煤化工项目中空分装置的建设分析

闫清华

摘 要：一般大型的空分的设备在各个煤化项目之中，占有着总要的地位。其中包含了对电源系统在空分装置地位的分析，以及在交流电源中UPS的制约，而针对目前直流系统的方案存在着一定的问题。文章中以项目为主，分析了空分装置的规模与流程等特点，并对总平面的分布和二氧化碳的排放情况进行了分析。希望能够为空分装置的设计与建设提供一定的参考。

关键词：煤化工项目;空分装置;探究与分析

我国煤炭的存储量是非常丰富的，其不仅是化石能源也是化工品中的原料。随着近些年来经济与社会的高速发展，人们对于能源与化工品的需求也在逐渐地增加，而煤化就在能源之中占据重要地位。而国际上油价也发生了比较剧烈的动荡，对于代替的原料和能源的需求都越来越迫切，我国的煤化工行业与各个领域都成为了重要的组成部分。而煤化工技术也得到了比较重大的突破与发展，特别是在煤化化工技术的工业化发展，对于大型的煤制油和煤制天然气方面都取得了比较大的进展与突破。

1 确定空分装置的规模

空气分离器的首要设计任务是选择合适的装配尺寸和通用型号。空分装置在使用在煤化工项目当中时，主要用于帮助氧气中的气体进行分离，从而生成氧气和氮气的一种工业设备，也可以称其为氧气生成汽化剂和反应原料等，尤其在煤气化的作业中对其的要求相对而言也比较高，故而在实际工作中为了可以达到标准的空分装置规模，必须先对氧气量做基本计算并将其作为相关定义基础的。

1.1 掌握所用氧气的性能和规格

煤气化工作装置是整个煤化工项目进行过程中，最主要的消化途径同时也是主要用户，有些装置或者是具有微弱的要求，但是在实际运算氧气使用总量的过程中，结果得出通常是依照煤气化设备和其他设备的氧装置相叠加得出的，根据实际运行的煤质变化的时候，或者是在调节装置的负荷的时候，也要将设计裕量考虑进去。氧气的纯度也需要满足客户的要求，氧含量一般不会超过99.6%，煤气化在工作之前选用的炉型以及工艺直接决定了氧气压力收集指数，在此类型的工程项目中所用的氧压力是比较高的，控制的范围在4-9兆帕之内。

1.2 产品氮气的能力与规格

氮气是一种必不可少的保护气体或者是密封的气体，而且这种原料的需求的适用装置比较多，因此呈现的压力等级相对而言也同样比较繁杂，为此在实际工作环节中需要考量对于不同氮气用气规格差异，然后对于不同等级的氮气压力从而综合评测氮气的使用量。在确定氮气的规模的时候，需要发现对于辅助装置需要调整的连续使用剂量，然后再依靠每个装置所设计的特性氮气设置，将其在可控范围内将其调整到最大，将用户使用量最大数值、间断用量与其正常差值进行叠加，重新计算该厂区相应管线之间的最大传输距离和总体面积，还要将管网的用量计算进去。

1.3 确定液体产品和确定其他产品的能力

在应用液氮与液氮能力的时候，需要根据不同用户的需求和空分的装置，再根据每项大型煤化工程项目具体情况，查验空分装置的对应套数是否比较多。同样，在思考单套的空分装置中，液体的其他系统项目需要同时满足供应时间保证氧气和氮气这两种原料的需求。按照不同的施工项目可以考虑选择不同性质的用气特点执行，来考虑空分装置的运行。而针对于其他稀有气体的应用，需要考虑成本方面的因素。尤其是在规划项目的整体设计阶段时，相关工作人员需要按照不同产品之间的性能和使用规格，来完成基本预期情况空分装置能力举例，若是在基本完成空分装置的基本，规划之后，则可以在这样的基础上，来进行设备的选择与总图的布置。

2 空分装置设备的流程与特点

不同的项目中的空分装置和流程与设备装置都会有差异，根据大型的煤化工项来说，其主要的流程与设备可以分成一下几类：

2.1 多样化流程

针对大型的煤化与工程项目中对于氧气需求量的差异，压力通常在4-9兆帕之间，所以在空分的过程中，可以缩短流程，而针对煤气化技术的差异以及压力等级划分的不同，氮气用量方面与压力的等级差别也是比较大的，一般空分流程的形式非常多样，而根据空气循环流程的问题也需要根据项目不同来进行有针对性的设计。

2.2 机组的集成化

主要用于完成原料利用的空气压缩机装置和增压的压缩机来说，其主要是由双轴的进行输出的，另外可将其作为拖动式的一种氮气压缩性能机械产品。一般而言可以承受较大流量的装置主要采取的作业方式都是轴流式跟离心式的，而且汽轮机器、原料增压机和原料空气压缩机器的在运行时，所经用的都是同一套润滑油使用系统。

2.3 空气式冷却法

有时候常见的煤化工项目所设置厂区面临缺水是常态，所以为了能够更好地节约资源，保证排气可以尽快冷却同时蒸汽的热能可以转化为透平转子旋转的机械能，可以选择空冷器的使用。一般情况下需要在其使用前集中布置，才能保证吸风的总量达到标准，同时也能降低由于各種干扰问题所影响压缩机使用。使用过程中需要按照空冷器功能转化能力进行细节设计调整，还需实时结合当地天气情况。

2.4 低温转动的仪器设备具的非常高的可靠性

由于一般的煤化工项目中存在的单套的空分能力都相对很强，所以大部分的空分装置在出现停车之后，大概率情况都会致使下游的装置出现停车，所以设备是否可靠是非常重要的，而当低温转动设备处在低温状态的时候，如果出现了故障，是要非常长大的一段时间来解决出现的问题，因此，通常情况下，低温的转动设备都是要具备一定程度的可靠性的。

3 保证空分装置设备与气化炉相配

在进行整体的设计的过程中，使空分装置和气化炉能够相配属于相当重要的工作之一。而在其中，需要使用气化炉其中又包含氧气，要保证的是比例与气化炉的数据相匹配。当前要注意的事项就是依照国内外的单套空分的装置来进行最大限度上的制氧。通常情况之下，一般的系列数投资都会比较低，但是单套空分的制氧量又比较大，实际上无法满足业绩或者是生产的能力，所以对项目的实施和实现是非常实际的。

因此，在掌握了空分设备的业绩之后，再根据气化炉中的系列数进行匹配，主要包括供需关系，再加上管道的配置，以及氧气母管的设置，氧气管道的系统连接需要与配置的方案关联起来。

4 氧气与高压蒸汽管道系统的连接

一般的空分装置在设置氧气母管的时候，都是重点需要关注的内容。而通过对空分和煤气化装置间的氧气管线配置研究，使最终的装置间和系列间的配置达到最理想化，从而实现节约投资金额，优化操作细节的目的。

根据氧气不同的流速和管道的材质，管壁的厚度等等，来选择最经济的方案，并且找出最合适的管道连接方案。

5 对空分总平面的布置和二氧化碳排放的影响，以及对于污氮排放分布的分析

在选择空分装置的时候，需要选择的是与标准规范要求相符合的，如果是大型的化工项目，除了要保证空分平面的布置外，还需要考虑多种因素，包括空分和煤气化的装置，动力站的布置原则等。周围也会存在比较大型的动力站与低温的甲醇装置，比较容易受到二氧化碳气体排放方面的影响，周边也有各种各样的装置，可能发生羟类气体泄露情况，会对空分装置和周围环境造成影响。

综上所述，为了能够更好的适应当前煤化工行业的发展，空分装置也在不断的发展，而在对空分装置进行工程设计的时候，需要从宏观的角度来看，并且从总体平面布局和周围的大气的扩散来进行模拟气体管道的配置方案。而在总体设计的时候，也需要做好基础工作，这样才能保证后续工作有条不紊地进行，对于在建过程中的项目反馈出来的问题，不断地进行改进与完善。

参考文献：

[1]刘铁义.大型煤化工项目空分装置的总体设计[J].文摘版：工程技术，2016，000（003）：P.275-275.

[2]周栓保.大型煤化工空分装置总体设计配备方案探讨[J].气体分离，2018，000（003）：P.64-65.

[3]雷霁霞，杨亚芝.大型煤化工项目空分装置的总体设计[J].化工设计，2015，000（005）：41-43.

[4]马炯，陈洪中.煤化工项目大型空分装置驱动方式研究[J].化学工程，2017（4）.