空分装置安全评价应注意的问题

空分装置安全评价应注意的问题

空分设备是石化、冶金等行业重要的生产装置之一，由于其特殊的结构和介质的理化性质，发生爆炸的危险性较大。近年来，因空分设备制造缺陷和管理不善等原因，已发生多起空分设备的爆炸事故，据不完全统计，全国共发生小型空分设备的爆炸事故100多起，大中型空分设备事故30多起，特别是空分主冷凝蒸发器中烃类物质超标引起的爆炸是近几年来事故频发的主要原因，不仅影响了生产装置的平稳运行，而且给企业和国家造成重大的经济损失。以下从我们装置的实际运行经验出发，浅谈空分装置主冷蒸发器发生爆炸的机理和防爆措施。

1 空分化学性爆炸机理

1．1 主冷凝蒸发器爆炸机理

空分塔的爆炸原因很多，也比较复杂，但基本可分为物理性爆炸和化学性爆炸。从大多数爆炸的实例分析来看，化学性爆炸是主要的。形成化学性爆炸的主要因素有三个方面：一是可燃物，二是助燃物，三是引爆源。在空分设备主冷凝蒸发器中，可燃物主要是乙炔、碳氢化合物或油分等爆炸危险杂质；助燃物为气氧、液氧；引爆源主要有：(1)爆炸性杂质固体微粒相互摩擦或与器壁摩擦；(2)静电放电。当液氧中含有少量冰粒、固体二氧化碳时，会产生静电荷，如果二氧化碳的含量提高到200~300×10-4％，所产生的静电位可达到3000V；(3)气波冲击、流体冲击或汽蚀现象引起的压力脉冲，造成局部压力高而使温度升高；(4)化学活性特别强的物质(臭氧、氮的氧化物等)存在，使液氧中可燃物质混合物的爆炸敏感性增大。

1．2 爆炸源形成条件

空气中除氧气、氮气外，还会有少量的水蒸气、二氧化碳、乙炔和其它碳氢化合物等气体以及少量的灰尘等固体物质，国内大中型分子筛净化流程清除空气中水分、二氧化碳和乙炔等杂质的方法多采用吸附法，即利用分子筛或硅胶等作吸附剂把空气(液空、液氧)中所含的水分、二氧化碳和乙炔等杂质分离出来，浓缩在吸附剂表面上，加温再生时进行脱除，从而达到净化的目的。

但由于化工装置比较集中，如果装置泄漏量过高或烃类产品直接放空，就会造成空分设备吸人口的碳氢化合物含量超标，对分子筛流程空分装置，13X分子筛具有孔径相近的极性分子吸附性强的特点，水分、二氧化碳和乙炔基本上可以在分子筛吸附器中脱除，其它烃如甲烷、乙烷绝大部分随空气进入空分塔中，这些物质大部分溶解在液体中，少量随氧气的蒸发带走。当液体中烃的浓度不断增加，并超过其溶解度时，就会以固体形式析出并聚集，在一定条件下与氧混合形成爆炸源，当引爆因素存在时就会发生化学性爆炸。

大量事实证明，液氧中乙炔的爆炸敏感性最高。因为乙炔在空气中的分压很低，即使将空气冷却至-173℃，乙炔也不会以固态形式析出，它将随空气带人空分塔内，而乙炔在液空中的溶解度较大，约为20cm3／dm3。因此一般不会在液空中析出，而随液空进入上塔，乙炔在液氧中的溶解度极低，约为5．2cm3／dm3。当液氧在主冷凝蒸发器中蒸发时，随气氧带的乙炔量仅为液氧中乙炔总量的1／24左右，这样随着液氧的蒸发，液氧中乙炔浓度就不断增高，当乙炔超其溶解度时，过剩的乙炔就会以白色固体微粒悬浮在液氧中，而乙炔又是不饱和的碳氢化合物，具有很高的化学活泼性，性质极不稳定，这些固体乙炔或其它碳氢化合物颗粒与塔壁及通道壁发生摩擦或液氧沸腾产生压力脉冲，以及臭氧与氮氧化物的促进作用所产生的能量都将可能使空分塔致爆。但在实际生产中有时液氧中乙炔及其它碳氢化合物并不超标而发生爆炸，这主要是由于冷凝蒸发器的结构不合理，存在某些制造缺陷若因某些通道堵塞和操作不当，造成液氧的局部流动性不好，产生乙炔局部浓缩而发生爆炸。

其它不饱和碳氢化合物也能发生爆炸分解反应，虽然它们在液氧中的溶解度比乙炔高，但由于吸附器对这些碳氢化合物的吸附能力极小，因此也有在液氧中积聚而构成爆炸的可能。大量研究表明，碳氢化合物由于各组分在液氧中的溶解度及化学活性不同，其爆炸敏感性也不同，

爆炸敏感性按以下顺序递增：甲烷→乙烷→丁烷→乙烯→丙烯→丁烯→乙炔，可见乙炔的敏感性最高。

2 空分防爆措施

由于空分装置在运行过程中存在着诸多不安全因素和危险性，为确保空分装置的安全运行，降低烃类物质进入液氧中的可能性，加强监控手段，我们坚持实行“六关” 管理。

2．1 抓住空气来源关

空分装置的原料就是大气，大气质量的好坏直接关系着主冷液氧中烃类的变化。我厂空分装置所处地理位置不好，被三个化工装置包围，空气质量较差，尤其是刮北风时能明显闻到一股有机物气味，通过液氧的离线、在线分析也可以发现烃类物质的上升趋势。为此我们采取的措施是：

(1)建立了大气质量监测，每周分析一次；

(2)设立了风向标，随时掌握四季风向的变化，遇到刮北风时，我们加强监护，及时排放液氧；

(3)由总厂调度室制定了《周边装置紧急排放联系制度》，如有其它装置不正常排放，及时通知调度，调度再通知车间，加强液氧分析监护；

(4)对相邻的环氧装置富含烃类物质的循环气排放口进行移位，由原来的100米移到165米处。

2．2 把住空气压缩关

从空分装置的流程来看，进入分馏塔系统的空气来源于空压机系统，在此过程中就不可避免的存在润滑脂，这些油脂是非常危险的，因为液氧中的油脂能附着在主冷的翅片上形成油膜，当油膜达一定厚度时，它将与不饱和烃、氮氧化物和氧气的混合物在低温下起化学反应生成灵敏度较大的可燃物，这些可燃物一旦遇火源就会发生爆炸。另外空气中的灰尘等杂质被带人分馏塔中也是危险的，一是它可以在板式换热器中堵塞；二是进入分馏塔中的固体悬浮在液氧液面上，摩擦产生静电打火，这就形成了引火源。为了避免这些物质的进入，我们采取以下措施：

(1)在空气吸人口增加了卷帘过滤器和干袋式过滤器，滤掉杂质和灰尘，确保空气干净；

(2)空压机轴封采用石墨环密封无油润滑，确保空压机出口空气不带油；

(3)空压机设置了自保联锁和在线振动监测系统，可以随时记录第一触发联锁点，确保空压机的正常运行，防止因频繁开停机而将油脂或杂质带人系统。

2．3 加强空气净化关

压缩后送来的无油、干净的空气中含有大量水、乙炔、甲烷、二氧化碳、乙烷、乙烯、丙烯、碳四等物质，这些物质在净化过程中要尽量脱除：水分和二氧化碳带人冷箱就会造成冻堵；不饱和烃在分子筛中能大部分被吸附，饱和烃不易被吸附就会带人分馏塔内，为了使这些物质降低到最低程序，我们采取了如下措施：

(1)水洗塔设置了高、低液位联锁，防止在除沫器损坏或空压机异常的情况下，水洗塔的液位失控而使空气中带水；

(2)由于在水洗塔中循环直接与空气接触，它不但降低了压缩空气的温度，而且通过洗涤可清除掉空气中的酸性物质，这样若循环水中存在油类或烃类物质，则会将这些物质带人系统，为此我们对循环水质每8小时分析一次，确保外界杂质无法进入系统。同时为了防止在总厂的循环水场出现问题时影响空分装置的正常运行，我们又增设了独立的循环水场，专供水洗塔使用。

(3)增设了一台制冷机组，确保空气出塔温度由原来的25℃下降到12℃以下，这样使空气中含水量大大下降，有效地提高了分子筛对烃类和二氧化碳的吸附能力，出分子筛的空气中二氧化碳含量基本趋向于零。

(4)根据我们所处环境的实际情况，对分子筛吸附器内13X分子筛和氧化铝的装填量进行调