空分装置

空分装置（精选8篇）

空分装置 篇1

空分装置是钢铁、石化、煤化工等行业的配套装置, 主要提供的产品为氧气、氮气和氩气。近年来, 随着国民经济的高速发展, 大型空分设备发展迅速, 空分装置生产设备向着产量规模大型化、气体产品压力等级高、产品纯度高、液体产品多等方向发展[1]。空分设备的运行安全直接关系到空分装置的安全、经济效益等指标。

1 失效风险分析方法

本次对空分装置设备失效风险分析采用API推荐的基于风险的检验 (RBI) 方法[2]。基于风险的检验 (RBI) 是由API (美国石油协会) 提出, 目前已经普遍被工业发达国家的石化企业所接受。风险是潜在事件对人员/环境和经济财产所造成的损害。风险=失效概率×失效后果。

本次失效风险分析通过评估设备发生失效危险的概率和后果以确定设备风险, 对失效危险发生的可能性与后果进行分析与排序, 对失效可能性及失效后果较高的设备重点监控, 分析失效原因, 其他风险较低的设备则适当放宽, 使检验工作更具有针对性, 效率更高。评估设备失效概率关键是识别和评估潜在的失效机理、目前的设备状况及以往检验的有效性, 评估设备失效后果关键是识别和评估工艺流体、潜在损伤、环境损害、设备损坏以及设备停工时间[3]。

2 空分装置简介

空分装置的工艺流程的基本原理是根据组分不同沸点, 将液空分离为各种不同组分, 氧气、氮气产品油泵在冷箱内进行液体压缩, 在主换热器复热后分布到管网, 低压氮气在主换热器复热后由透平压缩机压缩。主要工艺流程为:空气压缩和预冷却、分子筛净化、工艺致冷、精馏 (空气分离) 、氩气的精馏生产。本次进行风险分析的空分装置包含压力容器36台、压力管道260条和安全阀123只。

3 失效机理分析

按照基于风险的检验技术 (RBI) 中的风险分析方法, 先分析空分装置失效机理。采集相关资料, 如设备的制造资料、操作参数、介质情况等, 同时与相关工艺、设备工程师交流, 了解设备工艺与腐蚀情况。由于空分装置工艺过程中部分工艺流程中可能产生CO2, CO2会与冷凝水结合生成碳酸, 对设备产生腐蚀。同时, 装置中分子筛、与分子筛相连及其附近的管道处于循环受力工况, 有发生疲劳失效的可能性。另外, 设备处于大气环境下, 存在大气腐蚀, 有保温层设备存在保温层下腐蚀的可能。综上, 本次风险分析空分装置设备可能存在的失效机理有CO2腐蚀减薄、机械疲劳、外部腐蚀及安全阀失效。

(1) 腐蚀减薄。腐蚀减薄机理主要为CO2腐蚀。CO2会与冷凝水结合生成腐蚀性碳酸, 对碳钢和低合金钢造成腐蚀:。空气压缩和预冷却工段的容器和管道以及分子筛吸附器等存在CO2腐蚀的可能。 (2) 机械疲劳。机械疲劳是指零件长时间处于循环工况引起的材料劣化而产生的疲劳裂纹, 其往往导致突然的、意想不到的失效。失效发生时, 机械载荷通常远低于材料的屈服极限。疲劳失效的特征是“斗形”指纹。该套空分装置中与分子筛相连及其附近的管道处于循环受力工况下, 有发生疲劳失效的可能性。 (3) 外部腐蚀。外部腐蚀包括大气腐蚀和保温层下腐蚀。外部大气腐蚀是未设置保温层的设备金属材料在大气环境中发生的腐蚀。在被水气污染的带有空气传播的污染物的工业环境中最为严重。在潮湿的大气环境下, 尤其是容易产生凝结水的情况下腐蚀较严重。保温层下腐蚀是设置保温层的设备的金属材料在保温层下发生的腐蚀。在水的露点以下运行的设备, 水在金属表面冷凝, 形成一个潮湿的环境产生局部腐蚀, 导致壁厚减薄, 外部保温层下腐蚀通常发生在-12~121℃温度范围内。保温层破损吸潮部位以及法兰等保温层不连续处、保温端部等较易发生外部保温层下腐蚀。 (4) 安全阀失效。安全阀失效考虑为功能失效, 不考虑腐蚀问题。如果安全阀能按照规定压力起跳, 容器的安全性能就能得到一定的保障。但如果安全阀不能正常起跳, 则可能造成设备超压失效。本次分析主要通过计算某个给定安全阀不能按需开启的概率以及每年中安全阀发生一次不能按需开启的可能性。其后果则采用该安全阀相连设备或管线的后果。

4 风险分析评估

根据收集确认的数据, 本次失效风险评估采用ORBIT ONSHORE技术分析软件工具, 该工具能够对输入的设备原始数据进行分析计算, 得出设备的失效概率和失效后果。在本次风险分析中, 确定设备的腐蚀速率时参考了API581标准推荐的同类设备腐蚀数据。工具软件根据输入数据来判断失效模式及失效可能性大小。失效后果采用工具软件内嵌的PHAST后处理模块来计算, 本次分析时根据紧急切断阀的设置位置, 划分物料存量组, 通过计算物料损失导致的各种后果, 以数据形式得出失效后果, 从而得出本次空分装置每台压力容器、压力管道和安全阀的风险。设备风险以5×5风险矩阵图的形式显示。设备在图中位置可以清晰表示本次评估得出的失效可能性和失效后果, 风险分为高风险、中高风险、中风险和低风险。

4.1 总风险矩阵

该套空分装置的压力容器、压力管道及安全阀总风险矩阵 (见图1) 。从上面结果可以看出, 该套空分装置中所有的压力容器、压力管道及安全阀均处于低风险。

4.2 设备风险分布

根据风险评估结果可以得出, 在本套空分装置中高风险设备为塔类设备和部分管道, 占据了整个装置的大部分风险 (见图2) 。

在该套空分装置中, 约15%的设备就占据了装置80%左右的总风险 (见图3) 。该15%的设备就是本套装置的重点控制设备, 通过采取针对性的监控措施和检验方案, 就能有效控制设备存在的风险, 为工厂进行设备分类和控制提供依据。本次风险分析表明较高风险设备存在的主要失效机理是碳酸腐蚀导致的腐蚀减薄。

5 结论

(1) 该套空分装置的主要失效机理有:内部腐蚀减薄、机械疲劳、外部腐蚀和安全阀失效。 (2) 根据风险分析结果, 该套空分装置的整体风险处于低风险水平。 (3) 风险分析可为工厂进行重点设备分类和控制提供依据, 本套空分装置中高风险设备为塔类设备和部分管道, 对高风险设备采取针对性的监控措施和检验方案, 就能有效控制设备存在的风险。 (4) 为了进一步加强设备管理, 建议工厂调查设备腐蚀情况, 可在停车全面检验时实施全面检验, 采集现场检验数据, 进一步完善基础数据库。

摘要：文章基于风险的检验技术 (RBI) 中的风险分析方法对一套空分装置的设备进行风险分析, 分析了设备的主要失效模式和损伤机理, 并分别计算各设备的失效风险, 确定各设备的风险等级, 保证设备安全运行。

关键词：空分装置,失效,风险分析

参考文献

[1]陈海霞, 周文武.大型空分设备应用现状及发展前景[J].化工装备技术, 2008 (3) :12-14.

[2]陈钢, 左尚志, 陶雪荣, 等.承压设备的风险评估技术及其在我国的应用和发展趋势[J].中国安全生产科学技术, 2005 (1) :31-35.

[3]美国石油协会.API510《压力容器检验规范》[EB/OL].[2012-09-05].http://www.doc88.com/p-7028073652928.html.

空分装置 篇2

浅谈如何延长6 000 m3/h空分装置的运转周期

通过对影响600m3/h空分装置的.运转周期的主要因素的分析,实施有效措施,完善工艺,改进设备,加强管理,为延长空分装置的运转周期取得了明显的效果.

作 者：刘新寅 柳萍 作者单位：新钢公司第二动力厂生产技术科,江西,新余,338013刊 名：江西能源英文刊名：JIANGXI ENERGY年，卷(期)：“”(4)分类号：F206关键词：降低电耗 完善工艺 改进设备 加强管理

空分装置运行常见故障与排除 篇3

某厂空分装置采用低温精馏工艺单塔制取高纯氮, 不生产氧气。利用空气做原料, 由空气压缩、循环水预冷、分子筛吸附净化、填料塔精馏和液氮储存蒸发等部分组成, 主要是生产高纯氮气 (纯度:99.999%) 。本套空分装置加工气量50000Nm3/h, 设计氮气产量18000Nm3/h和1200Nm3/h液氮 (折合气态) , 具有废气返流膨胀、氮气增压制动、液空冷水等工艺特点, 技术先进, 自动化水平较高。

2 空分装置运行中常见故障

2.1 主换热器压差升高

2013年7月23日, 空分装置冷箱内主换热器压差升高了14k Pa, 达到39k Pa (设计报警值为30k Pa) , 并且有继续上涨的趋势。

2.2 膨胀机转速波动

2014年1月23日, 空分装置正在运行的膨胀机转速在8200~8700r/min之间变化, 波动范围达到500r/min, 平时运行时转速波动在30r/min以内, 这导致空分主冷液面不稳, 需反复进行人工调整。

2.3 烃含量超标

由于空分装置周围存在化工车间和火炬, 空气中总烃含量经常大于10PPm (指标:8PPm) , 主要成份为甲烷和碳四。在部分时间, 主冷液空中烃含量也超标, 总烃在100~120ml/m3 (指标:<100ml/m3) , 主要成份为甲烷。

2.4 原料压缩机级间气体温度升高

2013年5月7日, 原料空气压缩机二级进口温度已升高至52.3℃ (正常运行温度为36℃左右) , 三级进口温度为34.3℃ (正常运行温度为32℃左右) , 机组该处的报警值为54℃, 联锁值为60℃, 已严重影响大机组的安全运行。

3 故障排除

3.1 主换热器压差恢复

由于主换热器为空分装置核心换热设备, 对装置的运行影响巨大。车间从两个方面查找原因:一是仪表故障, 于是联系仪表车间对该处仪表进行了清理和校正, 无明显效果, 可见显示的情况为真实的压差;二是怀疑有杂质冻堵在主换热器内壁, 造成压差升高, 检查这一时期分子筛运行的状态, 运行良好, 分子筛出口CO2在线分析仪显示CO2未超标。但是因负荷调整, 精馏塔进气量波动较大, 因此确认是空气中的杂质冻结在主换热器翅片上造成压差升高。

2013年7月23日, 车间停精馏塔, 进行局部加温吹除, 用加工气量1/5 (约10000m3/h) 的空气经分子筛吸附净化后进入主换热器, 经主换热器出口的吹除口排出。经过6小时, 主换热器出口温度从-169℃升高至5℃, 将可能冻结的杂质全部吹除, 然后重新启动, 恢复正常生产氮气。经过吹除后, 主换热器压差降至18k Pa。

3.2 膨胀机转速波动

首先考虑工况波动影响膨胀机转速, 但这段时间无人为调整。现场检查过程中发现:膨胀机喷嘴在上下动作, 稳定一段时间后, 又上下动作, 而当时膨胀机喷嘴是手动控制的, 无人为调整, 因此判断是喷嘴自身的故障。将膨胀机切换到备用膨胀机后, 联系仪表车间进行检查。仪表人员检查后发现:喷嘴气源压力稳定, 阀门开关动作无卡涩, 建议更换定位器试一试。自更换至今, 膨胀机转速波动在30r/min以下, 运行良好, 无喷嘴自动作情况发生。

3.3 烃含量超标

化工厂内空分装置烃含量超标是一个比较常见的现象, 大气中的烃类物质应是周围装置泄漏或排放出来的, 没有好的解决方法。如果主冷中烃含量超标就应引起足够的重视, 防止烃含量超标引起主冷爆炸。车间采取主冷排液置换的措施, 排出一部分的液空, 也就将烃类物质一起排出, 虽然会浪费部分冷量, 但为保证安全还是十分必要的。现在车间定期排放主冷液空, 主冷烃含量保持在60ml/m3左右。

3.4 原料压缩机级间气体温度升高

原料压缩机为三级压缩二级冷却, 其它部分运行正常, 判断最可能的原因是一级冷却器换热效果不好, 结合温度缓慢上涨的趋势, 应是换热器循环水侧被堵。由于空分该压缩机无备机, 只能停机后清透该换热器。2013年5月30日, 空分检修, 停运压缩机, 联系施工队清洗一级、二级冷却器, 清理出许多填料、沙子、泥等杂物, 重新投用后, 一级冷却器出口温度为35℃, 二级冷却器出口温度为32℃, 恢复正常。

4 几点建议

4.1为防止主换热器压差升高, 应着重维护好分子筛纯化系统, 将水份、CO2、烃类物质吸附。在改变装置负荷时, 尤其要注意, 提高和降低加工气量都不能太快, 需缓慢进行, 防止部分杂质未被分子筛吸防就带入了主换热器, 造成压差升高, 影响换热效果。

4.2阀门定位器是易损件, 应保证备件充足。

4.3空分装置的空气吸入口应尽可能的远离生产装置和易挥发出有机物的车间, 布置在这类车间的上风口, 确保原料气体质量。

4.4企业应加强循环水水质的管理, 为保护重要机组的安全, 车间应在界区入口或重要机组水线上设置可切换清洗的过滤器, 使机组不致于因冷却器堵塞而造成停机。

4.5故障排除后需要及时地总结, 详细地记录故障发生现象、问题判决断分析、故障排除过程, 以使出现类似问题时作为参考。

参考文献

[1]李化治.制氧技术[M].北京:冶金工业出版社, 2010.

[2]汤学忠, 顾福民.新编制氧工问答[M].冶金工业出版社, 2011.

对空分装置检修作业安全的探讨 篇4

关键词：空分装置,扒装珠光砂,冷箱内作业,检修安全

河南煤业化工集团义马气化厂一期空分为两套开封空分产KDON7500/8000型空分装置,二期装置为四川空分集团生产的KDONAr20800/11000/800型空分装置,根据各装置运行状况,决定对三套空分装置进行交替停车大检修,在检修前查阅了大量的相关资料,做了充分的准备,以确保安全检修无事故。就三套装置的大检修进行总结,系统概述在空分装置检修中为保证设备及人员安全所采取的各种安全防护措施。

1冷箱检修安全

1.1 冷箱扒、装珠光砂

1.1.1 冷箱扒珠光砂时最容易出现的问题就是“砂爆”

近几年来,我国大型空分塔先后出现了多起因空分冷箱内漏液及由此而引起的 “砂爆”,造成冷箱鼓胀及冷箱内空分设备受不同程度的破坏,甚至直接危胁人的生命,严重影响了企业正常生产秩序。因此,如何防范空分冷箱的“砂爆”,是大型空分设备确保安全运行所面临的一个新的研究课题。空分塔冷箱出现的“砂爆”可分为两种情况:一是空分冷箱正在运行中的喷砂,二是空分停车检修扒砂时的喷砂。产生“砂爆”的主要原因就是空分冷箱内漏液或存有一定量的低温液体,而空分冷箱内的保温材料珠光砂含水率低,流动性能好,所以当冷箱内存在的这部分低温液体,在密闭的空分冷箱内受热后急剧气化,冷箱内压力急剧升高,冷箱中的保温材料珠光砂在低温液体急剧气化膨胀的作用下,随气流通过压力释放口喷出冷箱,从而形成“砂爆”。

2.1.2 预防“砂爆”的措施

(1)制定详细的扒砂方案。因冷箱内压较高,所以扒砂采取分层的办法。从冷箱的中、上部扒砂口用帆布筒引至地面,从冷箱上部开始,上部扒完后,扒中部,再扒下部的方法。

(2)冷箱扒砂前空分设备必须全面加温结束,加温要彻底,各测温点温度在5 ℃以上,不留死角。

(3)冷箱内珠光砂在冷箱内设备全面加温的同时,用冷箱密封气加温干燥。加温前打开冷箱顶部人孔和呼吸阀,严格控制密封气量,定期分析冷箱上、中、下部的含氧量,及时分析判断冷箱内设备是否漏液,防止热空气进入冷箱使液体急剧蒸发造成冷箱鼓爆。

(4)由于冷箱顶部和阀门处密封不严,湿空气进入,容易造成珠光砂结块。在扒砂开始,派专人负责监控冷箱顶部,发现顶部珠光砂结块时,停止扒砂,可派人员从顶部进入冷箱,用木制耙子或锹将珠光砂结块分撒开,再扒,以免引起下部空虚,上部大块突然坠落的现象。

1.1.3 人员及设备的安全措施

(1)以冷箱为中心,周边25 m范围设置警戒线,扒砂开始时由专人负责警戒。

(2)在冷箱周围的地面上要明确标出不少于2条的安全路线并保持畅通。

(3)临近各放砂口处都要设置较严密封闭的临时棚,作为紧急避险点,这些点要有与外界相连的通气管道。设置好后,具体位置要有精确标记,扒砂人员要熟悉地形,能够迅速进入。

(4)存砂地点要能遮蔽风雨并防潮。

(5)冷箱四周要设有简易防风墙,顶部要搭建坚固的遮雨棚。

(6)扒砂现场的设备要进行防尘保护,地沟等公用设施要临时封堵。

(7)进入冷箱前,必须检测冷箱内气体的含氧量,若小于20%不得进入,进入人员至少2人,并且佩戴好安全帽、安全带和安全绳,人孔处有专人监护。

(8)扒装砂人员必须进行安全教育,佩戴好劳动防护用品(防护镜、防尘口罩等),并登记在册。

(9)回装珠光砂时,顶部装砂孔必须有安全防护网,装砂人员系安全带并可靠固定,还需配备冲洗眼睛用水。

(10)使用过的珠光砂袋应统一回收,运至地面,严禁从顶部向下抛落,尤其注意单个编织袋被风吹落的现象,可能对周围电气系统造成隐患。

1.1.4 冲洗残余珠光砂

珠光砂扒完后,对冷箱内管道、设备及其它死角内残余的珠光砂进行水冲洗是必要的,它对冷箱内设备检查维修的质量及安全起到了重要的作用。用高压水从上部人孔开始从上至下对冷箱内设备、阀门、管道进行冲洗,尽量覆盖每一个角落。此阶段人员尽量不要进入冷箱内。冲洗完毕后冷箱底部的珠光砂和水一定要清理干净,为后续阶段的工作创造良好的工作环境。冲洗过程中,作业人员要系好安全带,根据水压情况冲洗处应设置2～3人共同作业,并有1人专门监护工作场所安全状态情况,做好与地面工作人员的联系协调工作。

1.2 脚手架铺设安全措施

珠光砂清理完毕后,起重做业人员准备进入冷箱内铺设脚手架,方便对塔内设备进行检查维修,在脚手架铺设时需要注意以下几方面:

1.2.1 脚手架铺设位置

(1)各手动阀、气动阀的位置应利于阀门的检修;

(2)热电阻部位;

(3)管道变形严重的部位;

(4)管道支困变形、脱落,需要增加管道支架、抱箍的部位;

(5)细小的仪表管道密集部位;

(6)压力容器检验人员指定的位置;

(7)其他计划检修项目需铺设的部位;

(8)管道查漏需要铺设的位置,要保证能到达每一条焊缝。

1.2.2 脚手架铺设安全注意事项

(1)人员入塔前,要把管道设备附着的珠光砂全部用水冲洗干净,避免起重人员在攀爬的过程中因珠光砂的飘浮对人员造成安全的隐患。

(2)人员入塔时要穿胶底鞋,一方面避免对设备管道造成损伤,另一方面对人员的踩踏起到防滑作用;系好安全带,戴上护目镜、安全帽等安全保护用品。

(3)由于上下交叉作业,入塔人员的工具要用铁丝或绳索系好,以免坠落对下部人员造成伤害。

(4)下方有人作业时,严禁上部位人员运送钢管、架板,做好统一协调,喊话式工作。

(5)脚手架铺设位置可以将管架、箱壁、塔内扶梯及粗管道作为支点,灵活结合运用,严禁用DN150以下管道及长直管道作为支点。

(6)冷箱内DN100以下管道严禁踩踏。

1.3 冷箱内检修安全措施

1.3.1 人员安全

(1)进入冷箱2 m以上高处作业必须系安全带,进行三级以上高空作业人员,还要进行体格检查,以防止隐性病症存在。

(2)冷箱内如需要进行射线探伤作业,应充分做好各项准备,并向安全部门办理《特殊作业票》。作业要有严密的操作制度,作业危险区拉警戒线,设立警戒灯,派专人监护,防止非作业人员误入。

(3)需要拆除的平台、栏杆等缺口必须及时采取牢靠的临时防护措施,防止发生人身附落事故,作业结束时应及时修复。

(4)作业人员在冷箱内移动时,尽量不要踩踏在管道上,DN100以下管道严禁踩踏。

(5)入塔作业前要对所有进出冷箱内管道加盲板隔离,安排专人办理好抽加盲板作业证。

(6)严禁冷箱内人员疲劳作业。

1.3.2 设备检修安全

1.3.2.1 压力容器检验

(1)压力容器检验工作由锅检所人员进行,在入冷箱前要对锅检所人员进行安全教育和风险分析告知。

(2)入冷箱人员需将安全带系在冷箱壁上或管道支架上,尽量避免挂在管道上,安全带固定好选择好站立位置后,方可作业。

(3)在做测点去除氧化层时,尽量用手工打麿,如需电动工具时,必须做好塔内含氧量分析,并专人监护。

(4)作业人员所携带的测量仪器、工具做好防坠落措施。

1.3.2.2 低温阀门检查

(1)低温阀门抽芯检查时,阀周围管道、支架及冷箱壁上的珠光砂应清理干净,避免阀芯抽出后进入管道内。

(2)在抽芯前要检查阀门、套筒与冷箱壁之间的距离,存在阀门紧压在冷箱壁的情况时,说明阀门管道下沉,此时需对阀门管道进行固定后,才能拆检阀门。

(3)阀芯抽出后,要将阀体内进出口管道用干净的白棉布塞住,并做好固定措施,防止白棉布进入管道内。阀盖口用塑料布包好,做好密封。

(4)回装时要清理阀内及阀盖周围的杂物,并用三氯乙烯做脱脂处理。

1.3.2.3 管道、支架检查加固

(1)加固作业安全注意事项参考脚手架铺设作业。

(2)铝管采用抱箍固定时,抱箍与管道之间必须采用羊毛毡保冷,也可以用木条均匀包裹。紧固螺栓必须加备帽,防止运行时振动松脱。

(3)位于冷箱中间的管道可以采用相邻管道之间互相固定的方法达到加固效果。如果相互之间焊接固定要在管道上加衬板。

(4)根据实际运行状况可在原设计基础上增加支架和抱箍,但要充分考虑管道的伸缩自由。

(5)冷箱内使用焊机要仔细检查电源线、焊把线、地线状况,最好把焊机放在冷箱外,只将焊把线进入冷箱,焊把线最好全部采用新线,旧线存在漏电隐患,在拉线过程中容易碰到设备管道,导致打火引起设备损坏。

1.3.2.4 管道试压查漏

(1)在查漏区域内把安全带按要求固定牢固后,才能开始查漏,并确保身体活动不受限。

(2)管道焊接施工时必须保证冷箱内通风,因为脱脂剂(三氯乙烯)在焊接高温下会产生大量的有毒气体,可以使用丙酮,效果会好一点。

(3)查漏喷壶和手电用绳子挂在脖子上或系在腰上,以不防碍攀爬为原则。

(4)如果在冬季进行检修,每天收工后要把氩弧焊冷却水泵及水管内余水排空,以免冻坏。

2结语

空分装置 篇5

空分装置的系统复杂性不容忽视, 单纯地从构成方面来说, 包括以下子系统:动力系统、净化系统、热交换系统、精馏系统、产品输送系统、液态存储系统等等。随着技术的发展, 现代空分装置尤其是大型空分装置, 在控制和管理上已经实现了自动化、智能化、数字化, 可以利用计算机技术实现集散控制。

在空分装置向大型化发展的过程中, 压力管道是影响整个系统的重要组成部分, 是连接各个子系统的工程, 牵一发而动全身;也可以说, 压力管道是空分装置能否满足最终需要、能否实现安全运营的需求、能否得到质量保障的产品的必要条件。

压力管道的组成部件较多, 支撑类型复杂, 在构建过程中要遵循大量的国内国际标准, 例如阀门、精馏塔、换热器、过冷器等, 同时不同的材料和元部件之间也具有不同的特点和技术要求。以空分冷箱为例, 由于管道长径比较大、导致设备自身不稳定性, 管道内部的液体流动会造成压力不均匀变动, 形成缓冲的性能较差, 对周围的环境变化敏感等特征。

空分装置对压力的应用十分普遍, 这也造成了管道荷载复杂的局面, 同时空分装置的介质也存在一定的危险性, 如果不注意就会发生泄露、爆裂的危险。总体而言, 空分装置中压力管道责任重担, 在管道配管中需要科学、合理地进行, 维护设备的正常运转能力。

2 大空分装置压力管道配管布置

大空分装置的出现, 需要大量、复杂的管道配管设置, 综合而言, 主要涉及以下三个方面。

2.1 大空分装置设备布置

第一, 满足装置设备布置的安全性。空分装置中压力管道所容纳的介质特点, 具有易燃、易爆的特点, 一旦泄露也容易造成中毒、窒息等安全事故, 严重地会发生设备爆炸, 造成人身和财产的损害。因此, 在进行设备布置的过程中, 要遵循一定的科学原理。

例如, 按照流程顺序紧密布置, 减少挥发性气体的泄露和影响。将空分装置中液氮储槽、液氧储槽等布局在同一个范围, 使用大型通风吹扫设备减少聚集, 等等。其原则就是对相同或相类似的物料统一管理。

第二, 满足不同生产环境的工艺设计要求。空分装置在现代工业、制造业等体系中的广泛应用, 需要根据所处的生产环境进行布局, 即空分装置的设计、生产到安装, 都是围绕着产品的生产工艺流程进行的。在限定的环境中, 满足产品生产流程和仪表读数, 并对作业环境、电力设施等进行必要的改造。

第三, 满足经济合理性要求。大空分装置的利用必然需要前期的投资增加, 根据我国当前经济发展对可持续性的需求, 以及我国保护生态平衡的观念, 应该遵照相关法律减少能耗, 在符合国家标准、规范的前提展开, 提高设备的经济合理性要求。从市场角度考虑, 主要涉及的是价格因素, 包括原材料价格、安装价格、人工价格等等。

2.2 大空分装置管道布置

首先, 应该做好压力管道配管前期的工作, 要求安装工作人员熟悉设计标准、规范和规定, 并在土建相关专业人员的协助下进行设备布置。空分装置管道布置中, 必须对界区节点条件有所了解, 这关系到管道编号、输送介质、压力设计等内容, 对相应的材料选择也具有指导作用。

其次, 应该做好压力管道配置的统筹规划。所谓统筹规划, 是指既要满足工艺需求, 也有做到经济性、合理性和有效性, 在整个厂区内的大空分装置布局合理、美观, 对其他作业内容的影响降至最低。例如, 针对仪表流程图与管道布置的结合, 要尽量减少中间环节;在管道连接 (尤其是户外) 中, 不能占用厂区道路, 影响建筑或其他设备, 避免产生交叉等。虽然空分装置在管道布局上并不要求完全的独立性, 但其内部介质的特点还应该引起关注, 尤其对一些特殊要求的单体设备。

2.3 大空分冷箱内管道配置

冷箱是重要的低温换热设备, 内部管道配置要求具有较高的连续性, 不断提升或不断降低温度。在针对应力分析中, 管道要加波纹节和管架, 以满足管道自身的柔性需要;需要严格禁止的是, 冷箱内的管道不能与油脂接触, 尤其是氧气管道或者高压管道, 防止由静电引发的爆炸。

3 结语

空分装置“大型化”有两个方向, 其一为单体的大型化, 其二为整个空分系统的大型化。单体设备的大型化在空分装置中的应用较为简单, 相对应地功能也受到了一些限制。而空分装置体系的大型化, 将会成为未来工业领域应用的重点, 同时压力管道配管工作也会独立成为一门技术知识。

参考文献

[1]岳英, 陈永俊.空分装置中压蒸汽管道的设计[J].大氮肥, 2008, 05:315-318.

[2]梁振.空分装置中离心式压缩机的布置和配管[J].辽宁化工, 2013, 03:238-240.

[3]胡志强, 沈庆春.煤化工空分装置安全运行论坛[J].通用机械, 2009, 09:12-21.

[4]徐福根.制约大型空分装置运行周期的因素及处理措施[J].通用机械, 2009, 12:50-54.

浅析空分装置两相流基本原理 篇6

气液两相流的流动过程十分复杂, 与单相流体的流动机理不同, 并且普遍存在于许多工程流体中。由于两相流管道内壁持液, 使管内径变小;气液两相间产生相互运动, 导致界面流动损失;液体在管中起伏运动产生能量损失等因素, 两相流的压力降比相同质量流速的单相流大得多。

从工程应用的角度来看, 研究两相流的意义在于确定流体的换热特性和压降特性, 而由于空分装置中的两相流被认为是不加热管中的流动, 所以主要研究压降特性。而压降的大小直接影响着装置的能耗和设备的投资, 准确可靠的两相流工程设计, 可以避免由于两相流流路压降过大而液体不能全量输送到终端, 可以确定准确的阀门安装高度, 可以判断通过具体那种方式来解决两相流问题。

对于日趋大型化的空分装置, 两相流管路压降的大小对装置的能耗和投资影响更加明显, 甚至可能由于错误的两相流设计而导致整套空分装置不能达到设计值, 因此对空分两相流的研究作用显得更加重要。

2 两相流流型

两相流动型式就是气液两相流动中两相介质的分布状况。两相流的压降及两相流的不稳定性的研究, 是与流动型式密不可分的, 流动型式取决于气泡份额和相分布, 流动型式的不同, 对压降起主要作用的因素是不同的, 因而计算压降的公式也有差别, 另外流型的转变还会引起流动的不稳定性。

由于空分冷箱内两相流水平管段一般距离较短, 水平管内的阻力损失相对与垂直管来说, 所占比例甚小, 因此空分冷箱内两相流计算, 经常忽略水平段的两相流阻力损失, 仅考虑垂直管段计算, 并按照闪蒸型不加热垂直管考虑。计算时可以把管道分成若干小段, 每一段按照非闪蒸型两相流模型计算。为了使用方便就采用流型图的方式来表征两相流。流型图是二维图形, 它表示了各种流型存在的参数范围。

对于两相流流型的研究, 世界上有很多中理论, 由于两相流动边界条件的复杂性和多变形, 至今尚无一种理论能够精确的模拟计算出实际的两相流动。但针对不同介质在不同状态下的两相流动状态, 有很多理论研究的结果仍然能够满足工程设计的需要。

对于空分装置中的垂直管道两相流, 目前应用比较广泛的理论是HewittRoberts垂直管道气液两相流理论, 并且经过大量的实践验证能够行之有效。

Hewitt-Roberts流型图是基于管径31.2mm, 压力0.14~0.59Mpa的空气-水混合物试验, 以每一相的表观动量流通量作为流型图的横纵坐标。把非闪蒸型垂直管气液两相流分为五种流型, 具体如图1。

气泡流:气相含量很少, 少量的气体呈气泡分散在向上流动的液体中, 可近似看成纯液体, 一般出现在阀前。当气体流速增加时, 气泡的尺寸、速度及数量也增加。

柱状流:出现在泡沫流和环状流的过渡区, 由于小气泡的凝结长大而产生的, 气相含量为:质量含量<2.4%, 体积含量<43%, 不规则的气泡上升。液体和气体交替呈柱状向上移动, 由于液体块和气泡互相尾随着出现, 造成了流道内很大的密度差和流体的可压缩性, 容易出现流动不稳定性, 即流量随时间发生变化。随着系统压力的升高, 液体表面张力减小, 不能形成大气泡, 因而, 柱状流存在的范围较小, 当压力特别高时观察不到柱状流。此状态在任何情况下均应该避免。

泡沫流:气相含量为:质量含量<3.9%, 体积含量<56%, 泡沫流是由于大气泡破裂所形成的湍动紊乱的流型, 这种流动的特征是振荡型的, 液相在通道中交替地上下运动, 像煮沸的乳液一样, 一般来说, 这也是一种过渡流型。此状态在任何情况下也均应该避免。

环状流:液体携带着气泡上升, 液体以小于气体的速度沿管壁向上移动, 气体在管中心向上移动, 部分液体呈液滴夹带在气体中, 当气体流速增加时, 夹带也增加。当气相含量比泡沫流还高时, 湍动紊乱现象逐渐消失, 块状流被击碎, 形成气相轴心, 从而产生环状流。环状流的特征是液相沿管壁周围连续流动, 中心则是连续的气体流。在液膜和气相核心流之间, 存在着一个波动的交界面。由于波的作用可能造成液膜的破裂, 使液滴进入气相核心流中, 气相核心流中的液滴在一定条件下也能返回到壁面的液膜中来。这种流动型式在两相流中所占的范围最大, 是一种最典型的稳定流动型式, 一般发生在节流阀后。

雾状流:液体携带着气泡上升, 当气体流速增加时, 全部液体离开管壁呈微细的液滴, 被气体带走。这种流型和环状流很接近, 只是在气芯中液体弥散相得浓度足以使小液滴连成串向上流动。这种流动型式也是一种可以接受的稳定流体, 一般发生在节流阀后。

以上五种流型中, 环状流和雾状流两相流体的流动最为稳定, 阻力损失也最小, 合适比例的气相能够将液相一起带入需要到达的高度, 这两种流型才是空分两相流中可以接受的流型。因此, 两相流计算的目的, 就是要通过工程手段, 将垂直上升管内的两相流流型调整到可以接受的环状流和雾状流流型。

3 垂直管道中的气液两相流流型转换

实际中从一种流型转变向另一流型的演变并非突变, 而有一个过渡过程, 相应地, 当采用象压力、流量、含气率等流动参数等宏观特性表征流型时, 不同流型之间的边界是一个过渡带而不是明显的分界线。为了实现流型的调整, 需要了解流型之间相互转换的机理 (见图2) 。

气泡流-柱状流转换:部分研究认为气泡流流体内形成了空隙波, 在这些波的内部, 气泡逐渐靠近更加容易结合, 这样就形成了柱状流。

柱状流-泡沫流转换:泡沫流的本质就是正在发展中的柱状流, 泛流波只在泡沫流中始终出现, 而不会在柱状流和环状流中出现。这种波会不断重复的在泡沫流中形成, 并且向上传送液体。在连续的泛流波之间, 在靠近管壁处, 气液交界面处的液相会返向流动, 并最终被下一个上升移动波给带走。泡沫流的开始往往都伴随着压力梯度的急剧增加。

泡沫流-环状流转换:在泡沫流区域以后, 随着气体流速的增加, 压力梯度开始会降低并达到一个最小值。泛流波以及与之相关联的强烈的气液交互作用促进了大的压力梯度, 当泛流波消失时, 压力梯度也相应的减小。随后压力梯度又会随着气流率的增加而再次增加。在形成环状流时, 液膜处没有逆流。这中状态可能导致了压力损失最小, 并且这也是是否存在逆流的分界点。尽管泡沫流和环状流在管壁都有液体层, 管道中间是气流核心, 但是这两种流体型式中流体的属性却完全不同。

环状流-雾状流转换:这个过程可能是由于临界的液体动力冲击而至, 这种转变都是靠一些主观的判断。

4 垂直管道气液两相流压力降理论计算

管道均视为光管, 垂直管道气液两相流管路总压力降由重力压力降、速度压力降和摩擦压力降组成:

重力压力降:

由于管道出口端和进口端标高不同而产生的压力降称为重力压力降, 可以是正值或负值, 计算公式为:

当气体压力低、密度小时, 可忽略不计;但压力高时应计算。

速度压力降:

Le--管线的总有效长度 (包括阀门、管件等的当量长度, m) 。

uh--气、液两相混合物流速, m/s

f--气、液两相混合物的摩擦系数, 无因次。

di--管道内径, m

当Re>4000时, 摩擦系数

当Re<=2100时, 摩擦系数

当2100<Re<4000时, 摩擦系数

结语

空分冷箱内的存在两相流的流体很多, 需要经过严格地两相流计算的位置主要包括:液空从下塔到上塔 (从下塔下部或中部抽取的污液空进上塔和下塔底部液空进上塔或粗氩冷凝器和精氩冷凝器) , 液氮从下塔到上塔, 高压液体节流进下塔, 透平分离器后液体进上塔。具体的两相流计算方法将在后期“空分装置两相流计算方法介绍”文章中进行详细

摘要：本文简要介绍了空分装置两相流的工程意义以及基本原理, 着重分析了Hewitt-Roberts非闪蒸型垂直管道两相流理论的各种流型, 为使用该理论进行空分装置两相流计算提供了设计参考依据。

关键词：非闪蒸型垂直管道两相流,流型,Hewitt-Roberts

参考文献

[1]HG/T20570.7-95管道压力降计算[Z].

[2]SH/T3035-2007石油化工企业工艺装置管径选择导则[Z].

制氧厂空分装置自动化控制系统 篇7

工业制氧的主要方法是深度冷冻液化分离法,就是通过空分装置对空气进行压缩、冷却以及液化流程后,根据空气中氧、氮等气体沸点的高低,通过多次蒸发与冷凝工序进行精馏分离,从而产出所需要的气体。空分装置自动化控制系统的特点是:安全系数要求高,工艺相对复杂,参数以及调节步骤多,能够进行遥控操作,同时要具备完善的监控功能,对整个运行过程能够进行准确而快速地记录。

空分装置构成相对繁琐,包括原料空气过滤器、空气压缩机、空气预冷系统、分子筛纯化系统、膨胀机组、分馏塔系统、稀有气体系统、液氧贮槽、液氮贮槽、液氢贮槽、氧压机以及氮压机等。

其基本工艺流程(如图1所示):空气进入从空气吸入塔后,首先对其进行过滤,然后利用空气压缩机进行加压,送入空气预冷塔,通过冷却水对空气进行冷却;再将冷却后的空气送入纯化系统进行吸附净化,将其中的水分、二氧化碳以及乙炔等部分碳氢化合物清除后送入膨胀机中进行膨胀;最后在分馏塔系统中实现分离,得到氧气或者氮气。

2 自动化控制系统的主要功能

利用DCS对空分装置系统进行自动监控,能够提升装置自动化水平,促进装置长期安全运行。

空分装置自动化控制系统氧压机控制系统配置如图2所示。

控制系统的操作站、网络采用冗余配置来提高系统的可靠性,系统有两台操作站,分别置于主控室与工程师站,此站可建立整个控制系统的全局数据库,并能进行系统组态、诊断、仿真。操作员站的作用是使操作员对生产过程参数可在线监视,根据实际情况进行操作。远程管理机使管理人员能够随时监视、查看各种数据和报表,掌握生产情况。

控制系统功能:

(1)空分装置启动准备控制。

氧压机控制系统控制方式打到自动位置,岗位工作人员将状态的DC点切换“准备”按钮,控制系统根据需求自动完成各个阀门开或关的动作,与此同时,将氮气入口压力与混合气放空以及轴封差压等的调节投入自动,实现设定值自动给定,对各个阀门位置与工艺参数进行确认,实现联锁开车条件。

(2)空分装置自动启动。

启动条件具备后,岗位工作人员按启动按钮,空分装置通过相关指令系统自动完成警铃启动,轴振动报警联锁倍增后,主电机开始启动,然后轴振动报警联锁倍增解除,空分装置控制系统的对应调节自动投入,阀门进行缓开或者缓关,相应的轴封差压调节系统投入联锁。

(3)空分装置氮氧自动切换。

空分装置完成自动启动后,系统的压缩机在一定的出口压力下运行,通过岗位操作人员对计算机画面上的“氮、氧”按钮的切换操作,控制系统的相应阀缓开,自动调节设定值,由氮气条件自动修正为氧气介质下的值。当氧气的纯度符合相关设定值的要求时,岗位操作人员点击人工确认按钮,控制系统自动完成缸间旁通阀、出口旁通阀全关功能。经过约2min后,氧气输送的阀门打开向外输送氧气,氧压机运转正常。

(4)空分装置回路自动调节。

氧压机从启动到正常运行阶段,各执行元件正确协调动作,实现控制系统自动调节回路的自动投入、设定值的自动设置及修正,各个阀门在所设定的时间内进行缓开或者缓关,完成动作要求。

(5)空分装置正常停车及联锁。

空分装置回路完成自动调节后,岗位工作人员将启动位置切换至准备位置,控制系统自动停车。对应的相关联锁启动,氧气排出阀自动关闭,混合气旁通阀都开启,同时轴封差压联锁解除,缸间旁通阀、防喘振阀、出口旁通阀、出口放空都开启,氧气压力迅速下降,送氧停止;岗位工作人员再将操作台上的准备位置调到停止位置,主电机停止运行,达到设置停车时间后氧气吸入系统的切断阀全部关闭,停车结束。

(6)控制系统的联锁事故停车。

遇到各类不同的事故时,氧压机应自动联锁停车。主电机带负荷停车,混合气排放阀、缸间旁通阀、出口放空阀、防喘振阀、出门旁通阀等都打开;同时,氧气排出阀、混合气放空阀、吸入切断阀等都关闭。对于重大事故,控制系统自动联锁停车后,各个阀门按相应要求动作,还要对其进行紧急喷氮处理。

(7)控制系统的主油泵与备用油泵间的自动切换。

控制系统的氧压机润滑油系统具有互为备用的两台油泵,某一台润滑油主油泵压力出现过低状况,系统能够通过联锁自动启动备用油泵,延时后,原主油泵停止,让润滑油系统始终能够及时地给氧压机润滑油系统供油。

3 典型空分装置自动化控制系统应用

(1)空压机报警联锁保护功能。

空压机报警联锁保护所引用的条件参数有轴振动、轴位移、过滤器前油压、过滤器后油压、主油压、油温、主电机电流、三级排气压力、油泵运行信号、三级进气温度等。

(2)防喘振控制系统。

空分装置自动化控制系的压缩机很容易发生喘振,其自动控制的好坏直接影响控制系统的品质指标。压缩机自动连续控制一般有两个过程:导叶的自动加载与防喘振阀的连续控制。为防止空分离心压缩机在输气过程中发生喘振,可采取以下自动化控制:根据离心压缩机的额定最小流量特性曲线和输气系统的特定参数确定压缩机的最佳工作区;根据离心压缩机的进出口温度与实际最小流量的偏移,对喘振线和防喘控制线进行实时补偿;用工况点求取的喘振点最小流量与实际工况点的最小流量进行比较,通过对压缩机进口导叶(进气阀)、防喘阀(放空阀)的控制,实现对离心压缩机的防喘控制。

(3)控制系统的入口导叶调节。

在鼓风机吸风入口附近装设一组可调节转角的导叶,其作用是使气流在进入叶轮之前发生旋转,进入风机叶轮的气流方向发生相应改变。入口导叶调节通过对入口压力定值的调节来实现。入口导叶一般限制瞬间大幅度动作,并且在运行过程中不允许导叶全关,在自动控制时其开度不低于满开度的10%～15%。

(4)分子筛(纯化器)时序控制。

分子筛的自控以安全第一、功能齐全、操作方便为原则。分子筛纯化器一般都有两组,一组工作,一组再生,交替切换,其工作流程如图3所示。

各个电磁阀都有确定的开关状态,下一步工作的开始依赖于时间和上一步阀门动作是否到位的状态反馈,时间或状态反馈不满足要求,电磁阀将维持原有状态并延时报警。

(5)氧气/氮气透平压缩机组启停控制和联锁保护。

氧气/氮气透平压缩机组启停控制和联锁保护的自动控制主要有以下过程:启动判断和启动过程顺控;正常停车顺控;重故障条件判断和顺控停车;喷氮停车条件判断和顺控;油加热器和油泵启停联锁。

(6)增压机回流阀控制与膨胀喷嘴自动控制。

增压机回流阀控制和膨胀喷嘴控制在现场膨胀机机旁盘和中控室DCS系统操作站上均可操作。膨胀机开车阶段,通常在机旁盘上操作;机组运行正常后,转入中控室DCS操作。

参考文献

[1]王欣荣.化工企业空气分离装置工艺流程选择[J].安徽科技,2011,(2)

[2]李秀英,梁日钧.分子筛自动切换程序的优化控制[J].包钢科技,2009,(2)

空分装置 篇8

1 低温精馏法空分装置概述

1.1 低温精馏法的原理

低温精馏法的主要工作原理是将空气压缩液化, 除去杂质并冷却后, 根据各组分沸点的不同, 经精馏塔精馏分离, 从而得到所需要的产品。

1.2 低温精馏法的工艺流程

根据各项目的不同需求, 采用低温精馏法进行空气分离可以有多种不同的工艺流程。笔者所参与的某大型空分项目拟建设3套, 单套产能为88 000m3 (标) /h的空分装置。其工艺流程描述如下。

1.2.1 空气压缩和预冷系统

空气压缩系统的主要目的是通过多级压缩, 把空气压力提高至工艺所需要的压力。原料空气首先通过空气过滤系统, 去除灰尘和机械杂质, 过滤后的空气再由多级压缩机组压缩到工艺所需压力。压缩空气在空冷塔中以对流形式被循环冷却水和低温冷冻水分段冷却。

1.2.2 吸附净化

预冷后的压缩空气通过两台间隔循环使用的分子筛吸附器 (即一台吸附器吸附杂质而另一台被再生) 时, H2O、CO2、氮氧化合物和绝大多数碳氢化合物都被吸附, 获得洁净空气。

1.2.3 空气分离与制冷、高低压塔精馏、增效氩去除精馏单元

这三个系统是空分设备的核心部分, 所有产品的精馏都要在此完成。首先通过膨胀机制冷把净化后的洁净空气液化, 然后通过高低压塔逐级精馏, 获得所需的O2、氮气产品。

1.2.4 储罐区与备用系统

当空分装置停车, O2/N2管网压力下降时, 液氧/液氮备用泵可迅速启动将储罐中的液氧/液氮由其备用蒸发器蒸发, 并送入O2/N2管网, 以保证供应的连续性。

2 物料衡算—新鲜空气消耗量及污氮产量的计算

设单位时间新鲜空气消耗量为Vkm3 (标) /h, 氧气产量为V0m3 (标) /h, 氮气产量为VNm3 (标) /h, 仪表空气产量为Vym3 (标) /h, 污氮产量为Vwm3 (标) /h。则根据物料平衡有:

新鲜空气含氧元素量为y0k。氧气产品氧元素含量为y00, 氮气产品氧元素含量为y0N, 仪表空气产品含氧量y0y, 污氮含氧元素量为y0w。则根据氧元素平衡有:

根据笔者所参与的空分项目产品方案, V0=264 000 m3 (标) /h, VN1=71 000 Nm3/h, VN2=80 000 Nm3/h, VN3=52 000 m3 (标) /h, VN4=3 000m3 (标) /h, Vy=33 200 m3 (标) /h。代入 (a) 式计算得:

新鲜空气含氧元素量为y0k=20.95% (V%) 。根据产品方案y00=99.60% (V%) , y0N1=1.50% (V%) , y0N2~4=10-4% (V%) , y0w=0.8% (V%) , 仪表空气产品含氧量同新鲜空气为y0y=20.95% (V%) 。代入 (b) 式计算得:

整理得:

联立 (1) 和 (2) 式, 可得:

0.2095Vk=270 965+0.008 (Vk-264 000-206 000-33 200)

解得:Vk=1 324 762m3 (标) /h, Vw=821 562m3 (标) /h。

该项目建设三套空分设备, 则单套设备空气消耗量和污氮产生量分别为Vk=441 587m3 (标) /h, Vw=273 854m3 (标) /h。

3 结束语

低温精馏法空分技术经过一百多年的发展, 其工艺流程及设备装置已经相对成熟。但随着世界能源危机的日益加深, 能量成本占空气产品价格3/4[2]的空分行业也面临巨大的挑战。因此, 如何改善工艺流程、优化空分装置、降低能耗和提高产品的提取率, 都已成为低温精馏法空分技术进一步研究的方向, 并将使得低温精馏法空分技术日趋完善。

摘要：低温精馏法是传统的制氧方法, 在空气分离技术中占主导地位, 下面结合笔者所参与的某大型空分项目, 具体介绍了低温精馏法的工艺流程及物料衡算。

关键词：空气分离,低温精馏,物料衡算

参考文献

[1]张延平, 王立, 高远.低温精馏空分产品能耗分摊的确定与计算[J].钢铁, 2003, (12) :53-55+71.

[2]刘守强, 胡长青.空分装置预冷系统流程的重构[J].节能技术, 2015, (6) :572-575.