空分设备及其相关设施燃爆危险性分析和预防措施

空分设备及其相关设施燃爆危险性分析和预防措施

发表时间：2018-10-17T09:32:04.620Z 来源：《基层建设》2018年第27期作者：卜江波

[导读] 摘要：20世纪70年代以后，在空气分离设备和氧气管道燃烧和爆炸事故中发生了多次爆炸事故，气瓶爆炸事故更加频繁。

神华宁夏煤业集团煤制油分公司空分厂宁夏 750411

摘要：20世纪70年代以后，在空气分离设备和氧气管道燃烧和爆炸事故中发生了多次爆炸事故，气瓶爆炸事故更加频繁。20世纪80年代初，随着安全系统工程的引进，空分设备及其相关设施的安全运行引起了业内人士的关注。

关键词：空分机组设施；爆炸风险；预防措施；

空气分离设备是化学工业的重要设备。提供仪表空气、工厂空气、压力氧气、压力氮气等动力资源。空气分离设备的安全运行关系到整个工厂的安全与经济。

一、空分设备工艺流程

现代工业主要采用深冷分离法制取氧气。生产工艺过程根据空气的操作压力分成高压流程、中压流程和低压流程。考虑到安全生产和经济效益两方面，目前工业制氧主要采用全低压流程。全低压流程空分设备的整个生产过程包括以下6 个主要阶段：①净除空气中灰尘和杂质；②空气压缩机压缩；③除去压缩空气中的二氧化碳和水蒸气等杂质；④膨胀制冷和热交换将空气液化；⑤液态空气经过精馏分离成氧和氮；⑥产品气体输送、固态乙炔加液氧的爆炸敏感性极高，比液氧炸药的可爆系数还高18 倍左右，是造成精馏塔爆炸的最危险物质。液氧在主冷中蒸发时，被气氧带走的乙炔量仅为液氧中乙炔总含量的1/24 左右。随着液氧的蒸发，液氧中的乙炔浓度会不断增高，当超过其溶解度时，以固态析出。析出的固体乙炔危险性最大，固体乙炔被加热时，能聚合或转变为不稳定的爆炸性络合物，因此，与乙炔爆炸有关的事故大多发生在空分设备连续运行较长时间或间断运行的状况下，以及空分设备加温和再次开车时。

二、空分设备及其相关设施燃爆危险性分析和预防措施

1. 液氧泵。在拆泵过程中发现，泵轴承处的密封室有黝黑且燃烧过的痕迹，密封垫圈破损较严重，密封室微小变形，电机轴承微小扭曲，电机及泵体等其他部件未损坏。用手转动电机轴承，发现有严重的卡阻现象，必须进行拆泵检修。液氧泵的无故停机，致使

10000m3/h 空分设备氧、氮产量受到限制，影响到后续生产系统的氧、氮供应，以上情况说明在液氧泵处发生过燃爆现象。

（1）燃爆原因。经仔细分析，可燃物是轴承润滑脂，微量的油脂或油蒸汽可能进入靠近轴承处的密封室。助燃物氧气来自液氧泵本身，泄漏到密封室。明火源的产生可能有两种：①迷宫密封间隙过小，尤其是在低温状态下发生变形，在启动运转时金属相互摩擦产生火花；②电机受潮漏电，也会产生火花。

（2）预防措施。除了在结构上加以保证，使电机与泵轴尽量远离和密封件采用有色金属，以防发生火花外，在操作上要严格遵守操作规程：①液氧泵冷却启动前，应将吹除阀打开，先对迷宫密封通以常温氮气吹除10 ～ 20min，一方面将氧气驱走，同时使密封恢复到常温间隙；②先通入密封气，调整到合适压力，再打开泵的进、出口阀，让液氧入泵冷却，此时密封气压力必须高于进口压力0.05MPa 左右；③盘车，确定无故障后，启动泵，注意泵的进口压力是否稳定，如压力波动或出口压力不上升，可能产生汽蚀现象，必须打开泵体上部排气阀，继续冷却液氧泵，压力趋于稳定后，再控制密封气压力比密封前的压力高0.005 ～ 0.01MPa。

（3）正常运行维护。液氧泵运转中不得关闭进口阀，密封气不得中断，应随时进行调整。每1h 检查1 次进出口压力及密封气压力，流量是否正常，是否有气液泄漏情况。每1h 检查1 次泵侧轴承温度及电机温度，轴承温度应控制在-25 ℃～ 70℃。每2h 检查1 次液氧泵的运转情况。

2.空分设备精馏塔。精馏塔一旦发生爆炸，破坏力极大。据不完全统计，近年来国内大中型空分设备精馏塔共爆炸30 多台次，小型空分设备精馏塔爆炸100 多台次。在精馏塔内，氧始终存在，所以发生爆炸的条件是有爆炸性物质和引爆源。当活塞式空压机和膨胀机的润滑油用量过多时，一部分油滴或油雾可能随压缩空气进入精馏塔。普通润滑油在压力7MPa、温度高于150 ℃时，很容易裂解为轻馏分，其沸点比原润滑油低得多，极易汽化并混入氧气中。虽然润滑油和油的轻馏分对各种脉冲的灵敏度比乙炔低，但在液氧中也有爆炸危险，油在管壁上形成油膜，达到一定厚度（其厚度达500μm 时），即可发生爆炸。

（1）精馏塔引爆源的构成因素。一是摩擦与撞击等机械作用固体颗粒，特别是乙炔等碳氢化合物固体与器壁及主冷通道的摩擦、撞击产生的能量。二是静电放电火花干冰、分子筛粉末和固体乙炔等在液氧中沸腾时与器壁及主冷通道的摩擦、撞击，可产生很高的静电电压（因液氧电阻极大）。三是压力脉冲和气流冲击。阀门快速开启，以及气流在管道弯头内高速流动所引起的冲击波可造成气体局部热压缩。液氧在沸腾时，液体的冲击波可能使气泡受到瞬间压缩，从而使局部温度升高。四是具有特别反应能力物质的作用。如臭氧、氮氧化合物，在低温下与进入精馏塔的微量碳氢化合物形成爆炸性的硝基化合物和臭氧化物。试验证明，臭氧浓度达到25%（停车后，液氧大部分被蒸发的情况下，可能达到此程度）时会将爆炸性物质引爆；若臭氧和二氧化氮同时存在，其混合物的爆炸敏感性更高。

（2）预防措施。一是降低原料空气中可燃物的含量，如氧气站应选择在远离乙炔发生源和钢铁切割加工的位置，并应考虑风向；二是改进设备，防止二氧化氮入塔和空压机、膨胀机、氧压机带油；三是强化清除已进塔的少量可燃物，注意分子筛吸附剂的质量，并及时调损和再生，注意氧化铝和硅胶等吸附剂的质量；四是加强对液氧中碳氢化合物含量的分析工作，严格控制其含量，如发现超标，应及时排放全部或部分液氧。保持塔内液面稳定及主冷全浸式操作，停车时间较长时，将液氧全部排放，操作时尽可能减少压力脉冲，定期加温清洗设备，防止爆炸性物质积聚和清除可爆物；五是为了防止静电积聚，至少应在精馏塔相隔距离较大的两个部位设置接地。

3.氧压机火灾爆炸危险性分析

（1）事故危险性分析。活塞式氧压机燃烧事故是制氧站的易发事故，常发生在汽缸内、活塞杆填料密封函处、管道或阀门处。如由于汽缸内温度过高，使活塞环、皮碗或密封发生分解产生可燃气体，与氧气混合而爆炸；当汽缸内进入铁屑时，会因摩擦或撞击而产生火花使爆炸事故发生；由于装配不良，活塞杆变形，磨损加快，常常会造成油封漏油，气封漏气，若活塞杆与填料盒盖严重摩擦产生火花，就会发生燃烧爆炸事故；由于铁锈在高速氧气吹刷下与钢管摩擦起火或静电起火，在出口管道拐弯处和阀门后常常发生燃爆事故。

（2）预防措施。一是确保氧压机检修装配质量，活塞环间隙应符合要求，检修时应除去汽缸中的铁屑、油污等杂质；二是运行时加强巡视，严防密封件失效和油沿轴杆进入汽缸；三是巡视时监视进气阀、冷却水及入口过滤器；四是安全保护装置（如自动灭火装置、安全阀和防爆墙等）保持完好。三是不锈钢即使燃烧也是局部的，如果毁坏也仅是内部压力之故，所以氧气管道必须选择不锈钢管材。安装旁通阀的目的，是为了减小阀前后的压差。而阀的安装位置还必须考虑周围环境的安全条件。如果有干净气源可用气动遥控操作来控制阀