全防范的對策措施，以期對安全生產(chǎn)提供有益借鑒。

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