空氣分離設備清潔度控制工藝與檢驗方法

馮德興 許劍波 梅應虎

（液化空氣（杭州）有限公司 杭州 310015）

空氣分離設備清潔度控制工藝與檢驗方法

馮德興 許劍波 梅應虎

（液化空氣（杭州）有限公司 杭州 310015）

本文介紹了空氣分離設備清潔度的控制要求；結合工廠實踐，探討了空氣分離設備壓力容器和管道制作過程中清潔度的控制工藝和檢驗方法。

空氣分離設備 壓力容器和管道 清潔度 控制工藝

空氣分離設備壓力容器和管道在制作過程中，除了應滿足壓力容器相關法規和技術標準外，還必須重視清潔度的控制。這是因為：許多空氣分離設備壓力容器、壓力管道的介質是液氧、氣態富氧和氣態純氧（以下簡稱“氧介質”）；雖然氧介質不屬于易爆介質或爆炸危險介質[1-2]，但是它是極強的氧化劑，當容器和管道內存在一定量的可燃物并且聚集一定熱量時，可燃物就會燃燒，可能會引發壓力容器和管道的爆炸[3-5]。

1 空氣分離設備清潔度的控制要求

空氣分離設備是通過壓縮、純化和深冷方法將空氣變為液化空氣，并通過精餾方法再將液化空氣分離成氧、氮、氬和其他稀有氣體的成套設備[6-7]。空氣分離設備在制造過程中清潔度控制應有嚴格要求，至少應滿足JB/T 6896—2007《空氣分離設備表面清潔度》標準（以下簡稱“清潔度標準”）的基本要求。

清潔度標準的基本要求包括：不得有明顯的固體雜質；表面應干燥，不得殘留清洗液和水；比表面積大的規整填料表面油脂殘留量不得大于50mg/m2；比表面積小的氧介質設備和零部件油脂殘留量不得大于125mg/m2；非氧介質設備和零部件油脂殘留量不得大于500mg/m2[8]。

清潔度標準之所以有這些規定，是因為：固體雜質、油脂、清洗液和水會影響空氣分離產品的純度；固體雜質會引起流體通路阻塞從而影響設備工況，且固體雜質運動時可能會聚集可以引起可燃物燃燒的熱量；油脂和固體雜質中的有機物是可燃物，在氧介質環境下，這些可燃物遇到熱量后極有可能發生燃燒甚至爆炸；空氣分離設備有大量的鋁質零部件（如規整填料等），純鋁的金屬活性較強，當鋁外層氧化膜遭到破壞，理論上鋁就可能與水發生反應、生成具有爆炸危險的氫氣[9]。

精餾塔是空氣分離設備的核心部件。下面結合工廠實踐，針對精餾塔在制作過程中清潔度控制工藝和檢驗方法展開探討。

2 精餾塔清潔度控制工藝

2.1 精餾塔內件的清潔度控制工藝

1）精餾塔規整填料一般是由正反疊放的波紋鋁質填料片組成的塔器內件，它的空隙率高、比表面積大，是液化空氣精餾的核心部分[10]。規整填料是由規整填料生產線制作的。在生產線運行過程中，添入一定劑量清洗劑并加熱至40～60℃的水，在洗滌箱內對填料帶進行噴淋洗滌；漂清箱的清潔水對填料帶進行二次噴淋沖凈；洗凈的填料帶再經過壓縮空氣和鼓風機的除水和干燥。車間作業人員在每月清潔水箱和換水前，應請檢驗人員對生產線上已制作的填料片做清潔度檢驗。

2）精餾塔分布器一般是由不銹鋼材質焊制而成的塔器內件。分布器制作后應當除盡焊渣、飛濺物、毛刺等，并用高壓熱水清洗機進行全方位沖洗。開始沖洗時，應開啟清洗劑開關；洗滌數遍后采用清水沖凈；沖凈后將分布器懸空淋干，并用白布擦除水漬。檢驗人員在對每只分布器進行最終檢驗時，應做清潔度檢驗。

2.2 精餾塔容器的清潔度控制工藝

1）精餾塔容器一般由不銹鋼板或鋁板分段制作而成；為保證焊接質量，不銹鋼質精餾塔縱環縫焊接前，應清理坡口和距離坡口20mm范圍的內外表面的氧化物、熔渣和油污等有害雜質；鋁質精餾塔縱環縫焊接前，應清理坡口和距離坡口50mm范圍的內外表面的氧化物、熔渣、油污等有害雜質[11]。

2）每只精餾塔分段塔體安裝規整填料和分布器前，應使用高壓熱水清洗機清洗，清洗方法與分布器清洗方法相同；在分段塔體清洗結束且安裝內件前，應請檢驗人員做清潔度檢驗。

3）在分段塔體內安裝規整填料和分布器結束且塔體最后一道封閉環縫組對前，應使用白布、異丙醇清潔劑擦拭分段塔體內部，并請檢驗人員做清潔度檢驗。

2.3 精餾塔管道的清潔度控制工藝

1）精餾塔容器接管、壓力管道材質一般是不銹鋼管或鋁管；管材管件在使用前應放入含有清洗劑的清洗池內浸泡，用壓縮空氣或泵攪拌池水，24h后取出并用高壓熱水清洗機沖凈，然后懸空淋干，必要時用白布擦除水漬；對于不便使用高壓熱水清洗機沖凈的小直徑管道（如：儀表管等），可采用在管道內部使用不銹鋼絲拖拽白布的方法擦凈。

2）管道閥門在采購時應注明清潔度要求；在入庫驗收時應攜帶脫脂除油證明文件，檢驗人員也應做閥門清潔度的目視檢查；當發現清潔度有疑問時，應及時退給供應商重做脫脂除油處理。

3）為保證焊接質量，不銹鋼壓力管道焊接前，應采用白布和異丙醇清潔劑擦拭，或采用角向磨光機打磨的方法，清理坡口和距離坡口大于等于10mm范圍的內外表面的氧化物、油污、熔渣及其他有害雜質；鋁管道焊接前，應采用角向磨光機打磨的方法清理坡口和距離坡口大于等于50mm范圍的內外表面的氧化物、油污、熔渣及其他有害雜質[12]。

4）壓力管道安裝應合理劃分自由管段和封閉管段[12]；自由管段的清潔可在焊縫探傷評片合格后進行，自由管段清潔時可選擇用高壓熱水清洗機沖洗、用壓縮空氣吹掃或用白布擦拭的方法；封閉管段在首尾兩端確定尺寸、割除余量、坡口加工、待焊區域清理后，應做與自由管段相同的清潔工作；預制的自由管段和封閉管段在清潔后應及時使用外置塑料端蓋等做好管口封堵工作；已接管段（包括容器接管）、封閉管段和自由管段在進行封閉組對前，應請檢驗人員做管道的清潔度檢驗。

5）對于管道封閉組對焊接接頭的返修，如果缺陷不是在根部焊道上，則應注意焊縫磨削深度，不要割穿焊縫，避免塵渣進入管道內。

6）因各種原因造成的、對已安裝且清潔完畢的管道端口（即固定口）進行端面切割、坡口加工或待焊區域清理前，應安裝內置堵板，加工后應使用白布和異丙醇清潔劑擦拭管道端口，并請檢驗人員做清潔度檢驗。

2.4 試驗用壓縮空氣的清潔度控制工藝

精餾塔容器和管道的氣壓試驗、泄漏試驗[1，11，13]一般都需采用無油、干燥的壓縮空氣或氮氣；如果采用壓縮空氣，則在壓縮空氣管道上應安裝壓力露點低于-40℃的微加熱再生干燥機和精密過濾器，使壓縮空氣能夠達到“2級固體污染物、2級水和3級油”的控制要求[14]。

3 精餾塔清潔度檢驗方法

3.1 檢驗方法

清潔度檢驗的方法是：1）在明亮的燈光下，目視檢查待檢產品表面是否含有液態清洗液和水、固體雜質殘留量是否符合要求；2）對于要求相對苛刻的規整填料表面油脂殘留量的檢驗，應使用油分濃度分析儀測試；3）對于分布器、分段塔體和壓力管道表面油脂殘留量的檢驗，原則上可以采用油分濃度分析儀測試；為了減少多次復雜的測試工作，也可以采用定性的對比檢驗方法：預先準備幾塊油脂殘留量接近但未超過125mg/m2檢驗實物，用白布擦拭實物表面，將擦拭后的白布制作成照片樣本，以此作為依據進行對比檢驗；在對比不清晰或有爭議時，仍需使用油分濃度分析儀測試。

3.2 檢驗時的注意事項

清潔度檢驗時還應注意：檢驗位置選取應分布均勻、具有代表性；檢驗位置一般不得少于3個且每個位置的檢驗面積一般不得小于100mm×100mm；檢驗位置應該包括容易堆積固體雜質、油脂、清洗液和水的部位，以及不易清洗的部位[8]；清潔度檢驗的時間節點參見以上2.1～2.3的要求。

4 結束語

以上探討的精餾塔容器和管道的清潔度控制工藝和檢驗方法，已運用于某公司近20年的工廠實踐；該公司所有產品的持久安全運行，印證了它們是可靠且有價值的；正是因為它們的嚴格實施，才確保了空氣分離設備中易燃易爆氧介質壓力容器和管道的安全運行。另外，為防止非氧介質設備（如：空氣純化器等）內部固體雜質、油脂、清洗液和水進入氧介質設備內，非氧介質設備在制造過程中，也應做好相應程度的清潔度控制。

[1] TSG R0004—2009 固定式壓力容器安全技術監察規程[S].

[2] HG 20660—2000 壓力容器中化學介質毒性危害和爆炸危險程度分類[S].

[3] 秦國明，高宏剛．空氣分離設備制造過程中的清潔度檢驗[J]．化工裝備技術，2009，(3)：16-17.

[4] 許郁蒼．空分設備表面清潔度和脫脂清洗[J]．深冷技術，2003，(4)：46-49.

[5] EIGA IGC DOC 33/06/E Cleaning of equipment for oxygen service guideline[S].

[6] GB/T 10660—2008空氣分離設備術語[S].

[7] 許郁蒼．空分設備的清洗[J]．洗凈技術，2004，(8)：13-17.

[8] JB/T 6896—2007 空氣分離設備表面清潔度[S].

[9] 陳文婷，王程杰．鋁和水反應實驗的改進[J]．化學教育，2008，(5)：60-61.

[10] 練琳．填料塔在空分設備中的應用現狀和發展趨勢[J]．深冷技術，2013，(7)：9-12.

[11] GB 150.4—2011 壓力容器 第4部分：制造、檢驗與驗收[S].

[12] GB/T 20801.4—2006 壓力管道規范 工業管道第4部分：制作與安裝[S].

[13] GB/T 20801.5—2006 壓力管道規范 工業管道第5部分：檢驗與試驗[S].

[14] ISO 8573—1∶2010(E) Compressed air-part 1: Contaminants and purity classes[S].

Control Technologies and Inspection Methods
about Cleanliness of Air Separation Plants

Feng Dexing Xu Jianbo Mei Yinghu
(Air Liquide Global E&C Solutions Hangzhou CO., LTD. Hangzhou 310015)

In this paper, the control requirements of air separation plants’ cleanliness are introduced. Meanwhile, some control technologies and inspection methods about cleanliness of air separation plants’ pressure vessels and pipelines during manufacturing are discussed in combination of factory practices.

Air separation plants Pressure vessels and pipelines Cleanliness Control technologies

X933.4

B

1673-257X(2017)05-0081-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.05.018

馮德興(1961～)，男，大專，工程師，從事壓力容器設計與制造工作。

梅應虎，E-mail: ying-hu.mei@airliquide. com。

2016-08-19）