空气分离设备清洁度控制工艺与检验方法

冯德兴 许剑波 梅应虎

（液化空气（杭州）有限公司 杭州 310015）

空气分离设备清洁度控制工艺与检验方法

冯德兴 许剑波 梅应虎

（液化空气（杭州）有限公司 杭州 310015）

本文介绍了空气分离设备清洁度的控制要求；结合工厂实践，探讨了空气分离设备压力容器和管道制作过程中清洁度的控制工艺和检验方法。

空气分离设备 压力容器和管道 清洁度 控制工艺

空气分离设备压力容器和管道在制作过程中，除了应满足压力容器相关法规和技术标准外，还必须重视清洁度的控制。这是因为：许多空气分离设备压力容器、压力管道的介质是液氧、气态富氧和气态纯氧（以下简称“氧介质”）；虽然氧介质不属于易爆介质或爆炸危险介质[1-2]，但是它是极强的氧化剂，当容器和管道内存在一定量的可燃物并且聚集一定热量时，可燃物就会燃烧，可能会引发压力容器和管道的爆炸[3-5]。

1 空气分离设备清洁度的控制要求

空气分离设备是通过压缩、纯化和深冷方法将空气变为液化空气，并通过精馏方法再将液化空气分离成氧、氮、氩和其他稀有气体的成套设备[6-7]。空气分离设备在制造过程中清洁度控制应有严格要求，至少应满足JB/T 6896—2007《空气分离设备表面清洁度》标准（以下简称“清洁度标准”）的基本要求。

清洁度标准的基本要求包括：不得有明显的固体杂质；表面应干燥，不得残留清洗液和水；比表面积大的规整填料表面油脂残留量不得大于50mg/m2；比表面积小的氧介质设备和零部件油脂残留量不得大于125mg/m2；非氧介质设备和零部件油脂残留量不得大于500mg/m2[8]。

清洁度标准之所以有这些规定，是因为：固体杂质、油脂、清洗液和水会影响空气分离产品的纯度；固体杂质会引起流体通路阻塞从而影响设备工况，且固体杂质运动时可能会聚集可以引起可燃物燃烧的热量；油脂和固体杂质中的有机物是可燃物，在氧介质环境下，这些可燃物遇到热量后极有可能发生燃烧甚至爆炸；空气分离设备有大量的铝质零部件（如规整填料等），纯铝的金属活性较强，当铝外层氧化膜遭到破坏，理论上铝就可能与水发生反应、生成具有爆炸危险的氢气[9]。

精馏塔是空气分离设备的核心部件。下面结合工厂实践，针对精馏塔在制作过程中清洁度控制工艺和检验方法展开探讨。

2 精馏塔清洁度控制工艺

2.1 精馏塔内件的清洁度控制工艺

1）精馏塔规整填料一般是由正反叠放的波纹铝质填料片组成的塔器内件，它的空隙率高、比表面积大，是液化空气精馏的核心部分[10]。规整填料是由规整填料生产线制作的。在生产线运行过程中，添入一定剂量清洗剂并加热至40～60℃的水，在洗涤箱内对填料带进行喷淋洗涤；漂清箱的清洁水对填料带进行二次喷淋冲净；洗净的填料带再经过压缩空气和鼓风机的除水和干燥。车间作业人员在每月清洁水箱和换水前，应请检验人员对生产线上已制作的填料片做清洁度检验。

2）精馏塔分布器一般是由不锈钢材质焊制而成的塔器内件。分布器制作后应当除尽焊渣、飞溅物、毛刺等，并用高压热水清洗机进行全方位冲洗。开始冲洗时，应开启清洗剂开关；洗涤数遍后采用清水冲净；冲净后将分布器悬空淋干，并用白布擦除水渍。检验人员在对每只分布器进行最终检验时，应做清洁度检验。

2.2 精馏塔容器的清洁度控制工艺

1）精馏塔容器一般由不锈钢板或铝板分段制作而成；为保证焊接质量，不锈钢质精馏塔纵环缝焊接前，应清理坡口和距离坡口20mm范围的内外表面的氧化物、熔渣和油污等有害杂质；铝质精馏塔纵环缝焊接前，应清理坡口和距离坡口50mm范围的内外表面的氧化物、熔渣、油污等有害杂质[11]。

2）每只精馏塔分段塔体安装规整填料和分布器前，应使用高压热水清洗机清洗，清洗方法与分布器清洗方法相同；在分段塔体清洗结束且安装内件前，应请检验人员做清洁度检验。

3）在分段塔体内安装规整填料和分布器结束且塔体最后一道封闭环缝组对前，应使用白布、异丙醇清洁剂擦拭分段塔体内部，并请检验人员做清洁度检验。

2.3 精馏塔管道的清洁度控制工艺

1）精馏塔容器接管、压力管道材质一般是不锈钢管或铝管；管材管件在使用前应放入含有清洗剂的清洗池内浸泡，用压缩空气或泵搅拌池水，24h后取出并用高压热水清洗机冲净，然后悬空淋干，必要时用白布擦除水渍；对于不便使用高压热水清洗机冲净的小直径管道（如：仪表管等），可采用在管道内部使用不锈钢丝拖拽白布的方法擦净。

2）管道阀门在采购时应注明清洁度要求；在入库验收时应携带脱脂除油证明文件，检验人员也应做阀门清洁度的目视检查；当发现清洁度有疑问时，应及时退给供应商重做脱脂除油处理。

3）为保证焊接质量，不锈钢压力管道焊接前，应采用白布和异丙醇清洁剂擦拭，或采用角向磨光机打磨的方法，清理坡口和距离坡口大于等于10mm范围的内外表面的氧化物、油污、熔渣及其他有害杂质；铝管道焊接前，应采用角向磨光机打磨的方法清理坡口和距离坡口大于等于50mm范围的内外表面的氧化物、油污、熔渣及其他有害杂质[12]。

4）压力管道安装应合理划分自由管段和封闭管段[12]；自由管段的清洁可在焊缝探伤评片合格后进行，自由管段清洁时可选择用高压热水清洗机冲洗、用压缩空气吹扫或用白布擦拭的方法；封闭管段在首尾两端确定尺寸、割除余量、坡口加工、待焊区域清理后，应做与自由管段相同的清洁工作；预制的自由管段和封闭管段在清洁后应及时使用外置塑料端盖等做好管口封堵工作；已接管段（包括容器接管）、封闭管段和自由管段在进行封闭组对前，应请检验人员做管道的清洁度检验。

5）对于管道封闭组对焊接接头的返修，如果缺陷不是在根部焊道上，则应注意焊缝磨削深度，不要割穿焊缝，避免尘渣进入管道内。

6）因各种原因造成的、对已安装且清洁完毕的管道端口（即固定口）进行端面切割、坡口加工或待焊区域清理前，应安装内置堵板，加工后应使用白布和异丙醇清洁剂擦拭管道端口，并请检验人员做清洁度检验。

2.4 试验用压缩空气的清洁度控制工艺

精馏塔容器和管道的气压试验、泄漏试验[1，11，13]一般都需采用无油、干燥的压缩空气或氮气；如果采用压缩空气，则在压缩空气管道上应安装压力露点低于-40℃的微加热再生干燥机和精密过滤器，使压缩空气能够达到“2级固体污染物、2级水和3级油”的控制要求[14]。

3 精馏塔清洁度检验方法

3.1 检验方法

清洁度检验的方法是：1）在明亮的灯光下，目视检查待检产品表面是否含有液态清洗液和水、固体杂质残留量是否符合要求；2）对于要求相对苛刻的规整填料表面油脂残留量的检验，应使用油分浓度分析仪测试；3）对于分布器、分段塔体和压力管道表面油脂残留量的检验，原则上可以采用油分浓度分析仪测试；为了减少多次复杂的测试工作，也可以采用定性的对比检验方法：预先准备几块油脂残留量接近但未超过125mg/m2检验实物，用白布擦拭实物表面，将擦拭后的白布制作成照片样本，以此作为依据进行对比检验；在对比不清晰或有争议时，仍需使用油分浓度分析仪测试。

3.2 检验时的注意事项

清洁度检验时还应注意：检验位置选取应分布均匀、具有代表性；检验位置一般不得少于3个且每个位置的检验面积一般不得小于100mm×100mm；检验位置应该包括容易堆积固体杂质、油脂、清洗液和水的部位，以及不易清洗的部位[8]；清洁度检验的时间节点参见以上2.1～2.3的要求。

4 结束语

以上探讨的精馏塔容器和管道的清洁度控制工艺和检验方法，已运用于某公司近20年的工厂实践；该公司所有产品的持久安全运行，印证了它们是可靠且有价值的；正是因为它们的严格实施，才确保了空气分离设备中易燃易爆氧介质压力容器和管道的安全运行。另外，为防止非氧介质设备（如：空气纯化器等）内部固体杂质、油脂、清洗液和水进入氧介质设备内，非氧介质设备在制造过程中，也应做好相应程度的清洁度控制。

[1] TSG R0004—2009 固定式压力容器安全技术监察规程[S].

[2] HG 20660—2000 压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类[S].

[3] 秦国明，高宏刚．空气分离设备制造过程中的清洁度检验[J]．化工装备技术，2009，(3)：16-17.

[4] 许郁苍．空分设备表面清洁度和脱脂清洗[J]．深冷技术，2003，(4)：46-49.

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

[6] GB/T 10660—2008空气分离设备术语[S].

[7] 许郁苍．空分设备的清洗[J]．洗净技术，2004，(8)：13-17.

[8] JB/T 6896—2007 空气分离设备表面清洁度[S].

[9] 陈文婷，王程杰．铝和水反应实验的改进[J]．化学教育，2008，(5)：60-61.

[10] 练琳．填料塔在空分设备中的应用现状和发展趋势[J]．深冷技术，2013，(7)：9-12.

[11] GB 150.4—2011 压力容器 第4部分：制造、检验与验收[S].

[12] GB/T 20801.4—2006 压力管道规范 工业管道第4部分：制作与安装[S].

[13] GB/T 20801.5—2006 压力管道规范 工业管道第5部分：检验与试验[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

冯德兴(1961～)，男，大专，工程师，从事压力容器设计与制造工作。

梅应虎，E-mail: ying-hu.mei@airliquide. com。

2016-08-19）