空分知识 | 主冷安全操作注意事项

小助手 · 发表于 2021-12-18 10:43:37

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大中型空分装置中，氧、氮的分离是通过上、下两个塔内双级精馏来实现的，上下塔是系统气液精馏的关键设备，精馏过程必须有上升蒸汽和下流液体。而主冷液蒸发器是下塔顶部上升的氮气和上塔底部回流下来的液氧进行热量交换的场所，是联系上下塔纽带。液氧来自上塔底部，在冷凝蒸发器内吸收热量蒸发成气氧，气氮来自下塔上部，在冷凝器内放出热量而冷凝成液氮，供给上下塔作为回流液，“冷凝蒸发器”因此而得名，一般也简称主冷。冷凝蒸发器是精馏系统中必不可少的重要换热设备，它工作的好坏关系到整个空分装置的动力消耗和安全生产。

据不完全统计，20世纪七八十年代空分装置爆炸以主冷爆炸居多，进入20世纪90年代，似乎又到了一个主冷爆炸的高发期，国内外连续几台大型空分主冷爆炸，损失惨重。

1996年3月2日，江西新余钢铁厂6000m3//h空分主冷爆炸，空分塔报废。1997年5月16日，辽宁抚顺乙烯化工公司6000m3/h空分主冷爆炸，空分塔毁损，死亡4人。尤其是1997年12月25日圣诞之夜，马来西亚宾特鲁壳牌石油公司80000m3//h空分主冷爆炸，空分设备全毁，损失惨重，世界震惊，所以要正确操作和维护好冷凝蒸发器是空分装置安全运行的保证，即使是局部位置的轻微爆炸，也会使氧产品纯度降低，无法维持正常生产。

冷凝蒸发器的爆炸部位，随其结构型式不同而有所不同。一般易发生在液氧面分界处，以及个别液氧流动不畅的通道，也有发生在下部管板处或上顶盖处，其原因均有液氧（或富氧液空）的存在，并在蒸发过程中造成危险物的浓缩、积聚或沉淀，组成了爆炸性混合物，在一定条件下促使发生爆炸。从燃爆的三要素看，主冷液氧是强氧化剂，液氧中的微量臭氧和氮的氧化物也是比较强的氧化剂，这种化学敏感性较强物质的存在，更是大大增加了主冷爆炸的敏感性；进入液氧中的微量油脂及乙炔等碳氢化合物在液氧中的积聚构成了可燃物；乙炔、二氧化碳、分子筛粉末等.固体杂质微粒的机械撞击，静电及压力脉冲等激发能量构成了点火源。主冷是空分装置安全防爆必须注意的重点。爆炸是剧烈的燃烧，主冷的安全防爆可以从燃烧的三要素（可燃物、助燃物和点火源）这三方面采取措施，将主冷的爆炸风险降到最低。下面就空分装置主冷安全注意事项为例发表几点看法，供参考：
一、加强原料空气质量控制
　根据风玫瑰图，空分装置尽量布置在工厂的常年上风向，选择一个碳氢化合物含量少、空气质量稳定的进口位置，避免其他装置排放的有害气体和烟尘对空分装置原料气的污染，从源头上远离有害气体源。同时也要考虑风向和非正常环境改变。建立大气质量监测频率，设立风向标，当风向变化不利于空分在装置时，要及时加样分析，有害物质含量超标时，采取加大氧气取出量或增加液氧排放量等措施。例如上风向发生火灾、气化及净化装置非正常排放废气等。
二、降低固体杂质微粒积聚几率
　降低固体杂质微粒进入系统的几率，防止碳氢化合物等积聚析出，避免机械撞击。另外固体微粒悬浮在液氧液面上，容易摩擦产生静电打火，激发爆炸。
1.加强对空气过滤器的维护，严格按规程要求操作。本厂地处沙地边缘，扬尘天气较多，在自洁式过滤器入口增设无纺布遮挡，降低过滤器的负荷。
2.制定分子筛前后空气中固体微粒的监测频率，及时掌握分子筛的老化程度。特别注意使用5年后的空气质量。
3.加强对空冷塔的监护。逢检修时不能忽略对喷淋冷却塔的检查，避免偏流，对空气的洗涤效果下降。
4.定期对装置进行大加温，以除去积聚在热交换器和精馏塔内残留的乙炔、二氧化碳及碳氢化合物、氧化亚氮等固体杂质、微粒。
5.严格主冷分析项目，避免油脂、氧化亚氮及乙炔、二氧化碳等碳氢化合物聚集析出。固态乙炔加液氧的爆炸敏感性极高，甚至比液氧炸药的可爆性还高18倍左右。
6.本空分装置是内压缩流程，未设置液氧或液空循环吸附器，如大气环境发生恶化，可考虑增设此设施。
三、在线连续分析与离线定时监测结合
定期手动分析效验在线分析仪表，实现在线连续与离线定时监测。本装置设置9台自动分析仪表，监测18个分析点。分析仪表的灵敏好用也是空分装置安全运行的保证。
四、避免油脂进入系统
避免油脂进入精馏系统。空分压缩机组及膨胀机组不可避免的存在润滑脂，这些油脂进入主冷是非常危险的，进入分子筛也会污染吸附剂，影响乙炔的吸附，以下措施可避免油脂的进入：
1.空压机轴封采用机械迷宫密封，确保空压机出口空气不带油。
2.轴封气入口均设有自力式压力调节阀，避免轴封气压力过高将油脂推入到工艺气体中。
3.空压机设置了自保联锁和在线振动监测系统，可以随时记录第一触发联锁点，确保空压机的正常运行，防止因频繁开停机而将油脂带人系统。
4.具备条件，装置运转2年或更长时间时，应对精馏塔及液氧循环系统进行清洗脱脂，主冷单元应浸泡8h，清洗后用足够压力的空气彻底吹除，而后充分加温干燥。
五、加强过程空气净化，避免有害物质进入
在空气净化过程中要尽量脱除水分和二氧化碳等碳氢化合物及固体微粒，避免堵塞换热器通道，出现“干蒸发”和“死端沸腾”现象：
1.保证制造、安装过程中的清洁度，加强过程控制。
2.严格试车前的吹扫，保证吹扫质量。避免杂质进入装置。
3.严格分子筛操作规程，每班检查分子筛再生曲线，确保再生质量，保证分子筛的吸附能力正常。
4.定期检查空冷塔高、低液位联锁，防止在除沫器损坏或空压机压力波动的情况下而使空气中带水。
5.虽然空分装置设置了独立的循环水系统，但是我们要求对循环水质每天分析一次，确保循环水中油类、酸性或烃类物质无法进入系统。
6.重点监视出空冷塔空气温度，减少空气的含湿量，降低分子筛的负荷，提高分子筛对烃类和二氧化碳的吸附能力。
7.定期手动校对分子筛出口二氧化碳在线检测仪和空气露点，确保水分和二氧化碳不超标。
8.超周期运行要慎重，按规定及时停车大加热吹除。
六、主冷采用全浸操作，并且要避免主冷液面的波动
从氧通道流动的角度来看，板式主冷单元实际上构成了一个液氧自循环回路。当热负荷一定时，液氧面越高，氧通道内液氧循环倍率越大。即液氧对通道壁面冲刷的能力越好，使得乙炔等碳氢化合物不容易在壁面析出，二氧化碳、分子筛粉末等颗粒也不容易堵塞通道截面。从传热的角度，流动越好，传热系数越大。当液面提高后，氧通道内的流速加快，不断冲刷壁面的气泡，将使蒸发侧的传热系数提高，液面高对提高传热系数有利，但对热负荷不利，所以要保持主冷设计高度。
1.保持一定主冷液面高度，也可以稀释液氧中乙炔含量，乙炔在液氧中的溶解度极低，约为5.2cm3//dm3/。
2.液氧有害物质增多时，可采取增加制冷量，提高主冷液面，加大氧气产品外送量、增加液氧排放等措施，逐步降低有害物质的浓度。
3.控制膨胀量，使主冷液面略有上升趋势，避免液面波动过大
4.膜式主冷不适合全浸操作。
七、加强防雷措施及静电接地检查
定期对空分装置防雷措施及静电接地、法兰跨接进行检查。如二氧化碳微粒达到（200～300）×104ppm时，可产生静电电压达3kV。液氧的单位电阻较大，也易于产生静电，在不接地情况下可产生数千伏的静电电压。接地阻抗要小于10Ω。
八、减少压力脉冲
　系统、管道、阀门升压、加热操作时必须缓慢进行，减少压力脉冲，避免激发能源。
九、严格工艺纪律
　严格工艺纪律，完全按操作法操作。如板式换热器的温度控制、主冷液面稳定控制、有害物质监测等。。
十、提高岗位技能
加强技术培训，提高岗位实践操作技能。随着空分安全技术的不断完善，只有全面提高操作人员的素质，不断完善各种管理制度，才能适应空分技术变化的需求。
十一、增强防爆意识
　按HSE管理部要求，定期举行事故演练，使操作人员对空分装置存在的各种危险因素牢记在心，增强防爆意识。
十二、优化工艺设计
　在实际生产中有时液氧中乙炔及其它碳氢化合物并不超标而发生爆炸，这主要是由于冷凝蒸发器的选择和设计不合理，存在某些制造缺陷，若因某些通道堵塞加操作不当，造成液氧的局部流动性不好，产生乙炔局部浓缩而发生爆炸。液氧通过蒸发器时蒸发量控制适度，即内循环倍率大于5，不要过多减少温差要正确选择材质，如高氧区最好不用铝，用铜（如上塔接近主冷处的填料层）。
　空分设备爆炸事故后果严重，损失巨大，影响面广，杜绝此类事故有重要的现实意义。空分装置特别是主冷凝蒸发器防爆是装置安全生产的关键，我们要给予高度重视。针对空分装置主冷凝蒸发器防爆，我们首先要求采取技术措施，控制好液氧中碳氢化合物及油脂、氧化亚氮含量，确保各项指标在所要求的控制范围内；其次是加强对引爆源和堵塞组份控制及增加监测措施，同时加强管理，堵塞漏洞，这样才可以基本上消除空分爆炸事故的发生。纵观以往主冷爆炸事故，总结经验教训，无一不是或多或少违反了上述防爆措施的有关规定。