空分设备危险因素

我国目前运行空分设备危险、危害因素
1 问题的提出
随着我国经济的高速发展，危险化学品生产的单位随之增多，相应事故发生的危害日益增多。

我国党和国家领导对此很重视，2002年1月9日国务院第52次常务会审查通过了新修订的《危险化学品安全管理条例》，即第344号令。

随之国家经贸委等十个国家部局发出《关于开展危险化学品安全管理专项整治工作的联合通知》，全国工业产品生产许可证办公室危险化学品产品生产许可证审查部在北京召开了《压缩、液化气体产品生产许可证发(换)证实施
(包括分装)，并销售压缩、液化气体产品的所有企业，无论其性质和隶属关系如何，都必须取得生产许可证，才具有生产该产品的资格，任何企业不得并销售无生产许可证的压缩、液化气体产品。

”要取得压缩、
门发放的安全审查合格证明”。

要取得安全审查合格证明，必须经有资质的单位进行安全性评价，通过主要危险、危害因素的分析，找出重大危险源，通过科学的方法对岗位的危险等级进行评定，并对存在的问题进行改正，采取有效措施。

那么我国现在运行的设备存在哪些危险、危害的因素呢?有哪些对策措施呢?对此本文作粗浅的分析和建议，供同行们参考。

2 我国现代空分设备实际运行状况
深冷法空气分离自1903水由德国卡尔•林德教授发明投运10m3/h制氧机至今，已有一百年的历程，回顾空分流程，从简单节流的高压流程到中压带膨胀机循环流程、高低压流程、低压带透平膨胀的流程；压力从高压(20MPa)到低压(≤1MPa)，容量从小(10m3/h)到大(10万m3/h)。

总之，空分设备的发展史是围绕降低单位能耗和提高安全性而不断改进的，越是现代的设备容量越大、压力越低、能耗越少、安全程度越高：这是世界空分设备发展的总趋势。

我国从1953年开始制造第一套50m3/h空分设备至今也有50年历史了，在我国党和政府的正确引导下，通过从事空分设备工程技术人员的努力，用50年时间走完了国外发达的资本主义国家需100年走过的路程，我国空分设备制造设计水平已达到世界90年代末期水平，局部技术达到国外先进水平。

现代研制的空分设备安全性不断提高。

但是我国经济发展总的还是较落后，设备更新缓慢，应该淘汰的设备还在运行，应该报废的设备还在凑合使用。

据空分行业2001年底的统计表明，从1953年至2001年底我国共生产空分、液化设备8492套，其中1000m3/h以上的有604套；从年份来讲，1983年以前生产的有3763套，这些设备绝大部分尚在运行中，如：
杭氧1958年生产的碱洗一干燥流程的150m3/h空分设备尚在运行中。

据2001年对浙江省用户的不完全调查统计，20年之前生产的设备占目前在运行设备总数的40%以上，这些设备危险、危害因素较多。

本文针对运行设备作单机分析，并提出改进建议。

3 空压机的危险、危害因素及对策
空压机为空分设备提供制冷和克服阻力的压缩空气、精馏的原料空气。

由于空分设备容量和型号不同，对空压机配套要求也不一：一般小型空分设备配用活塞式；中、大型空分设备配用螺杆式或透平式；特大型空分设备采用轴流式。

现代空分设备都配用无润滑压缩机，早期生产的小型空分设备，一般配用油润滑的压缩机。

3．1 空压机的危险、危害因素主要表现
3．1．1 用油润滑空压机的危险、危害因素
油形成油蒸气随空气流进入分馏塔，然后积聚在冷凝蒸发器中，久而久之会使设备阻力增大被迫停车加温；同时也会使冷凝蒸发器液氧中含油逐渐增加。

有的小型空分塔在加温吹除时，
油随气流从热交换器底部和液氧排出阀溢出。

一旦具备足够的激发能源，就会引发爆炸。

活塞式空压机气缸润滑油规定采用19#机械油，19#机械油若在180℃以上、5MPa压力下就有可能裂解成轻馏分。

在空压机正常运行下，气缸内温度≤160℃，而当阀门故障或者用油牌号不对，就有可能产生轻馏分，分子筛又难以吸附，就带入分馏塔积聚在冷凝蒸发内，对空分塔造成威胁。

空压机气缸油在高温下很易产生结炭，积炭会影响空压机的活门阻力和密封性，从而使部分已排出气缸的高温气体又返回气缸再压缩，使气缸内温度进一步升高，产生结炭更严重。

积炭在冷却器内积聚，使冷却器传热效率下降，使进入下级气温升高，空压机能耗增加，从而进一步加剧了积炭的形成。

这样恶性循环的结果，使空气排出管道有效流通直径逐渐缩小，流速不断增大，当流速超过极限时，气流摩擦产生的激发能量点燃结炭，就会使管道燃烧爆炸。

空压机的气缸油或轻馏分随气流带人分子筛纯化器，会引起分子筛中毒，吸附效能降低，二氧化碳吸附不彻底，不仅堵塞板翅式换热器，影响运行周期,还会使液氧中二氧化碳增加，逐渐析出引成这些冰状固体与冷凝蒸发器内壁摩擦很易形成静电。

3. 1. 2 活塞式空压机气缸内进入液体会造成致命的损坏
液体的压缩性很小，一旦气缸内进入液体(气缸漏水、冷却器漏水或带人碱液)，就会严重损坏机器,被称为“液击事故”。

机器在运行中一旦掉入杂物(如阀片、螺母)或活塞杆连接螺纹松开，会使活塞体与气缸头之间死隙缩小或直接撞缸头，这种危害性与液击事故一样,会使机身拉裂，活塞体、曲轴顶断等严重损坏。

3. 1. 3 离心式压缩机的危险、危害因素之
一是“喘振”压缩机出口流量减少，压力升高，当流量减少到一定程度，就会产生强烈振动，同时发出异常的噪声,称为“喘振”。

造成的原因在于操作失误或设备故障流道严重结垢，使气流不畅，造成叶道速度很不均匀。

气流严重脱离，叶道中没有气流流动,压力突然下降，造成高压气流倒灌，弥补流量不足，从而恢复正常。

当倒灌气体压出去后，又产生上述现象。

气流脱离和气流倒灌现象周而复始出进行，使压缩机产生压力脉冲。

空分系统切换阀或切换机构故障、分子筛纯化器切换阀门故障、空气通道受阻、空压机压力升高进入喘振区、操作中进口导叶开度过小、升压速度过快、紧急放散阀失灵等，都会发生惴振。

喘振对离心式压缩机安全运行威胁极大。

3. 1. 4 对离心式压缩机危害较大的因素是：轴位超标
正常运行情况下，离心式压缩机转子叶轮两侧的轴向力是互相抵消的，不平衡的部分由平衡盘来减小轴向推动，剩余部分由止推轴承来承当。

当轴向力增加，或止推轴承磨损，遇突然事故熔化的，或平衡盘后通大气的小管堵塞，或突然断轴时，将会产生转子与固定件相碰的重大事故，造成轴位移严重偏离。

3. 2 空压机危险、危害因素对策措施的建议
从上述分析来看空气带油是严重危害空分设备运转的因素，现在空分设备制造厂新出的设备基本采用无油空压机，但对老设备尚有不少在运行。

最理想的办法是更新设备，采用无油润
(1)严格控制气缸润滑油的质量，要有足够的粘度、稳定性，不得混有机械杂质、水分、灰分、要符合19#机械油的各项指标。

(2)严格控制润滑油进油量，在保证气缸不拉毛的前提下尽量减少进油量，象5L-16/50型空压机可控制在250g/h。

(3)加强空压机日常维护，发现排气温度升高应查明原因，及时排除故障。

定期清除阀门、管道、冷却器的结炭、水垢，提高换热效率，降低排气温度，防止结炭。

(4)定期地准确地吹除油水分离器，尽量减少油水带人纯化器中。

(5)有条件的单位可在纯化器前空气管道上增加一组预冷机组，将进纯化器前空气温度降至5℃左右，这样可以大量减少油水进入纯化器，或者增加油过滤器，也可减少进纯化器空气中的含油量。

(6)关于离心式空压机防喘振对策。

首先设计中应有防喘振放散阀，一旦空压机出口压力接近喘振前，该阀自动打开，日常要加强保养，使其灵活好使；次之要加强设备维护保养，确保切换系统灵敏，运行正常；再是操作中注意空压机出口压力不得升得过高。

一旦发生喘振应迅速开大防喘阀或空压机放空阀。

(7)关于轴位移超标的控制。

主要是自动控制系统应该灵敏，超过一定程度会自动报警和自动停机。

操作人员在巡回检查时要密切注意轴位移指示器的变化，一旦发现报警或轴位移过大，应立即停车处理，以免发生转子与固定件相碰的重大事故。

4 空气预冷系统的危险、危害因素及对策
用空气与制冷介质直接交换得到冷却；中、大型空分设备一般用氮气冷却水，水再冷却空气，或用冷冻机制冷剂冷却水，水再冷却空气。

预冷系统的危险是空冷塔的水被气流带入分子筛纯化器或空分塔板翅式换热器或蓄冷器，造成分子筛失效，空分塔冻结，被迫停车加温，造成巨大的经济损失。

造成空冷塔带水事故的主要原因是空冷塔气流速度过高，如切换系统阀门故障，空气直接旁通人低压，或者是操作失误，违反操作等。

防止空冷塔带水的对策在于加强对设备的维护管理，确保切换系统运行正常。

加强责任性，一旦发生带水应立即采取停止水泵，空压机放空，关闭空气进纯化器或空气进塔阀，然后查明原因。

严格操作规程，启动时应待空气流量稳定，空冷塔压力达0.4MPa左右再启动水泵，停车时应先停水泵再停止供气。

5 净化系统的危险、危害因素及对策
空气净化系统包括空气过滤器、碱洗塔、干燥器或纯化器、二氧化碳和水分冻结切换系统、液空液氧吸附器等清除二氧化碳、水分、乙炔的设备。

现代空分设备选用自动控制的分子筛吸附净化流程，省去了冻结系统、液空液氧吸附器等设备。

而且在纯化器出口配有二氧化碳含量超标报警仪、再生气体露点仪，一旦二氧化碳含量超标或再生气体含水超过时报警，因此，净化系统的安全性较高。

5．1 净化系统危险、危害因素主要表现
(1)碱洗塔目前尚在使用。

它需要把固体烧碱人工粉碎再溶成碱水，碱对设备、人体、服装都有腐蚀作用。

另外，碱液使用后排出设备，对环境造成污染。

(2)切换系统故障。

空气切换阀打不开会使空压机出口压力超压，低压系统切换阀打不开会使上塔超压。

(3)手动纯化器误操作。

纯化器切换程序中，新的一组投入使用后，另一组应该把放空阀打开放空，再引入氮气再生。

操作失误将氮气进口阀先打开。

纯化器中4MPa的空气返流人上塔，会引发上塔超压爆炸。

(4)纯化器或干燥器再生时应先接通再生气体。

误操作时先开电炉而不通气体，造成加热炉电器元件烧毁。

还有当停电时，电炉未切断，但过了一会，自动送电，此时无再生气流通，造成电炉损坏事例常有发生。

5．2 净化系统危险、危害因素对策措施的建议
(1)碱洗一干燥流程建议淘汰。

我国1968年进行分子筛吸附试验，获成功，两年内绝大多数用户作了流程更新。

目前老流程尚在使用的是少数用户，建议有关部门强制更新。

(2)切换系统的故障。

首先要选用可*的控制元件，定期维护保养；加强对操作人员的培训，
根据指示灯的变化，操作员应立即找到某只阀门的故障，采取手动方法将阀门打开或关闭；对空分塔的安全阀要定期校验，发现结冰现象应及时处理。

(3)加强责任心，严格操作规程，加强巡回检查，发现问题及时纠正。

(4)有条件的单位在再生气体进加热炉前装流量计，当流量小于一定值时电炉能自动断电或启动联锁来确保电炉的安全。

6 膨胀机的危险、危害因素及对策
膨胀机是空分设备的制冷机械，它对外作功的同时使气体内部能量减少，从而制取冷量。

目前在运行的有透平式和活塞式两类，分述如下。

6．1 膨胀机危险、危害因素主要表现
(1)透平膨胀机超速运行。

透平膨胀机普遍转速较高，一般都在每分钟几万转下运行，有的高达每分钟十多万转运行，一旦发生超速，很易损坏机件。

造成超速的原因与制动方式有关，常见的用电机制动、风机制动和增压制动。

用电机制动，膨胀机一旦停电就会发生超速；风机制动，出口阀关得过小或自动关闭、或进气过滤器堵塞，制动负荷减少就会超速；增压制动，风机出口调节阀关得过小等，都会引起超速。

(2)透平膨胀机产生“液击”。

膨胀机进气温度过低或带液，膨胀机后有可能产生液体冲击叶轮，导致转子损坏。

(3)气体轴承透平膨胀机轴承气压力过低。

该类膨胀机转速较高，依*轴承气承托转子轴颈高速旋转，一旦轴承气压力过低承托不住轴承时，就会使转子与轴承干摩擦，使转子失去动平衡而发生燃烧事故。

气体轴承膨胀机对轴承气、密封气的气源清洁度要求很高，一旦有杂质进入轴承就会发生卡机现象。

(4)用油润滑轴承的透平膨胀机最怕供油不足或断油。

该类膨胀机相对安全可*，但一旦油泵故障或过滤器阻塞，油供不上或断油时就会发生卡机事故。

(5)小型空分设备早期配套的活塞式膨胀，配用电机制动，一旦发生停电或皮带打滑或电机功率偏小，都会超速(即“飞车”)。

转速会越转越快，若不采取果断有效措施，会使机器毁坏。

(6)活塞式膨胀机进、排气阀门，控制高压空气进入和膨胀后空气的排出，一旦阀门卡住，高压空气会直接进入下塔，引起下塔超压爆炸。

(7)活塞式膨胀机在空分塔加温时需将进、排阀杆支起，使膨胀机及其管道得到加温，吹除时应将进、排气阀杆放下，并关闭膨胀机进气阀。

操作失误时，未关闭通往膨胀机的高压空气进口阀，又没有将支起的阀杆放下就开始吹刷，高压空气直接进入下塔，引起下塔超压爆炸。

(8)早期空分设备配套的膨胀机气缸采用锭子油润滑，油虽经过滤，但总有部分随气流带人空分塔，威胁空分塔的安全。

6．2 膨胀机危险、危害因素对策措施的建议
(1)防止透平膨胀机的超速措施在设计时已考虑，在膨胀机前装一紧急切断阀，并与转速仪联锁，一旦超过转速就会使紧急切断阀自动关闭。

问题是如何确保紧急切断阀动作灵敏，一般在设备投运前将该阀多次试验，断电后在1、2秒内必须关阀，否则应进行调整。

另外在该阀失灵时发生超速，应果断关闭膨胀机进口阀，制止“飞车”。

(2)防止膨胀机“液击”的措施是控制好温度，应该保证膨胀机出口温度比相应压力下的液化温度高2~3℃。

绝对禁止进气带液，这种情况往往发生在停车后再启动时，液空液面过满，操作失误而致，应特别注意防止。

(3)气体轴承膨胀机的轴承气气源应经过多道过滤，在设备运行前应十分注意管道的情况和吹刷。

一旦投入使用就要注意控制轴承气压力达到说明书规定的压力。

设有紧急切断阀的设备，可与轴承压力联锁，当轴承气压力低于一定压力就报警，再降低就关闭紧急切断阀停机。

而小型空分设备往往依*人为监控来保证。

空分塔停车或紧急停电时应注意轴承气的供给。

为此，一旦发生停车或停电应立即关闭膨胀机进口阀和纯化器进口阀，然后空压机才可放空，利用纯化器的存气来确保停车后轴承气的供应，确保膨胀机的安全运行。

(4)油轴承膨胀机的油压与膨胀机紧急切断阀是联锁的，当油压低于规定就报警，再降低就自动切断进气而停车。

平时操作中应经常注意油压、油温，发现阻力增加就应切换过滤器，加强油泵的维护保养，确保安全运行。

(5)活塞式膨胀机进气管道设有气动安全装置，当膨胀机飞车时，飞轮转速随之增加，产生的离心力愈大。

离心力使装在飞轮上的弹簧杆伸，打开气路排气，从而使进气管道上安全装置关闭进气。

这种安全装置应经常维修，否则弹簧一生锈就会失灵。

操作中应警惕安全装置失灵时的措施，一方面把膨胀机进气阀置于灵活好使状态，另方面把进气阀开度控制在膨胀机进气压力与热交换器压力平衡后再开半转即可，一旦飞车就可关闭进气阀。

(6)活塞式膨胀机进排气阀杆要保持灵活，一旦发现卡住就应采取措施或更换。

新换上的阀门垫料要松，待运转时温度降低时逐步扳紧，以无明显漏气即可。

(7)为了防止膨胀机的超压引起下塔超压爆炸，要加强对操作工责任心教育，制订安全操作规程等措施；要对下塔安全阀安期校验；还可在膨胀机排气管道上装上薄膜安全阀，以防操作失误后造成设备管道损坏。

(8)目前尚有少数用锭子油润滑气缸的活塞式膨胀机在运行，建议强制改造为无油润滑膨胀机。

7 空分塔的危险、危害因素及对策
空分塔是将空气分离成氧、氮等的设备，空分塔最危险、危害因素是爆炸事故。

爆炸的部位绝大多数发生在氧气设备与管道上，如冷凝蒸发器、上塔下部、氧热交换器等部位。

7．1 空分塔的危险、危害因素
造成爆炸是在氧气存在的情况下，有一定数的可燃物质，在一定引燃源能量下就会产生燃爆。

可燃物是从空气中吸人的乙炔、甲烷、乙烷、丙烯、丁烯等烃类碳氢化合物，或者由空压机、膨胀机带人的油脂与油裂解的轻馏分，以及化工厂区附近的氮氧化物、臭氧等易燃易爆物质。

强，性质极不稳定，最易产生爆炸分解反应。

乙炔是人们认为造成空分塔爆炸的主要因素。

可燃物浓缩往往与冷凝蒸发器液氧液面的波动有关，当液氧面急剧下降时，液氧中碳氢化合物含量会相对增多。

液氧液面过满溢流到氧热交换隔层，液氧汽化，而碳氢化合物会在此部位浓缩。

引爆源主要来于静电引爆和冲击引爆。

液氧中存在灰尘、硅胶或分子筛粉末、冰块、二氧化碳固体等杂质，这些机械杂质与冷凝蒸发器内壁面发生摩擦就会产生静电。

静电场的强度取决于杂质固体微粒在液氧中的运动速度，以及杂质的数量。

当液氧中二氧化碳含量达到300×10-6时，所产生的电位达3000V。

静电荷的极性取决于物质的性质，当液氧中有二氧化碳微粒存在时，液氧带有负电荷；当液体中带有硅胶微粒存在时，液氧中带正电荷。

这就构成了引爆条件。

冲击引爆源主要来源于气流冲击，如切换系统应打开的阀门打不开或应关闭的阀门关不严，造成冷凝蒸发器液位反复激烈波动。

氧气阀门开关过快会引起冲击能源；氧气管道有杂质，如铁锈、焊瘤、焊渣等摩擦会产生火花而引起燃爆。

7．2 防止空分塔爆炸的对策措施
(1)在氧气站选划时，应该注意周围环境的空气质量，应符合GB 16912—97《氧气相关气体安全技术规程》表1、表2中的规定。

严格控制空压机吸入口空气中的有害杂质含量。

(2)用无油机械设备替代用油润滑的空压机、膨胀机，彻底消除油脂的污染。

大型空压机采
用袋式或干带式过滤器代替油浸式过滤器。

(3)用分子筛纯化器代替碱洗一干燥流程或冻结法的流程，采用13X分子筛提高吸附能力。

严格控制纯化器再生温度和切换时间，尽可能降低进纯化器前的空气温，把乙炔等碳氢化合物尽可能清除在塔外。

根据有关试验，有的碳氢化合物分子筛不能吸附，可用空气水洗法来清除。

(4)采用冻结法清除水分和二氧化碳的空分设备，要注意液空吸附器和液氧吸附器彻底再生和及时切换；采用自循环清除乙炔的流程要有足够的循环倍率，确保已带人塔内的杂质清除掉。

(5)加强管理，要有准确的安全操作规程。

特别是对液空、液氧中的杂质，要定期分，一旦发现超标应有正确的处理措施，特别是近年来发展较快的地区和企业，要注意监察空气中杂质含量的变化，一旦发现超标，应加大液氧的排放量，必要时停车处理。

(6)大型空分塔推广全浸式操作法，经实践证明是一种有效的防爆操作法，但液氧面不能太满，若液氧溢出也会在板式或蓄冷器底部汽化，引起乙炔等碳氢化合物的浓缩。

(7)加强对冷凝器蒸发器液氧流动出现死角的研究。

从上塔溢流下来的液氧到液氧泵的循环或抽取1%
(8)加强设备维护保养，避免切换阀门要开的打不开，要关的关不严现象，阀门操作要缓慢，避免产生冲击能源。

(9)对分子筛粉末过滤器要定期清洗，管道要吹刷干净，特别氧气管中的铁锈、焊渣等要严格清洗干净，防止机械杂质带入冷凝蒸发器。

(10)加强人员培训，提高操作工操作水平和防爆意识，特别是液氧液面操作要稳定，避免发生激烈波动。

(11)加强对冷凝器发器中液氧的监控，如发现液氧中有明显的二氧化碳析出，要加大排放量进行置换，若解决不了，应进行停车加热。

(12)空分塔两端应进行单独接地，接地电阻应小于10Ω，并要每年检测一次，防止静电积聚。

(13)空分塔内管架、阀架、支架应采用珠光砂垫，不得用木头作垫，以免木头在检修时烧焦，一旦液氧泄漏，木炭吸附液氧而形成爆炸。

8 氧压机的危险、危害因素及对策
8．1 氧压机的危险、危害因素
(1)与氧气接触的零件去油不彻底，高压氧(≥2.94MPa)碰到油脂能产生自燃、爆炸。

(2)氧气压缩机在修理活塞、气缸时，需将活塞杆拉出，活塞杆下端带油未擦干净，油脂带人上密封函，一旦压力升高，活塞杆摩擦发热，就易发生燃爆。

运行中活塞杆带油，刮油器结构不合理，就起不到刮油作用。

(3)氧压机活塞与活塞杆连接螺纹拆不开，用煤油渗透，煤油渗入螺纹内，未彻底去油，当压力升高时，会产生自燃。

(4)管道中有铁锈、焊渣及涂锌管的锌粉带入气缸，活塞与气缸摩擦产生火花而燃烧。

(5)氧压机新换上的阀门有“飞边”，带人气缸，引起燃爆。

(6)活塞环磨损，活塞体与气缸体发生干摩擦起火。

(7)装配质量差，气缸与活塞同心度偏差过大，造成活塞体与气缸干摩擦。

(8)冷却器断水，温度升高。

(9)氧压机启动时出口未打开，关闭放空阀，出口压力升高，安全阀失灵造成超压爆炸。

(10)材料不对，与氧气接触的零件用碳钢来制造。

(11)用水润滑的氧压机断气缸润滑水。

此类氧压机依*蒸馏水带走压缩过程的热量，又起到润滑作用，一旦断水很易产生燃爆。