空分设备的防爆
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摘要:空分设备的爆炸原因是多种多样的,一般来说主冷碳氢化合物含量超标,会引起剧烈爆炸;氧气管道设计和操作不当,会引起燃爆;氧压机带油运行,会引起氧压机燃烧、爆炸;高压氧气瓶猛烈碰撞,会引起氧气瓶爆炸;保温材料珠光砂排放不当,会引起冷箱爆炸……从一些实际..

关键词:空分 设备 防爆
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空分设备的爆炸原因是多种多样的,一般来说主冷碳氢化合物含量超标,会引起剧烈爆炸;氧气管道设计和操作不当,会引起燃爆;氧压机带油运行,会引起氧压机燃烧、爆炸;高压氧气瓶猛烈碰撞,会引起氧气瓶爆炸;保温材料珠光砂排放不当,会引起冷箱爆炸……

从一些实际例子来详细阐述空分设备的大爆炸。

近年来国际上空分设备影响最大的的一次爆炸是,马来西亚法液空生产的80000m3/h空分设备的大爆炸。该套空分设备于1997年12月25日圣诞之夜在马来西亚滨吐鲁(Bintulu)壳牌石油中间蒸馏工厂发生了空前的恶性爆炸事故。这套空分设备由法国空气液化公司(简称“法液空”)设计制造,于1993年投产,有开工率达97%的良好运行记录。这是一套用分子筛净化空气、上塔为铝填料塔、具有下流再沸器的气氧压缩流程。设计氧纯度为99.5%,为解决供氧不足,运行氧纯度为98.5%。

这次爆炸开始于冷凝蒸发器,并扩大到塔身,爆炸的碎片逬飞到周围100m。据说爆炸声响距离200km也可以听到,爆炸使5km内的窗框玻璃粉碎,并导致周围设备遭到很大损坏,飞出的金属还击破了石脑油和煤油储罐而引起大火。附近的一座液化天然器设备虽受些损伤但仍在维持生产。空分设备仪控室因有建筑物与空分设备隔挡仅有轻微损坏。又由于爆炸发生在圣诞之夜,工厂人少,只有少数人受伤(包括液化天然气厂),而无人员死亡。

这场事故损失巨大。壳牌公司估计,这套中间蒸馏工厂要恢复生产至少需要一年半时间。

事故发生后,法液空组织了专门工作组到现场调查研究,并怀疑爆炸与近期印度尼西亚森林大火产生的烟气污染大气(据说在火灾期间事故当地的大气能见度为10m)有关。

近年来国内一共有三次比较典型的大爆炸。

第一次是XX钢铁厂“6000”空分主冷爆炸,整座空分塔摧毁并报废。 第二次 XX乙烯化工有限公司“6000”空分塔爆炸,冲击波使方圆500m的门窗玻璃粉碎,死亡4人,3人重伤,100余人轻伤。第三次是XX钢铁公司制氧厂“1500”空分车间爆炸,死亡22人。

这些爆炸除了XX钢铁公司制氧厂“1500”空分车间爆炸以外,其它均为主冷爆炸。都是主冷里碳氢化合物超标所引起的。所以平时一定要每8小时分析一次主冷液氧的乙炔含量,乙炔或碳氢化合物在液氧中的含量极限值规定如下:

化合物

名称

正常值

报警值

停车值

乙炔

0.01×10-6

0.1×10-6

1×10-6

碳氢化

合物

30mg/L液氧

(按碳计)

100mg/L液氧

(按碳计)

当液氧中乙炔或碳氢化合物含量过高时,应采取下列措施:

 (1) 增加测定次数,尽快地查明含量增高的原因,进行消除。  

 (2) 增加液氧排放量。

 (3) 检查分子筛吸附器的工作情况是否正常。

 (4) 如果采取措施后,乙炔或碳氢化合物含量仍然增长,已达停车极限值时,则应立即停车,排除液体,对设备进行加温解冻。

为防止乙炔的局部增浓和二氧化碳的堵塞, 冷凝蒸发器板式单元必须浸没于液氧中, 一定要避免在低液面下长时间运行。若液面过低应立即增加制冷量,使液面上升到规定范围,但也不能升得过高. 否则会导致液体淹没填料,造成淹塔。最好是在线分析,随时随地都在监视着主冷液氧中的乙炔含量和碳氢化合物的含量,看它们是否超标了。再一个就是这些仪器,在线也好,不在线的也好,一定要定期校正。

对分子筛纯化系统的操作,也要引起高度的重视。

分子筛纯化器的管理, 一个重要的方面是"切换装置"管理。每星期需对纯化器检查一次, 看再生和冷却期间有否达到规定的温度, 切换时间是否符合规定, 如有异常, 应进行调整。纯化器使用二年后,要测定分子筛颗粒破碎情况。必要时,要全部取出填料过筛, 除去微粒, 一定要仔细地吹刷过筛, 以清除沉积在上面的微粒和粉末。要按规定加添或更换分子筛, 不得选用未经鉴定的分子筛, 并且要确保吸附层达到规定厚度.

随着科学技术的不断发展,许多专家和学者对膜式主冷提出了质疑,认为其存在着不安全性,特别是膜式主冷产生氧化亚氮的问题,有人对液氧和产品气氧分别作了N2O含量的测量分析,液氧中有明显的N2O。鉴于分析仪的精度为10-8,产品气氧未测出N2O含量。因此可以认为进入冷箱的N2O基本都积聚在液氧中。就加工空气量为61000m3/h的12000m3/h空分设备而言,如10%的N2O穿过分子筛吸附器进入装置,每昼夜也有87.8gN2O在液氧中聚积下来。如果没有液氧排放,经过一年运行,将有32 kgN2O积累在空分装置中,其中大部分N2O不能溶解在液氧中,造成大量N2O固体的积累。固体N2O除了造成装置内局部通道的堵塞外,还将对膜式冷凝蒸发器造成更大的危害。

在膜式冷凝蒸发器板翅式通道中,沿壁面向下流动的液氧迅速蒸发。由于种种原因,每个氧通道上的液氧膜并不是很均匀的。在液氧膜很薄弱的通道处,N2O会附着在壁面上,并积累起来,长期运行就可能堵塞该液氧通道,使该通道液氧不能流动。通道上部液氧不断蒸发、补充、再蒸发,使该通道中碳氢化合物浓度不断提高。众所周知,浓聚的碳氢化合物在沸腾的液氧中引爆的危险性是很大的。

许多专家和空分设备的使用厂家,对空分设备的制造材质也提出了严格的要求。他们认为化学性质活泼的铝会产生二次反应,即主冷因碳氢化合物超标而引起爆炸,所产生的高温、高压促使铝燃烧,从而引发更为猛烈的爆炸。因此,他们提出上塔的第一层填料,应为铜质填料。

空分设备的爆炸是触目惊心的,但只要处处注意到空分设备的安全防范,空分设备又是一个很温顺的设备。总的来说空分设备的大爆炸的几率是很小的,仅为千分之几,而空分设备的小爆炸的几率稍多一些,我们称为微爆。主冷单元拉开了一道很小的口子,比如说一厘米长,或一个黄豆粒大,或鼓起了一个小胞子,操作人员可能一点儿都不知道,空分设备还和往常一样开在那里,并无什么异样。

书报杂志上主要提及的是主冷碳氢化合物含量超标,引起了剧烈爆炸,这是问题的最主要一面。但是,关于冷箱的爆炸几乎是从未提及过。

国内出现过二次让人胆战心惊的冷箱大爆炸。第一次是X化10000m3/h空分的大爆炸。大约在1990年前后,当时是“10000”空分漏液要停车检修。空分设备按正常操作规定,先排液,再加温,然后排珠光砂,排珠光砂的时候,出现了错误的操作,首先打开了冷箱最下部的人孔,进行排砂,没多长时间,就听到一声巨响,下部人孔的珠光砂喷出7、8米远,整只高40米的冷箱在前后、左右晃动,好象马上就要倒下来了。事故以后再看冷箱,整只方冷箱,已经变成了圆冷箱,280号的工字钢,槽钢全部向外弯曲,鼓了出来。

事故发生以后,全国的空分专家,物理学家,化学家云集X化。众说纷纭,无法形成统一意见。比较有代表性的,有二种说法。第一种,珠光砂中浸饱了含氧量极高的液体,人孔一放珠光砂,内压迅速降低,大量液体瞬间变为气体,体积迅速膨胀,形成爆炸。第二种说法是,珠光砂中浸饱了含氧量极高的液体,下部人孔一放珠光砂,物体突然分离可能会有静电放出,又有液氧,又有珠光砂粉末,于是产生了爆炸,最后形成不了统一意见。二个月以后抢修完毕,并网送氧。这一次爆炸内部的容器设备,除了上、下塔有倾斜以外,所幸的是,其它基本没有损坏。

第二起是2001年,X钢“6000”空分冷箱大爆炸。当时的情况是V701阀,即液空进粗氩冷凝器调节阀后漏,漏洞较大,当时珠光砂中也浸饱了大量液体。正常停车后,排液、加温、最后排砂。据说是从冷箱下部的珠光砂排放口排砂。没多久,也是一声巨响,板式冷箱顶盖全部掀开,方冷箱也变成了圆冷箱。制造厂家,安装公司抢修一个半月时间,重新开车,投入运行。

从这以后,空分界应引起足够的重视。目前在理论上无法下定论;书刊,杂志宣传相对也少一些。但不管怎么样,要重的是在于防范,要杜绝这一类事故的再度发生。所有空分设备的制造厂家,首先对空分设备的操作使用维护说明书作了更改。其内容是这样的:

珠光砂的排放,必须首先打开主冷箱顶部和板式冷箱顶部的所有人孔。全量通入冷箱密封气进行彻底加温,与此同时,冷箱内的所有设备必须加温至常温。然后,检测冷箱内气体的含氧量,若其含氧量超过20.95%,则应将整套设备静置等待,直到符合标准。珠光砂的排放必须从冷箱顶部开始,逐渐向下排放。下部人孔(包括珠光砂排放孔)严禁直接打开。珠光砂的排放速度应该缓慢,若有冰块,必须从冷箱顶部取出。采取以上措施是为了防止静电和无法估计的物理、化学反应,而损坏设备。

最近在空分设备的安装中,又出现了第三种类型的爆炸,即氢爆炸。众所周知大型空分设备,多为铝制设备,它能以多种原因产生氢气,比如阴雨受潮,碰到空气中的CO2,它会产生氢气……,总之不断产生的氢气,会在密不透风的某个地方积聚起来,安装工人一去切割,施焊,就会引起猛烈的爆炸。所以,所有的铝制塔器设备必须在地上横卧,割去封头,才能就位安装。


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