國內大型80000Nm3/h空分工藝安全措施設計

劉衛(wèi)紅

(中鋼石家莊設計院,河北唐山 063000)

國內大型80000Nm3/h空分工藝安全措施設計

劉衛(wèi)紅

(中鋼石家莊設計院,河北唐山 063000)

本文介紹大型80000Nm3/h空分工藝安全措施設計。流程采用分子篩預凈化、增壓透平膨脹機制冷、規(guī)整填料塔無氫制氬的氧氣、氮氣外壓縮流程安全可靠、工況穩(wěn)定。針對流程設計安全措施、設備被采取的安全措施、壓力容器設備等方面分析,從如何安全設計和保障安全生產(chǎn)等方面,在同行業(yè)中具有參考指導意義。

大型空分 工藝安全 壓力容器

本文介紹空分裝置是一套小時生產(chǎn)80000Nm3氧氣的空分設備，屬于國內為數(shù)不多的大型空分項目。本裝置采用空氣深冷分離技術，即采用機械的方法，通過冷媒使純凈的壓縮空氣液化，利用氣體不同的沸點蒸餾使之分離，分別提取氧、氮和氬。工藝安全可以分為流程設計安全性措施、工藝設備安全性措施和壓力容器安全措施等方面，下面就逐一詳細闡述。

1 流程設計的安全性措施

流程采用分子篩預凈化、增壓透平膨脹機制冷、規(guī)整填料塔無氫制氬80000Nm3/h等級的氧氣、氮氣外壓縮流程，設計安全措施：

(1)空氣過濾系統(tǒng)：采用自潔式濾芯過濾，可在線更換濾芯，可靠性好，易維護，過濾效果好。

(2)空氣預冷系統(tǒng)：空氣冷卻塔采用填料塔，有足夠的操作彈性，還采用了氣流分布器、捕霧器。這種結構具有使空氣在塔內分布均勻，傳熱傳質效果良好，通過水洗能去除空氣中的部分有害雜質，防止分子篩中毒的特點。并且能充分分離空氣出冷卻塔后的水分，確保沒有水滴進入分子篩純化器，使其工作正常。

(3)空氣純化系統(tǒng)：分子篩純化器的設計采用了“雙層床”結構，使空氣進入分子篩床層前，水分被活性氧化鋁吸附，保護分子篩并使分子篩充分發(fā)揮其吸附CO2和CnHm的功效，純化器可將空氣中的CO2和H2O的含量脫除至1PPm，可以保證純化器對CO2和H2O的吸附、再生更為徹底。

(4)分餾塔冷箱系統(tǒng)：塔內管道的布置采用自補償形式。塔體及管道采用了鋁合金材料，上下塔是空分設備的心臟，其結構采用了填料塔和對流式篩板塔，具有有效流通面積大，精餾效果好的特點。主換熱器采用了大截面真空釬焊的鋁質板翅式換熱器。運行中汽化排放空中1%液氧，以防碳氫化合物的積聚。

(5)增壓透平膨脹機：該機器的關鍵技術在于保持膨脹機及增壓機高效率的同時，保證兩者之間的匹配性及變工況的適應性。同類機器在用戶現(xiàn)場使用過程中運轉穩(wěn)定可靠、效率高。

(6)采用先進的DCS計算機控制技術，可實現(xiàn)中控、機旁、就地一體化的控制，可有效的監(jiān)控整套裝置的生產(chǎn)過程。

表1 壓力容器一覽表

2 主要工藝設備采取的安全措施

(1)空氣過濾器：帶噴射、自動清洗控制裝置的除塵系統(tǒng)，用差壓變送器將差壓信號送至DCS，確保過濾空氣含塵雜質塵埃直徑≤1μm。

(2)離心式空氣壓縮機：對壓縮機的控制通過控制室的DCS自動完成正常運行和連鎖保護。DCS按步序對啟動操作進行監(jiān)控，在執(zhí)行完先前的控制后才可執(zhí)行下一步。壓縮機的就地柜設有正常起動和緊急停車按鈕，開車在現(xiàn)場完成，停車可在控制室也可在就地柜中完成。

(3)空冷塔：上部設水分離器和分離空間，防止水分夾帶進入分子篩吸附器。內置式的溢水器，既起到安全作用，又兼有氣封的作用。

(4)純化器：前端凈化分子篩吸附器為雙層床，第一層床采用吸水能力強的活性氧化鋁作吸附劑，主要吸附水分，保護第二層床；第二層床為分子篩，可較完全的吸附CO2和CnHm，去除水分。同時在吸附器出口設置CO2、水分在線監(jiān)測，信號引至DCS，濃度超標報警，自動倒換吸附器。

(5)分餾塔系統(tǒng)：冷箱內閥門連接均采用焊接結構，從而大大降低了工藝介質泄漏的概率；主冷凝蒸發(fā)器采用全浸入式結構，使主冷完全淹沒在液氧中，杜絕主冷凝蒸發(fā)器的“干蒸發(fā)”，采用特殊的防爆結構設計，翅片間拉開一定距離，防止接口處錯位造成的通道變窄，使碳氫化合物積聚，從而避免形成微爆的危險；保冷箱充氣使用返流污氮氣，壓力不超過5kPa，冷箱頂部設置呼吸筒，側面均布平衡盒，冷箱內上中下均布壓力及氣體濃度測點，信號引至DCS，這樣既能保證濕空氣不向冷箱內滲漏，更能有效防止冷箱超壓；保冷箱內設置溫度測點并引至DCS，隨時監(jiān)控深冷設備運行狀況。為保證安全運行，分餾塔設置殘液蒸發(fā)器。

(6)透平氧壓機：電機驅動。報警信號進入主控室DCS系統(tǒng)；氧壓機機旁柜設有正常起動和緊急停車按鈕，開車在現(xiàn)場完成，停車可在控制室也可在就地盤中完成。透平氧壓機設有緊急充氮裝置，與檢測信號連鎖動作。

3 壓力容器安全措施

嚴格執(zhí)行《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》(2009版)的有關規(guī)定，執(zhí)行《鋼制壓力容器》GB150-2011國家標準。項目涉及的壓力容器名稱、數(shù)量、類別、制造材質以及主要安全附件見表1。

4 結語

空分裝置設計工藝安全措施是保障整個項目安全穩(wěn)定運行的關鍵措施，設計采取的各項安全對策和措施，能夠保障人身及設備的安全，在各項安全操作規(guī)程和各種規(guī)章制度的保障下，從業(yè)人員的安全、健康，生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定可以得到有效保障。

[1]《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關氣體安全規(guī)程》GB16912-2008,中鋼集團武漢安全環(huán)保研究院起草,2009-10實施.

[2]《大中型空氣分離設備》JB/T 8693-1998第6.2.8節(jié),中華人民共和國機械工業(yè)部,1998年3月19日發(fā)布.

[3]《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》TSG R0004-2009特種設備安全技術規(guī)范TSG特種設備安全技術規(guī)范,中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布.2009年8月31日.

[4]《壓力容器》GB150-2011,中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局、國家標準化管理委員會發(fā)布,2012年3月1日實施.

劉衛(wèi)紅(1978.9—),女,漢族,籍貫：河北保定雄縣,本科,學士,工程師,2003年7月畢業(yè)于河北理工學院測控技術與儀器專業(yè),從事空分工程設計和項目前期報告編制工作十余年。