专利名称：大中型外压缩流程空分装置防爆技术的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种大中型外压缩流程空分装置防爆技术。是一种将液氧引入复热器与逆向流动的物流换热后排入常温氧气管道的防爆工艺技术创新。
背景技术：
目前，大型全低压空分装置主冷凝蒸发器的爆炸事故隐患，一直是困扰化工行业的一大难题。近几年抚顺化工厂的6000m3/h空分设备、马来西亚72000m3/h空分设备相继发生恶性爆炸事故后，国内空分设备制造商及研究机构对空分装置主冷凝蒸发器的爆炸机理及控制愈加重视。但就常用的分子筛吸附外压流程的空分装置而言，尚未找到简便高效的控制和解决安全问题的办法。
中石油大庆石化空分装置主冷碳氢中的C2H6和CH4经常出现超高现象，特别是C2H6组分，经常达到甚至超过原中国石化公司《关于空分装置主冷碳氢控制指标》的停车值。根据乙烯联合装置生产特性，空分装置不可能停车处理。只能采用加大膨胀量，排放主冷液氧来稀释碳氢含量。主冷液氧排放通过蒸汽加热器汽化液氧排放到大气中，不仅浪费能源、产生很大的噪音，而且液氧排放到大气中存在不安全因素。目前，国内同等生产能力的空分装置，基本采用主冷液氧排放的方法，来稀释空分主冷中的碳氢化合物，同时采用全浸操作，减少固体碳氢化合物和换热器器壁碰撞几率；其次是采用离线和在线监测，监测液氧中碳氢化合物含量，在超出控制范围时，采用强制加大排放液氧办法来降低液氧中碳氢化合物含量，保障空分装置平稳生产。
众所周知，形成化学性爆炸的因素有三个方面1.可燃物；2.助燃物；3.引爆源。因在主冷中，助燃物气氧和液氧同时存在，以下重点阐述可燃物和引爆源。
1、引爆源的形成在空分主冷凝蒸发器中，引爆源的形成主要有(1)爆炸杂质固体颗粒如乙炔或碳氢化合物的相互摩擦或与器壁摩擦；(2)静电放电，固体碳氢化合物，干冰等在沸腾的液氧中摩擦撞击，可产生较高的静电位；(3)压力脉冲和气流冲击。主冷内，因液氧沸腾运动，液体的冲击波可使气泡得到瞬间压缩，从而提高局部温度；(4)化学活性特别强的物质如臭氧，氮的化合物的存在，液氧中可燃混合物的爆炸敏感性大大增强。
对空分设备，以上因素中除压力脉冲和气流冲击这一因素难以消除外，其余因素均可通过改进工艺进行控制。
2、可燃物的形成碳氢化合物积聚的原因有两点，一是大气中某些碳氢化合物在净化工序中不能或不能完全被清除；二是与氧相比，碳氢化合物的溶解度较大，并且饱和蒸汽压较低因而浓缩富集。
科学研究与实践证明液氧中的碳氢化合物含量必须达到其爆炸极限，且有固体析出，再有足够的引爆能量，才会发生爆炸。
必须指出的是，有时，甚至是大部分时间，液氧中的乙炔及其它碳氢化合物含量虽未达到其爆炸极限和析出固体的程度，但主冷却发生了局部爆炸。因此，主冷结构不合理或局部通道不畅，造成碳氢化合物局部浓缩析出固体，在满足其引爆能量时，即发生局部爆炸。
经过几十年的摸索研究，现已对空分装置主冷发生爆炸的原因及机理已基本达成共识，即空分装置主冷爆炸由局部位置碳氢化合物含量超标浓缩所致。采用分子筛净化工艺的空分装置虽能有效清除空气中的乙炔等，但是仍有残留的痕量乙炔带入主冷，特别是空气中的甲烷.乙烷等碳氢化合物，由于其分子为非极性分子，而且其分压极低，因此很难被13X分子筛吸附，从而进入空分塔，富集在主冷液氧中。这些碳氢化合物呈固态颗粒存在，并有可能在某个局部位置浓缩，其含量会超过安全标准的数倍甚至数百倍。此时若主冷液氧液位波动或有其它异常变化，有可能导致主冷局部发生爆炸，酿成恶性事故。实际上，取样分析点抽取的液氧不一定正好是浓缩部位，因此，日常分析的碳氢化合物指标无法真实反映主冷中局部位置的碳氢化合物含量。特别需要指出的是，有一些厂空分装置位于化工厂区，大气质量比较恶劣，碳氢化合物含量经常严重超标，另人堪忧，尤应引起重视。
目前，空分装置通用的安全措施为有效地克服主冷爆炸的隐患，空分设备制造厂商和使用单位经过长期研究和探索，总结出一系列行之有效的办法和经验。目前，较常用的措施如下1、工艺流程上的措施。采用内压缩及降膜式主冷的工艺流程已经问世。由于此种流程均采用液氧泵抽取液氧，液氧在主冷内流动，有效地克服了碳氢化合物的浓缩。此种流程系空分行业先进流程之一，目前尚无一例发生过爆炸事故。但对国内大量的低压分子筛流程来讲，其改造投资巨大。
2、采用液氧吸附器。此种流程为老式流程，采用吸附方法清除液氧中的乙炔，有液氧泵强制循环及热虹吸式循环两种。缺点是虽能吸附液氧中的乙炔，但对于甲烷、乙烷等目前的吸附剂尚无能为力。
3、采用液氧安全排放法。将氧气产量1％的液氧中主冷底部抽取连续排放到冷箱外以达到安全之目的，抽出的液氧经液体喷射器由蒸汽加热汽化混合排入大气。目前一空分即采用这种方法。该方法的缺点是冷量平衡被打破，同时排放的氧气不能回收且浪费蒸汽。
4、采用液氧雾化回收法。该方法为液氧安全排放法的改进法。即在液氧安全排放法基础上，设置特殊的液氧喷射蒸发器，该喷射蒸发器同冷箱外氧气管道直接相连，喷射后的液氧汽化汇入氧气管道，达到既能安全排放液氧又能回收放空液氧的目的，目前方法应用较广。在喷射器两端设备温差显示，可以控制液氧的排放量，防止工况的较大波动，同时防止液氧排量过大(温差显示过大)冻坏氧气管道。缺点是液氧冷量无法回收，冷损过大，直接影响空分装置的精馏工况，操作弹性下降。
5、采用液氧罐汽化回收法。该方法亦为液氧安全排放法的改进法。设置两个并联液氧汽化回收罐，液氧排放到一个液氧罐中，另一个充满液氧的回收罐汽化升压后，低温气氧进入主换热器氧气通道的冷端，进行复热，回收部分冷量。两个罐交替工作，使液氧及冷量部分得以回收。缺点之一是碳氢化合物的积聚隐患从主冷转移到液氧罐；缺点之二是要进行手动切换操作，罐的压力，液位也需要控制。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种大中型外压缩流程空分装置防爆技术，即利用工艺空气和氧介质的物流压力差作为推动力，实现液氧的连续排放、回收和冷量的回收，满足正常生产，提高装置的防爆安全性。减少大型全低压空分装置主冷凝蒸发器的爆炸事故隐患；克服主冷液氧通过蒸汽加热器排放汽化液氧到大气中，浪费能源、产生噪音，带来不安全因素。
本实用新型采用的技术方案是在主冷凝蒸发器原有的空气管线、氧气管线的基础上，增加液氧管线和工艺空气管线，将液氧引入换热器与逆向流动的空气换热后，排入常温氧气管道。
主冷凝蒸发器的防爆装置是这样实现的在主冷凝蒸发器上塔的上部气氧区连接有氧气管线，氧气管线经主换热器连接氧压机。主冷凝蒸发器下塔底部连接有空气管线，空气管线经主换热器连接分子筛吸附器，使空气经分子筛吸附器、主换热器进入主冷凝蒸发器下塔内。其特征是主冷凝蒸发器上塔的下部液氧区连接有液氧管线，液氧管线经过液氧复热器连接到氧压机至主换热器之间的氧气管线上。液氧管线上有前截止阀和后截止阀，前截止阀和后截止阀之间的液氧管线上还有氧气排量控制阀和排放安全阀。在后截止阀至氧气管线之间的液氧管线上，安装有主冷碳氢分析仪、氧气排量仪和氧气出口温度计。主换热器的两端的空气管线上连接有工艺空气管线，工艺空气管线经过液氧复热器。工艺空气管线上有前截止阀和后截止阀，前截止阀和后截止阀之间还有入塔空气温度计和入塔空气调节阀。
本实用新型从主冷凝蒸发器上塔的下部液氧区连接出管线，可以从主冷凝蒸发器引液氧经前截止阀，氧气排量控制阀调节流量，进入液氧复热器中，与逆流工艺空气管线中的空气换热释放冷量。复热后氧气通过后截止阀进入常温氧气管道进入氧压机或放空。经过液氧复热器的氧气温度可以达到常温。在分子筛吸附器后的工艺空气通过前截止阀、入塔空气调节阀，进入液氧复热器中，吸收冷量后温度下降，温度控制在-171～-173℃之间，低温工艺空气经后截止阀进入下塔，参与精馏分离。
为防止冷量损失，管板式低温换热器采取隔热措施。液氧的排放量可通过阀门手动或自动控制。
本实用新型的有益技术效果该技术的核心就是在保持冷量总体平衡和物料平衡的基础上，利用目前空分装置实际条件，选择最佳的流程路线，合理地利用物流的压力差(工艺空气和氧介质)为推动力，将内压缩原理巧妙地与外压缩工艺流程有机地结合起来，实现了液氧的连续排放回收和冷量的回收利用，满足正常生产对氧气纯度要求，提高装置的安全性。
(1)实现液氧的连续排放，排放量和进塔空气温度可根据工况进行手动或自动调节，并且完全可以超过1％的气氧排放量，保持大流量循环，提高装置的安全性；(2)液氧全部汽化回收，避免放空损失，提高产品收率；
(3)液氧冷量全部回收，克服空分装置膨胀制冷量与氧气纯度的问题，降低装置冷量损失和能耗；(4)停运液体喷射器，减少蒸汽消耗，降低噪音，改善排放区域工作环境；(5)改造不受时间限制，不增加能耗，维护量小。
(6)因液氧循环量增大，可能解决在线分析仪进样少而引起数据波动问题。
以下结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
申请附图是本实用新型的结构示意图。是实施例1结构示意图。箭头所指的方向是空气、氧气、液氧和工艺空气流动的方向。
图中A.空气管线，B.氧气管线，C.液氧管线，D.工艺空气管线。
图中1.上塔，2.下塔，3.后截止阀，4.入塔空气温度计，5.液氧复热器，6.入塔空气调节阀，7.主冷碳氢分析仪，8.氧气排放量仪，9.氧气出口温度计，10.氧压机，11.分子筛吸附器，12.前截止阀，13.氧气压力表，14.后截止阀，15.排放安全阀，16.主换热器，17.氧气排量手操器，18.氧气排量控制阀，19.前截止阀，20.空气通道吹除阀。
具体实施方式
实施例1，参阅附图。主冷凝蒸发器包括上塔(1)和下塔(2)。上塔(1)底部有液态氧，是液氧区；上塔(1)上部是气氧区。原有设备有两条主要管线。在主冷凝蒸发器上塔(1)的上部气氧区连接有一条氧气管线(B)。氧气管线(B)直径为89毫米，壁厚为4.5毫米。氧气管线(B)经主换热器(16)连接氧压机(10)。主冷凝蒸发器下塔(2)底部连接有一条空气管线(A)。空气管线(A)直径为89毫米，壁厚为4.5毫米。空气管线(A)经主换热器(16)连接分子筛吸附器(11)。本实用新型与原有结构不同的地方是在主冷凝蒸发器上塔(1)的下部液氧区连接有一条液氧管线(C)，液氧管线(C)的直径为30毫米，壁厚2.5毫米。液氧管线(C)经液氧复热器(5)连接到氧压机(10)至主换热器(16)之间的氧气管线(B)上。液氧复热器(5)采用管板式低温换热器，型号为HTA1211-94，换热面积为22平方米。液氧管线(C)上有前截止阀(19)和后截止阀(14)，前截止阀(19)和后截止阀(14)之间的液氧管线(C)上还有氧气排量控制阀(18)和排放安全阀(15)。氧气排量控制阀(18)是手动阀门。排放安全阀(15)的型号为DA921W-16P。在后截止阀(14)至氧气管线(B)之间的液氧管线(C)上，安装有主冷碳氢分析仪(7)、氧气排量仪(8)和氧气出口温度计(9)。在主换热器(16)的两端的空气管线(A)上连接有工艺空气管线(D)。工艺空气管线(D)的直径为59毫米，壁厚4.5毫米。工艺空气管线(D)经过液氧复热器(5)。工艺空气管线(D)上有前截止阀(12)和后截止阀(3)，前截止阀(12)和后截止阀(3)之间还有入塔空气温度计(4)和入塔空气调节阀(6)。在主冷凝蒸发器上塔(1)至前截止阀(19)之间的液氧管线(C)上连接有管线，管线上有空气通道吹除阀(20)。
所有安装的管路及其管件必须进行严格脱脂；安装后应按操作规范完成水压试验，吹扫管线等工序。
权利要求1.一种大中型外压缩流程空分装置防爆技术，由主冷凝蒸发器、主换热器(16)、氧压机(10)，以及管线、阀门组成，在主冷凝蒸发器上塔(1)的上部气氧区连接有氧气管线(B)，氧气管线(B)经主换热器(16)连接氧压机(10)；主冷凝蒸发器下塔(2)底部连接有空气管线(A)，空气管线(A)经主换热器(16)连接分子筛吸附器(11)，其特征是主冷凝蒸发器上塔(1)的下部液氧区连接有液氧管线(C)，液氧管线(C)经过液氧复热器(5)连接到氧压机(10)至主换热器(16)之间的氧气管线(B)上，液氧管线(C)上有前截止阀(19)和后截止阀(14)，前截止阀(19)和后截止阀(14)之间的液氧管线(C)上还有氧气排量控制阀(18)和排放安全阀(15)，在后截止阀(14)至氧气管线(B)之间的液氧管线(C)上，安装有主冷碳氢分析仪(7)、氧气排量仪(8)和氧气出口温度计(9)；主换热器(16)的两端的空气管线(A)上连接有工艺空气管线(D)，工艺空气管线(D)经过液氧复热器(5)，工艺空气管线(D)上有前截止阀(12)和后截止阀(3)，前截止阀(12)和后截止阀(3)之间还有入塔空气温度计(4)和入塔空气调节阀(6)。
2.根据权利要求1所述的大中型外压缩流程空分装置防爆技术，其特征在于液氧复热器(5)采用管板式低温换热器。
3.根据权利要求1或2所述的大中型外压缩流程空分装置防爆技术，其特征在于液氧管线(C)的氧气排量控制阀(18)是手动阀门。
4.根据权利要求1或2所述的大中型外压缩流程空分装置防爆技术，其特征在于液氧管线的氧气排量控制阀(18)是自动控制阀门。
5.根据权利要求1或2所述的大中型外压缩流程空分装置防爆技术，其特征在于在主冷凝蒸发器上塔(1)至前截止阀(19)之间的液氧管线(C)上连接有管线，管线上有空气通道吹除阀(20)。
专利摘要本实用新型涉及一种大中型外压缩流程空分装置防爆技术。特征是对传统的大中型外压缩流程空分装置防爆技术进行优化和创新，即在主冷凝蒸发器原有的空气管线、氧气管线的基础上，增加液氧管线和工艺空气管线，将液氧引入换热器与逆向流动的空气换热后，排入常温氧气管道。效果是在保持冷量总体平衡和物料平衡的基础上，利用目前空分装置实际条件，选择最佳的流程路线，合理地利用物流的压力差为推动力，将内压缩原理巧妙地与外压缩工艺流程有机地结合起来，实现了液氧的连续排放回收和冷量的回收利用，满足正常生产对氧气纯度要求，提高装置的安全性。
文档编号F25J3/04GK2895980SQ200620018268
公开日2007年5月2日 申请日期2006年3月24日 优先权日2006年3月24日
发明者冯香玖, 黄文三, 曲庆安, 黄冬生, 祝亮, 宫雪松, 司马偲, 陈岩 申请人:中国石油天然气股份有限公司