探讨煤化工空分装置安全运行要点

侯海坡(河南能源化工集团洛阳永龙能化有限公司，河南 洛阳 471100)

0 引言

随着煤化工企业在数量上增加以及规模的逐渐扩大，对空分装置的安全运行有了更高的要求。但是在实际的煤化工空分装置运行过程中，还存在一系列问题难以解决，比如，控制系统的安全问题、高压低温阀门问题等。并且其在运行中的效率并不高，对于能源的消耗比较高。这些问题的存在严重的影响了煤化工空分装置的安全运行，因此，需要对空分装置的安全运行要点进行分析，并且提出相应的措施来提高煤化工空分装置安全运行的技术水平。

1 空气分离的概念以及空分装置运行的重要意义

空分是空气分离的简称，空气分离的主要意思是通过空气中不同气体所具备的物理性质，通过一系列技术手段将不同的空气分离出来的过程。在空气分离的过程中，不仅能够分离出常见的氧气以及氮气，并且可以提取出一些氦气以及氩气等比较稀有气体。

空气分离对于煤化工产业是十分重要的，由于煤化工产业的不断壮大，随之煤化工装置对于氧气的需求量也日益增加。空气分离装置的运行能够在很大程度上保障煤炭转化率的提高，并且为煤化工产业实现生产目标提供必要的前提条件。在新形势下，煤化工产业对于安全问题引起了高度重视，并且已经将其列为发展中的重中之重。因此，空分装置的安全运行成为不可忽视的重要问题之一，为了保证煤化工产业的健康发展，必须要保证空分装置的安全性，并且要提高空分装置的稳定性，使空分装置的运行能够满足新时期煤化工产业对于安全防护的要求，达到煤化工产业的安全发展的生产目标[1]。

2 空气分离的工艺流程

空气分离的主要目的是分离出空气中的氧气来为煤化工产业所用，不同分离方法所对应的分离流程也是不同的。随着我国目前空气分离技术的不断发展和完善，分离技术已经比较成熟，主要有以下几种分离方法：

2.1 运用低温精馏工艺进行空气分离

煤化工空气分离中的低温精馏工艺是一种比较传统的工艺，主要是运用低温装备下的深冷技术来进行分离。低温精馏工艺分离的主要工作原理是把空气进行压缩以及膨胀降温处理，然后使空气进行液化，空气中的氧以及氮等成分就会发生气化温度的差异，在除去相应的杂质后，根据空气中不同成分沸点温度的差异来进行空气分离。在精馏塔中，运用精馏进行物质的传热功能，继而分离出氧气以及氮气等所需要的产品。低温精馏工艺的分离方法在目前的煤化工产业中是比较常见的一种分离方式，并且非常适用于大规模的煤化工产业，由于操作过程中成本较低，经济性比较高，相比于其他空气分离方法具有较多优点，因此作为一种主要的空气分离技术被广泛应用于煤化工产业中。

2.2 运用薄膜渗透工艺进行空气分离

薄膜渗透工艺也是一种比较常见的空气分离工艺，但是其分离出来的氧气含量相对于其他工艺来说较小，因此无法满足大型煤化工产业对氧气的需要，不适用大型化的煤化工企业。薄膜渗透工艺的分离方法主要的原理是扩散分离，运用比较薄型的有机膜，根据氧气以及氮气等不同气体的分子渗透能力的差异，来对空气中的氧、氮等成分进行过滤。空气中的气体成分在过滤时的渗透能力差异导致气体成分在穿透薄膜的速度产生不同，因此，根据这种方法来进行空气分离。薄膜渗透工艺的分离方法装置有点是相对比较简单，操作起来也比较方便，最大的缺点是氧气浓度偏低，制造氧气的量比较小，在煤化工的空气分离运用中的使用率较低。

2.3 运用变压吸附工艺进行空气分离

变压吸附工艺进行空气分离的主要工作原理是以空气为原料，利用分子筛对空气中的不同分子具有吸附性的特点，使空气穿过具有分子筛的吸附塔。吸附剂的吸附容量是有一定的限制，在进行吸附时，对某一种分子达到相应的吸附量之后，吸附剂就会失去继续吸附空气分子的能力。在一定的压力之下，通过一系列作用实现氧气以及氮气等气体的分离。一般在运用变压吸附工艺进行分离时，需要有两个以上的吸附塔来交替使用，通过吸附塔的交替吸附等程序，来得到氧气以及氮气等产品，但是吸附剂是可以被处理之后重复使用的。运用变压吸附工艺进行空气分离的方法取得的氧气浓度比较低，一般分离出来的氧气浓度是93%左右，并且这种方法制造出来的氧气量十分有限。因此对于煤化工企业来说，运用变压吸附工艺进行的空气分离适用于对氧气浓度和氧气量相对较低的项目上。

3 煤化工空分装置运行中存在的主要问题

煤化工空分装置在运行中的主要问题主要有几个方面：首先，煤化工空分装置的长时间的工作，造成空分装置产生气体的量无法得到设计的空气产量能力；其次，煤化工企业各个车间对于气体的用量是很难达到平衡的，因此在很大程度上影响了空分装置的连续性以及稳定性运行；最后，空分装置的设备是属于比较稳定以及连续性的供应气体的装置，因此煤化工企业的各个车间的用气量在后续应该也要保持相应的连续用气状态。但是通常情况下，煤化工企业的用气状态极不稳定，比如，会出现大幅度或者小幅度的用气行为，如果长时间和不稳定用气行为，不仅会对空分设备造成一定的损害和出现安全问题，并且还会极大的造成能源浪费，尤其是煤化工的工况反复出现变化时，这种情况更加严重。

4 煤化工空分装置安全运行要点分析

4.1 要对煤化工空分装置中氧气的用量和规格进行确定

煤化工企业在工作过程中对于氧气的需求量是比较大的，氧气不仅是重要的气化剂，并且还是反应原料。为了满足煤化工企业对于氧气的需要，首先需要对氧气量进行确定，使氧气量能够保证煤气化的进程，可以把氧气量作为空分装置的重要依据。在煤化工企业生产过程中，要确定氧气的用量以及规模时，需要立足于煤气化装置，并且以其他的用氧装置的用量为重要参考依据，可以运用叠加计算的方式来进行氧气量以及规格。此外，还要在空分装置设备运行过程中注意观察，关注煤质的变化来进行调整，还要对用氧气装置的实际工作情况进行观察，比如，可能会出现超负荷的情况。总之，要对总体情况进行全面考虑，来确定煤化工装置中氧气的用量和规格，保证煤化工空分装置的安全运行。

4.2 要对煤化工空分装置中氮气的能力以及规格进行确定

煤化工对于氮气的用量是根据压力等级来统计的，煤化工企业对于氮气的使用规模的确定主要是通过以下方式：要对煤化工车间的氮气用量提前进行大致预测，主要是参照辅助设施和生产装置在平时中所用的氮气量，要大致对不同装置的氮气运行特征进行掌握，并且了解不同装置最大的使用频率，然后进行计算。此外，还要对煤化工各个车间的氮气使用量合理调配，为了最大程度的减少频繁调整空气设备的氮气产量的情况发生，可以使氮气的供应量在稍微不足的水平上下，可以用液氮汽化来进行补充供应。在实际情况的操作中，氮气的含量是十分重要的，需要达到煤化工相关的要求标准，一般要求氮气含量大于或者等于99.9%。

4.3 要比较内外压缩流程的安全性

对空分装置整体安全性的重视是不容被忽视的，是煤化工安全运行的要点。煤化工的空分装置事故频发的最主要原因就是由于主冷蒸发器的燃爆所引起的，这种情况下的事故危险性是非常大的。如果空分装置的运行时间过长，那么空分装置中主冷蒸发器中存在的液氧含量就会发生浓缩变化，直接导致空分装置很可能的出现安全危险问题。对此，煤化工企业对于外压缩空分装置中的危险性采取措施进行预防是不容被忽视的，要最大程度上的避免主冷器中的气体由于时间过久导致积累而产生的溢出现象。一方面要保证含氧量的排放要科学合理有效以及持续性；另一方面要以减少碳氢化物为目的。此外，空分装置中的内压缩流程的所有氧的来源主要是液氧气化，空分装置主冷蒸发器中所产生的液氧通常会被大量的排除，因此碳氢化合物不容易在主冷蒸发器中聚集，为设备的安全运转提供了良好的条件。

4.4 空分装置与气化炉的匹配

在空分装置中，气化炉是氧气的主要消耗场所，因此在空分装置的总体设计中，保证与气化炉的高度匹配是至关重要的，是影响空分装置正常运转的重要因素。首先，可以对国内或者国外单套空分设备的最大值制造的氧气量作为重要参考依据；其次，需要与气化炉的相关系列数接起来，实现两者最大程度的匹配。在目前我国的煤化工企业中，从供需关系的层面来考虑，一般是一台空分设备需要多台气化炉相对应。如果从管道配置情况层面来考虑，空分装置中的配置方案、氧气管道系统的联结等都是相关联的，应该从整体的情况综合来考虑。

4.5 加强煤化工的组织化管理

煤化工的生产不同于其他产业的生产，具有连续性的特点。通过实践调查研究发现，把煤化工的安全管理模式网格化是比较可行的，并且安全管理效果较好。要把安全管理模式渗透在煤化工的各个工作环节，建立健全的安全组织管理模式，形成完善的安全管理系统。首先，要安排专门工作人员来负责轮流在昼夜进行安全管理，使安全管理模式时刻都能发挥有效作用；其次，要把煤化工空分装置安全运行的责任落实到人，对区域进行划分，使每一个特定的区域都可以有专门的管理人员进行负责，在遇到不能解决的问题时能够及时跟踪到具体安全管理人员，并且将问题反馈快速找出解决办法，通过这种方法使安全管理工作可以有秩序、有纪律的进行，为煤化工的生产工作奠定坚实的基础；总之，要在煤化工企业的各个环节加强组织化管理，保证空分装置的安全运行[2]。

4.6 优化设备

为了保证煤化工空分装置的安全运行，需要对设备进行优化。主要是气化炉设备和空分设备的优化，气化炉和空分设备对于煤化工的项目来说是十分重要的，是重要的核心设备，时时刻刻都对煤化工有着关键性的作用。对于现阶段我国的设备而言，虽然我国的气化炉以及空分装置设备获得了较大的发展成绩，但是这些设备在具体的应用中仍然存在一些问题尚未解决，比如，能耗较高、安全系数不高、工作效率较低等诸多问题。对此，要求在设备的生产环节要精益求精，尤其是对于设备的细节要详细进行处理，要通过不断的完善技术来改变设备工艺上存在问题。总之，目前对于设备的研制也是我国所要面临的重要难题之一。

5 结语

综上所述，煤化工空分装置的安全运行是至关重要的。对此，要树立安全管理意识，充分了解空分装置的运行流程，积极引进先进的技术和工艺，使空分设备能够安全运行并且达到提高生产收益的目的。