王 海

(廣東寰球廣業(yè)工程有限公司,廣東 廣州 510655)

1 空分

空氣分離，簡稱空分。是指應(yīng)用低溫冷凍原理從空氣中分離出其組分(氧、氮和氬、氦等稀有氣體)的過程。一般先將空氣壓縮，并冷至很低溫度，或用膨脹方法使空氣液化，再在精餾塔中進(jìn)行分離。例如當(dāng)液態(tài)空氣沸騰時(shí)，比較容易揮發(fā)的氮(沸點(diǎn)-196℃)先氣化，氧則后氣化(沸點(diǎn)-183℃)[1]。

空氣分離三種技術(shù)方法：吸附法、膜分離法及低溫法。

吸附法：利用分子篩對不同分子的選擇吸附性能來達(dá)到最終分離目的，該技術(shù)流程簡單，操作方便，運(yùn)行成本低，但獲得高純度產(chǎn)品較為困難，而且裝置容量有限，所以該技術(shù)有其局限的應(yīng)用范圍。

膜分離法：利用膜滲透技術(shù)，利用氧、氮通過膜的速率的不同，實(shí)現(xiàn)兩種組分的粗分離。這種方法裝置更為簡單，操作方便，投資小但產(chǎn)品只能達(dá)到28%～35%的富氧空氣，且規(guī)模只宜中小型化，只適用于富氧燃燒及醫(yī)療保健領(lǐng)域應(yīng)用。

低溫法：利用空氣中各組分沸點(diǎn)的不同，通過一系列的工藝過程，將空氣液化，并通過精餾來達(dá)到不同組分分離的方法。這種方法較前兩種方法可實(shí)現(xiàn)空氣組分的全分離、產(chǎn)品精純化、裝置大型化、狀態(tài)雙元化(液態(tài)及氣態(tài))，故在生產(chǎn)裝置工業(yè)化方面占據(jù)主導(dǎo)地位。和傳統(tǒng)的分離相比，這些氣體的分離需在100K以下的低溫環(huán)境下才能實(shí)現(xiàn)，所以稱之為低溫法(或深冷法)。

目前工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的就是低溫空氣分離技術(shù)。

2 總平面布置

目前在煤化工行業(yè)因空分裝置的不穩(wěn)定造成主提生產(chǎn)裝置出現(xiàn)問題的事件時(shí)有發(fā)生，在空分系統(tǒng)運(yùn)行過程中，常見的問題是區(qū)域性污染源排放的CO2等污染物對空分的影響，如：分子篩二氧化碳穿透造成板式換熱器通道堵塞、原料空氣壓縮機(jī)吸入的空氣質(zhì)量差使分子篩吸附能力設(shè)計(jì)不足等，均能造成空分裝置運(yùn)行不穩(wěn)定或無法達(dá)到最大經(jīng)濟(jì)負(fù)荷，故此，空分裝置的總圖布置和關(guān)鍵設(shè)計(jì)理念應(yīng)從以下幾個(gè)方面綜合考慮。

(1)空分裝置在總圖中的位置選擇首先應(yīng)該符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求。

(2)空分裝置要相對靠近氧氣主要用戶煤氣化裝置和高壓蒸汽的供給裝置動力站。

(3)空分裝置布置于廠區(qū)全年主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)口。

(4)空分裝置的布置應(yīng)避開低甲裝置CO2排放擴(kuò)散的影響。

(5)空分裝置的布置應(yīng)充分考慮到或避開廠區(qū)內(nèi)及廠區(qū)周邊各類裝置烴類氣體的泄露或排放帶來的影響。

(6)空分裝置純化系統(tǒng)分子篩吸附劑的設(shè)計(jì)裝填量要考慮一定的裕度，一般按照CO2含量≥800ppm來設(shè)計(jì)裝填。

(7)原料空氣自潔式空氣過濾器應(yīng)按照加工空氣量的2.5倍設(shè)計(jì)。

(8)建立原料空壓機(jī)吸入空氣組份CO2含量的監(jiān)控。

(9)設(shè)立區(qū)域風(fēng)向標(biāo)實(shí)時(shí)掌握風(fēng)向、建立廠區(qū)內(nèi)外各裝置緊急排放聯(lián)系制度、加強(qiáng)對空分裝置液氧的分析檢測頻次等。

(10)建立完善科學(xué)高效的應(yīng)急處理措施。

3 空分裝置的布置

空分裝置主要由空壓機(jī)系統(tǒng)、空冷塔、水冷塔、冷箱、分子篩、冰機(jī)、液體儲槽、公用工程房等組成，各組成區(qū)間由管廊連接?？辗盅b置生產(chǎn)類別為乙類，危險(xiǎn)介質(zhì)有氧氣、氮?dú)?、液氧、液氮、，氧氣液氬。屬于助燃物質(zhì)，氮?dú)馕脒^量會引起窒息，液氬等低溫物質(zhì)會使人發(fā)生凍傷危險(xiǎn)。設(shè)備布置圖設(shè)計(jì)時(shí)需嚴(yán)格遵守相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范。

(1)液氧、液氮、液氬儲槽要布置在一個(gè)區(qū)域，設(shè)置防護(hù)欄。

(2)壓縮機(jī)房內(nèi)的空壓機(jī)、氮?dú)鈮嚎s機(jī)、循環(huán)氮壓機(jī)相隔足夠凈空，以免結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)生基礎(chǔ)膨脹的情況，為了維修方便，各壓縮機(jī)周圍應(yīng)有不小于2米的操作通道。

(3)空氣過濾器出口與空壓機(jī)進(jìn)口保持中心對齊布置。

(4)容易產(chǎn)生較大應(yīng)力的消音器布置在就近管廊框架上，不可掛在墻上等抗力小的框架上。

(5)氧氣儲罐與有明火操作區(qū)域至少保持35米凈空，各個(gè)儲罐之間應(yīng)滿足施工和檢修要求。

(6)控制室和分析室選擇合適的位置就近布置，避開危險(xiǎn)區(qū)域，遠(yuǎn)離震動設(shè)備及管道。

(7)泵集中布置，在滿足操作及檢修間距要求情況下，使其布置緊湊、美觀。

(8)根據(jù)方便操作，便于安裝和維修，經(jīng)濟(jì)合理和整齊美觀的要求安排設(shè)備間距、凈空高度，考慮操作通道及梯子平臺的設(shè)置。

4 管道布置

4.1 管道

管道布置應(yīng)符合管道及儀表控制流程設(shè)計(jì)的要求；符合現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和規(guī)程的規(guī)定；還應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、整齊美觀；滿足施工、操作和維修等方面的要求。

(1)除一般污水、雨水、循環(huán)水、消防水等管道埋地敷設(shè)以外，所有工藝和公用工程管線均應(yīng)架空敷設(shè)。為便于支撐，應(yīng)盡量集中布置。

(2)管道間距和管道凈空高度:

(a)不保溫管、管法蘭與相鄰管線間應(yīng)為25mm。

(b)保溫管(包括保溫層)與相鄰管線間應(yīng)為50mm。

(c)有側(cè)向位移的管道應(yīng)適當(dāng)加大管道間的凈距。

(d)管道跨越鐵路時(shí)，軌道以上凈空高度不應(yīng)小于6.0m。

(e)管道跨越廠內(nèi)主干道路時(shí)，路面以上凈空高度不應(yīng)小于5.5m;跨越一般道路時(shí)，路面以上凈空高度不應(yīng)小于4.5m；考慮主要操作通道的最小凈寬不得小于1m。

(3) 由于管道布置形成的高點(diǎn)或低點(diǎn)，應(yīng)設(shè)置排氣和排液口。

(4)公用工程主管線來自界區(qū)外，集中布置在管廊上。從水平的氣體、蒸汽、冷凝液主管上引接分支時(shí)，應(yīng)從主管的頂部接出。

(5)管廊上大直徑管道應(yīng)靠近管廊柱子布置，小直徑、氣體管道、公用工程管道宜布置在管廊中間，工藝管道宜布置在與管廊相連接的設(shè)備一側(cè)，需設(shè)置“Π”型補(bǔ)償器的高溫管道，應(yīng)布置在靠近柱子處，且"Π"型補(bǔ)償器宜集中設(shè)置。

(6)冷卻器管道布置應(yīng)方便操作并不妨礙設(shè)備檢修，避免出現(xiàn)“氣袋”或“液袋”，并設(shè)高點(diǎn)放空，低點(diǎn)放凈，在冷卻設(shè)備區(qū)域內(nèi)應(yīng)盡量避免管道交叉和繞行。

(7) 泵的管道布置不得影響起重機(jī)的運(yùn)行，包括吊有重物行走時(shí)不受管道的阻礙，配管應(yīng)留出合適的通道寬度及閥門的高度，泵的配管應(yīng)滿足泵對凈正吸入壓頭的要求，當(dāng)入口處有變徑時(shí)，應(yīng)采用偏心異徑管，并在低點(diǎn)增加排液口，盡可能將入口切斷閥布置在垂直管道上。

(8) 壓縮機(jī)管道布置的設(shè)計(jì)，除要考慮柔性分析外，有時(shí)還要根據(jù)項(xiàng)目要求必須進(jìn)行震動分析，直到兩種分析都合格后，配管設(shè)計(jì)才認(rèn)為合格。支架設(shè)置在地面上，進(jìn)出口管道布置應(yīng)短而直，盡量減少彎頭數(shù)量，進(jìn)出口管道應(yīng)不影響檢修吊車行走。

(9)管道跨距應(yīng)能滿足管道對強(qiáng)度和剛度條件的要求，一般取二者中的小者作為最大管道跨距。管道布置設(shè)計(jì)應(yīng)考慮便于做支吊架的設(shè)計(jì)，使管道盡量靠近已有建、構(gòu)筑物，管道應(yīng)集中成排布置，裸管的管底與管托底面取齊，以便設(shè)計(jì)支架。管道支吊架應(yīng)設(shè)在不妨礙管道與設(shè)備的連接和檢修的部位。

(10)管道穿過建筑物的樓板、屋頂或墻面時(shí)，應(yīng)加套管，套管與管道間的空隙應(yīng)密封。套管的直徑應(yīng)大于管道隔熱層的外徑，并不得影響管道的熱位移.管道上的焊縫不應(yīng)在套管內(nèi)，并距離套管端部不應(yīng)小于 150m。套管應(yīng)高出樓板、屋頂面 50mm。管道穿過屋頂時(shí)應(yīng)設(shè)防雨罩.管道不應(yīng)穿過防火墻或防爆墻[2]。

4.2 管道上閥門布置

空分裝置中閥門一般要求設(shè)在容易接近、便于操作、維修的地方，成排管道(如進(jìn)出裝置的管道)上的閥門應(yīng)集中布置，并考慮設(shè)置操作平臺及梯子。平行布置管道上的閥門，其中心線應(yīng)盡量取齊。手輪間的凈距不應(yīng)小于100mm，為了減少管道間距，可把閥門錯(cuò)開布置；隔斷設(shè)備用的閥門，在條件允許時(shí)宜與設(shè)備管口直接相接，或盡量靠近設(shè)備；閥門最適宜的安裝高度范圍是距離操作平臺、樓板或地面0.7～1.6m；位置過高或過低時(shí)應(yīng)設(shè)平臺或操作裝置，不經(jīng)常操作的閥，可用便攜梯或移動式平臺操作。

5 結(jié)束語

在空分裝置的工程設(shè)計(jì)中，首先要從宏觀角度著眼，包括：裝置工藝流程選擇、配套機(jī)組選型、總圖布置及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等；只有在總體工程設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)工作做好、做足了才能為后續(xù)的工作提供有力依據(jù)，才能使設(shè)計(jì)工作得以有條不紊的進(jìn)行，才能使在項(xiàng)目施工過程中變更少、工期快。一是要結(jié)合已建成或在建項(xiàng)目中反饋出來的問題，不斷的改進(jìn)完善，二是要結(jié)合自己以往工作經(jīng)驗(yàn)和業(yè)界同仁的建設(shè)性建議，進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期的安全評估和流程優(yōu)化，以此來規(guī)避設(shè)計(jì)缺陷乃至安裝、操作缺陷，最終使得自己的“作品”促于完美化、智能化。