3.1主換熱器內壓縮空分設備中(高)壓氧壓力一般在為 2.0MPa(G)以上,液氧在中(高)壓換熱器中復熱蒸發,在此壓力下,所對應的碳氫化合物沸點溫度為—145℃以下,在此溫度下碳氫化合物(甲烷、乙烷、丙烷、乙烯)不可能出現固態析出,它們是隨著液氧的蒸發而蒸發,不會聚集,也就是說在此狀態下中(高)壓換熱器是安全的。氧的臨界壓力為50.14標準大氣壓,即5Mpa,因此當供氧壓力高于氧的臨界壓力時,溶解的碳氫化合物也轉化為氣相溶解狀態,不會出現所謂的“干蒸發”現象,也不會形成固相碳氫化合物。此狀態下的主換熱器是安全的然而碳氫化合物沸點高,而且實際中液氧的壓力常是低于氧的臨界壓力5Mpa,當液氧在中(高)壓換熱器中產生汽化時,則會引起碳氫化合物在液相中的濃縮,甚至出現碳氫化合物的固態析出。如果這種情況發生,則中(高)壓主換熱器爆炸的可能性和危險性遠大于主冷凝蒸發器。
3.2主冷凝蒸發器內壓縮空分設備,用“增壓空氣壓縮機+ 液氧泵+中(高)壓換熱器”取代了較為復雜的氧透,由于主冷中的液氧被大量抽取去液氧泵加壓,因此,在正常運行之中主冷凝蒸發器釜液中碳氫化合物大量濃縮聚集幾乎是不可能的。但是,在某些情況下,尤其是供氧壓力特別低或空分設備系統突然臨時停車時,主冷凝蒸發器釜液中碳氫化合物大量濃縮聚集非常迅速,此時內壓縮流程空分設備的安全性比外壓縮流程空分設備的安全性要小。
3.3液氧泵內壓縮流程取消了氧壓機,因而無高溫氣氧,火險隱患小、安全性好。主冷大量抽取液氧,保證碳氫化合物的積聚可能性降到最低程度。產品液氧在高壓下蒸發,使烴類物質積累的可能性大大降低。特殊設計的液氧泵自動啟動與運行程序可有效地保證裝置的安全運行與連續供氧。液氧泵互為備用方式, 我們一般是采取冷備用方式,這其中有多種模式可以選擇,如低速備用、半負荷備用。從實際運行來看, 備用泵從冷備狀態啟動達到負荷運行的時間很短的(3~5秒)。液氧泵的負荷調節,我們設計了就地及中控均可調節,液氧泵的開停車在中控及就地均可實現。液氧泵的出口采用恒壓控制。通過對整套設備的調試,我們設計的控制方案是較為完善的,基本達到了國外內壓縮空分設備對液氧泵的控制水平。但如果液氧泵的備用控制方式不完備,使液氧泵在切換過程中出現液氧壓力的大幅度波動,或出現液氧的中斷壓送,則液氧壓力大幅度波動或液氧中斷壓送會使碳氫化合物在主換熱器及主冷凝蒸發器產生聚集,嚴重威脅主換熱器及主冷凝蒸發器的安全。
3.4分子篩吸附器空分設備在采用分子篩吸附流程后,由于分子篩及硅膠除吸附二氧化碳外,還能吸附乙炔及其他碳氫化合物,比之切換式板式流程,增加了安全性,這是有目共睹的。但實際上分子篩并不是萬能的,分子篩對乙炔及二氧化碳有較強的吸附能力,而對其他的碳氫化合物則不然,當分子篩吸附器在短時間故障或工況不穩定時,則更有可能將雜質帶進空分設備。因此我們常說碳氫化合物對空分設備的安全性構成威脅,其實就是甲烷、乙烷、乙烯、丙烷這四種碳氫化合物對空分設備的安全性構成威脅。
4.1 空分裝置周邊環境的安全 氧站應在工廠的常年上風向,距乙炔發生站300米以上,遠離有害氣體源。加強原料空氣質量監控,一旦污染嚴重要采取措施。
4.2 加強分子篩吸附凈化 對于大型空分設備,目前都采用前端凈化分子篩吸附流程。分子篩吸附器為雙層床,第一層床氧化鋁(Al203),主要吸附水分,保護第二層床;第二層床為分子篩,完全吸附二氧化碳、乙炔等碳氫化合物,部分吸附氧化亞氮、乙烯、丙烷等,基本不吸附甲烷、乙烷等。原料空氣通過雙層床分子篩吸附器后,基本上完全清除了水分、二氧化碳和乙炔等碳氫化合物。一般在吸附器出口設置二氧化碳、水分在線監測,超過1×10-6報警,立即倒換吸附器。 近些年來對氧化亞氮的堵塞危害引起了充分重視,而分子篩對氧化亞氮只能部分吸附。為了減少其危害,國外對氧化亞氮吸附劑進行了研究,并取得了成果和應用。在分子篩吸附器內加上氧化亞氮吸附劑,或加一層5A分子篩,均能達到良好效 果。若氧化亞氮進入冷箱內,則需靠液空吸附器或液氧吸附器來清除。 APCI認為:如果CO2、N20有足夠的數量,那么它們會形成CO2、N20的固體溶液,而且固體溶液比雜質沉淀更容易形成。如果CO2含量報警,應采取如下措施:降低進入塔內的空氣量,使分子篩吸附器的負荷減輕;提前切換使用另一臺吸附器;監測液氧中的雜質含量;增加再生加熱時間;適當提高再生的加熱溫度。
4.3主換熱器增設1%液氧排放針對3.1的問題分析,碳氫化合物在液氧中產生濃縮,為了降低主換熱器液氧中碳氫化合物的濃度,可在設計中考慮主換熱器的1%液氧安全排放,見圖1的V2閥,以此來稀釋液氧中碳氫化合物的濃度。現在許多流程及設備中已規定排放一定數量的液體,有資料提出要提高排放比例到不低于空氣量的0.2%。因此可以看出,采用內壓縮流程是有利于空分設備的安全,有利于主冷凝蒸發器和主換熱器的防爆。有的資料提出,在較高的液氧壓力下,隨著液氧沸騰溫度的升高,烴的揮發度及溶解度也隨之提高,因此,烴累積的可能性是降低的。當氧的沸騰壓力在0.3MPa以上時,就可以排除烴累積到危險濃度的可能性。
4. 4 采用在線與離線監測雜質方式 隨著空分設備大型化、自動化、智能化的發展,為滿足安全生產的需要,各種磁氧、電化學、紅外線、電容式、熱導、氫焰、氦離子化等高新技術、高精密度尖端檢測儀表廣泛應用。為了測量極微量組分,甚至用到了ppb級精度的帶放電離子化鑒定器氣相色譜儀,一臺近百萬元, 價格昂貴。為了大型空分設備各個重要環節(特別是主冷)的安全控制,實現在線連續和離線定時監測,這種投入是必需的。 原料空氣監測。這個工作要正常化、制度化,定期進行。若環境有惡化,需隨時進行,并采取有效措施。控制標準見表2。 分子篩吸附器后二氧化碳和水分的監測。在線連續監測,控制標準:吸附器后原料空氣中二氧化碳和水分含量均小于1×10-6,基本為無。