空分装置防爆问题的探讨

空分装置防爆问题的探讨

【摘要】本文概述了空分装置的爆炸机理，通过对空分装置的爆炸原理的分析，研究出对空分装置防爆的关键，并制定了一系列详细的空分装置安全运行的措施，仅供各位参考。

【关键词】空分装置；防爆机理；安全运行

一、前言

最近几年，空分装置的运用越来越广泛，从化学上衍生到了生活的方方面面，空分装置为人类社会带来了巨大的贡献。相应的，其防爆问题也苦恼了相应工作人员很久，如何解决空分装置的防爆问题是一项重大工程。

二、爆炸机理

众所周知,物质的燃爆必须同时满足三要素:即可燃物、助燃物及引燃引爆能量。显然,在主冷液氧中需要研究的是可燃物和激发能量。碳氢化合物的积聚机理在前文已阐述,下面重点分析激发能源。

1.几种碳氢化合物的爆炸敏感性

对液氧中碳氢化合物最小膜破压力的研究,为指导和有效实施防爆工作奠定了基础。表1给出了几种碳氢化合物在纯氧中的爆炸下限、最小膜破压力。由于可爆混合物引爆所需的最小膜破压力越小,则表明该化合物的爆炸敏感性越高。由表1知,表中所列几种碳氢化合物爆炸敏感性由高到低的顺序是:C2H2 →C3H6 →C2H4 →C4H10 →C3H8 →CH4 。可见C2H2 和C3H6 应作为空分装置防爆的重点控制对象。

2.关于激发能源

在空分主冷中,可引爆液氧———碳氢化合物的激发能源主要有以下几种:

（一）静电火花。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) 。当液氧中干冰、分子筛粉末达(200～300) ppm 时,静电电压即可达3000V。静电场强度取决于固体颗粒在液氧中的运动速度、杂质的数量和性质。对同种固体颗粒,其运动速度快,杂质数量多,产生的静电电压就迅速提高。静电放电产生火花,即可引燃固体乙炔等碳氢化合物。

（二）压力脉冲和气流冲击。主冷内,因液氧沸腾运动,液体的冲击波可使气泡得到瞬间压缩,从而使局部温度提高。有关文献指出,在液氧沸腾时,其运动速度可达10m/ s 以上,此时顺冲击波方向的压力可达10MPa ,逆冲击波方向的压力可达20MPa ,从而瞬间在局部会绝热压缩产生高温。可见压力脉冲、气流冲击也可

能是一个引爆源。

（三）固体颗粒摩擦、撞击。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。

（四）氮氧化物的促进作用。当液氧中的氮氧化物浓度较高时,碳氢化合物的爆炸敏感性就会大大提高。许多主冷爆炸事故报告都指出,当制氧机周围有关装置向大气中排放大量氧化氮时,即使液氧中乙炔含量比大气中无氧化氮时的乙炔含量低得多,但主冷仍发生爆炸,可见氮的氧化物促进了主冷的爆炸。

（五）臭氧的作用。臭氧具有极强的氧化活性,碳氢化合物在液氧中的爆炸敏感性,随臭氧的存在而提高, 如不饱和的碳氢化合物悬浮于臭氧浓度为100ppm 的液氧内时,其引爆所需的冲击能则较无臭氧存在时小,在爆发率为100 %时,引爆所需的能量一般下降(30～45) %。

表1. 几种碳氢化合物在氧中的爆炸下限、所需最小膜破压力及其所呈状态

三、空分装置防爆的关键

空分装置防爆的关键在于预防乙炔及其它碳氮化合物。空分塔内氧气或液氧总是存在, 所以爆炸的可能性主要取决于乙炔、碳氢化合物、润滑油及轻组分积聚的可能性、化学活性以及引爆源。目前,各国通过对空分爆炸的研究, 认为乙炔及其它碳氢化合物是空分致爆的主要原因。由于空分主冷凝蒸发器( 含辅冷中液氧不断沸腾、蒸发, 可爆物在此得以浓缩积聚, 且磨擦冲击最强烈, 所以容易在主冷( 含辅冷) 中形成爆炸中心。与其它碳氢化合物相比, 乙炔在液氧中的溶解度仅为5.2 cm 3 / L液氧, 过剩的乙炔就会析出, 以固体颗粒悬浮在液氧中。而乙炔又具有较高的化学活性, 极易发生爆炸。因此, 乙炔是最危险的物质, 必须严格控制其在液氧中的含量。

1.根除油带人空分设备

为根除油带入空分设备, 凡采用油浸式空气吸入过滤器的都应改为卷帘式、干袋式或其它型式的无油空气过滤器。凡采用有油润滑( 指气缸和活塞之间) 的空气压缩机应改为无油润滑空气压缩机。为防止油从加温系统带入空分设备, 应

特别注意罗茨鼓风机的带油问题, 还应防止其它设备将油带入空分系统。

2.减少CO2进塔量

CO2容易堵塞主冷换热器液氧蒸发通道, 造成乙炔、碳氢化合物局部浓缩导致爆炸;CO2还是有害杂质的吸着剂, 有潜在危险。各企业应逐步开展CO2含量分析。例如, 可逆式换热器、蓄冷器或分子筛纯化器后进塔原料空气CO2含量

分

析及主冷液氧CO2含量分析等。一般进塔原料空气CO2含量应控制在5 m L / m 3 以下, 分子筛流程则应控制在2m L / m 3 以下。如果实际含量高于此值, 应设法解决。解决的途径一般有:

（一）加强可逆式换热器或蓄冷器的温度管理, 控制好中部温度, 以减少CO2带入量;

（二）加长可逆式换热器冷端长度;

（三）为防止CO2进入主冷中, 可对液空吸附器进行改造, 提高过滤效率。对于分子筛流程也应注意CO2进塔问题。

3.加强对吸附器的管理

在空分设备运转中, 吸附器必须投运, 液空吸附器和液氧吸附器应按操作规程的规定进行切换再生。必要时可以提前切换, 也可适当提高吸附器的再生温度和延长再生的时间。如果液氧吸附器原设计是单置的, 实际运转中主冷液氧中乙炔、碳氢化合物又经常超标, 应再增加1 台液氧吸附器。

四、空分装置的安全运行

从空分爆炸事故看, 其原因不是选取液氧中有害杂质允许含量的规定不当, 而都是管理混乱所造成的。因此, 我们必须在严格管理上下功夫。具体安全运行管理措施如下:

1.空分设备选择订货前除了要考虑工艺要求外, 还要考虑主冷、换热器及管路等的设计制造中的安全因素。结构布局要合理, 尽量采用湿式主冷, 确保液体流动顺畅, 尽量避免液流死角, 防止气体过大冲击。

2.对于湿式主冷的空分装置, 运行中应采用全浸式操作。

3.选择吸附性能好的分子筛, 并在运行中保证其吸附效率最佳。纯化器的运行周期应根据吸附后空气二氧化碳的含量小于l m以L 来确定, 确保空气中的二氧化碳、乙炔及大部分碳氢化合物被全部吸附。当纯化空气达不到要求时, 应能迅速判明原因, 采取相应措施, 这是最重要的安全手段。

4.管理好化工装置, 杜绝随意排放。故障、泄漏、停车或吹扫时, 必须通知下风向空分装置采取必要的防范措施。当空分装置吸入口空气中有害杂质成百上千倍增加时, 已不是空分装置运行中所能解决的问题了。像某石化公司空分爆炸事故前所处的那种环境情况, 笔者认为只有紧急停运以阻止高浓度烃的大量吸入才是避免事故的唯一办法。此时, 应充分利用现有的液体储备设施,以保证空分装置停运时满足工厂需要。