王 海

(广东寰球广业工程有限公司,广东 广州 510655)

1 空分

空气分离，简称空分。是指应用低温冷冻原理从空气中分离出其组分(氧、氮和氩、氦等稀有气体)的过程。一般先将空气压缩，并冷至很低温度，或用膨胀方法使空气液化，再在精馏塔中进行分离。例如当液态空气沸腾时，比较容易挥发的氮(沸点-196℃)先气化，氧则后气化(沸点-183℃)[1]。

空气分离三种技术方法：吸附法、膜分离法及低温法。

吸附法：利用分子筛对不同分子的选择吸附性能来达到最终分离目的，该技术流程简单，操作方便，运行成本低，但获得高纯度产品较为困难，而且装置容量有限，所以该技术有其局限的应用范围。

膜分离法：利用膜渗透技术，利用氧、氮通过膜的速率的不同，实现两种组分的粗分离。这种方法装置更为简单，操作方便，投资小但产品只能达到28%～35%的富氧空气，且规模只宜中小型化，只适用于富氧燃烧及医疗保健领域应用。

低温法：利用空气中各组分沸点的不同，通过一系列的工艺过程，将空气液化，并通过精馏来达到不同组分分离的方法。这种方法较前两种方法可实现空气组分的全分离、产品精纯化、装置大型化、状态双元化(液态及气态)，故在生产装置工业化方面占据主导地位。和传统的分离相比，这些气体的分离需在100K以下的低温环境下才能实现，所以称之为低温法(或深冷法)。

目前工业应用最为广泛的就是低温空气分离技术。

2 总平面布置

目前在煤化工行业因空分装置的不稳定造成主提生产装置出现问题的事件时有发生，在空分系统运行过程中，常见的问题是区域性污染源排放的CO2等污染物对空分的影响，如：分子筛二氧化碳穿透造成板式换热器通道堵塞、原料空气压缩机吸入的空气质量差使分子筛吸附能力设计不足等，均能造成空分装置运行不稳定或无法达到最大经济负荷，故此，空分装置的总图布置和关键设计理念应从以下几个方面综合考虑。

(1)空分装置在总图中的位置选择首先应该符合相关标准和规范的要求。

(2)空分装置要相对靠近氧气主要用户煤气化装置和高压蒸汽的供给装置动力站。

(3)空分装置布置于厂区全年主导风向的上风口。

(4)空分装置的布置应避开低甲装置CO2排放扩散的影响。

(5)空分装置的布置应充分考虑到或避开厂区内及厂区周边各类装置烃类气体的泄露或排放带来的影响。

(6)空分装置纯化系统分子筛吸附剂的设计装填量要考虑一定的裕度，一般按照CO2含量≥800ppm来设计装填。

(7)原料空气自洁式空气过滤器应按照加工空气量的2.5倍设计。

(8)建立原料空压机吸入空气组份CO2含量的监控。

(9)设立区域风向标实时掌握风向、建立厂区内外各装置紧急排放联系制度、加强对空分装置液氧的分析检测频次等。

(10)建立完善科学高效的应急处理措施。

3 空分装置的布置

空分装置主要由空压机系统、空冷塔、水冷塔、冷箱、分子筛、冰机、液体储槽、公用工程房等组成，各组成区间由管廊连接。空分装置生产类别为乙类，危险介质有氧气、氮气、液氧、液氮、，氧气液氩。属于助燃物质，氮气吸入过量会引起窒息，液氩等低温物质会使人发生冻伤危险。设备布置图设计时需严格遵守相关设计规范。

(1)液氧、液氮、液氩储槽要布置在一个区域，设置防护栏。

(2)压缩机房内的空压机、氮气压缩机、循环氮压机相隔足够净空，以免结构设计时发生基础膨胀的情况，为了维修方便，各压缩机周围应有不小于2米的操作通道。

(3)空气过滤器出口与空压机进口保持中心对齐布置。

(4)容易产生较大应力的消音器布置在就近管廊框架上，不可挂在墙上等抗力小的框架上。

(5)氧气储罐与有明火操作区域至少保持35米净空，各个储罐之间应满足施工和检修要求。

(6)控制室和分析室选择合适的位置就近布置，避开危险区域，远离震动设备及管道。

(7)泵集中布置，在满足操作及检修间距要求情况下，使其布置紧凑、美观。

(8)根据方便操作，便于安装和维修，经济合理和整齐美观的要求安排设备间距、净空高度，考虑操作通道及梯子平台的设置。

4 管道布置

4.1 管道

管道布置应符合管道及仪表控制流程设计的要求；符合现行的标准、规范和规程的规定；还应统筹规划，做到安全可靠、经济合理、整齐美观；满足施工、操作和维修等方面的要求。

(1)除一般污水、雨水、循环水、消防水等管道埋地敷设以外，所有工艺和公用工程管线均应架空敷设。为便于支撑，应尽量集中布置。

(2)管道间距和管道净空高度:

(a)不保温管、管法兰与相邻管线间应为25mm。

(b)保温管(包括保温层)与相邻管线间应为50mm。

(c)有侧向位移的管道应适当加大管道间的净距。

(d)管道跨越铁路时，轨道以上净空高度不应小于6.0m。

(e)管道跨越厂内主干道路时，路面以上净空高度不应小于5.5m;跨越一般道路时，路面以上净空高度不应小于4.5m；考虑主要操作通道的最小净宽不得小于1m。

(3) 由于管道布置形成的高点或低点，应设置排气和排液口。

(4)公用工程主管线来自界区外，集中布置在管廊上。从水平的气体、蒸汽、冷凝液主管上引接分支时，应从主管的顶部接出。

(5)管廊上大直径管道应靠近管廊柱子布置，小直径、气体管道、公用工程管道宜布置在管廊中间，工艺管道宜布置在与管廊相连接的设备一侧，需设置“Π”型补偿器的高温管道，应布置在靠近柱子处，且"Π"型补偿器宜集中设置。

(6)冷却器管道布置应方便操作并不妨碍设备检修，避免出现“气袋”或“液袋”，并设高点放空，低点放净，在冷却设备区域内应尽量避免管道交叉和绕行。

(7) 泵的管道布置不得影响起重机的运行，包括吊有重物行走时不受管道的阻碍，配管应留出合适的通道宽度及阀门的高度，泵的配管应满足泵对净正吸入压头的要求，当入口处有变径时，应采用偏心异径管，并在低点增加排液口，尽可能将入口切断阀布置在垂直管道上。

(8) 压缩机管道布置的设计，除要考虑柔性分析外，有时还要根据项目要求必须进行震动分析，直到两种分析都合格后，配管设计才认为合格。支架设置在地面上，进出口管道布置应短而直，尽量减少弯头数量，进出口管道应不影响检修吊车行走。

(9)管道跨距应能满足管道对强度和刚度条件的要求，一般取二者中的小者作为最大管道跨距。管道布置设计应考虑便于做支吊架的设计，使管道尽量靠近已有建、构筑物，管道应集中成排布置，裸管的管底与管托底面取齐，以便设计支架。管道支吊架应设在不妨碍管道与设备的连接和检修的部位。

(10)管道穿过建筑物的楼板、屋顶或墙面时，应加套管，套管与管道间的空隙应密封。套管的直径应大于管道隔热层的外径，并不得影响管道的热位移.管道上的焊缝不应在套管内，并距离套管端部不应小于 150m。套管应高出楼板、屋顶面 50mm。管道穿过屋顶时应设防雨罩.管道不应穿过防火墙或防爆墙[2]。

4.2 管道上阀门布置

空分装置中阀门一般要求设在容易接近、便于操作、维修的地方，成排管道(如进出装置的管道)上的阀门应集中布置，并考虑设置操作平台及梯子。平行布置管道上的阀门，其中心线应尽量取齐。手轮间的净距不应小于100mm，为了减少管道间距，可把阀门错开布置；隔断设备用的阀门，在条件允许时宜与设备管口直接相接，或尽量靠近设备；阀门最适宜的安装高度范围是距离操作平台、楼板或地面0.7～1.6m；位置过高或过低时应设平台或操作装置，不经常操作的阀，可用便携梯或移动式平台操作。

5 结束语

在空分装置的工程设计中，首先要从宏观角度着眼，包括：装置工艺流程选择、配套机组选型、总图布置及基础设计等；只有在总体工程设计中，基础工作做好、做足了才能为后续的工作提供有力依据，才能使设计工作得以有条不紊的进行，才能使在项目施工过程中变更少、工期快。一是要结合已建成或在建项目中反馈出来的问题，不断的改进完善，二是要结合自己以往工作经验和业界同仁的建设性建议，进行项目设计初期的安全评估和流程优化，以此来规避设计缺陷乃至安装、操作缺陷，最终使得自己的“作品”促于完美化、智能化。