煤化工空分装置安全运行要点探讨

煤化工空分装置安全运行要点探讨

郭纪荣，李庆辉

聊城市鲁西化工工程设计有限责任公司 山东聊城 252000

摘要：在煤化工生产中，越来越多的企业采用空分装置生产氧气或氮气。因此，保证空分设备的安全运行和管理显得越来越重要。空分装置安全运行中的隐患在哪里，如何减少这些隐患，在安全管理中应采取哪些措施，笔者着重对煤化工空分装置的安全运行进行了相应的探讨，并提出了相应的解决办法。

关键词：煤化工空分装置安全运行

引言

气化炉和空分设备是煤化工项目的两大核心设备。但目前超大型空分设备存在一定的风险因素，如空压机、透氧器、增压器和高低温阀门等，运行过程能耗高，效率低，因此，本工程必须重视工程质量，通过切实措施提高安全指标。

1空气分离工艺流程简析

1.1简介

空气分离又被称为空分，是通过空气中的气体所具有的不同物理性质，把它们从中分离出来的过程，一般情况下，可以通过这一过程分离出氮气和氧气的同时，也可获取到氩气以及氦气等稀有气体。

1.2空气分离作用流程

空气分离装置的主要用途是将空气中的氧气分离出去，具体的实施方法有以下几类，分别是变压吸附法、低温精馏法和薄膜渗透法，不同的空气分离装置的流程不同。

变压吸附法是以空气为原料，利用分子筛的吸附能力使其在一定压力下，通过空气中氮、氧分子在分子筛表面的吸附差异，从而分离空气中的氮、氧。减压后，分子筛通过解吸再生，实现循环利用。变压吸附技术现阶段主要采用双吸附塔，利用控制系统，实现两塔交替动作，吸附和解吸，达到连续获取氮和氧的目的。

低温精馏法，是指在传统的低温情况下实现的深冷分离技术，这一工艺的原理是运用膨胀以及压缩进行降温，直到空气被液化，再根据氮、氧成分气化温度的不同，使空气分离，在精馏塔里，运用精馏实现“质”和“热”的传递，从而将氮气和氧气成分从液态的空气中分离出去，实现最终的氮和氧的获取。这种技术也是众多分离技术中使用较为普遍的分离法。

薄膜渗透法，这一技术运用的是扩散原理，简言之，是运用一种薄型的有机膜，通过空气中的不同气体所显现的渗透差异性，从而使得氮、氧过滤，最终实现氮、氧分离。

2空分装置的运行安全要点简析

2.1在运行过程中的要求

随着煤化工的生产规模不断扩大，对氧气的需求也在逐渐增多，那么利用煤气化装置来提取氧气就是目前面临的重要问题之一，因为无论运用哪一种工艺，要想获得最大程度的煤炭转化，都要通过大量氧的介入。据可靠的煤化工装置耗氧量统计数据显示，每年的成油产量可达到将近一百余万吨，运用Shell粉煤气化技术进行处理，对氧的使用量可到达到26万Nm3/h，甲醇每年的产量可以达到一百余万吨，采用GE水煤浆气化技术，对氧气的使用量可达到13万Nm3/h。根据以上的相关数据可以看出氧气在化工工程中的重要作用，要想使煤化工装置稳定且安全地工作，就要通过组合的方式综合利用多种空分装置。

2.2对空分装置设计的要求

要想确保空分装置运作时的安全性和稳定性，首先就要确保装置的产品规格和实际规模。

2.2.1确保规格以及氧气需求

在煤化项目运作的过程中，氧气是反应原料也是气化剂，所以，必然会加大对氧气的需求，可以将氧气量的多少作为空分装置的规模要求。在对氧气的用量以及规模进行统计时，最重要的是根据煤气化装置和它用氧装置的最多用量，去进行相应的计算，再与实际的运行过程相结合，通过用氧装置的实际负荷量以及煤质变化情况去系统地分析设计。此处要求氧气必须符合要求，通常情况下，氧含量应大于或等于99.6%。

2.2.2确定规格以及氮气需求

通过氮气的特性，依照实际的压力等级统计出氮气的用量，要想确定氮气规模，可以通过辅助设施在平时使用中的用量以及各个生产装置的依据，再通过分析不同装置的氮气运用特性以及最大用量频率等，从而获取正常用量以及主要用户的氮气最大用量之间的差值，将此作为基础，依据管线输送距离以及厂区面积等得出管网的损失。通常来讲，氮气的纯度要符合用户的使用需求，一般情况下，氮含量要大于或者等于99.9%。

2.3气化炉与空分装置的联系

在进行空分装置的设计时，一定要保证空分装置和气化炉的正确匹配方式。由于氧气的重要用户是气化炉，所以在使用空分装置时要综合考虑好与气化炉参数间的合理匹配。将国内外的空分设备的最大质量数值作为依据，但是实质上不具备生产能力以及运行业绩，那么，就要在掌握目前的空分设备的业绩后，具体与气化炉有效的系列数结合形成匹配，如果从管道的配置层面来讲，空分氧气母管设置、氧管道系统连接以及配置方案等均为互相联系的，应进行系统化考虑。仅从供需层面来讲，一套空分一般可与几台气化炉进行对应。

2.4对比内、外压缩流程的安全性

2.4.1内压缩流程与外压缩流程

外压缩也被称为常规空分流程，是在精馏塔底将氧气抽出之后，运用主换热器实行复热，再通过氧压机的作用压缩，从而达到用户的压力需求，最终进入至厂区的氧气管网。

内压缩流程是与外压缩流程相对应的，把液氧从主冷凝蒸发器里抽取出来，通过低温液氧对其实施压缩，达到用户要求的压力时再利用主换热器进行复热，最终将其送至厂区的氧气管网。

2.4.2对于安全性的要求

众所周知，氧气具有助燃的作用，如果对氧气施加过大的压力，它的温度会逐渐升高导致爆炸事故发生，形成潜在的危险。运行大型的氧压机以及氧气增压均由高速旋转的大叶轮实现压缩，而液氧泵在低转速和小转速下就可实现压缩，而高速的旋转可带来较大的氧气压力，由此可见，液氧压缩较气氧压缩安全系数高。

2.4.3优化设备

气化炉以及空分设备作为煤化工项目的核心设备，无时无刻不在起着关键的作用。虽说我国的气化炉以及空分设备也具备一定的业绩，但要对这些关键性的部件进行使用时，特别是大型以及特大型的空分配套增压机、空压机、控制系统、氮透、氧透等，仍存在诸多问题，像能耗高、安全系数低、稳定性差以及作业效率低。除此之外，相比传统的煤化工设备，新型的设备对技术的精度要求更高并且研制过程存在一定难度，这就需要在焊接、安装、制造以及运输的每个环节都要细致地完善技术上的不足从而解决存在的问题。在对设备进行研发的过程中，一定要秉持清洁、节水以及环保的宗旨，努力完善技术工艺上存在的不足，逐步研制出新型的设备。而气化炉与空分等相关设备也要实现机组集成化、大型化以及流程多样化的目标。大型空分设备中的高效率中压膨胀机、大型空气压缩机、大型离心式液体泵以及液体膨胀机等的研制更新也是当前实现的国产化重中之重。

3结语

以上分析和总结仅供参考。煤化工空分设备的安全运行管理方法远不止这些。科学发展的过程是永无止境的，人类对科学的探索也是永无止境的。要不断思考和总结，勇于吸收国内外先进技术和经验，在前人研究和发明的基础上，寻找新方法、探索新途径、解决新问题。只有这样，才能使我国煤化工空分装置的安全运行和管理走向进步和发展。

参考文献

侯海坡. 探讨煤化工空分装置安全运行要点[J]. 化工管理, 2020, No.569(26):132-133.

刘伟. 煤化工用空分装置安全运行管理探讨[J]. 大科技, 2013(5):193-194.

张艳红. 煤化工项目中空分装置设计及建设问题[C]// 中国化工学会学术年会. 2013.