新型空分装置的安全技术创新应用

文宏 1 黄剑强 2

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摘要：本文简要介绍了空分行业中装备技术的发展情况。通过对某气化工厂的安全事故的分析，阐述了在新型设备中应用创新式安全技术所带来的变革。分享了无人值守的监视控制系统这一安全技术创新形式。

关键词：新型空分装置；空分装置的安全技术；创新应用

一.空分装置及其应用

空分装置是由净化系统、热力交换系统、制冷系统、精馏系统、输送系统、贮存系统、动力系统、控制系统等组成的综合性复杂设备，其通过将空气冷却并反复压缩的方式转化为液体形态后，使用分段精馏方式分离出多种惰性气体，包括氧气、氮气、氩气等。单台的空气分离装置可以在每小时制造和输送10000m³至60000m³（超大型空分设备的生产量可以超过60000m³/小时），是煤炭化工、石油化工等行业在生产过程中不可或缺的大型设备。以煤炭化工行业为例，我国在十二五规划期间的标准煤年消耗量超过36亿吨，且以每年超过3.5%的速度增长。随之而来的则是对空分制氧能力的需求超过了每小时600万m³，其中有很大比例的需求是超大型空分装置^[1]。可见，空分行业为我国经济稳定和健康发展作出了重要的贡献。

二.空分装置的技术发展情况

在我国空分装备的发展过程中，通过行业共进和龙头企业带动的节奏、坚持技术研发与科技创新活动、注重与国外交流学习先进设备制造和生产经验的方式，在空分装置的方案设计、创新能力、生产制造能力和生产工艺水平等方面取得了不错的成绩，并带动提高了我国煤化和石化等领域的机械设计和生产工艺水平^[2]。其中，自主设计和生产大型空分装置的技术水平已处于国际先进水平，在参与国际范围的商业竞争中有着不俗的实力，部分企业的设计能力与生产制造工艺在国际上已经达到领先的地位。

我国空分装置的进步得益于国家经济的高速发展、市场环境的活跃、可持续发展需求的强劲等因素推动。在近三十年的过程中，国民生活需求、国家贸易规模、全国范围的基本建设和三驾马车载动的相关领域都基本保持着扩散和增长的状态。第一与第二产业中的各类实体行业的生产经营的扩大、交通电力热力等民生领域的需求增长等，为煤炭、石油、天然气等能源资源的开采、炼制、输送、贮存、成品副产品及化工制品等相关的大量行业提供了广泛的市场空间，激活了行业内部的科研设计制造生产等技术领域的竞争活力、经营管理方面的软能力、跨界贯通的灵活适应力。行业在承受并适应了高标准、严要求、大生产的考验后，催生出众多集团化的企业团体，使行业和企业在资金、精力、人力、物力等方面可以支持突破传统的制造和管理流程，迈进新型空分装备的研发设计和生产阶段。通过应用现代化的信息系统和大数据等互联网技术全面提升行业能力，以满足全球范围内的客户对功能、性能、安全、寿命、定制等方面的需求。

三.空分装置的安全与技术创新

空分装置的工作原理中包含复杂的物理做功和化学反应原理，具有持续工作和工作环境敏感等特点，因此安全问题自然而然的成为重点关注的对象。

在2019年的七月中旬，我国某集团下的一个气化工厂的C套空分装置发生爆炸，造成了较为严重的人员和财产的损失，受到当地地市以及省级政府的高度重视，更成为了行业内的一个重大事件。不过往往在发生安全事故后，人们直觉性的先将事故原因钉在个人工作和企业管理上，即员工疏于职守、不负责任、不遵规章，企业管理失责、不重安全。“如果企业做好安全相关的管理和培训、建立好完善的管理体系、员工保持警惕并尽职尽责，这样的事故就不会发生”则自然的成为接下来的逻辑走向。然而，个人的感觉时常与事故真正的原因有着很大的偏差。在后续的对事故的调查和分析中发现，该企业在生产管理和安全体系管理制度与流程制定方面都较为完善。企业定期开展相关的应急措施演习演练，对员工相关知识与技能的培训工作以及政府相关部门和集团总部在监督管理方面的工作也很为到位，企业更是获得过安全生产一级企业、国家级安全生产文化企业和安全管理标准化示范班组等荣誉。再继续从人为因素和管理因素上面查找原因无异于吹毛求疵。但是切换一个角度，在安全技术层面的调查和分析中可以发现更多本质性的问题。企业的气化生产设备繁多复杂，其安全生产是长期的多环节相扣的工作，除相关监管部门、企业安全部门和工作人员的管理和日常生产工作外，面向过程的安全分析技术与生产以及设备维护自身的安全技术也格外重要^[3]。尤其在安全管理和安全日常工作做到位后，容易忽视对安全技术层面的重视。

我国目前的仍有很多使用传统的控制和监控系统的空分装备在生产一线中，在新型设备的安全技术方面仍有很大的发展空间。从空分装置设备本身的角度考虑，在装备科研发设计上需充分考虑安全因素。比如，需参照工作温度、原料和产物特性等因素，对机身外壳、空气压缩容器、传输管道、精馏系统等各部件的设备制造材料的选型和采购做严格的规范；在设备的生产工艺方面，从系统衔接、器件布置、器壁厚度、焊接操作等各方面优化工艺路线；在新型空分装置的控制和监控等系统的设计阶段，考虑人工参与程度等。另外，设备的各操作控制系统也可以从简化操作过程和人性化提示与指导体验的方面入手。此类系统研发工作通常对专业技术的要求相对较低，但是好的操作体验和友好的提示可以减少工作人员的精力消耗，降低生产过程中因人员疲劳而造成安全事故的风险。

设备生产方和使用方在验证空分装置产品质量的研发和应用中需要互相协作。通过建立设备运行模型、建立安全事件发生后的效果模型等手段，提前获取有关生产安事项和安全事故后果等信息，通过信息化的模拟演练丰富应急处理经验，预估事故影响因素，使行业相关技术不断的贴近“防患于未然”。大数据分析技术已经在精细化工领域和特种化学领域得到了较多的应用，且其在化学物质本质方面的实验结果数据和生产数据可以复用在能源燃料气化领域中。利用现代化的信息技术，丰富空分装置的工作数据采集和数据清洗能力，通过大数据手段不断完善设备的运行状态监控能力和风险预警能力。通过数据发现、数据挖掘等方式迭代式的丰富数据源，帮助设备的诊断分析系统持续学习，以达到借助事前诊断分析的手段以最小的成本和代价解决安全风险和处理安全事故。

将无人值守的控制系统引入到空分装置中，是一种新型设备的安全技术的创新应用。它应用了物联网技术，为装备的各个系统模块中的部件分配专属的网络地址并配置数据采集及数据处理设备，将空分装置在调试、运行、维护等完整生命过程中的数据传输到远程的中央控制中心和远程电子看板，实现工作现场无人值守即可正常运作的能力。无人值守的基本控制系统由现场运行监控和数据采集、网络拓扑、后端综合控制和处理中心等三个核心部分组成。每个部分均由多个子系统构成并共同协作，为工作人员提供可以远程监控、远程预警、远程控制的服务，减少现场监管人员数量。基于微机分析和处理的能力，避免了人为失误和误诊的可能，很好的提升了设备的安全生产能力。

四.结语

在气化行业中，安全技术的发展非常依赖于的科研技术水平不断精进。通过与国际领域时刻保持在学术、市场等领域的联系，通过应用实践来提升安全水平。当前正处于计算机科学技术与应用高速变革发展的阶段，为各个行业领域带来了高效、便捷、智能的红利。大数据与云计算等新型技术的普及，正适于空分装备从传统自动化模式向智能化和物联化转变。在综合信息集成平台、新一代主控系统、远程监控及远程维护、大型装备智能故障诊断等新式技术融入安全技术的创新，将使国内空分行业的发展更为全面。

参考文献

[1] [1]马大方.煤化工配套空分设备安全技术的研究(一)——研究意义和主冷防爆[J].深冷技术，2014(07):7-11.

[2] 郝鹏飞,张文溢.国内大型空分设备的技术要点与创新方向[J].当代化工研究,2019:65-66.

[3] 马大方.煤化工配套空分设备安全技术的研究(四)——对大型液氧、液氮贮槽安全的思考[J].深冷技术，2015:26-28.