小型制氧机 制氧 设备 工程设计

小型制氧机制氧设备工程设计

小型制氧机制氧设备工程设计

前言

用深冷法生产氧、氮和氩等产品的氧气站已非常普及,其中氧气产

量?1000m3/h的小型氧气站在数量上占据了极高的比例。另外,空分液态产品的

汽化站也列于小型氧气站范畴,其市场份额也正在迅速扩大。

氧气站中的各类产品都具有一定的特殊性。氧的化学性质极活泼,是强氧化剂,能助燃,火灾危险类别属于乙类;氮、氩属于惰性气体,不能燃烧,却具有窒息性,火灾危险类别属于戊类;低温液体产品工作温度低于-183?,易发生人员冻伤, 而且汽化膨胀倍数可高达近千倍,会因急剧升温等因素引发物理爆炸。鉴于以上危险因素的存在,国家早在1978年就颁发了TJ30-78《氧气站设计规范》,并于1991年将其修订为目前正在使用的GB50030-91《氧气站设计规

范》(以下简称:《规

范》)。针对其后设计、建设和使用中不断出现的安全问题,国家又于1997年颁发了GB16912-1997

《氧气及相关气体安全技术规程》(以下简称:《规程》)。这两个国家强制性标准就是目前氧气站工程设计的主要依据标准。

一方面随着制氧工艺技术和自动化近十年来,

控制水平的不断提高,尤其是空分设备工作压力成数量级下降,以及加氢制氩

工艺由全精馏无氢制氩技术取代,使得制氧工程变得更为简单和安全;而另一方面,因为现行标准尚有一些未能覆盖之处, 或者有些老的氧气站没能按照标准设计,使得许多氧气站存在着一些安全隐患和不规范之处。现就笔者多年来在小型氧气站

工程设计实践中遇到的一些要点、难点以及在设计中相应的处理方法和建议做一

介绍,供业内同行讨论和参考。

1氧气站的选址

氧气站的选址除了按照《规范》所列要求外, 还应考虑氧气站自身的安全性、

合理性和经济性等诸多因素:

(1)尽可能离开建筑物和人口稠密区布置; (2)尽可能靠近最大市场或最大用户;

(3)考虑周边其他建筑、设施与氧气站的防火、噪声和振动间距;

(4)考虑到扩、改建的可能;

厂房朝向尽可能兼顾自然通风、采光; (5)

(6)吸风口空气洁净。

此外还应考虑到交通、电力以及供水等因素。氧气站站房与其他周边建筑、

设施等的最小防火间距如下:站房与重要公共建筑物间距为50m; 与民用建筑间距

为25m;与其他耐火等级为一至四级的生产建筑物间距为10~14m;与明火或散发火

花地点间距为25m;与厂内外道路(路边)分别为 5、10和15m;与电力架空线缆的间

距为电杆高度的115倍。

液氧贮罐与其他周边建筑、设施等的最小防火间距,视贮罐容量大小较氧气站

厂房略有增加,且贮罐周围5m范围内不应有可燃的沥青路面。 2氧气站总体布置氧气站站址选定后,区域内总体布局的优劣就成了影响其日常运行安全性、经

济性和使用合理性

的关键。

氧气站总体上由制氧间、贮气囊间、压氧间、灌充间和瓶库等主要生产车间

和变配电间、钢瓶检验间、化验间、冷却水循环系统、办公室、门卫和生活设施

等辅助部分组成。各生产车间原则上宜布置成独立建筑物,但考虑到站区地块限制

和尽量减短工程管线,可顺应工艺流程程序布置在同一或若干建筑物内。若置于

同一建筑物时,中间须用耐火燃烧时间不小于115h的非燃烧体隔离墙和丙级防火门分隔。站区地形条件特殊时,也可以采用阶梯状分布各建筑物,以减少土建工作量。

氧气站作为危险化学品生产场所,为避免闲杂人员的进出,站区宜设置围墙或栅栏,同时设置不少于两个的进出通道。

生产车间的朝向要求尽可能采光充足、有良好的自然通风,一般宜坐北朝南布置。设计时还应考虑主设备的进出、各车间之间的呼应及钢瓶装运的方便。

与氧气相关的生产、贮存、压缩、灌充和汽化

间火灾危险性为乙类,其建筑物耐火等级不低于二级。厂房可采用砖混结构,也可采用钢架结构。在采用钢架结构时,要求钢柱和梁架涂覆阻燃涂料, 梁架涂其中钢柱涂层的耐火燃烧时间不小于2h,层的耐火燃烧时间不小于

115h。各生产车间的出入口不能少于两个。

为方便操作和维护,降低厂房建造成本,一般把厂房设计成高、低跨,其中高跨用于放置精馏塔冷箱。随着设备容量增加,当精馏塔冷箱高度过高时,宜将冷箱上部分穿出室外放置,或者直接贴邻主车间放置。贴邻主车间布置时,在相连处预留通道并将冷箱的操作段置于单独的平房内。考虑到设备日常维护、检修和吊装高度空间等要求,制氧、压氧车间的屋架下檐高度一般为5~ 7m。贮气囊间由于不存在检修空间要求,可置于同一建筑物内所设的分析化验室、配件库等的二楼,从而有效地提高厂房利用率。但贮气囊间须有安全和防火围护措施,二楼隔板采用混凝土现浇板。此外,也有一些单位用固定容积的金属容器取

代贮气囊,减少了贮气囊的占地空间,增加了系统的安全性,气体纯度也得到保证,但是会使系统的操作增加一定的难度,塔内压力的波动会缺乏一定,所以该容器须具备一定的容积余量。的弹性

压氧间的氧压机数量超过两台时,应独立设置,且不与其他房间直接相通。

灌充间的大小视设备产量和气瓶的周转而定, 但当氧气的实瓶数量超过1700

个时,灌充间不能再与制氧间设在同一建筑物内,必须独立设置于另一建筑物内。

一般空分设备产量?180m3/h时,灌充间的装卸平台采用单侧装卸;产量超过

180m3/h时可考虑双侧装卸。当灌充间具有足够面积且实瓶数小于 1700个时,可以不再单独设置瓶库。

氧气站专用的变配电房,在《规程》中规定为二级耐火等级的丙类生产建筑物,在总体布局时应考虑将其离开主要生产车间10m。二级耐火等级的要求尤其应引起变配电房专业设计单位的注意。当制氧站站区面积有限,不允许单独建设专用变配电

房、且为10kV及以下的变配电房时,可一面与氧气站建筑贴邻建造,但必须用无门窗洞口的防火墙隔开。变配电房的门、窗设置应尽量远离生产车间。

氧气站冷却循环水系统的设计主要考虑到以下几点:

(1)水池的容量:结合站区内消防用水管网的设置情况,兼顾到消防补充用水的水量储备。 (2)水池方位设置:结合常年风向,考虑冷水池上架设的水冷塔产生的水沫对空压机吸风口的影响;如果结合消防用水,则还要考虑消防车汲水的安全和便利。

(3)抗冻设计:寒冷地区应有防止停车时冷却水结冰的措施。

(4)水池水位设置:小型氧气站冷却水系统大都采用无压回水,水池液位应能确保空分设备运行过程中的回水顺畅及停车时管网内剩水的排尽。 (5)冷却用水的补给和水质的要求。

钢瓶检验间不一定每厂都设,根据《气瓶安全

监察规程》第57条的规定,气瓶检验单位必须经有关部门的资格审查,取得资格证书。另外,检验间的布局既要接近其空瓶存放场所,还要考虑瓶子