国内大型80000Nm3/h空分工艺安全措施设计

刘卫红

(中钢石家庄设计院,河北唐山 063000)

国内大型80000Nm3/h空分工艺安全措施设计

刘卫红

(中钢石家庄设计院,河北唐山 063000)

本文介绍大型80000Nm3/h空分工艺安全措施设计。流程采用分子筛预净化、增压透平膨胀机制冷、规整填料塔无氢制氩的氧气、氮气外压缩流程安全可靠、工况稳定。针对流程设计安全措施、设备被采取的安全措施、压力容器设备等方面分析,从如何安全设计和保障安全生产等方面,在同行业中具有参考指导意义。

大型空分 工艺安全 压力容器

本文介绍空分装置是一套小时生产80000Nm3氧气的空分设备，属于国内为数不多的大型空分项目。本装置采用空气深冷分离技术，即采用机械的方法，通过冷媒使纯净的压缩空气液化，利用气体不同的沸点蒸馏使之分离，分别提取氧、氮和氩。工艺安全可以分为流程设计安全性措施、工艺设备安全性措施和压力容器安全措施等方面，下面就逐一详细阐述。

1 流程设计的安全性措施

流程采用分子筛预净化、增压透平膨胀机制冷、规整填料塔无氢制氩80000Nm3/h等级的氧气、氮气外压缩流程，设计安全措施：

(1)空气过滤系统：采用自洁式滤芯过滤，可在线更换滤芯，可靠性好，易维护，过滤效果好。

(2)空气预冷系统：空气冷却塔采用填料塔，有足够的操作弹性，还采用了气流分布器、捕雾器。这种结构具有使空气在塔内分布均匀，传热传质效果良好，通过水洗能去除空气中的部分有害杂质，防止分子筛中毒的特点。并且能充分分离空气出冷却塔后的水分，确保没有水滴进入分子筛纯化器，使其工作正常。

(3)空气纯化系统：分子筛纯化器的设计采用了“双层床”结构，使空气进入分子筛床层前，水分被活性氧化铝吸附，保护分子筛并使分子筛充分发挥其吸附CO2和CnHm的功效，纯化器可将空气中的CO2和H2O的含量脱除至1PPm，可以保证纯化器对CO2和H2O的吸附、再生更为彻底。

(4)分馏塔冷箱系统：塔内管道的布置采用自补偿形式。塔体及管道采用了铝合金材料，上下塔是空分设备的心脏，其结构采用了填料塔和对流式筛板塔，具有有效流通面积大，精馏效果好的特点。主换热器采用了大截面真空钎焊的铝质板翅式换热器。运行中汽化排放空中1%液氧，以防碳氢化合物的积聚。

(5)增压透平膨胀机：该机器的关键技术在于保持膨胀机及增压机高效率的同时，保证两者之间的匹配性及变工况的适应性。同类机器在用户现场使用过程中运转稳定可靠、效率高。

(6)采用先进的DCS计算机控制技术，可实现中控、机旁、就地一体化的控制，可有效的监控整套装置的生产过程。

表1 压力容器一览表

2 主要工艺设备采取的安全措施

(1)空气过滤器：带喷射、自动清洗控制装置的除尘系统，用差压变送器将差压信号送至DCS，确保过滤空气含尘杂质尘埃直径≤1μm。

(2)离心式空气压缩机：对压缩机的控制通过控制室的DCS自动完成正常运行和连锁保护。DCS按步序对启动操作进行监控，在执行完先前的控制后才可执行下一步。压缩机的就地柜设有正常起动和紧急停车按钮，开车在现场完成，停车可在控制室也可在就地柜中完成。

(3)空冷塔：上部设水分离器和分离空间，防止水分夹带进入分子筛吸附器。内置式的溢水器，既起到安全作用，又兼有气封的作用。

(4)纯化器：前端净化分子筛吸附器为双层床，第一层床采用吸水能力强的活性氧化铝作吸附剂，主要吸附水分，保护第二层床；第二层床为分子筛，可较完全的吸附CO2和CnHm，去除水分。同时在吸附器出口设置CO2、水分在线监测，信号引至DCS，浓度超标报警，自动倒换吸附器。

(5)分馏塔系统：冷箱内阀门连接均采用焊接结构，从而大大降低了工艺介质泄漏的概率；主冷凝蒸发器采用全浸入式结构，使主冷完全淹没在液氧中，杜绝主冷凝蒸发器的“干蒸发”，采用特殊的防爆结构设计，翅片间拉开一定距离，防止接口处错位造成的通道变窄，使碳氢化合物积聚，从而避免形成微爆的危险；保冷箱充气使用返流污氮气，压力不超过5kPa，冷箱顶部设置呼吸筒，侧面均布平衡盒，冷箱内上中下均布压力及气体浓度测点，信号引至DCS，这样既能保证湿空气不向冷箱内渗漏，更能有效防止冷箱超压；保冷箱内设置温度测点并引至DCS，随时监控深冷设备运行状况。为保证安全运行，分馏塔设置残液蒸发器。

(6)透平氧压机：电机驱动。报警信号进入主控室DCS系统；氧压机机旁柜设有正常起动和紧急停车按钮，开车在现场完成，停车可在控制室也可在就地盘中完成。透平氧压机设有紧急充氮装置，与检测信号连锁动作。

3 压力容器安全措施

严格执行《固定式压力容器安全技术监察规程》(2009版)的有关规定，执行《钢制压力容器》GB150-2011国家标准。项目涉及的压力容器名称、数量、类别、制造材质以及主要安全附件见表1。

4 结语

空分装置设计工艺安全措施是保障整个项目安全稳定运行的关键措施，设计采取的各项安全对策和措施，能够保障人身及设备的安全，在各项安全操作规程和各种规章制度的保障下，从业人员的安全、健康，生产的安全、稳定可以得到有效保障。

[1]《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全规程》GB16912-2008,中钢集团武汉安全环保研究院起草,2009-10实施.

[2]《大中型空气分离设备》JB/T 8693-1998第6.2.8节,中华人民共和国机械工业部,1998年3月19日发布.

[3]《固定式压力容器安全技术监察规程》TSG R0004-2009特种设备安全技术规范TSG特种设备安全技术规范,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局颁布.2009年8月31日.

[4]《压力容器》GB150-2011,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会发布,2012年3月1日实施.

刘卫红(1978.9—),女,汉族,籍贯：河北保定雄县,本科,学士,工程师,2003年7月毕业于河北理工学院测控技术与仪器专业,从事空分工程设计和项目前期报告编制工作十余年。