现代空分装置在煤化工领域的应用

张鹏飞 李慧

摘 要：空分装置工程项目其在实际应用过程中具有极高的技术含量，施工过程中所涉及到的专业比起其他的工程项目更为广泛，要求专业素质过硬，整体项目在施工中相对较复杂，所以在进行空分装置工程项目施工中由于施工难度大、强度高更加容易出现质量问题。文章旨在化工项目中为保证空分装置工程质量得到更好的发展，并针对相关问题进行分析探讨。

关键词：空分装置;煤化工;应用

空分装置工程项目在开始施工之前，首先由设计部门将绘制好的相关图纸交到设计上级部门进行审核和修改，并采购工程所需要的设备以及原材料。在进行施工过程中，要求对所有的施工环节严格把关，特别是化工项目，确保施工的质量能够满足工程需求，要求在进行质量监管的过程中必须做到程序化以及规范化。在空分装置工程项目完成之后，其必须符合国家各项标准、要求，能够保证项目在使用的过程中达到预期效果，本文针对空分装置工程质量的控制与管理进行探讨。

1 控制好工程设备以及原材料的质量

在现阶段进行空分装置工程项目施工过程中，施工所用设备以及材料的质量，是保障施工质量的重要环节。从现阶段的市场情况以及我国实际施工的状态可知，整个建筑市场有关空分装置工程项目的产品质量存在着很大的差异，很多设备、材料其质量水平差强人意，甚至有些材料质量达不到规定要求;而另一方面，低价中标导致施工中有分包商为了增加自身收益，会选择质量相对差的材料进入施工现场，直接导致工程质量出现问题。

1.1 重视质量证明文件的审查

一个产品质量的好坏其主要的证明就是质量证明文件，这是一种材料能否进入到空分装置工程项目施工的入场券。同时也是现阶段施工的化工企业在进行施工技术的把关、产品质量的验评以及工程竣工验收的过中最重要的依据，但是现阶段由于市场的自由化，有厂家开始进行质量作假，在材料的生产过程中并没有按照国家的标准来进行生产，如对于钢材中这一材料，要求其中Cr的含量在18%以上，但有的钢材并没有满足这一要求，进而造成了施工中的安全隐患。

1.2 重视验货的材质和尺寸

在对空分装置工程项目质量的控制过程中，材料本身的材质和尺寸也尤为重要，特别是整个项目施工中的承重材料，如果承重材料在进行材质的选择过程中出现了问题，会导致项目的施工基础出现问题。同时不同的材质其自身的使用年限不同，如果材质选择和设计图纸不符，整个项目能够使用的年限也会出现错误，这对于施工单位和建筑行业的影响都十分不利。在项目施工的过程中尺寸的选择也一样重要，错误的尺寸会导致施工过程中出现问题，浪费施工的预算，若施工完成之后才被发现轻则导致项目的使用时间缩短，重则导致整个项目都不能在实际工作中使用，不仅仅是浪费钱财、人力和物力，也会对整个建筑行业带来危机，让人们失去对施工单位的信任，为此在施工过程中确保材料和尺寸的准确性十分重要。

2 空分装置工艺路线选择

2.1 空分工艺比较

空分气体分离工艺主要有深冷分离、变压吸附、膜分离等工艺，化工企业一般对气体（氧气、氮气）纯度、用量要求较高，空分装置宜采用深冷分离工艺路线。深冷分离基本原理：空气经压缩、冷却、净化后，在利用热交换把空气液化为液空;根据液氧和液氮的沸点不同，对液空进行精馏，氧（重组分）在精馏塔底部富集，氮（轻组分）在精馏塔顶部富集，在精馏塔底、顶部分别获得高纯度的氧气与氮气。目前空分装置深冷工艺主要分为内压缩流程及外压缩流程：外压缩流程是空分设备生产低压氧气，然后经氧气压缩机加压至所需压力供给用户;内压缩流程取消氧压机，液氧在冷箱内经液氧泵加压达到所需压力供给用户。

2.2 空分工藝运行比较

2.2.1 主冷凝蒸发器中碳氢化合物

空分设备长时间运行后，主冷凝蒸发器液氧中的碳氢化合物会有不同程度的浓缩、累积，对空分设备的安全运行是一种潜在的威胁。为了防止碳氢化合物的积累，外压缩流程采用连续排放1%的液氧来降低主冷凝蒸发器中的碳氢化合物的含量;内压缩流程氧气产品为冷凝蒸发器中的液氧经液氧泵加压复热后所得。本空分装置建于化工企业，大气中VOC含量较高，工艺上内压缩工艺流程可进一步提供高空分设备运行的安全性。

2.2.2 氧气压缩机安全性

氧气是一种助燃物质，压力越高，温度越高，爆炸危险性就越大，因此在高温、高压下压缩氧气危险性较大。内压缩流程是液氧泵提供压力，加之低温泵在低温运转，安全系数比外压缩流程中氧气压缩机大大提高。

2.2.3 液体产品率

空分装置中液体产品（液氧、液氮）占产品的比例对能耗的影响较大。行业中认为8%左右的比例是一个分界点，低于8%一般采用外压缩流程，若高于8%一般采用内压缩流程。为提供MTO装置开车氮气（需求量为50000m3/h，需求时间36h），该空分装置拟配套建设1台3000m3液氮储罐，宜选用液体产品比例较高的内压缩流程以补充液氮储罐蒸发损失或紧急工况使用。

结论：该空分装置宜选用内压缩工艺流程。

3 空分设备选型

空分内压缩流程中，氧氮产品采出比一般介于1：1～1：3，多数空分项目氧氮产品一般按1：2采出。本项目氧氮产品需求比达到1：4，严重偏离正常空分装置产品采出比例。

针对本项目用气情况，国内某空分设备制造商提出以下方案进行比较（氧氮产品采出比均按1：2.5计）。

方案一：10000m3/h内压缩空分装置+15000Nm3/h制氮设备;

方案二：16000m3/h内压缩空分装置;

方案三：40000m3/h制氮设备，外挂10000m3/h氧塔。

3.1 设备参数比较

针对上述提出不同空分设备的形式，该空分设备制造商对各方案中压缩机主要参数及设备投资进行了比较，可知，针对本项目各生产装置气体需求（氧气：10000m3/h，氮气：40000m3/h），上述3种方案均可满足生产装置工艺运行。在空分装置中，主要运行成本为电耗，方案二压缩机总轴功率优于其他方案，并且设备投资也较为合理。

3.2 设备操作性比较

在化工企业中，生产工艺装置平稳、安全运行为重中之重，该空分设备制造商对各方案中设备操作性进行了比较。化工生产装置工艺复杂，生产负荷调整，检修、停车、开车相对频繁，用气波动导致空分装置负荷波动。特别是生产装置紧急停车，对气体管网压力冲击很大，致使空分装置需短时间内调整负荷。针对生产负荷波动性的特点，若氧气用量不变、氮气用量波动，方案一需调整制氮装置负荷，方案三则较难调整制氮装置运行负荷;若氮气用量不变、氧气用量波动，方案一需先调整内压缩空分装置负荷，同时根据氮气产出相应调整制氮装置负荷，方案三亦较难调整制氮装置运行负荷;而上述2种工况，方案二中内压缩空分装置可改变上、下塔采出，灵活调整负荷，满足生产装置工艺使用。

4 结束语

在实际施工的过程中对于空分装置工程项目来说最重要的就是质量问题。为此需要在施工之前就对其进行分析，并且保证各项环节都符合质量监管要求，要达到在实际工程中的预期质量目标，必须从施工开始做好准备，逐步的去落实在空分装置工程项目各项质量控制与管理措施，确保空分装置工程项目质量是满足实际需求的，同时也能满足国家的相关发展。

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