3.1主换热器内压缩空分设备中(高)压氧压力一般在为 2.0MPa(G)以上,液氧在中(高)压换热器中复热蒸发,在此压力下,所对应的碳氢化合物沸点温度为—145℃以下,在此温度下碳氢化合物(甲烷、乙烷、丙烷、乙烯)不可能出现固态析出,它们是随着液氧的蒸发而蒸发,不会聚集,也就是说在此状态下中(高)压换热器是安全的。氧的临界压力为50.14标准大气压,即5Mpa,因此当供氧压力高于氧的临界压力时,溶解的碳氢化合物也转化为气相溶解状态,不会出现所谓的“干蒸发”现象,也不会形成固相碳氢化合物。此状态下的主换热器是安全的然而碳氢化合物沸点高,而且实际中液氧的压力常是低于氧的临界压力5Mpa,当液氧在中(高)压换热器中产生汽化时,则会引起碳氢化合物在液相中的浓缩,甚至出现碳氢化合物的固态析出。如果这种情况发生,则中(高)压主换热器爆炸的可能性和危险性远大于主冷凝蒸发器。
3.2主冷凝蒸发器内压缩空分设备,用“增压空气压缩机+ 液氧泵+中(高)压换热器”取代了较为复杂的氧透,由于主冷中的液氧被大量抽取去液氧泵加压,因此,在正常运行之中主冷凝蒸发器釜液中碳氢化合物大量浓缩聚集几乎是不可能的。但是,在某些情况下,尤其是供氧压力特别低或空分设备系统突然临时停车时,主冷凝蒸发器釜液中碳氢化合物大量浓缩聚集非常迅速,此时内压缩流程空分设备的安全性比外压缩流程空分设备的安全性要小。
3.3液氧泵内压缩流程取消了氧压机,因而无高温气氧,火险隐患小、安全性好。主冷大量抽取液氧,保证碳氢化合物的积聚可能性降到最低程度。产品液氧在高压下蒸发,使烃类物质积累的可能性大大降低。特殊设计的液氧泵自动启动与运行程序可有效地保证装置的安全运行与连续供氧。液氧泵互为备用方式, 我们一般是采取冷备用方式,这其中有多种模式可以选择,如低速备用、半负荷备用。从实际运行来看, 备用泵从冷备状态启动达到负荷运行的时间很短的(3~5秒)。液氧泵的负荷调节,我们设计了就地及中控均可调节,液氧泵的开停车在中控及就地均可实现。液氧泵的出口采用恒压控制。通过对整套设备的调试,我们设计的控制方案是较为完善的,基本达到了国外内压缩空分设备对液氧泵的控制水平。但如果液氧泵的备用控制方式不完备,使液氧泵在切换过程中出现液氧压力的大幅度波动,或出现液氧的中断压送,则液氧压力大幅度波动或液氧中断压送会使碳氢化合物在主换热器及主冷凝蒸发器产生聚集,严重威胁主换热器及主冷凝蒸发器的安全。
3.4分子筛吸附器空分设备在采用分子筛吸附流程后,由于分子筛及硅胶除吸附二氧化碳外,还能吸附乙炔及其他碳氢化合物,比之切换式板式流程,增加了安全性,这是有目共睹的。但实际上分子筛并不是万能的,分子筛对乙炔及二氧化碳有较强的吸附能力,而对其他的碳氢化合物则不然,当分子筛吸附器在短时间故障或工况不稳定时,则更有可能将杂质带进空分设备。因此我们常说碳氢化合物对空分设备的安全性构成威胁,其实就是甲烷、乙烷、乙烯、丙烷这四种碳氢化合物对空分设备的安全性构成威胁。
4.1 空分装置周边环境的安全 氧站应在工厂的常年上风向,距乙炔发生站300米以上,远离有害气体源。加强原料空气质量监控,一旦污染严重要采取措施。
4.2 加强分子筛吸附净化 对于大型空分设备,目前都采用前端净化分子筛吸附流程。分子筛吸附器为双层床,第一层床氧化铝(Al203),主要吸附水分,保护第二层床;第二层床为分子筛,完全吸附二氧化碳、乙炔等碳氢化合物,部分吸附氧化亚氮、乙烯、丙烷等,基本不吸附甲烷、乙烷等。原料空气通过双层床分子筛吸附器后,基本上完全清除了水分、二氧化碳和乙炔等碳氢化合物。一般在吸附器出口设置二氧化碳、水分在线监测,超过1×10-6报警,立即倒换吸附器。 近些年来对氧化亚氮的堵塞危害引起了充分重视,而分子筛对氧化亚氮只能部分吸附。为了减少其危害,国外对氧化亚氮吸附剂进行了研究,并取得了成果和应用。在分子筛吸附器内加上氧化亚氮吸附剂,或加一层5A分子筛,均能达到良好效 果。若氧化亚氮进入冷箱内,则需靠液空吸附器或液氧吸附器来清除。 APCI认为:如果CO2、N20有足够的数量,那么它们会形成CO2、N20的固体溶液,而且固体溶液比杂质沉淀更容易形成。如果CO2含量报警,应采取如下措施:降低进入塔内的空气量,使分子筛吸附器的负荷减轻;提前切换使用另一台吸附器;监测液氧中的杂质含量;增加再生加热时间;适当提高再生的加热温度。
4.3主换热器增设1%液氧排放针对3.1的问题分析,碳氢化合物在液氧中产生浓缩,为了降低主换热器液氧中碳氢化合物的浓度,可在设计中考虑主换热器的1%液氧安全排放,见图1的V2阀,以此来稀释液氧中碳氢化合物的浓度。现在许多流程及设备中已规定排放一定数量的液体,有资料提出要提高排放比例到不低于空气量的0.2%。因此可以看出,采用内压缩流程是有利于空分设备的安全,有利于主冷凝蒸发器和主换热器的防爆。有的资料提出,在较高的液氧压力下,随着液氧沸腾温度的升高,烃的挥发度及溶解度也随之提高,因此,烃累积的可能性是降低的。当氧的沸腾压力在0.3MPa以上时,就可以排除烃累积到危险浓度的可能性。
4. 4 采用在线与离线监测杂质方式 随着空分设备大型化、自动化、智能化的发展,为满足安全生产的需要,各种磁氧、电化学、红外线、电容式、热导、氢焰、氦离子化等高新技术、高精密度尖端检测仪表广泛应用。为了测量极微量组分,甚至用到了ppb级精度的带放电离子化鉴定器气相色谱仪,一台近百万元, 价格昂贵。为了大型空分设备各个重要环节(特别是主冷)的安全控制,实现在线连续和离线定时监测,这种投入是必需的。 原料空气监测。这个工作要正常化、制度化,定期进行。若环境有恶化,需随时进行,并采取有效措施。控制标准见表2。 分子筛吸附器后二氧化碳和水分的监测。在线连续监测,控制标准:吸附器后原料空气中二氧化碳和水分含量均小于1×10-6,基本为无。