实现化工厂气体高效利用的措施

贺诚，白保安，孙少伟

(陕西北元化工集团股份有限公司化工分公司，陕西 榆林 719319)

0 引言

在我国经济快速发展的形势下，化工作为与民生紧密相关的行业，更是获得了持续稳定发展的机遇。在化工生产过程中，经常会需要用到大量的工业气体，如氧气、氮气等，因此化工厂空分气体装置是企业生产过程中不可缺少的重要设备设施。实际生产中对空分装置的运用会直接影响到气体的纯度以及生产设备生产安全性，并且与企业经济效益更是息息相关。所以本着生产安全的基本原则，实施科学的流程，对提升气体空分效率、提升气体质量具有重要的现实意义。为了保证空分气体的合理使用，本文以陕西北元化工集团股份有限公司化工分公司的空分系统为例，对如何实现压缩空气、仪表气、氮气的高效利用，达到使用平衡进行阐述和分析。

1 空分气体处理

1.1 生产原理

离心式空压机是气体空分的动力源，以空气为原材料，以活性炭及碳分子筛为吸附剂，结合变压吸附的原理，通过碳分子的多孔结构进行不同气体的吸附，从而实现空气中氧气与氮气的分离[1-2]。鉴于氧气与氮气在碳分子筛上的扩散程度的差异，活性炭可对空气里的氧分子与氮分子进行筛选与分离。

空压机通过旋转的涡轮完成能量的转换，转子通过改变空气的动能和压力把空气压缩到压力为0.6～0.8 MPa 的压缩空气。通过机后冷却器后供给干燥机，另一路直接进入湿空气罐到用户，供给干燥机把压缩空气干燥成露点≤-40 ℃时方为合格，经油气分离器到仪表空气储罐及制氮机。制氮机的碳分子筛对氧和氮的分离作用主要是基于N2和O2在碳分子筛表面上的扩散速率不同, 氧的临界直径为2.8Å,氮的临界直径为3Å。利用碳分子筛对氧和氮在某一时间内吸附量的差别这一特性，由程序控制器按特定的时间程序，结合“加压吸附-减压解吸”的循环过程(变压吸附过程)，完成氮、氧分离，从而在气相中获得含氧量≤2%的普通氮气，另一路直接进入湿空气罐输送到用户。

1.2 工艺流程

空气由自洁式空气过滤器滤掉固体尘粒，经过减荷阀进入压缩机主机压缩并与润滑油混合，与油混合的压缩空气经排气单向阀进入油气分离器(兼作储气罐)进行油气分离。经过分离后的空气通过最小压力阀、气冷却器、水气分离器，然后由供气管送到压缩空气总管。从总管来的一部分压缩空气进入高效除油器，将空气中夹带的油污除去，然后进入冷冻式干燥器进行冷冻脱水，而后又进入精密过滤器除去液滴和粉尘[3]。再进入活性碳过滤器进行除臭，经N2缓冲储气罐后进入制氮机，从制氮机出来的氧气经消声器后排空，氮气经过粉尘精滤器进一步除去粉尘后进入氮气储气罐。经氮气纯度分析仪检测后，不合格的氮气经消声器排空，合格的氮气送氮气储罐再送用户使用系统。从总管来的一部分压缩空气进入高效除油器将压缩空气夹带过来的油除去，然后进入微热再生干燥器进行吸附脱水，再进入粉尘精滤器除去空气中的粉尘送仪表空气储罐和压缩空气储罐，最后送入用户使用系统。

1.3 主要设备介绍

因为空气当中含有大量的灰尘杂质等，如果空气压缩机长期处于高速运作中，如果不经过处理的空气直接进入空气压缩机，就很可能导致压缩机的叶片、叶轮等出现较为严重的磨损或腐蚀，严重缩减机器的使用寿命。所以就需要采用空气过滤器，先初步将空气内部的灰尘以及杂质进行过滤[4-5]。因此，使用空气过滤器的目的就是为了清除原料空气中混合的大颗粒灰尘及杂质。其主要工作原理就是借助吸气负压，让空气经过高效过滤筒，空气中的灰尘等就会在重力、静电等的作用下被截留，剩余的净化空气进入净化室内。这一装置能够将空气中过滤效率达到99.9%以上，充分达到过滤粉尘的目的[6]。

2 空分装置日常维护

2.1 空气压缩机

2.1.1 正常运转情况下的维护

(1)当进行设备初次安装使用，或者维修以后再次进行启动以前，一定要先脱开联轴器，点动两次，保证电动机的转动方向与接筒上的标记方向相同，杜绝转动方向相反的情况出现[7]；

(2)采用适宜的螺杆压缩机专用油，避免使用与型号或牌号不匹配的润滑油；

(3)当空压机环境温度高于40 ℃时，要使用通风装置或者空调等方式及时降温；

(4)空压机组运转时不能松动有关的压力部件或者电控箱门；

(5)放油阀安装在油池底端的机组，阀门顺时针旋转是放油，逆时针旋转为紧闭，避免由于旋转方向混乱造成螺纹损坏[8]；

(6)机组停机时，在按下停止按钮以后机组停机会有一段时间的延迟，不是极为紧急的情况不建议使用紧急停车按钮；

(7)一定要保证机组的排气温度比周围环境的温度高出40～50 ℃；

(8)针对水冷机组，在0 ℃以下的环境中停机后，需要将冷却器底座上的旋钮打开，防止设备冻裂；

(9)每天工作完成以后或者停机以前，一定要将冷凝水全部排放。

2.1.2 长期停机情况下的维护

(1)电器设施要保证保存完好；

(2)如果一旦出现故障，必须及时检查及排除故障；

(3)停机以后应当把空压机内部的油、气冷却器中的油与水全部排放完毕；

(4)在停机过程中，需要时常转动压缩机。当较长时间停机再次启动使用之前，一定要进行全面检查，确保全部的零部件、油分离器滤芯、油过滤器滤芯、空气过滤器滤芯等能够处于正常使用状态[9]。长时间停用的空压机恢复使用前需更换润滑油，并且在更换润滑油之后空转设备0.5 小时以上。

2.1.3 常见故障及处理

(1)电气故障灯亮，不能正常启动：可能是保险丝烧断、保护继电器动作或启动继电器故障，或者电压不足、电动机故障等原因。需要参考各项因素排除查找具体的问题原因，必要时及时联系厂家进行处理，请专业的电气维修人员更换损坏的部件。

(2) 运转电流过高造成压缩机跳闸：可能是由于电压不足、排气压力过高、润滑油不合规或油气分离器滤芯堵塞等原因。要及时查看压力数值、检查润滑油规格或者更换油气分离器滤芯等，逐项排除可能的原因。

(3)运转电流低于正常数值：如果是因为空气消耗过大，就要及时检测消耗量，并增加压缩机运行数量；如果是因为空气过滤器堵塞或者减荷阀运转不正常，就要及时进行清洁与更换。

(4)空气中含油量过高，造成润滑油经常性更换：要及时进行油面的检查以及回油节流孔的检查拆洗，并更换机油过滤器、油气分离器滤芯、润滑油等。

(5)排气温度低于正常值：可能是由于冷却水量过大或者空载时间过长导致。针对冷却水量过大的情况，要及时调整冷却水出口阀；针对空载情况，则需要及时增加空气消耗量，避免系统长时间空载。

(6)压缩机不加载、无法空载或者气量低于正常值：可能是因电磁阀、减荷阀、压力阀等故障导致。进行相应部件故障的排除与更换，通过必要地拆洗、清洁等操作逐一排除故障。

2.2 氮气平衡

2.2.1 生产正常时气压平衡

(1)空压站岗位的工作人员应当定时巡检，以保证制氮机处于满负荷高速运转的工作状态。

(2) 依据置换的需求进行资源的合理分配及使用，避免多个装置同时进行置换工作。

(3)乙炔公用装置在保证料仓含乙炔合格的基础上，要随时进行氮气阀门开度的调整。依据总管定量，对支管的配合进行互相调整，避免出现氮气浪费的情况(氮气：A 线2 000 Nm3/h 左右、B 线10 000 Nm3/h 左右)。

(4)在进行触媒烘干操作的时候，要杜绝出现多台同时开展的情况。

(5)避免固碱及硫酸裂解装置间歇式充氮在氮气压力低的时候运用。

2.2.2 事故状态下氮压罐无压力情况下平衡

不论是哪个岗位的员工都不允许随意打开氮气阀，避免出现系统内部介质之间的互蹿。当有压力的时候，要首先确保电解装置氮气、氢气、氯气系统能够借助管道的压力保压，不能够随意使用氮气、氯气钛管蒸汽内接或者生产水，避免造成着火。乙炔系统由乙炔气柜保压，原则上不允许使用氮气，但是能够依照实际状况进行间歇使用的安排。电石料仓、干法各料仓内不允许使用氮气[10]。进行合成转化的系统依赖气柜保压，不能够运用氮气，精馏系统管道单体自压保压无需氮气。聚合ESD 系统启动使用高压氮，无需低压氮气。

2.2.3 常见故障及处理

(1)高低压开关的高压端跳脱：可能是由于空气进口温度高于45 ℃或者冷凝器通风不足或环境温度过高导致。要增加冷却器，保证水温满足需求，清洁冷凝器，并运用通风或其他方式降低环境温度[11]。

(2)高低压开关的低压端跳脱：可能是由于负荷不足、压缩空气长时间没有流动、制冷剂不足或者干燥过滤器堵塞等原因。需要增加压缩空气流量和热负荷，优化通风状况，进行制冷剂的补充或者干燥过滤器的更换等。

(3)蒸发器内部凝结水结冰，排水器长时间不排水，打开排污阀有冰粒吹出：可能是由于空气流量大，热负荷不足或者热气旁通阀未打开或损坏的原因，需增加压缩空气流量，或调整及更换热气旁通阀。

(4)露点仪检测时露点温度指示过高：需要通过改善压缩空气条件、关闭旁通阀、减少空气处理量、清洗冷凝器、改善环境温度或者增设冷却器，降低进气温度等措施，逐一排查可能存在的问题。

(5)制氮机分子筛下沉：要及时添加碳分子筛；及时进行氮气分析仪报警点的检查，避免出现氮气纯度下限报警或氮气长期放空不输出[12]；调整出口流量以及供气压力，避免氮气纯度不合格。

2.3 仪表气平衡

2.3.1 正常情况的日常平衡与检查

(1)空压站岗位人员要及时检查干燥机的运行情况，保证仪表气能够正常供给，露点等各项指标正常；

(2)杜绝现场跑冒滴漏，阀门气源管漏气情况。由设备运维中心电仪组每季度组织专门检修一遍，并定期检查电解装置、氯化氢装置、聚合装置气源管质量；

(3)确保除尘器配件及脉冲正常，根据除尘器使用情况及时调整仪表气使用量。

2.3.2 事故状态下的平衡

当失电后立即要求各岗位关闭与进行事故处理无关的仪表气手动阀及仪表阀气源，防止仪表气压力低导致阀门失控，各工序根据自控阀事故状态关闭仪表气总阀。

(1)电解装置：进槽阴阳极液自控阀DCS 在1 min内关闭，等现场手动阀关闭后可关闭气源，其他充氮气阀门、事故氯阀、氢气放空阀、氯氢总管调节阀需保障用气；

(2) 氯碱装置：处理事故时氯碱高位槽下碱阀DCS 手动打开(该阀为气关阀)；

(3)采卤装置：一次盐水预处理到反应槽阀门需打开凯膜；

(4)氯化氢装置供气阀、事故氯阀、出酸阀联锁：停车后需保持状态；

(5)固碱及硫酸裂装置：立即停车，各仪表阀组禁止用气；

(6)电石储运装置：立即关闭仪表气源阀；

(7)乙炔干发装置：立即关闭排渣手摇活门，关闭各活门气缸气源，保持气缸状态不变，随后用铁丝将活门气缸固定；

(8)合成装置：原料气切断阀联锁停车后关闭手动阀、充氮阀需保持状态；

(9)聚合装置：仪表气压力低于0.4 MPa 时，ESD系统切换为高压氮。

2.3.3 常见故障及处理

(1) A、B 塔切换不正常：及时检查是不是存在智能控制仪程序不对的问题；依照要求重新调整电磁阀接线端，修复或更换控制仪；进行电磁阀的故障排除与更换，检查并排除是否存在膜切断阀(或柱塞式切断阀) 失灵或严重泄漏或者先导电磁阀外接线路故障、止回阀漏气或卡死等问题；

(2)露点达不到要求：检查是不是由于吸附剂不足或失效，并进行添加或更换；然后进行阀门及控制仪的检查，将气量调整至合理范围；进行冷却器冷却效果的提升，避免出现进气温度过高的问题；降低消声器出口高度，防止雨水进入消声器；或者及时更换吸附剂，提高滤油效果等；

(3) 压力降偏大(≥0.02 MPa)：可能是由于吸附剂破损严重、过滤器堵塞或者吸附剂超期或破碎成粉尘状等原因，需要进行破损吸附剂的清除与补充、检查并清理堵塞的过滤器、过筛或更换吸附剂等措施予以问题的处理。

2.4 压缩空气平衡

2.4.1 正常情况日常平衡与检查

(1)空压站：岗位人员要按时检查空压机运行状态，保证负载在99%以上；

(2)采卤装置：盐泥池搅拌使用压缩空气由热电分公司供应，设定压缩空气压力0.3 MPa，热电供气不足时使用公用装置压缩空气阀门开度在10%以上时需汇报调度；

(3)乙炔湿发装置：及时调整供水泥分公司的压缩空气量，保证乙炔压缩空气总管压力在0.68 MPa以上；

(4)电解装置：中和水池、盐泥池、发生渣浆池压缩空气禁止随意调大开度，特殊情况向调度汇报申请使用；

(5)严禁未经审批随意串接管线或接软管使用。

2.4.2 事故状态下平衡

当失电后立即要求各岗位关闭压缩空气阀门。

3 空分装置安全管理

3.1 强化外部环境影响管控

鉴于外部环境中空气质量对实际装置运行状况的影响，需要进行相应的安全运行防控管理。一是要尽量将空分装置所用到的气体与受到污染的气体相分离，尽可能降低受污染气体进入空分装置的可能；二是要借助将空分装置入口上风口的放射式，尽可能实现污染气体的疏散；三是要充分考量空分装置中分子筛的参数，更好地对空气中杂质气体进行分离。

3.2 强化员工使用培训

在具体的生产环节中应当不断提升现有操作员工的安全理念与管理意识，在对员工实际工作过程中，要不断进行有关操作的管理培训，提升员工综合能力素质。通过合理安全管控制度以及相关责任政策的制订与落实，成立专门的培训管理部门，对员工及时开展相关日常运行管理的培训以及面对突发状况的实际处理方式。

3.3 强化生产现场及过程管理

将对空分气体运作的过程管理关键放到生产过程中，对具体运作过程中的人员以及设施进行管理。尤其是要重点关注过程中存在安全隐患较高的环节，在生产过程中做好协调工作，保障各项生产数据传输的实时性与有效性，避免安全隐患被忽视。借助定期内部日常维修工作，形成安全隐患的定期排查，确保化工厂内各项气体的高效运用与安全。

3.4 常见的故障及解决措施

空分装置正常工作情况下，要保障开放情况中的机组正常运转，就必须关注润滑油的运用。因为这一设施经常会需要维持很多年的生产工作，因此需确保根据需求随时能够满足生产的使用。一旦发现存在磨损，工作人员要首先检查是不是出现了润滑剂不足的情况，避免由于润滑剂的不足造成的机器磨损，缩短设备的使用寿命。本着科学运用设施的理念，及时发现问题，对设备做到有效维修。对管道内的杂质可能导致的堵塞问题，要及时借助液体清洁剂实施管道清洁。如果出现管道老化，要及时更换。

4 结语

以上，本文针对化工厂如何高效利用置换气体、动力气体等生产用气进行了详细的分析，总的原则是保障生产稳定运行，精准控制，确保供应量满足用户需要，实现化工厂用气的高效利用。