煤化工企業(yè)大型空分裝置安全管理措施

智靜波(鄂爾多斯市西北能源化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

0 引言

伴隨著煤化工的快速發(fā)展趨勢，空分技術(shù)取得長足進(jìn)步，成套機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行規(guī)模不斷擴(kuò)大，能源消耗不斷降低，自動化技術(shù)的技術(shù)實(shí)力和操作過程的安全系數(shù)不斷提高。在煤化工廠的生產(chǎn)過程中，幾乎所有新型氣化爐，如：Lugi 氣化爐、Texaco 氣化爐、殼牌氣化爐或現(xiàn)在的GSP 氣化爐，都與氧氣緊密耦合。所有的氣化氣都需要氧氣作為氣化氣。目前，在我國未完成區(qū)域制氧和社會制氧的情況下，煤化工生產(chǎn)企業(yè)只能自己建設(shè)空分裝置進(jìn)行制氧。因此，如何保障煤化工生產(chǎn)制造中空氣分離裝置的安全運(yùn)行對煤化工企業(yè)來說非常重要。隨著整個(gè)煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的擴(kuò)張，對空分裝置運(yùn)行安全、性能穩(wěn)定的要求也越來越高。

1 影響空分裝置安全運(yùn)行的因素

一般來說，影響空分設(shè)備安全運(yùn)行的因素有很多，按其特點(diǎn)，大致可分為外因和內(nèi)因兩大類：

一是外部因素?？辗衷O(shè)備運(yùn)行時(shí)，空氣質(zhì)量直接影響運(yùn)行效果。煤化工生產(chǎn)環(huán)境會對空氣造成污染，空氣中摻雜了各種顆粒物和廢氣等污染物，不僅縮短了空分裝置過濾分子篩的壽命，也導(dǎo)致了空分機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷的增加，間接或直接危害空分機(jī)組的安全運(yùn)行。當(dāng)空氣中的大量細(xì)顆粒物和有機(jī)廢氣進(jìn)入空分裝置的分子篩時(shí)，極有可能造成分子篩失活。

二是內(nèi)部因素。內(nèi)部因素包括空氣分離器內(nèi)部操作失誤的問題以及人員管理問題。其中，空分廠的主冷凝蒸發(fā)器和氧氣壓縮機(jī)是最容易出現(xiàn)安全問題的兩個(gè)設(shè)備，工作人員缺乏專業(yè)技能，工作粗心，安全意識薄弱，以及安全管理體系不完善等都是影響企業(yè)安全運(yùn)行的重要因素。因此，工作人員必須加強(qiáng)對空分設(shè)備的內(nèi)部管理，以確?？辗衷O(shè)備的安全運(yùn)行[1]。

2 煤氣化對空分裝置的安全要求更高

空分裝備大型化是煤化發(fā)展趨勢的一個(gè)顯著特征。隨著煤化工企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，整個(gè)煤化工過程對氧氣的需求量不斷增加。無論是固定床反應(yīng)器、生物質(zhì)鍋爐還是旋流床氣化技術(shù)的應(yīng)用，都需要大量的氧氣才能完成所需的碳轉(zhuǎn)化。象征性氣化技術(shù)的氧煤比如表1 所示。

表1 典型煤氣化技術(shù)的氧煤比

從表1 可以看出，各種煤氣化爐的氧煤比在0.52～0.90 之間。如表2 所示，單機(jī)版耗氧量至少要達(dá)到65 000 Nm3/h，才能達(dá)到國家環(huán)保政策規(guī)定的最低運(yùn)行規(guī)模。為了保證設(shè)備的可靠運(yùn)行，空分機(jī)組必須配備多個(gè)系列的產(chǎn)品?，F(xiàn)階段，大型設(shè)備是空分技術(shù)快速發(fā)展的具體方向。

表2 某煤氣化裝置停車原因匯總

整個(gè)煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)步，對空分裝置的安全性和穩(wěn)定性提出了更好的規(guī)范。作為煤化工領(lǐng)域的龍頭機(jī)組，空分裝置已成為主要的生產(chǎn)設(shè)備，其安全系數(shù)、穩(wěn)定性和運(yùn)行周期時(shí)間對整個(gè)煤化工系統(tǒng)的影響越來越大。在空分-汽化裝置的公用工作中，空分裝置是一個(gè)重要的單元，空分裝置提供的氧氣、氮?dú)狻鍤?、儀表氣和廠用空氣是可靠運(yùn)行的主要前提?？辗盅b置與中下游裝置的高水平集成，不僅保持了運(yùn)行更快、效率更高，而且為空分裝置的可靠運(yùn)行明確提出了更好的規(guī)定。

從表2 可以看出，空分裝置由于運(yùn)行時(shí)間短，安全性和可靠性較差?，F(xiàn)階段，國外空分廠安全系數(shù)和穩(wěn)定性的最佳數(shù)據(jù)和信息均在99.2%以上。因此，提高空分裝置的安全性和可靠性仍然是我國煤化工企業(yè)的重點(diǎn)研究課題。提高空分裝置的安全系數(shù)和穩(wěn)定性，一是保證資金的分配，保證設(shè)備的性能和部件的質(zhì)量和特性；二是嚴(yán)格設(shè)計(jì)空分裝置并應(yīng)用可靠性分析移動軟件。

空分設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和安裝必須嚴(yán)格按照國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的程序和要求。建設(shè)項(xiàng)目應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注空壓機(jī)安裝調(diào)試、自控系統(tǒng)調(diào)試、氧氣管道疏通除油、冷箱裸冷卻檢修等，管道系統(tǒng)和珠光砂填充。一般來說，導(dǎo)致ASU 軟件停機(jī)的不安全因素包括制冷壓縮機(jī)故障、閘閥故障、氧氣制冷壓縮機(jī)故障、分子篩二氧化碳滲入、液氧泵故障、通道堵塞、系統(tǒng)斷電、系統(tǒng)軟件供汽不穩(wěn)定、實(shí)際操作錯誤等[2]。

3 煤化工生產(chǎn)中空分裝置的安全運(yùn)行

3.1 分子篩吸附預(yù)純化

采用長周期上下床凈化處理和無沖擊電源開關(guān)控制系統(tǒng)對室內(nèi)空氣進(jìn)行預(yù)凈化處理。雙層結(jié)構(gòu)(活性氫氧化物金剛石碳分子篩)分子篩吸附劑，可吸收空氣中的水、二氧化碳、鄰二甲苯和丙烷氣體、重?zé)N、N2O 等殘留物，并在進(jìn)入分餾前徹底去除有害物質(zhì)，從根本上消除主冷疑凝汽器爆炸的安全隱患。廢氣吸收塔底部的氧化鋁粉床可有效維護(hù)分子篩，增加分子篩的使用壽命。選擇雙室可以降低廢氣吸收塔的摩擦阻力，降低再生溫度，節(jié)約能源。轉(zhuǎn)換系統(tǒng)軟件采用DCS 自動控制系統(tǒng)，配合閥位反饋數(shù)據(jù)信號自動判別壓力，能充分保證更換操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據(jù)空分裝置的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在常溫下碳分子篩廢氣吸收塔進(jìn)出口安裝CO2分析儀，進(jìn)行在線檢測，以控制該處CO2含量≤1×10-6(體積分率)。

3.2 采用內(nèi)部壓縮過程

在空氣凈化系統(tǒng)中應(yīng)用高效活性氧化鋁，有效去除空氣中的有害殘留物，采用液氧內(nèi)壓技術(shù)也是一種立竿見影的方法。減少液氧的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，必須將氧氣制冷壓縮機(jī)改為液氧泵，這樣才能進(jìn)行全過程的高效液相變壓，可以進(jìn)一步提高安全系數(shù)。此外，將液氧泵置于冷箱內(nèi)，將液氧直接輸送到用戶手中，不僅根據(jù)工作場所防止了高壓氧管道的弊端，還進(jìn)一步提高了工作場所的安全系數(shù)。此外，精餾單元主冷卻器周圍產(chǎn)生的液氧由液氧泵不斷抽出，加壓后供應(yīng)給客戶，避免有害雜質(zhì)堆積和爆炸濃度值，去除來自源頭的液態(tài)氧?？辗炙?nèi)有爆炸的危險(xiǎn)，因此液氧內(nèi)壓縮處理技術(shù)優(yōu)于一般的氧氣制冷壓縮機(jī)處理技術(shù)，值得信賴。

3.3 主冷凝蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)與制造

生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在設(shè)計(jì)主冷凝蒸發(fā)器板翅片機(jī)組時(shí)，翅片分布應(yīng)較稀疏(翅片間距較大)，避免操作過程中液氧成分結(jié)晶造成堵塞。在制造主冷冷凝器板翅式發(fā)電機(jī)組時(shí)，要保持室內(nèi)環(huán)境清潔，避免機(jī)械設(shè)備雜質(zhì)進(jìn)入安全通道，堵塞流道，埋下安全隱患。在建筑工程設(shè)計(jì)中，主冷卻冷凝器必須嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和制造規(guī)定進(jìn)行接地裝置，避免靜電感應(yīng)的積累，接地線的電阻必須低于10 Ω。

4 基于煤化工的空分裝置安全運(yùn)行管理方案

4.1 外部影響對策

關(guān)于空氣污染對空分裝置的影響，相關(guān)工作人員可通過以下兩個(gè)步驟實(shí)施處理：首先，改進(jìn)空氣分離裝置的外部結(jié)構(gòu)，調(diào)整吸風(fēng)口位置，使其遠(yuǎn)離空氣污染區(qū)，與空氣污染源隔離。在此過程中，所涉及的技術(shù)人員必須根據(jù)空分設(shè)備的運(yùn)行情況和預(yù)期的未來生產(chǎn)計(jì)劃需要重新設(shè)計(jì)吸風(fēng)口的位置，同時(shí)確保空分設(shè)備的正常運(yùn)行不受干擾。設(shè)計(jì)結(jié)果必須滿足適用的工藝設(shè)計(jì)要求，確?？辗盅b置的生產(chǎn)能力不受干擾，以有效應(yīng)對外部影響。其次，空氣分離器的進(jìn)氣口必須朝向風(fēng)向，以確保最大可能地排空空氣中的漂浮物，從而將吸入的空氣從進(jìn)氣口釋放出來。確?？諝夥蛛x裝置不受夾雜物影響，確保安全運(yùn)行[3]。

4.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)解決方案

主凝蒸發(fā)器爆炸是空分裝置中最常見的危險(xiǎn)情況之一，不僅嚴(yán)重?fù)p壞空分裝置，也不利于煤化工的安全生產(chǎn)。針對這一問題，技術(shù)人員可以研究并有效控制進(jìn)入分餾塔的有害氣體，以實(shí)現(xiàn)空分裝置的安全運(yùn)行。通過在空氣分離裝置的進(jìn)口處加入雙層分子篩，進(jìn)一步提高了過濾效果，過濾去除了空氣中所含的二氧化碳、水、顆粒物、碳?xì)浠衔锏入s質(zhì)。此外，對空分裝置的吸附器底層進(jìn)行了相應(yīng)改造，加裝了活性氧化鋁，采用雙層床，可有效降低可再生能源的消耗，提高再生能力。得到有效改善。通過對吸入的空氣進(jìn)行過濾，降低空氣中所含二氧化碳的含量，去除有害雜質(zhì)，并將含量控制在1% 以下，保證空分裝置的安全運(yùn)行。如果二氧化碳含量超過1%，工作人員應(yīng)通過詳細(xì)分析相關(guān)問題，及時(shí)查找原因，或調(diào)整分子篩吸附周期，努力改善空氣中的CO2含量[4]。

4.3 加強(qiáng)員工培訓(xùn)

工作人員的專業(yè)技能水平不僅影響工作質(zhì)量，而且直接關(guān)系到空分設(shè)備的安全運(yùn)行和管理。因此，管理者在研究空分裝置安全運(yùn)行問題時(shí)，應(yīng)注意員工的專業(yè)技術(shù)水平，提高專業(yè)技術(shù)能力，加強(qiáng)工作質(zhì)量，提高空分安全性能。在這件事上，可以采取兩種措施：

一是加強(qiáng)內(nèi)部培訓(xùn)和學(xué)習(xí)。企業(yè)積極開展空分裝置工藝技術(shù)和操作技術(shù)課題的培訓(xùn)和研究工作，提高工人的專業(yè)技能。在這個(gè)過程中，管理者要對所有培訓(xùn)環(huán)節(jié)進(jìn)行全程監(jiān)督，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工人職業(yè)能力的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)行有針對性地再培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)職業(yè)技能水平的全面提升。

二是出國留學(xué)。由于出國留學(xué)的機(jī)會非常難得，這種方式不僅可以有效提高技術(shù)人員的專業(yè)能力水平，而且可以調(diào)動相關(guān)人員的積極參與，創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)機(jī)會，接受培訓(xùn)以提高他們的技能。同時(shí)，對于已經(jīng)完成高級研究課程培訓(xùn)的工人，可以被管理者適當(dāng)?shù)刂赜?，以確保所學(xué)的知識和技能得到充分利用和運(yùn)用。

4.4 加強(qiáng)員工專業(yè)化

空分設(shè)備操作人員和技術(shù)人員工作不認(rèn)真，不進(jìn)取，專業(yè)性低，這個(gè)問題直接關(guān)系到工作質(zhì)量，也關(guān)系到空氣的安全運(yùn)行和管理。因此，管理者在進(jìn)行空分設(shè)備的安全運(yùn)行管理時(shí)，可以通過提升專業(yè)素質(zhì)來提高安全運(yùn)行管理的效率。

一是加強(qiáng)思想政治教育。積極開展有關(guān)勞動者的思想政治培訓(xùn)和教育活動，提高職業(yè)素質(zhì)。在這個(gè)過程中，黨建工作者要積極參與，充分發(fā)揮作用和價(jià)值觀，提高勞動者職業(yè)素質(zhì)，樹立正確良好的社會觀、人生觀和價(jià)值觀。責(zé)任理念讓員工意識到專業(yè)素質(zhì)的重要性，為空分設(shè)備安全運(yùn)行管理的順利開展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二是實(shí)行獎懲制度。管理者可以根據(jù)當(dāng)前情況和未來發(fā)展需要建立專長獎勵制度，同時(shí)要積極鼓勵員工參與監(jiān)督。職業(yè)素質(zhì)好的可以適當(dāng)?shù)亟o予獎勵，職業(yè)素質(zhì)差的可以批評教育，問題嚴(yán)重的可以轉(zhuǎn)崗，以此提高員工專業(yè)技能和責(zé)任意識。

4.5 完善生產(chǎn)管理制度

為確保煤化工空分裝置安全運(yùn)行管理的有效開展，管理者需要深入研究現(xiàn)行的生產(chǎn)管理制度，對運(yùn)行中的問題和要素進(jìn)行一對一的處理。發(fā)現(xiàn)制度的缺陷，結(jié)合未來發(fā)展規(guī)劃完善制度，確保制度具有一定的全面性、合理性和科學(xué)性，使安全生產(chǎn)管理制度確保安全運(yùn)行。

以某單位的《空分裝置安全運(yùn)行管理規(guī)定》為例。該規(guī)定不僅對操作人員進(jìn)行規(guī)范，而且對規(guī)定的空分裝置入口的管理也確保了其完整性和全面性。主要內(nèi)容有：(1)空分裝置的操作人員必須經(jīng)過安全生產(chǎn)技術(shù)和勞動紀(jì)律培訓(xùn)，并通過考試取得證書，必須熟悉并嚴(yán)格遵守本貼的操作方法。(2)每周至少分析一次進(jìn)氣口中的氣體，并在環(huán)境空氣質(zhì)量發(fā)生變化時(shí)進(jìn)行分析。如果吸入條件超標(biāo)，必須及時(shí)查明原因，排除污染源或采取其他安全操作措施[5]。

4.6 加強(qiáng)安全監(jiān)管

加強(qiáng)煤化工空分裝置的安全運(yùn)行管理，加強(qiáng)安全生產(chǎn)監(jiān)管，讓員工高度重視安全運(yùn)行管理。對此，管理人員可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，設(shè)立相應(yīng)部門專門負(fù)責(zé)此項(xiàng)工作，并結(jié)合企業(yè)發(fā)展規(guī)劃，開展安全生產(chǎn)監(jiān)督工作。在人員配置方面，可以采用專人或兼職制兩種方式解決人員配置問題。此外，可根據(jù)監(jiān)管作業(yè)的需要，制定安全生產(chǎn)監(jiān)督管理制度，使作業(yè)更加規(guī)范化。

5 結(jié)語

當(dāng)前，我國的煤化工產(chǎn)業(yè)鏈對空分裝置的安全性、可靠性明確提出了更規(guī)范的要求，保障煤化工生產(chǎn)用燃?xì)鈾C(jī)械設(shè)備的順利運(yùn)行，對于煤化工生產(chǎn)企業(yè)來說顯得尤為緊迫和重要。采用活性氧化鋁吸附預(yù)凈化處理液可有效防止氮氧化物進(jìn)入冷箱，利用液氧氣壓解決技術(shù)難題，不僅可以減少工程投資，而且可以有效提高設(shè)施的安全性能。