煤化工企业大型空分装置安全管理措施

智静波(鄂尔多斯市西北能源化工有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010000)

0 引言

伴随着煤化工的快速发展趋势，空分技术取得长足进步，成套机械设备的运行规模不断扩大，能源消耗不断降低，自动化技术的技术实力和操作过程的安全系数不断提高。在煤化工厂的生产过程中，几乎所有新型气化炉，如：Lugi 气化炉、Texaco 气化炉、壳牌气化炉或现在的GSP 气化炉，都与氧气紧密耦合。所有的气化气都需要氧气作为气化气。目前，在我国未完成区域制氧和社会制氧的情况下，煤化工生产企业只能自己建设空分装置进行制氧。因此，如何保障煤化工生产制造中空气分离装置的安全运行对煤化工企业来说非常重要。随着整个煤化工产业链的扩张，对空分装置运行安全、性能稳定的要求也越来越高。

1 影响空分装置安全运行的因素

一般来说，影响空分设备安全运行的因素有很多，按其特点，大致可分为外因和内因两大类：

一是外部因素。空分设备运行时，空气质量直接影响运行效果。煤化工生产环境会对空气造成污染，空气中掺杂了各种颗粒物和废气等污染物，不仅缩短了空分装置过滤分子筛的寿命，也导致了空分机组运行负荷的增加，间接或直接危害空分机组的安全运行。当空气中的大量细颗粒物和有机废气进入空分装置的分子筛时，极有可能造成分子筛失活。

二是内部因素。内部因素包括空气分离器内部操作失误的问题以及人员管理问题。其中，空分厂的主冷凝蒸发器和氧气压缩机是最容易出现安全问题的两个设备，工作人员缺乏专业技能，工作粗心，安全意识薄弱，以及安全管理体系不完善等都是影响企业安全运行的重要因素。因此，工作人员必须加强对空分设备的内部管理，以确保空分设备的安全运行[1]。

2 煤气化对空分装置的安全要求更高

空分装备大型化是煤化发展趋势的一个显着特征。随着煤化工企业规模的不断扩大，整个煤化工过程对氧气的需求量不断增加。无论是固定床反应器、生物质锅炉还是旋流床气化技术的应用，都需要大量的氧气才能完成所需的碳转化。象征性气化技术的氧煤比如表1 所示。

表1 典型煤气化技术的氧煤比

从表1 可以看出，各种煤气化炉的氧煤比在0.52～0.90 之间。如表2 所示，单机版耗氧量至少要达到65 000 Nm3/h，才能达到国家环保政策规定的最低运行规模。为了保证设备的可靠运行，空分机组必须配备多个系列的产品。现阶段，大型设备是空分技术快速发展的具体方向。

表2 某煤气化装置停车原因汇总

整个煤化工产业链的进步，对空分装置的安全性和稳定性提出了更好的规范。作为煤化工领域的龙头机组，空分装置已成为主要的生产设备，其安全系数、稳定性和运行周期时间对整个煤化工系统的影响越来越大。在空分-汽化装置的公用工作中，空分装置是一个重要的单元，空分装置提供的氧气、氮气、氩气、仪表气和厂用空气是可靠运行的主要前提。空分装置与中下游装置的高水平集成，不仅保持了运行更快、效率更高，而且为空分装置的可靠运行明确提出了更好的规定。

从表2 可以看出，空分装置由于运行时间短，安全性和可靠性较差。现阶段，国外空分厂安全系数和稳定性的最佳数据和信息均在99.2%以上。因此，提高空分装置的安全性和可靠性仍然是我国煤化工企业的重点研究课题。提高空分装置的安全系数和稳定性，一是保证资金的分配，保证设备的性能和部件的质量和特性；二是严格设计空分装置并应用可靠性分析移动软件。

空分设备的设计、制造和安装必须严格按照国家和行业标准规定的程序和要求。建设项目应重点关注空压机安装调试、自控系统调试、氧气管道疏通除油、冷箱裸冷却检修等，管道系统和珠光砂填充。一般来说，导致ASU 软件停机的不安全因素包括制冷压缩机故障、闸阀故障、氧气制冷压缩机故障、分子筛二氧化碳渗入、液氧泵故障、通道堵塞、系统断电、系统软件供汽不稳定、实际操作错误等[2]。

3 煤化工生产中空分装置的安全运行

3.1 分子筛吸附预纯化

采用长周期上下床净化处理和无冲击电源开关控制系统对室内空气进行预净化处理。双层结构(活性氢氧化物金刚石碳分子筛)分子筛吸附剂，可吸收空气中的水、二氧化碳、邻二甲苯和丙烷气体、重烃、N2O 等残留物，并在进入分馏前彻底去除有害物质，从根本上消除主冷疑凝汽器爆炸的安全隐患。废气吸收塔底部的氧化铝粉床可有效维护分子筛，增加分子筛的使用寿命。选择双室可以降低废气吸收塔的摩擦阻力，降低再生温度，节约能源。转换系统软件采用DCS 自动控制系统，配合阀位反馈数据信号自动判别压力，能充分保证更换操作系统的稳定性。根据空分装置的技术标准，在常温下碳分子筛废气吸收塔进出口安装CO2分析仪，进行在线检测，以控制该处CO2含量≤1×10-6(体积分率)。

3.2 采用内部压缩过程

在空气净化系统中应用高效活性氧化铝，有效去除空气中的有害残留物，采用液氧内压技术也是一种立竿见影的方法。减少液氧的内部结构，必须将氧气制冷压缩机改为液氧泵，这样才能进行全过程的高效液相变压，可以进一步提高安全系数。此外，将液氧泵置于冷箱内，将液氧直接输送到用户手中，不仅根据工作场所防止了高压氧管道的弊端，还进一步提高了工作场所的安全系数。此外，精馏单元主冷却器周围产生的液氧由液氧泵不断抽出，加压后供应给客户，避免有害杂质堆积和爆炸浓度值，去除来自源头的液态氧。空分塔内有爆炸的危险，因此液氧内压缩处理技术优于一般的氧气制冷压缩机处理技术，值得信赖。

3.3 主冷凝蒸发器的设计与制造

生产实践经验表明，在设计主冷凝蒸发器板翅片机组时，翅片分布应较稀疏(翅片间距较大)，避免操作过程中液氧成分结晶造成堵塞。在制造主冷冷凝器板翅式发电机组时，要保持室内环境清洁，避免机械设备杂质进入安全通道，堵塞流道，埋下安全隐患。在建筑工程设计中，主冷却冷凝器必须严格执行标准和制造规定进行接地装置，避免静电感应的积累，接地线的电阻必须低于10 Ω。

4 基于煤化工的空分装置安全运行管理方案

4.1 外部影响对策

关于空气污染对空分装置的影响，相关工作人员可通过以下两个步骤实施处理：首先，改进空气分离装置的外部结构，调整吸风口位置，使其远离空气污染区，与空气污染源隔离。在此过程中，所涉及的技术人员必须根据空分设备的运行情况和预期的未来生产计划需要重新设计吸风口的位置，同时确保空分设备的正常运行不受干扰。设计结果必须满足适用的工艺设计要求，确保空分装置的生产能力不受干扰，以有效应对外部影响。其次，空气分离器的进气口必须朝向风向，以确保最大可能地排空空气中的漂浮物，从而将吸入的空气从进气口释放出来。确保空气分离装置不受夹杂物影响，确保安全运行[3]。

4.2 内部结构解决方案

主凝蒸发器爆炸是空分装置中最常见的危险情况之一，不仅严重损坏空分装置，也不利于煤化工的安全生产。针对这一问题，技术人员可以研究并有效控制进入分馏塔的有害气体，以实现空分装置的安全运行。通过在空气分离装置的进口处加入双层分子筛，进一步提高了过滤效果，过滤去除了空气中所含的二氧化碳、水、颗粒物、碳氢化合物等杂质。此外，对空分装置的吸附器底层进行了相应改造，加装了活性氧化铝，采用双层床，可有效降低可再生能源的消耗，提高再生能力。得到有效改善。通过对吸入的空气进行过滤，降低空气中所含二氧化碳的含量，去除有害杂质，并将含量控制在1% 以下，保证空分装置的安全运行。如果二氧化碳含量超过1%，工作人员应通过详细分析相关问题，及时查找原因，或调整分子筛吸附周期，努力改善空气中的CO2含量[4]。

4.3 加强员工培训

工作人员的专业技能水平不仅影响工作质量，而且直接关系到空分设备的安全运行和管理。因此，管理者在研究空分装置安全运行问题时，应注意员工的专业技术水平，提高专业技术能力，加强工作质量，提高空分安全性能。在这件事上，可以采取两种措施：

一是加强内部培训和学习。企业积极开展空分装置工艺技术和操作技术课题的培训和研究工作，提高工人的专业技能。在这个过程中，管理者要对所有培训环节进行全程监督，及时发现工人职业能力的薄弱环节，进行有针对性地再培训，实现职业技能水平的全面提升。

二是出国留学。由于出国留学的机会非常难得，这种方式不仅可以有效提高技术人员的专业能力水平，而且可以调动相关人员的积极参与，创造良好的学习环境和学习机会，接受培训以提高他们的技能。同时，对于已经完成高级研究课程培训的工人，可以被管理者适当地重用，以确保所学的知识和技能得到充分利用和运用。

4.4 加强员工专业化

空分设备操作人员和技术人员工作不认真，不进取，专业性低，这个问题直接关系到工作质量，也关系到空气的安全运行和管理。因此，管理者在进行空分设备的安全运行管理时，可以通过提升专业素质来提高安全运行管理的效率。

一是加强思想政治教育。积极开展有关劳动者的思想政治培训和教育活动，提高职业素质。在这个过程中，党建工作者要积极参与，充分发挥作用和价值观，提高劳动者职业素质，树立正确良好的社会观、人生观和价值观。责任理念让员工意识到专业素质的重要性，为空分设备安全运行管理的顺利开展奠定坚实的基础。

二是实行奖惩制度。管理者可以根据当前情况和未来发展需要建立专长奖励制度，同时要积极鼓励员工参与监督。职业素质好的可以适当地给予奖励，职业素质差的可以批评教育，问题严重的可以转岗，以此提高员工专业技能和责任意识。

4.5 完善生产管理制度

为确保煤化工空分装置安全运行管理的有效开展，管理者需要深入研究现行的生产管理制度，对运行中的问题和要素进行一对一的处理。发现制度的缺陷，结合未来发展规划完善制度，确保制度具有一定的全面性、合理性和科学性，使安全生产管理制度确保安全运行。

以某单位的《空分装置安全运行管理规定》为例。该规定不仅对操作人员进行规范，而且对规定的空分装置入口的管理也确保了其完整性和全面性。主要内容有：(1)空分装置的操作人员必须经过安全生产技术和劳动纪律培训，并通过考试取得证书，必须熟悉并严格遵守本贴的操作方法。(2)每周至少分析一次进气口中的气体，并在环境空气质量发生变化时进行分析。如果吸入条件超标，必须及时查明原因，排除污染源或采取其他安全操作措施[5]。

4.6 加强安全监管

加强煤化工空分装置的安全运行管理，加强安全生产监管，让员工高度重视安全运行管理。对此，管理人员可根据生产实际情况，设立相应部门专门负责此项工作，并结合企业发展规划，开展安全生产监督工作。在人员配置方面，可以采用专人或兼职制两种方式解决人员配置问题。此外，可根据监管作业的需要，制定安全生产监督管理制度，使作业更加规范化。

5 结语

当前，我国的煤化工产业链对空分装置的安全性、可靠性明确提出了更规范的要求，保障煤化工生产用燃气机械设备的顺利运行，对于煤化工生产企业来说显得尤为紧迫和重要。采用活性氧化铝吸附预净化处理液可有效防止氮氧化物进入冷箱，利用液氧气压解决技术难题，不仅可以减少工程投资，而且可以有效提高设施的安全性能。