试论空分装置在煤化工安全运行方面的选择

2015-03-23刘子轶安徽淮化集团有限公司安徽淮南232038

化工管理 2015年25期

刘子轶(安徽淮化集团有限公司, 安徽淮南 232038)

目前，煤化工行业逐渐兴起，各地都出台了一些新的煤化工政策。煤化工业最主要的原料就是氧气，而想要获得氧气就要使用空气设备。我国煤化工业逐渐突起，特别是近几年来，高技术、大规模的煤化工出现，对空分装置的安全性能提出了更高的要求。空分装置设备以工艺流程划分，有内、外压缩两类流程，本文分析了空分装置在煤化工安全运行方面的选择。

1 煤化工在空分装置安全运行方面的要求

在煤化工扩大生产的基础上，煤气化装置加大了对氧气的需求。不管选择哪种煤气化工艺，想要获取最高的煤炭转化率，都必须有大量的氧气。规范煤气化技术包括：BGL、HTW、U-Gas、KRW、KBR，其氧煤比分别为：0.51、0.53、0.59、0.67、0.62。从以上数据可以看出，所有煤气化装置所需的氧煤比都在0.51～0.67间。笔者对各种煤化工装置的耗氧量进行了调查统计，其中甲醇的产量每年是1百万吨，使用GE水煤浆气化技术处理耗氧量可达到12万Nm3/h；成油每年每台生产1百万吨，用来进行处理的技术为Shell粉煤气化，其耗氧量为25万Nm3/h；天然气每年20亿立方米，使用BGL碎煤气化技术对其进行处理，其耗氧量为16万Nm3/h。由以上数据统计可以得出，规范的煤化工耗氧量都非常的大，其中耗氧量最少的为合成氨装置(7万Nm3/h)。想要使煤化工装置安全稳定运行，可以应用多系列的空分装置。现在世界上早已运行了最大规模的空分装置，向着装置规模大型化方向发展，其制氧量高达12Nm3/h，在2010年宁夏投产的空分装置制氧量为9.5万Nm3/h，这标志着空分装置趋向于大型化[1]。

在煤化工不断扩大产业装置规模时，需要对其加强安全防护。空分装置是煤化工工程的重点内容，其安全性和稳定性会对煤化工产生很大的影响，所以煤化工产业一定要选用安全稳定的空分流程。

2 比较内、外压缩流程的安全性

(1)外压缩流程外压缩又称为常列空分流程。在精馏塔底抽出氧气后，通过主换热器设备进行复热，然后使用压氧机进行压缩，达到用户要求的压力后停止压缩，同时将其送到厂区的氧气管网内。

(2)内压缩流程液氧可以从主冷蒸发器中获取，低温液氧泵主要负责压缩至用户要求的压力，由主换热器经过复热再进入厂区的氧气管内。内外压缩流程的主要区别为：液氧通过低温加压，之后在主换热器和压缩空气间交换，因此使液氧复热，最后获得产品气氧。与外压缩流程进行比较，内压缩流程主要在换热和精馏两个技术上发生变化。外压缩流程主要是通过精馏塔生产低压产品气氧，之后通过主换热器将复热输出冷箱；内压缩流程主要就是从主冷蒸发器中提取液氧，由低温液氧泵进行加压，直到达到要求为止，最后压缩空气会和液氧换热，让其从冷箱中气化而生产产品气氧[2]。

(3)比较内、外压缩流程的安全性其一，氧气可以助燃，如果氧气受到较大的压力，其温度会随之升高，这样就很容易发生爆炸危险。氧气气态比液态会大七百到八百倍，所以大型氧压机想要达到氧气增压的目的就必须依靠大叶轮与高转速。因为氧气在高温和高压下会增加危险系数，而空分设备主要依赖液氧泵实现内压缩流程。等物质量的液氧与气氧的体积相差悬殊，前者只占后者的1%，通常情况下每小时2万立方米的空分装置通过液氧泵后所能达到的压缩量只为每小时20～30立方米，再者，因为液氧泵在低转速和低温情况下运转，提高了外压缩流程的安全性。

其二，空气中会存在一些甲烷和乙炔等化合物，其中乙炔的危险性非常高，很难溶解在液氧中，经常会以固态溢出。颗粒间因为摩擦形成静电，这样就引起脉冲，导致局部压力和温度升高，引发爆炸。

煤化工程首先要关注的就是空分装置的安全性，其空分装置中常发生的事故就是主冷蒸发器燃爆，并且此事故较为恶劣。伴随空分装置运行时间的增加，主冷蒸发器中存在的液氧含量会逐渐浓缩，致使空分装置中出现潜在安全危险。对于外压缩空分装置来说，想要避免主冷器中的乙炔气体因积累过量而溢出，可以持续排放含氧量为百分之一的液氧，以达到减少碳氢化物的目的。可是，内压缩流程空分装置中的所有氧都来自液氧气化，主冷蒸发器中产生的液氧会被大量的排放出去，从而乙炔等碳氢化合物就不会在主冷蒸发器中堆积，在工艺流程方面使空分装置的安全性得到了提高[3]。