煤化工空分裝置安全運行要點探討

王彥春

摘 要：現(xiàn)階段我國的經(jīng)濟不斷發(fā)展，煤化工產(chǎn)業(yè)也隨之逐步發(fā)展起來，不僅設(shè)備在不斷升級，裝置也在向規(guī)模化發(fā)展，而作為煤化工的項目配套核心部分，空分裝置的單套空分規(guī)模在不斷地擴大，且總規(guī)模也在逐漸加大，隨著對空分裝置需求的不斷重視，那么，它的安全運行就顯得十分重要，針對這一問題，筆者著重對煤化工空分裝置的安全運行進行了相應(yīng)地探討并提出了相關(guān)的解決措施。

關(guān)鍵詞：煤化工 空分裝置 安全運行

中圖分類號：TM919 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（c）-0025-02

氣化爐以及空分設(shè)備是煤化工項目中的兩個核心性的設(shè)備，但目前的特大型空分配套空壓機、氧透、增壓機以及高壓低溫閥門等，都存在一定的危險系數(shù)，并且在運行的過程中能耗高、效率低，所以這個項目在實施時一定要注重工作質(zhì)量并通過切實的措施來提升安全指數(shù)[1]。

1 空氣分離工藝流程簡析

1.1 簡介

空氣分離又被稱為空分，是通過空氣中的氣體所具有的不同物理性質(zhì)，把它們從中分離出來的過程，一般情況下，可以通過這一過程分離出氮氣和氧氣的同時，也可獲取到氬氣以及氦氣等稀有氣體。

1.2 空氣分離作用流程

空氣分離裝置的主要用途是將空氣中的氧氣分離出去，具體的實施方法有以下幾類，分別是變壓吸附法、低溫精餾法和薄膜滲透法，不同的空氣分離裝置的流程不同。

變壓吸附法，是將空氣作為原料，利用分子篩的吸附能力，使之在一定壓力的作用下，通過空氣中所含的氮、氧分子所處分子篩表面的吸附差異性，從而使得空氣中的氮、氧分離，在進行卸壓后，分子篩能以解吸的方式再生，從而達到循環(huán)利用。變壓吸附的技術(shù)在現(xiàn)階段所使用的主要是雙吸附塔，運用控制系統(tǒng)，實現(xiàn)兩塔交替作用、吸附以及解吸，達到連續(xù)獲取氮、氧的目的。

低溫精餾法，是指在傳統(tǒng)的低溫情況下實現(xiàn)的深冷分離技術(shù)，這一工藝的原理是運用膨脹以及壓縮進行降溫，直到空氣被液化，再根據(jù)氮、氧成分氣化溫度的不同，使空氣分離，在精餾塔里，運用精餾實現(xiàn)“質(zhì)”和“熱”的傳遞，從而將氮氣和氧氣成分從液態(tài)的空氣中分離出去，實現(xiàn)最終的氮和氧的獲取。這種技術(shù)也是眾多分離技術(shù)中使用較為普遍的分離法。

薄膜滲透法，這一技術(shù)運用的是擴散原理，簡言之，是運用一種薄型的有機膜，通過空氣中的不同氣體所顯現(xiàn)的滲透差異性，從而使得氮、氧過濾，最終實現(xiàn)氮、氧分離[2]。

2 空分裝置的運行安全要點簡析

2.1 在運行過程中的要求

隨著煤化工的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，對氧氣的需求也在逐漸增多，那么利用煤氣化裝置來提取氧氣就是目前面臨的重要問題之一，因為無論運用哪一種工藝，要想獲得最大程度的煤炭轉(zhuǎn)化，都要通過大量氧的介入。據(jù)可靠的煤化工裝置耗氧量統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，每年的成油產(chǎn)量可達到將近一百余萬噸，運用Shell粉煤氣化技術(shù)進行處理，對氧的使用量可到達到26萬Nm3/h，甲醇每年的產(chǎn)量可以達到一百余萬噸，采用GE水煤漿氣化技術(shù)，對氧氣的使用量可達到13萬Nm3/h。根據(jù)以上的相關(guān)數(shù)據(jù)可以看出氧氣在化工工程中的重要作用，要想使煤化工裝置穩(wěn)定且安全地工作，就要通過組合的方式綜合利用多種空分裝置[3]。

2.2 對空分裝置設(shè)計的要求

要想確保空分裝置運作時的安全性和穩(wěn)定性，首先就要確保裝置的產(chǎn)品規(guī)格和實際規(guī)模。

2.2.1 確保規(guī)格以及氧氣需求

在煤化項目運作的過程中，氧氣是反應(yīng)原料也是氣化劑，所以，必然會加大對氧氣的需求，可以將氧氣量的多少作為空分裝置的規(guī)模要求。在對氧氣的用量以及規(guī)模進行統(tǒng)計時，最重要的是根據(jù)煤氣化裝置和它用氧裝置的最多用量，去進行相應(yīng)的計算，再與實際的運行過程相結(jié)合，通過用氧裝置的實際負荷量以及煤質(zhì)變化情況去系統(tǒng)地分析設(shè)計。此處要求氧氣必須符合要求，通常情況下，氧含量應(yīng)大于或等于99.6%[4]。

2.2.2 確定規(guī)格以及氮氣需求

通過氮氣的特性，依照實際的壓力等級統(tǒng)計出氮氣的用量，要想確定氮氣規(guī)模，可以通過輔助設(shè)施在平時使用中的用量以及各個生產(chǎn)裝置的依據(jù)，再通過分析不同裝置的氮氣運用特性以及最大用量頻率等，從而獲取正常用量以及主要用戶的氮氣最大用量之間的差值，將此作為基礎(chǔ)，依據(jù)管線輸送距離以及廠區(qū)面積等得出管網(wǎng)的損失。通常來講，氮氣的純度要符合用戶的使用需求，一般情況下，氮含量要大于或者等于99.9%。

2.3 氣化爐與空分裝置的聯(lián)系

在進行空分裝置的設(shè)計時，一定要保證空分裝置和氣化爐的正確匹配方式。由于氧氣的重要用戶是氣化爐，所以在使用空分裝置時要綜合考慮好與氣化爐參數(shù)間的合理匹配。將國內(nèi)外的空分設(shè)備的最大質(zhì)量數(shù)值作為依據(jù)，但是實質(zhì)上不具備生產(chǎn)能力以及運行業(yè)績，那么，就要在掌握目前的空分設(shè)備的業(yè)績后，具體與氣化爐有效的系列數(shù)結(jié)合形成匹配，如果從管道的配置層面來講，空分氧氣母管設(shè)置、氧管道系統(tǒng)連接以及配置方案等均為互相聯(lián)系的，應(yīng)進行系統(tǒng)化考慮。僅從供需層面來講，一套空分一般可與幾臺氣化爐進行對應(yīng)。

2.4 對比內(nèi)、外壓縮流程的安全性

2.4.1 內(nèi)壓縮流程與外壓縮流程

外壓縮也被稱為常規(guī)空分流程，是在精餾塔底將氧氣抽出之后，運用主換熱器實行復熱，再通過氧壓機的作用壓縮，從而達到用戶的壓力需求，最終進入至廠區(qū)的氧氣管網(wǎng)。

內(nèi)壓縮流程是與外壓縮流程相對應(yīng)的，把液氧從主冷凝蒸發(fā)器里抽取出來，通過低溫液氧對其實施壓縮，達到用戶要求的壓力時再利用主換熱器進行復熱，最終將其送至廠區(qū)的氧氣管網(wǎng)。

2.4.2 對于安全性的要求

眾所周知，氧氣具有助燃的作用，如果對氧氣施加過大的壓力，它的溫度會逐漸升高導致爆炸事故發(fā)生，形成潛在的危險。運行大型的氧壓機以及氧氣增壓均由高速旋轉(zhuǎn)的大葉輪實現(xiàn)壓縮，而液氧泵在低轉(zhuǎn)速和小轉(zhuǎn)速下就可實現(xiàn)壓縮，而高速的旋轉(zhuǎn)可帶來較大的氧氣壓力，由此可見，液氧壓縮較氣氧壓縮安全系數(shù)高。

2.4.3 優(yōu)化設(shè)備

氣化爐以及空分設(shè)備作為煤化工項目的核心設(shè)備，無時無刻不在起著關(guān)鍵的作用。雖說我國的氣化爐以及空分設(shè)備也具備一定的業(yè)績，但要對這些關(guān)鍵性的部件進行使用時，特別是大型以及特大型的空分配套增壓機、空壓機、控制系統(tǒng)、氮透、氧透等，仍存在諸多問題，像能耗高、安全系數(shù)低、穩(wěn)定性差以及作業(yè)效率低。除此之外，相比傳統(tǒng)的煤化工設(shè)備，新型的設(shè)備對技術(shù)的精度要求更高并且研制過程存在一定難度，這就需要在焊接、安裝、制造以及運輸?shù)拿總€環(huán)節(jié)都要細致地完善技術(shù)上的不足從而解決存在的問題。在對設(shè)備進行研發(fā)的過程中，一定要秉持清潔、節(jié)水以及環(huán)保的宗旨，努力完善技術(shù)工藝上存在的不足，逐步研制出新型的設(shè)備。而氣化爐與空分等相關(guān)設(shè)備也要實現(xiàn)機組集成化、大型化以及流程多樣化的目標。大型空分設(shè)備中的高效率中壓膨脹機、大型空氣壓縮機、大型離心式液體泵以及液體膨脹機等的研制更新也是當前實現(xiàn)的國產(chǎn)化重中之重。

3 結(jié)語

在進行煤化工的生產(chǎn)時，要想使空分裝置安全作業(yè)，就要在保證安全意識的基礎(chǔ)上，充分地研究和了解空分裝置的實際運行流程，特別是合理把控內(nèi)外壓縮過程中的安全因素，從而實行空氣分離，積極地引進前沿的工藝和技術(shù)方法，不斷地升級更新裝置的更新，這樣才能促進項目運行過程中安全應(yīng)用裝置，從而確定煤化工的生產(chǎn)實施過程中選取適合且科學的壓縮方式，最終達到安全應(yīng)用裝置并最大程度地提高生產(chǎn)收益的目的。

參考文獻

[1] 郭震.煤化工空分裝置安全運行要點探討[J].低碳世界，2016，

16（18）：55-56.

[2] 賈沛.空分裝置在煤化工生產(chǎn)中的節(jié)能降耗和安全運行[J].

山西化工，2011，31（3）：67-69.

[3] 劉子軼.試論空分裝置在煤化工安全運行方面的選擇[J].化工管理，2015，26（25）：179.

[4] 毛漢云，呂遠.淺談空分裝置在煤化工安全運行方面的選擇[J].廣東化工，2014，41（11）：165，173.