侯海坡(河南能源化工集團(tuán)洛陽永龍能化有限公司，河南 洛陽 471100)

0 引言

隨著煤化工企業(yè)在數(shù)量上增加以及規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，對(duì)空分裝置的安全運(yùn)行有了更高的要求。但是在實(shí)際的煤化工空分裝置運(yùn)行過程中，還存在一系列問題難以解決，比如，控制系統(tǒng)的安全問題、高壓低溫閥門問題等。并且其在運(yùn)行中的效率并不高，對(duì)于能源的消耗比較高。這些問題的存在嚴(yán)重的影響了煤化工空分裝置的安全運(yùn)行，因此，需要對(duì)空分裝置的安全運(yùn)行要點(diǎn)進(jìn)行分析，并且提出相應(yīng)的措施來提高煤化工空分裝置安全運(yùn)行的技術(shù)水平。

1 空氣分離的概念以及空分裝置運(yùn)行的重要意義

空分是空氣分離的簡稱，空氣分離的主要意思是通過空氣中不同氣體所具備的物理性質(zhì)，通過一系列技術(shù)手段將不同的空氣分離出來的過程。在空氣分離的過程中，不僅能夠分離出常見的氧氣以及氮?dú)?，并且可以提取出一些氦氣以及氬氣等比較稀有氣體。

空氣分離對(duì)于煤化工產(chǎn)業(yè)是十分重要的，由于煤化工產(chǎn)業(yè)的不斷壯大，隨之煤化工裝置對(duì)于氧氣的需求量也日益增加?？諝夥蛛x裝置的運(yùn)行能夠在很大程度上保障煤炭轉(zhuǎn)化率的提高，并且為煤化工產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)提供必要的前提條件。在新形勢下，煤化工產(chǎn)業(yè)對(duì)于安全問題引起了高度重視，并且已經(jīng)將其列為發(fā)展中的重中之重。因此，空分裝置的安全運(yùn)行成為不可忽視的重要問題之一，為了保證煤化工產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，必須要保證空分裝置的安全性，并且要提高空分裝置的穩(wěn)定性，使空分裝置的運(yùn)行能夠滿足新時(shí)期煤化工產(chǎn)業(yè)對(duì)于安全防護(hù)的要求，達(dá)到煤化工產(chǎn)業(yè)的安全發(fā)展的生產(chǎn)目標(biāo)[1]。

2 空氣分離的工藝流程

空氣分離的主要目的是分離出空氣中的氧氣來為煤化工產(chǎn)業(yè)所用，不同分離方法所對(duì)應(yīng)的分離流程也是不同的。隨著我國目前空氣分離技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，分離技術(shù)已經(jīng)比較成熟，主要有以下幾種分離方法：

2.1 運(yùn)用低溫精餾工藝進(jìn)行空氣分離

煤化工空氣分離中的低溫精餾工藝是一種比較傳統(tǒng)的工藝，主要是運(yùn)用低溫裝備下的深冷技術(shù)來進(jìn)行分離。低溫精餾工藝分離的主要工作原理是把空氣進(jìn)行壓縮以及膨脹降溫處理，然后使空氣進(jìn)行液化，空氣中的氧以及氮等成分就會(huì)發(fā)生氣化溫度的差異，在除去相應(yīng)的雜質(zhì)后，根據(jù)空氣中不同成分沸點(diǎn)溫度的差異來進(jìn)行空氣分離。在精餾塔中，運(yùn)用精餾進(jìn)行物質(zhì)的傳熱功能，繼而分離出氧氣以及氮?dú)獾人枰漠a(chǎn)品。低溫精餾工藝的分離方法在目前的煤化工產(chǎn)業(yè)中是比較常見的一種分離方式，并且非常適用于大規(guī)模的煤化工產(chǎn)業(yè)，由于操作過程中成本較低，經(jīng)濟(jì)性比較高，相比于其他空氣分離方法具有較多優(yōu)點(diǎn)，因此作為一種主要的空氣分離技術(shù)被廣泛應(yīng)用于煤化工產(chǎn)業(yè)中。

2.2 運(yùn)用薄膜滲透工藝進(jìn)行空氣分離

薄膜滲透工藝也是一種比較常見的空氣分離工藝，但是其分離出來的氧氣含量相對(duì)于其他工藝來說較小，因此無法滿足大型煤化工產(chǎn)業(yè)對(duì)氧氣的需要，不適用大型化的煤化工企業(yè)。薄膜滲透工藝的分離方法主要的原理是擴(kuò)散分離，運(yùn)用比較薄型的有機(jī)膜，根據(jù)氧氣以及氮?dú)獾炔煌瑲怏w的分子滲透能力的差異，來對(duì)空氣中的氧、氮等成分進(jìn)行過濾。空氣中的氣體成分在過濾時(shí)的滲透能力差異導(dǎo)致氣體成分在穿透薄膜的速度產(chǎn)生不同，因此，根據(jù)這種方法來進(jìn)行空氣分離。薄膜滲透工藝的分離方法裝置有點(diǎn)是相對(duì)比較簡單，操作起來也比較方便，最大的缺點(diǎn)是氧氣濃度偏低，制造氧氣的量比較小，在煤化工的空氣分離運(yùn)用中的使用率較低。

2.3 運(yùn)用變壓吸附工藝進(jìn)行空氣分離

變壓吸附工藝進(jìn)行空氣分離的主要工作原理是以空氣為原料，利用分子篩對(duì)空氣中的不同分子具有吸附性的特點(diǎn)，使空氣穿過具有分子篩的吸附塔。吸附劑的吸附容量是有一定的限制，在進(jìn)行吸附時(shí)，對(duì)某一種分子達(dá)到相應(yīng)的吸附量之后，吸附劑就會(huì)失去繼續(xù)吸附空氣分子的能力。在一定的壓力之下，通過一系列作用實(shí)現(xiàn)氧氣以及氮?dú)獾葰怏w的分離。一般在運(yùn)用變壓吸附工藝進(jìn)行分離時(shí)，需要有兩個(gè)以上的吸附塔來交替使用，通過吸附塔的交替吸附等程序，來得到氧氣以及氮?dú)獾犬a(chǎn)品，但是吸附劑是可以被處理之后重復(fù)使用的。運(yùn)用變壓吸附工藝進(jìn)行空氣分離的方法取得的氧氣濃度比較低，一般分離出來的氧氣濃度是93%左右，并且這種方法制造出來的氧氣量十分有限。因此對(duì)于煤化工企業(yè)來說，運(yùn)用變壓吸附工藝進(jìn)行的空氣分離適用于對(duì)氧氣濃度和氧氣量相對(duì)較低的項(xiàng)目上。

3 煤化工空分裝置運(yùn)行中存在的主要問題

煤化工空分裝置在運(yùn)行中的主要問題主要有幾個(gè)方面：首先，煤化工空分裝置的長時(shí)間的工作，造成空分裝置產(chǎn)生氣體的量無法得到設(shè)計(jì)的空氣產(chǎn)量能力；其次，煤化工企業(yè)各個(gè)車間對(duì)于氣體的用量是很難達(dá)到平衡的，因此在很大程度上影響了空分裝置的連續(xù)性以及穩(wěn)定性運(yùn)行；最后，空分裝置的設(shè)備是屬于比較穩(wěn)定以及連續(xù)性的供應(yīng)氣體的裝置，因此煤化工企業(yè)的各個(gè)車間的用氣量在后續(xù)應(yīng)該也要保持相應(yīng)的連續(xù)用氣狀態(tài)。但是通常情況下，煤化工企業(yè)的用氣狀態(tài)極不穩(wěn)定，比如，會(huì)出現(xiàn)大幅度或者小幅度的用氣行為，如果長時(shí)間和不穩(wěn)定用氣行為，不僅會(huì)對(duì)空分設(shè)備造成一定的損害和出現(xiàn)安全問題，并且還會(huì)極大的造成能源浪費(fèi)，尤其是煤化工的工況反復(fù)出現(xiàn)變化時(shí)，這種情況更加嚴(yán)重。

4 煤化工空分裝置安全運(yùn)行要點(diǎn)分析

4.1 要對(duì)煤化工空分裝置中氧氣的用量和規(guī)格進(jìn)行確定

煤化工企業(yè)在工作過程中對(duì)于氧氣的需求量是比較大的，氧氣不僅是重要的氣化劑，并且還是反應(yīng)原料。為了滿足煤化工企業(yè)對(duì)于氧氣的需要，首先需要對(duì)氧氣量進(jìn)行確定，使氧氣量能夠保證煤氣化的進(jìn)程，可以把氧氣量作為空分裝置的重要依據(jù)。在煤化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，要確定氧氣的用量以及規(guī)模時(shí)，需要立足于煤氣化裝置，并且以其他的用氧裝置的用量為重要參考依據(jù)，可以運(yùn)用疊加計(jì)算的方式來進(jìn)行氧氣量以及規(guī)格。此外，還要在空分裝置設(shè)備運(yùn)行過程中注意觀察，關(guān)注煤質(zhì)的變化來進(jìn)行調(diào)整，還要對(duì)用氧氣裝置的實(shí)際工作情況進(jìn)行觀察，比如，可能會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷的情況?？傊?，要對(duì)總體情況進(jìn)行全面考慮，來確定煤化工裝置中氧氣的用量和規(guī)格，保證煤化工空分裝置的安全運(yùn)行。

4.2 要對(duì)煤化工空分裝置中氮?dú)獾哪芰σ约耙?guī)格進(jìn)行確定

煤化工對(duì)于氮?dú)獾挠昧渴歉鶕?jù)壓力等級(jí)來統(tǒng)計(jì)的，煤化工企業(yè)對(duì)于氮?dú)獾氖褂靡?guī)模的確定主要是通過以下方式：要對(duì)煤化工車間的氮?dú)庥昧刻崆斑M(jìn)行大致預(yù)測，主要是參照輔助設(shè)施和生產(chǎn)裝置在平時(shí)中所用的氮?dú)饬?，要大致?duì)不同裝置的氮?dú)膺\(yùn)行特征進(jìn)行掌握，并且了解不同裝置最大的使用頻率，然后進(jìn)行計(jì)算。此外，還要對(duì)煤化工各個(gè)車間的氮?dú)馐褂昧亢侠碚{(diào)配，為了最大程度的減少頻繁調(diào)整空氣設(shè)備的氮?dú)猱a(chǎn)量的情況發(fā)生，可以使氮?dú)獾墓?yīng)量在稍微不足的水平上下，可以用液氮汽化來進(jìn)行補(bǔ)充供應(yīng)。在實(shí)際情況的操作中，氮?dú)獾暮渴鞘种匾模枰_(dá)到煤化工相關(guān)的要求標(biāo)準(zhǔn)，一般要求氮?dú)夂看笥诨蛘叩扔?9.9%。

4.3 要比較內(nèi)外壓縮流程的安全性

對(duì)空分裝置整體安全性的重視是不容被忽視的，是煤化工安全運(yùn)行的要點(diǎn)。煤化工的空分裝置事故頻發(fā)的最主要原因就是由于主冷蒸發(fā)器的燃爆所引起的，這種情況下的事故危險(xiǎn)性是非常大的。如果空分裝置的運(yùn)行時(shí)間過長，那么空分裝置中主冷蒸發(fā)器中存在的液氧含量就會(huì)發(fā)生濃縮變化，直接導(dǎo)致空分裝置很可能的出現(xiàn)安全危險(xiǎn)問題。對(duì)此，煤化工企業(yè)對(duì)于外壓縮空分裝置中的危險(xiǎn)性采取措施進(jìn)行預(yù)防是不容被忽視的，要最大程度上的避免主冷器中的氣體由于時(shí)間過久導(dǎo)致積累而產(chǎn)生的溢出現(xiàn)象。一方面要保證含氧量的排放要科學(xué)合理有效以及持續(xù)性；另一方面要以減少碳?xì)浠餅槟康?。此外，空分裝置中的內(nèi)壓縮流程的所有氧的來源主要是液氧氣化，空分裝置主冷蒸發(fā)器中所產(chǎn)生的液氧通常會(huì)被大量的排除，因此碳?xì)浠衔锊蝗菀自谥骼湔舭l(fā)器中聚集，為設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)提供了良好的條件。

4.4 空分裝置與氣化爐的匹配

在空分裝置中，氣化爐是氧氣的主要消耗場所，因此在空分裝置的總體設(shè)計(jì)中，保證與氣化爐的高度匹配是至關(guān)重要的，是影響空分裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要因素。首先，可以對(duì)國內(nèi)或者國外單套空分設(shè)備的最大值制造的氧氣量作為重要參考依據(jù)；其次，需要與氣化爐的相關(guān)系列數(shù)接起來，實(shí)現(xiàn)兩者最大程度的匹配。在目前我國的煤化工企業(yè)中，從供需關(guān)系的層面來考慮，一般是一臺(tái)空分設(shè)備需要多臺(tái)氣化爐相對(duì)應(yīng)。如果從管道配置情況層面來考慮，空分裝置中的配置方案、氧氣管道系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)等都是相關(guān)聯(lián)的，應(yīng)該從整體的情況綜合來考慮。

4.5 加強(qiáng)煤化工的組織化管理

煤化工的生產(chǎn)不同于其他產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)，具有連續(xù)性的特點(diǎn)。通過實(shí)踐調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，把煤化工的安全管理模式網(wǎng)格化是比較可行的，并且安全管理效果較好。要把安全管理模式滲透在煤化工的各個(gè)工作環(huán)節(jié)，建立健全的安全組織管理模式，形成完善的安全管理系統(tǒng)。首先，要安排專門工作人員來負(fù)責(zé)輪流在晝夜進(jìn)行安全管理，使安全管理模式時(shí)刻都能發(fā)揮有效作用；其次，要把煤化工空分裝置安全運(yùn)行的責(zé)任落實(shí)到人，對(duì)區(qū)域進(jìn)行劃分，使每一個(gè)特定的區(qū)域都可以有專門的管理人員進(jìn)行負(fù)責(zé)，在遇到不能解決的問題時(shí)能夠及時(shí)跟蹤到具體安全管理人員，并且將問題反饋快速找出解決辦法，通過這種方法使安全管理工作可以有秩序、有紀(jì)律的進(jìn)行，為煤化工的生產(chǎn)工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；總之，要在煤化工企業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)組織化管理，保證空分裝置的安全運(yùn)行[2]。

4.6 優(yōu)化設(shè)備

為了保證煤化工空分裝置的安全運(yùn)行，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化。主要是氣化爐設(shè)備和空分設(shè)備的優(yōu)化，氣化爐和空分設(shè)備對(duì)于煤化工的項(xiàng)目來說是十分重要的，是重要的核心設(shè)備，時(shí)時(shí)刻刻都對(duì)煤化工有著關(guān)鍵性的作用。對(duì)于現(xiàn)階段我國的設(shè)備而言，雖然我國的氣化爐以及空分裝置設(shè)備獲得了較大的發(fā)展成績，但是這些設(shè)備在具體的應(yīng)用中仍然存在一些問題尚未解決，比如，能耗較高、安全系數(shù)不高、工作效率較低等諸多問題。對(duì)此，要求在設(shè)備的生產(chǎn)環(huán)節(jié)要精益求精，尤其是對(duì)于設(shè)備的細(xì)節(jié)要詳細(xì)進(jìn)行處理，要通過不斷的完善技術(shù)來改變?cè)O(shè)備工藝上存在問題?？傊?，目前對(duì)于設(shè)備的研制也是我國所要面臨的重要難題之一。

5 結(jié)語

綜上所述，煤化工空分裝置的安全運(yùn)行是至關(guān)重要的。對(duì)此，要樹立安全管理意識(shí)，充分了解空分裝置的運(yùn)行流程，積極引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)和工藝，使空分設(shè)備能夠安全運(yùn)行并且達(dá)到提高生產(chǎn)收益的目的。