空分设备表面残油量的评定规则

　　空分设备中凡与介质氧接触的零部件,其表面清洁度要求很高,不允许有机械杂质及油脂等有机物存在,这些物质必须清除干净。空分设备禁油零部件的脱脂清洗就是通过物理或化学的方法,选用适当的清洗剂通过特定的清洗工艺对其表面进行处理,保证其表面有机物的浓度在爆炸极限以下。这是空分设备安全运行的必要措施,经表面处理后,还要经严格的检查与检验,才能投入使用。空分设备表面清洁度的检查应包括以下四类物质:

　　(1)固体物质:有机物如有机防锈剂、木质、纸、纤维、涂料等;焊接熔渣及飞溅物、金属屑、焊丝及其它金属物;砂子及类似的颗粒物质,以及在工作条件下可能溶解的物质。

　　(2)清洗液及水。

　　(3)浮锈及锈疤。

　　(4)油及油脂。

评定规则及建议

　　脱脂清洗就是为了去除零部件表面的油脂,以符合标准规定的要求。标准所规定的残油量越低,对设备的清洗要求也就越高,清洗工艺也将更繁复,劳动强度、清洗成本均将大幅度提高。禁油零部件表面残油量的标准应该如何确定?其原则应是既要贯彻ISO9000,确保产品质量,又要保证系统运转的绝对安全,同时残油量的数值还要定得合理、恰当。我认为这个合理数值的实质是油脂在氧介质中的行为、富集和爆炸的极限浓度。一些综述的文献[指出溶解于液氧中的碳氢化合物的混合物爆炸下限可取5%(克分子)甲烷当量。混合物中碳氢化合物浓度超过上述极限时,就会成为易爆混合物,有特殊的危险性,这一极限浓度也适合于碳氢化合物以悬浮体或乳胶体形式在液氧中均匀分布。5%克分子甲烷当量经换算后相当于28kgCnH2n/m³液氧。液氧中的油脂来源于空分设备内跟介质氧接触的表面残留的油。不同比表面的零部件其油富集度不一样,单位容积的表面越大,则富集度越大。我们假设表面残油全部进入液氧时,经换算可以求出不同比表面的零部件表面残油量的极限值(见表1)。

　　表1不同比表面产品残油量极限计算值

　　由表1看出,若空分设备中和介质氧接触的表面残留油脂绝对均匀地分散在液氧中(这是一种实验室里的理想状态),那么发生爆炸的极限油脂残留量是相当高的。器壁上的油在低温下的形态将如何呢?在液氧中,用n-16烷做燃烧实验,在低温下,位于不锈钢管壁的n-16烷膜会固化,当油膜>5g/m²时,观察到一部分油层剥落,固态的n-16烷在液氧表面浮动。尽管n-16烷在环境温度下具有流动性,而在低温条件下会剥落,Kehat还是不能使油点燃,因而他提出在用氧系统中,大约5g/m²的油污染是可以容忍的。研究也得出了同样结论,在富氧环境条件下,油污染的限度为1g/m²。上面已提到的Mckinley.C在提出液氧中的碳氢化合物的混合物爆炸性下限可取5%克分子甲烷的论述后,又提到易爆杂质在金属表面上以薄膜形式存在于液氧中时,在爆炸极限下,即使层厚很薄,燃烧也会沿薄膜扩展,这就有了一个临界厚度。一些碳氢化合物在液氧中的爆炸参数见表2。

　　现将上述数据和有关的表面残油量标准进行统一整理,工业油-12、n-16烷及油脂的密度均取0.85g/cm3进行换算,列于表3。

　　从表3看出,JB/T6896—93《空气分离设备表面清洁度》标准的残油量规定均远远低于油脂的爆炸极限,这是考虑空分设备各部件比表面积不同及油脂分布的不均匀性。JB/T6896—93行业标准规定:凡与氧气接触的零件表面及运转中残油可能带人氧气的零件表面,油脂的残留量不得超过125mg/m²。按该标准生产制造的空分设备,从全国范围来看,没有发生因“油”的原因而爆炸的。这可否说明125mg/m²的残油量对清洁度要求最苛刻的部件也是安全的。

　　当然,随着科技的发展,第六代空分设备使用了规整填料。原先在化工产业中应用的填料,其表面的残油量的概念是不存在的,也就是说化工填料表面的油脂不影响其使用。而移植到空分设备中就不一样了,由于其比表面大,油脂富集度高,必须经过仔细的清洗才能使用,此时,填料的清洁度作为一个重要问题引起广泛重视。

　　规整填料表面残油量标准如何确定?至今未有统一的说法。1995年无锡雪浪化工填料厂为杭氧“1000”空分制氩设备生产SW-1规整填料,我们规定残油量标准为100mg/m²,并以此检测验收,投产后至今运转正常。天津大学化工所为杭氧生产的350#,750#规整填料,原设计要求表面残油量≤10mg/m²。但该所的现场清洗设备、清洗工艺都无法达到如此高的清洗要求,即使产品残油量达到10mg/m²,那末杭氧安装现场的环境卫生、工装、工具的清洁度、相应的档次。这需要无尘洁净的工作环境及配套工装,还要严格的安装工艺和管理,否则,最清洁的产品一到现场就会污染,最终以50mg/m²的标准进行脱脂清洗验收。“实践是检验真理的唯一标准”,经过数年的使用,我们欣慰地看到,按50mgm²验收的产品安全投产正常运行,按100mg/m²标准验收的产品也可安全投产运行正常。在确保安全生产的前提下,考虑到我国已全面禁止四氯化碳等ODS物质作为清洗剂使用的现状以及现有的脱脂清洗水平和生产成本,建议空分设备的不同部件应有不同的表面残油量要求。其划分的依据就是部件的比表面,也就是油脂的富集度。

　　因此建议按表4所列的比表面范围确定残油量标准。