近年來，因空分設(shè)備制造缺陷和管理不善等原因，已發(fā)生多起空分設(shè)備的爆炸事故，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國共發(fā)生小型空分設(shè)備的爆炸事故100多起，大中型空分設(shè)備事故30多起，特別是空分主冷凝蒸發(fā)器中烴類物質(zhì)超標(biāo)引起的爆炸是近幾年來事故頻發(fā)的主要原因，不僅影響了生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，而且給企業(yè)和國家造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。以下從我們裝置的實際運(yùn)行經(jīng)驗出發(fā)，淺談空分裝置主冷蒸發(fā)器發(fā)生爆炸的機(jī)理和防爆措施。
1、空分化學(xué)性爆炸機(jī)理
空分塔的爆炸原因很多，也比較復(fù)雜，但基本可分為物理性爆炸和化學(xué)性爆炸。從大多數(shù)爆炸的實例分析來看，化學(xué)性爆炸是主要的。形成化學(xué)性爆炸的主要因素有三個方面：一是可燃物，二是助燃物，三是引爆源。在空分設(shè)備主冷凝蒸發(fā)器中，可燃物主要是乙炔、碳?xì)浠衔锘蛴头值缺ㄎｋU雜質(zhì)；助燃物為氣氧、液氧；引爆源主要有：
(1)爆炸性雜質(zhì)固體微粒相互摩擦或與器壁摩擦；
(2)靜電放電。當(dāng)液氧中含有少量冰粒、固體二氧化碳時，會產(chǎn)生靜電荷，如果二氧化碳的含量提高到200~300×10-4％，所產(chǎn)生的靜電位可達(dá)到3000V；(3)氣波沖擊、流體沖擊或汽蝕現(xiàn)象引起的壓力脈沖，造成局部壓力高而使溫度升高；
(4)化學(xué)活性特別強(qiáng)的物質(zhì)(臭氧、氮的氧化物等)存在，使液氧中可燃物質(zhì)混合物的爆炸敏感性增大。
空氣中除氧氣、氮氣外，還會有少量的水蒸氣、二氧化碳、乙炔和其它碳?xì)浠衔锏葰怏w以及少量的灰塵等固體物質(zhì)，國內(nèi)大中型分子篩凈化流程清除空氣中水分、二氧化碳和乙炔等雜質(zhì)的方法多采用吸附法，即利用分子篩或硅膠等作吸附劑把空氣(液空、液氧)中所含的水分、二氧化碳和乙炔等雜質(zhì)分離出來，濃縮在吸附劑表面上，加溫再生時進(jìn)行脫除，從而達(dá)到凈化的目的。
但由于化工裝置比較集中，如果裝置泄漏量過高或烴類產(chǎn)品直接放空，就會造成空分設(shè)備吸人口的碳?xì)浠衔锖砍瑯?biāo)，對分子篩流程空分裝置，13X分子篩具有孔徑相近的極性分子吸附性強(qiáng)的特點，水分、二氧化碳和乙炔基本上可以在分子篩吸附器中脫除，其它烴如甲烷、乙烷絕大部分隨空氣進(jìn)入空分塔中，這些物質(zhì)大部分溶解在液體中，少量隨氧氣的蒸發(fā)帶走。當(dāng)液體中烴的濃度不斷增加，并超過其溶解度時，就會以固體形式析出并聚集，在一定條件下與氧混合形成爆炸源，當(dāng)引爆因素存在時就會發(fā)生化學(xué)性爆炸。
大量事實證明，液氧中乙炔的爆炸敏感性最高。因為乙炔在空氣中的分壓很低，即使將空氣冷卻至-173℃，乙炔也不會以固態(tài)形式析出，它將隨空氣帶人空分塔內(nèi)，而乙炔在液空中的溶解度較大，約為20cm3／dm3。因此一般不會在液空中析出，而隨液空進(jìn)入上塔，乙炔在液氧中的溶解度極低，約為5．2cm3／dm3。當(dāng)液氧在主冷凝蒸發(fā)器中蒸發(fā)時，隨氣氧帶的乙炔量僅為液氧中乙炔總量的1／24左右，這樣隨著液氧的蒸發(fā)，液氧中乙炔濃度就不斷增高，當(dāng)乙炔超其溶解度時，過剩的乙炔就會以白色固體微粒懸浮在液氧中，而乙炔又是不飽和的碳?xì)浠衔�，具有很高的化學(xué)活潑性，性質(zhì)極不穩(wěn)定，這些固體乙炔或其它碳?xì)浠衔镱w粒與塔壁及通道壁發(fā)生摩擦或液氧沸騰產(chǎn)生壓力脈沖，以及臭氧與氮氧化物的促進(jìn)作用所產(chǎn)生的能量都將可能使空分塔致爆。但在實際生產(chǎn)中有時液氧中乙炔及其它碳?xì)浠衔锊⒉怀瑯?biāo)而發(fā)生爆炸，這主要是由于冷凝蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)不合理，存在某些制造缺陷若因某些通道堵塞和操作不當(dāng)，造成液氧的局部流動性不好，產(chǎn)生乙炔局部濃縮而發(fā)生爆炸。
其它不飽和碳?xì)浠衔镆材馨l(fā)生爆炸分解反應(yīng)，雖然它們在液氧中的溶解度比乙炔高，但由于吸附器對這些碳?xì)浠衔锏奈侥芰O小，因此也有在液氧中積聚而構(gòu)成爆炸的可能。大量研究表明，碳?xì)浠衔镉捎诟鹘M分在液氧中的溶解度及化學(xué)活性不同，其爆炸敏感性也不同，爆炸敏感性按以下順序遞增：甲烷→乙烷→丁烷→乙烯→丙烯→丁烯→乙炔，可見乙炔的敏感性最高。
2、空分防爆措施
由于空分裝置在運(yùn)行過程中存在著諸多不安全因素和危險性，為確保空分裝置的安全運(yùn)行，降低烴類物質(zhì)進(jìn)入液氧中的可能性，加強(qiáng)監(jiān)控手段，我們堅持實行“六關(guān)”管理。
2．1抓住空氣來源關(guān) 空分裝置的原料就是大氣，大氣質(zhì)量的好壞直接關(guān)系著主冷液氧中烴類的變化。我廠空分裝置所處地理位置不好，被三個化工裝置包圍，空氣質(zhì)量較差，尤其是刮北風(fēng)時能明顯聞到一股有機(jī)物氣味，通過液氧的離線、在線分析也可以發(fā)現(xiàn)烴類物質(zhì)的上升趨勢。為此我們采取的措施是：
(1)建立了大氣質(zhì)量監(jiān)測，每周分析一次；
(2)設(shè)立了風(fēng)向標(biāo)，隨時掌握四季風(fēng)向的變化，遇到刮北風(fēng)時，我們加強(qiáng)監(jiān)護(hù)，及時排放液氧；
(3)由總廠調(diào)度室制定了《周邊裝置緊急排放聯(lián)系制度》，如有其它裝置不正常排放，及時通知調(diào)度，調(diào)度再通知車間，加強(qiáng)液氧分析監(jiān)護(hù)；
(4)對相鄰的環(huán)氧裝置富含烴類物質(zhì)的循環(huán)氣排放口進(jìn)行移位，由原來的100米移到165米處。
從空分裝置的流程來看，進(jìn)入分餾塔系統(tǒng)的空氣來源于空壓機(jī)系統(tǒng)，在此過程中就不可避免的存在潤滑脂，這些油脂是非常危險的，因為液氧中的油脂能附著在主冷的翅片上形成油膜，當(dāng)油膜達(dá)一定厚度時，它將與不飽和烴、氮氧化物和氧氣的混合物在低溫下起化學(xué)反應(yīng)生成靈敏度較大的可燃物，這些可燃物一旦遇火源就會發(fā)生爆炸。另外空氣中的灰塵等雜質(zhì)被帶人分餾塔中也是危險的，一是它可以在板式換熱器中堵塞；二是進(jìn)入分餾塔中的固體懸浮在液氧液面上，摩擦產(chǎn)生靜電打火，這就形成了引火源。為了避免這些物質(zhì)的進(jìn)入，我們采取以下措施：
(1)在空氣吸入口增加了卷簾過濾器和干袋式過濾器，濾掉雜質(zhì)和灰塵，確保空氣干凈；
(2)空壓機(jī)軸封采用石墨環(huán)密封無油潤滑，確保空壓機(jī)出口空氣不帶油；
(3)空壓機(jī)設(shè)置了自保聯(lián)鎖和在線振動監(jiān)測系統(tǒng)，可以隨時記錄第一觸發(fā)聯(lián)鎖點，確�？諌簷C(jī)的正常運(yùn)行，防止因頻繁開停機(jī)而將油脂或雜質(zhì)帶人系統(tǒng)。
2．3加強(qiáng)空氣凈化關(guān)
壓縮后送來的無油、干凈的空氣中含有大量水、乙炔、甲烷、二氧化碳、乙烷、乙烯、丙烯、碳四等物質(zhì)，這些物質(zhì)在凈化過程中要盡量脫除：水分和二氧化碳帶人冷箱就會造成凍堵；不飽和烴在分子篩中能大部分被吸附，飽和烴不易被吸附就會帶人分餾塔內(nèi)，為了使這些物質(zhì)降低到最低程序，我們采取了如下措施：
(1)水洗塔設(shè)置了高、低液位聯(lián)鎖，防止在除沫器損壞或空壓機(jī)異常的情況下，水洗塔的液位失控而使空氣中帶水；
(2)由于在水洗塔中循環(huán)直接與空氣接觸，它不但降低了壓縮空氣的溫度，而且通過洗滌可清除掉空氣中的酸性物質(zhì)，這樣若循環(huán)水中存在油類或烴類物質(zhì)，則會將這些物質(zhì)帶人系統(tǒng)，為此我們對循環(huán)水質(zhì)每8小時分析一次，確保外界雜質(zhì)無法進(jìn)入系統(tǒng)。同時為了防止在總廠的循環(huán)水場出現(xiàn)問題時影響空分裝置的正常運(yùn)行，我們又增設(shè)了獨立的循環(huán)水場，專供水洗塔使用。
(3)增設(shè)了一臺制冷機(jī)組，確�？諝獬鏊䴗囟扔稍瓉淼�25℃下降到12℃以下，這樣使空氣中含水量大大下降，有效地提高了分子篩對烴類和二氧化碳的吸附能力，出分子篩的空氣中二氧化碳含量基本趨向于零。
(4)根據(jù)我們所處環(huán)境的實際情況，對分子篩吸附器內(nèi)13X分子篩和氧化鋁的裝填量進(jìn)行調(diào)整，在確保露點≤-70℃的情況下，適當(dāng)減少氧化鋁量，這樣通過增加分子篩裝填量提高了對烴類及二氧化碳的吸附能力，最大限度地減少烴類及二氧化碳帶人分餾塔中；
(5)分子篩出口設(shè)置了二氧化碳在線檢測儀，隨時檢測空氣中二氧化碳的變化情況，防止因二氧化碳超標(biāo)引起設(shè)備凍堵。離線通過對出分子篩的空氣露點分析，確保水含量不超標(biāo)。
空分裝置的最危險點是分餾塔部分，由于分子篩對飽和烴基本不吸附，這樣烴類物質(zhì)就會帶人餾塔中，對安全生產(chǎn)造成極大的威脅，為了確保主冷的安全運(yùn)行，我們采取了以下措施：
(1)主冷凝蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)設(shè)計為防爆型，特殊結(jié)構(gòu)防止烴類析出堆積在翅片的某些部位上，使局部烴類超高。目前，各國通過對主冷爆炸的研究，一致認(rèn)為由于空分主冷凝蒸發(fā)器中液氧的不斷沸騰、蒸發(fā)，使可燃物在此濃縮積聚，且摩擦沖擊最強(qiáng)烈，所以容易在主冷中形成爆炸中心，通過采用新型防爆結(jié)構(gòu)，可最大限度地降低其爆炸的可能；
(2)主冷板式單元采用全浸式操作，防止烴類析出發(fā)生危險；
(3)增設(shè)了1％液氧連續(xù)排放，使主冷液氧始終保持部分更新，防止烴類積聚增濃；
(4)增大液氧吸附器的能力，增加其脫炔和脫極性有機(jī)物的能力，并定期按規(guī)程進(jìn)行再生；
(5)設(shè)立了在線分析儀，分別對主冷液氧中甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烯、丙烷、碳四和總烴八個組分進(jìn)行檢測，各檢測數(shù)據(jù)每9分鐘循環(huán)一次，可隨時監(jiān)測液氧中烴類的變化；另外離線有直接法和濃縮法兩種形式的色譜分析，做到每8小時分析一次。通過在線法、離線直接法、離線濃縮法三種分析方法對比，更準(zhǔn)確地掌握液氧中的烴類動態(tài)，確保裝置安全運(yùn)行。
2．5 樹立產(chǎn)品貯存、輸送安全關(guān)
空分裝置不但生產(chǎn)過程中存在不安全因素，其氣、液產(chǎn)品的貯存、輸送也尤為重要，因為氧氣與可燃?xì)怏w能形成爆炸危險的爆鳴性氣體，一旦達(dá)到了引燃引爆所需的能量，就會發(fā)生激烈的、威力巨大的爆炸。當(dāng)壓力高于29．4×105h的氧氣直接與油脂接觸時，就會發(fā)生激烈的氧化反應(yīng)，并放出大量的熱，由于化學(xué)反應(yīng)速度極快，因而很快就能達(dá)到油脂的燃點而使油脂迅速燃燒，如果燃燒發(fā)生在管道、容器中，其溫度會急劇升高，壓力可增加10倍，勢必造成爆炸。而氮氣濃度高時易使人窒息，也是十分危險的。化工企業(yè)中氧氣、氮氣又直接與下游裝置的烴類物質(zhì)接觸，一旦失控則有可能造成反竄，其后果也是十分危險的，去年年底寧夏某化肥廠的空分爆炸事故在這方面也為我們敲響了警鐘。
(1)對活塞式氧壓機(jī)的密封及刮油系統(tǒng)定期進(jìn)行檢驗，確保無油、無泄漏；
(2)氧氣用戶增設(shè)了停車嚴(yán)密聯(lián)鎖系統(tǒng)，通過三個快速切斷閥防止因氧壓機(jī)停車而造成烴類氣體的反竄；
(3)氮氣送出管線上設(shè)有單向閥和聯(lián)鎖快速切斷閥；
(4)對液氧貯槽中的烴類物質(zhì)堅持每天分析一次，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象及時進(jìn)行排放；
(5)高壓氧氣送出閥增設(shè)小旁路，避免因壓差過大使流速過快而發(fā)生危險。
隨著空分安全技術(shù)的不斷完善，管理問題顯得極為重要，只有全面提高操作人員的素質(zhì)，不斷完善各種管理制度，才能適應(yīng)裝置變化的需求。為此我們采取了以下措施：
(1)隨著裝置運(yùn)行條件的變化定期修改《操作規(guī)程》，使操作有章可循；
(2)組織編寫了空分裝置技術(shù)培訓(xùn)大綱，定期對人員進(jìn)行培訓(xùn)；
(3)操作人員不但要通過裝置的上崗考核，還必須通過當(dāng)?shù)貏趧硬块T簽訂的特殊工種合格證方能上崗操作；
(4)堅持每周一次的事故演練，使操作人員對空分裝置存在的各種危險因素牢記在心。
綜上所述，空分裝置特別是主冷凝蒸發(fā)器防爆是裝置安全生產(chǎn)的頭等大事，我們要給予高度重視。針對空分裝置主冷凝蒸發(fā)器防爆，我們首先要求采取技術(shù)措施，控制好液氧中碳?xì)浠衔锖�，確保各項指標(biāo)在所要求的控制范圍內(nèi)；其次是加強(qiáng)對引爆源的控制和增加監(jiān)測措施，同時加強(qiáng)管理，堵塞漏洞，這樣基本上可消除空分爆炸事故的發(fā)生。
