空分设备主冷防爆

大型空分设备主冷防爆 ?2kjo

马大方 o?

武汉钢铁集团氧气有限责任公司,武汉市青山区白玉山 430083

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【摘要】对大型空分设备主冷防爆的重要性、防爆机理与措施进行了论述，并提出自己的看法。YLIG 关键词：大型空分设备；主冷防爆；机理；措施:6y{

中图分类号：TB657．5 文献标识码：A 1 前言dg0m

20世纪70年代末至80年代初，据不完全统计，国内大中型空分设备爆炸30余台次，小型空分爆炸100余台次。鞍钢、包钢、武钢、兰化等单位均发生过多次事故，1986年7月27日，北京燕山石化3200m3／h空分设备大爆炸比较典型。1987年2月12日，安阳钢铁公司6000m3／h空分主冷也发生局部爆炸。进入20世纪90年代中期后，似乎又到了一个主冷爆炸的高发期，国内外连续几台大型空分主冷爆炸，损失惨重。1996年3月2日，江西新余钢铁厂6000m3／h空分主冷爆炸，空分塔报废。1997年5月16日，辽宁抚顺乙烯化工公司6000m3／h空分主冷爆炸，空分塔毁损，死亡4人。C%|

尤其是1997年12月25日圣诞之夜，马来西亚宾特鲁壳牌石油公司80000m3／h空分主冷爆炸，空分设备全毁，伤12人，损失惨重，世界震惊。该设备为法国液化空气公司制造，分子筛吸附，降膜式主冷，外压缩流程。事故的直接诱因是印度尼西亚森林大火，环境严重污染，分子筛前端净化已无能为力，大量碳氢化合物、二氧化碳、氧化亚氮等可燃组分和堵塞组分穿透分子筛吸附器进入空分没备，未及时采取停机措施。当时膨胀机存在故障，未排液体。降膜式主冷液氧循环倍率设计偏小，易“干蒸发”。大量二氧化碳、氧化亚氮堵塞膜式主冷氧通道，形成“死端沸腾”；大量碳氢化合物浓缩、析出、积聚，与液氧形成爆炸性混合物后引爆。之后，再引起铝材与液氧混合物的威力更大的“二次燃爆”，从而造成严重后果。-y#W

这次事故后，有四个问题引起了空分行业的关注：①降膜式主冷的安全性受到质疑；②氧化亚氮在主冷浓缩析出，堵塞氧通道，容易引起碳氢化合物的“干蒸发”与“死端沸腾”，造成主冷爆炸；③浸入液氧中的铝材“二次燃爆”(这是法国液化空气公司与美国气体化工产品公司的观点，德国林德公司不赞同)；④严格空分操作与管理。k(

由以上论述可知，大型空分主冷防爆，是空分设备安全的关键与要害，是第一要务。yCA~

2 主冷防爆机理rqx

2. 1 燃爆三要素分析AQs

©空分之家 -- ----空分操作和管理人员的交流园地。4tGV?

(1)可燃组分与堵塞组分,K

可燃组分主要是乙炔等碳氢化合物.乙炔最危险，乙炔在液氧中的溶解度很低(5．6×10-6)，很容易以固态析出并引爆。#>9m;

堵塞组分主要是二氧化碳、水分和氧化亚氮等，它们本身虽不可燃，但结晶析出后易堵塞主冷通道，造成主冷“干蒸发”和“死端沸腾”，进而造成乙炔等碳氢化合物可燃组分浓缩、积聚、析出，引发主冷燃爆事故。尤其是氧化亚氮的危害，日渐引起关注。 (2)主冷内的大量液氧，是强氧化剂。,V[o"

(3)引爆源有多种因素构成：①爆炸性杂质固体微粒的机械撞击引爆，如液氧中析出的固态乙炔微粒互相摩擦、与器壁摩擦、受液氧冲击等；②静电放电引爆，液氧中含有的微量冰粒、固态二氧化碳会产生静电荷，二氧化碳含量提高到 (200~300)×10-6时，产生静电压可达3000V；③化学敏感性特强的物质(如臭氧和氮的氧化物等)引爆；④气流冲击、压力冲击、气蚀现象引起的压力脉冲，造成局部压力升高而温度升高引爆。 2. 2 主冷防爆原则1'

清除和防止乙炔等碳氢化合物可燃组分和二氧化碳、水分、氧化亚氮等堵塞组分的积聚，消除激发能源即多种引爆因素，是主冷防爆的原则。Pc),$

3 主冷防爆措施2X"&Vk

总结以往事故教训。结合近期国内外研究成果，参考与德国林德公司、美国气体化工产品公司、液空(杭州)公司、俄罗斯深冷机械公司关于引进武钢60000m3／h空分技术谈判与交流资料，特对大型空分主冷防爆提出如下简要措施#<+O

3．1 氧站总图位置和空分设备周边环境的安全l2

氧站应在工厂的常年上风向，距乙炔发生站300米以上，远离有害气体源。加强原料空气质量监

控，一旦污染严重要采取措施。e7)w&X

空气质量标准见表1，其中只列人了几种敏感和主要的杂质。表1 空气中部分有害杂质允许的最大含量(×10-6) 标准杂质欧洲气体协会EIGA分子筛净化林德法液空APCI前苏联／(mgC／m3)中国GBo<x

乙炔C2H20.3一般1分子筛100.510.5一般0.5分子筛5mgC／m3v

甲烷CH45 81010石化标准3L"Lx#Y

二氧化碳CO2400 400400735石化标准350FV

氧化亚氮N2O0.35 0.6 氮氧化物1.25石化标准氮氧化物1M

粉尘／(mg／m3) 2.53030'

注：目前，欧洲国家多半参照欧洲工业气体协会 (EIGA)标准。5p

3．2 加强前端净化，采用分子筛吸附Q$7ro]

对于大型空分设备，目前都采用前端净化分子筛吸附流程。分子筛吸附器为双层床，第一层床氧化铝(Al203)，主要吸附水分，保护第二层床；第二层床为分子筛，完全吸附二氧化碳、乙炔等碳氢化合物，部分吸附氧化亚氮、乙烯、丙烷等，基本不吸附甲烷、乙烷等。原料空气通过双层床分子筛吸附器后，基本上完全清除了水分、二氧化碳和乙炔等碳氢化合物。一般在吸附器出口设置二氧化碳、水分在线监测，超过1×10-6报警，立即倒换吸附器。23VE< 近些年来对氧化亚氮的堵塞危害引起了充分重视，而分子筛对氧化亚氮只能部分吸附。为了减少其危害，国外对氧化亚氮吸附剂进行了研究，并取得了成果和应用。在分子筛吸附器内加上氧化亚氮吸附剂，或加一层5A分子筛，均能达到良好效果。若氧化亚氮进入冷箱内，则需靠液空吸附器或液氧吸附器来清除。S6Ffx

3．3 必要时设置液氧循环吸附器Y.Q@Z=

(1)非分子筛前端净化流程，必须设置液空吸附器和液氧吸附器。-

(2)分子筛前端净化流程，采用浸浴式主冷，一般可不设液氧吸附器(环境恶劣例外)。Gz[Tm%

(3)分子筛前端净化流程，采用降膜式主冷。内压缩流程空分，主冷安全性好，可不设置液氧吸附器。外压缩流程空分，当提取氪气与氙气时，能提高主冷安全度，达到内压缩流程水平，故可不设置液氧吸附器。武钢拟引进的60000m3／h空分没备，就是这种情况。外压缩流程空分，不提取氪气与氙气时，应设置液氧吸附器。&N_

3. 4 采用高、精、尖、新检验检测仪表，实现在线与离线监测，重点为主冷液氧i

(1)随着空分设备大型化、自动化、智能化的发展，为满足安全生产的需要，各种磁氧、电化学、红外线、电容式、热导、氢焰、氦离子化等高新技术、高精密度尖端检测仪表广泛应用。为了测量极微量组分，甚至用到了ppb级(10-6)精度的带放电离子化鉴定器气相色谱仪，一台近百万元，价格昂贵。为了大型空分设备各个重要环节(特别是主冷)的安全控制，实现在线连续和离线定时监测，这种投入是必需的。;t9?{

(2)原料空气监测。这个工作要正常化、制度化，定期进行。若环境有恶化，需随时进行，并采取有效措施。控制标准见表1。-

(3)前端净化分子筛吸附器后二氧化碳和水分的监测。在线连续监测，控制标准：吸附器后原料空气中二氧化碳和水分含量均小于1×10-6，基本为无。表2 液氧中部分有害杂质允许的最大含量(×10-6) 标准杂质欧洲气体协会EIGA分子筛净化林德法液空APCI前苏联／(mgC／m3)中国GBBhH,# 乙炔C2H20.50.5120.22≤300m3／h空分，1＞300m3／h空分，0.1i|*8

甲烷CH4500120500450430 ?kA

总碳(以CH4计)500155 X)

二氧化碳CO2浸浴主冷4降膜主冷更小浸浴主冷4降膜主冷更小2降膜主冷0.5 100(参考值)U` ,;

氧化亚氮N2O浸浴主冷100降膜主冷更小浸浴主冷100降膜主冷l60降膜主冷2 O 注：目前，欧洲国家多半参照欧洲工业气体协会 (EIGA)标准8}n!eg

(4)主冷液氧监测。这是重点，在线监测与离线监测并举。液氧中有害的可燃组分和堵塞组分的控制标准见表2。超过标准要迅速分析原因，采取措施，排放液氧或提前大加热。表2只列入了几种敏感和主要的有害杂质。5G

3．5 主冷设计制造防堵塞，改善液氧流动和严格接地iqxhoO

(1)主冷板翅式单元设计时，翅片翅距要稀疏一些，以防止运行时液氧中可燃组分与堵塞组分结