空分化學(xué)性爆炸機(jī)理及防爆措施

1、空分化學(xué)性爆炸機(jī)理及防爆措施 空分設(shè)備是石化、冶金等行業(yè)重要的生產(chǎn)裝置之一，由于其特殊的結(jié)構(gòu)和介質(zhì)的理化性質(zhì)，發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)性較大。近年來(lái)，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(jì)，全國(guó)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(lèi)物質(zhì)超標(biāo)引起的爆炸是近幾年來(lái)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(guó)家造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。以下從我們裝置的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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 11 主冷凝蒸發(fā)器爆炸機(jī)理 空分塔的爆炸原因很多，也比較復(fù)

2、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(shí)例分析來(lái)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(gè) 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(xiǎn)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(shí)，會(huì)產(chǎn)生靜電荷，如果 二氧化碳的含量提高到20030010-4， 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

3、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。 12 爆炸源形成條件 空氣中除氧氣、氮?dú)馔?，還會(huì)有少量的 水蒸氣、二氧化碳、乙炔和其它碳?xì)浠衔?等氣體以及少量的灰塵等固體物質(zhì)，國(guó)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(lái)，濃縮在吸附劑表面上，加 溫再生時(shí)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(guò)高或烴類(lèi)產(chǎn)品直接放空，就會(huì)造成空 分設(shè)備吸人口的碳?xì)浠衔锖砍瑯?biāo)，對(duì)分 子篩流程空分裝置，13X分子篩具有孔徑

4、相 近的極性分子吸附性強(qiáng)的特點(diǎn)，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(guò)其溶解度時(shí)，就會(huì)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(shí)就會(huì)發(fā)生化學(xué)性爆炸。 大量事實(shí)證明，液氧中乙炔的爆炸敏感 性最高。因?yàn)橐胰苍诳諝庵械姆謮汉艿?，?使將空氣冷卻至-173，乙炔也不會(huì)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20cm3dm3。因此一般不會(huì)在液空中析出，而隨液 空進(jìn)入上塔，乙炔在液氧中的溶

5、解度極低， 約為52cm3dm3。當(dāng)液氧在主冷凝蒸發(fā)器中 蒸發(fā)時(shí)，隨氣氧帶的乙炔量?jī)H為液氧中乙炔 總量的124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(shí)，過(guò)剩的乙炔就會(huì)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?物，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(shí)際 生產(chǎn)中有時(shí)液氧中乙炔及其它碳?xì)浠衔锊?不超標(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

6、成液氧的局部流 動(dòng)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?cè)谝貉踔械娜芙舛缺纫胰?高，但由于吸附器對(duì)這些碳?xì)浠衔锏奈?能力極小，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?各組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(jiàn)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(guò)程中存在著諸多 不安全因素和危險(xiǎn)性，為確?？辗盅b置的安 全運(yùn)行，降低烴類(lèi)物質(zhì)進(jìn)入液氧中的可能 性，加強(qiáng)監(jiān)控手段，我們堅(jiān)持實(shí)行"六關(guān)' 管理。 21 抓住

7、空氣來(lái)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(lèi)的變化。我 廠空分裝置所處地理位置不好，被三個(gè)化工 裝置包圍，空氣質(zhì)量較差，尤其是刮北風(fēng)時(shí) 能明顯聞到一股有機(jī)物氣味，通過(guò)液氧的離 線、在線分析也可以發(fā)現(xiàn)烴類(lèi)物質(zhì)的上升趨 勢(shì)。為此我們采取的措施是： (1)建立了大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)，每周分析一 次； (2)設(shè)立了風(fēng)向標(biāo)，隨時(shí)掌握四季風(fēng)向 的變化，遇到刮北風(fēng)時(shí)，我們加強(qiáng)監(jiān)護(hù)，及 時(shí)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(shí)通知調(diào)度，調(diào)度再通知車(chē)間，加強(qiáng) 液氧分析監(jiān)護(hù)； (4)對(duì)相鄰的環(huán)氧裝置富含烴類(lèi)物質(zhì)的 循環(huán)氣排放口進(jìn)行移位

8、，由原來(lái)的100米移 到165米處。 22 把住空氣壓縮關(guān) 從空分裝置的流程來(lái)看，進(jìn)入分餾塔系 統(tǒng)的空氣來(lái)源于空壓機(jī)系統(tǒng)，在此過(guò)程中就 不可避免的存在潤(rùn)滑脂，這些油脂是非常危 險(xiǎn)的，因?yàn)橐貉踔械挠椭芨街谥骼涞某?片上形成油膜，當(dāng)油膜達(dá)一定厚度時(shí)，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(huì)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(xiǎn)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)在空氣吸人口增

9、加了卷簾過(guò)濾器和 干袋式過(guò)濾器，濾掉雜質(zhì)和灰塵，確?？諝?干凈； (2)空壓機(jī)軸封采用石墨環(huán)密封無(wú)油潤(rùn) 滑，確?？諌簷C(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(dòng) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以隨時(shí)記錄第一觸發(fā)聯(lián)鎖點(diǎn)， 確保空壓機(jī)的正常運(yùn)行，防止因頻繁開(kāi)停機(jī) 而將油脂或雜質(zhì)帶人系統(tǒng)。 23 加強(qiáng)空氣凈化關(guān) 壓縮后送來(lái)的無(wú)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(guò) 程中要盡量脫除：水分和二氧化碳帶人冷箱 就會(huì)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(huì)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： (

10、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(guò)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(lèi)或烴類(lèi)物質(zhì)，則會(huì)將這些 物質(zhì)帶人系統(tǒng)，為此我們對(duì)循環(huán)水質(zhì)每8小 時(shí)分析一次，確保外界雜質(zhì)無(wú)法進(jìn)入系統(tǒng)。 同時(shí)為了防止在總廠的循環(huán)水場(chǎng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí) 影響空分裝置的正常運(yùn)行，我們又增設(shè)了獨(dú) 立的循環(huán)水場(chǎng)，專(zhuān)供水洗塔使用。 (3)增設(shè)了一臺(tái)制冷機(jī)組，確?？諝獬?塔溫度由原來(lái)的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(duì)烴類(lèi)和二氧化碳的吸

11、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(shí)際情況，對(duì) 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(diǎn)-70的情況 下，適當(dāng)減少氧化鋁量，這樣通過(guò)增加分子 篩裝填量提高了對(duì)烴類(lèi)及二氧化碳的吸附能 力，最大限度地減少烴類(lèi)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(cè)儀，隨時(shí)檢測(cè)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(guò)對(duì)出分子篩的空氣露點(diǎn)分析，確保水 含量不超標(biāo)。 24 強(qiáng)化深冷分離關(guān) 空分裝置的最危險(xiǎn)點(diǎn)是分餾塔部分，由 于分子篩對(duì)飽和烴基本不吸附，這樣烴類(lèi)物 質(zhì)就會(huì)帶人餾塔中，對(duì)安全生產(chǎn)造成

12、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(jì)為防爆型， 特殊結(jié)構(gòu)防止烴類(lèi)析出堆積在翅片的某些部 位上，使局部烴類(lèi)超高。目前，各國(guó)通過(guò)對(duì) 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(guò)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(lèi)析出發(fā)生危險(xiǎn)； (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(lèi)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

13、再生； (5)設(shè)立了在線分析儀，分別對(duì)主冷液 氧中甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烯、丙 烷、碳四和總烴八個(gè)組分進(jìn)行檢測(cè)，各檢測(cè) 數(shù)據(jù)每9分鐘循環(huán)一次，可隨時(shí)監(jiān)測(cè)液氧中 烴類(lèi)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(shí)分析一 次。通過(guò)在線法、離線直接法、離線濃縮法 三種分析方法對(duì)比，更準(zhǔn)確地掌握液氧中的烴類(lèi)動(dòng)態(tài)，確保裝置安全運(yùn)行。 25 樹(shù)立產(chǎn)品貯存、輸送安全關(guān) 空分裝置不但生產(chǎn)過(guò)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?yàn)檠鯕馀c可燃?xì)怏w能形成爆炸危險(xiǎn)的 爆鳴性氣體，一旦達(dá)到了引燃引爆所需的能 量，就會(huì)發(fā)生激烈的、威力巨大的爆炸。當(dāng) 壓力高于294105h的

14、氧氣直接與油脂接 觸時(shí)，就會(huì)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(diǎn)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(huì)急劇 升高，壓力可增加10倍，勢(shì)必造成爆炸。 而氮?dú)鉂舛雀邥r(shí)易使人窒息，也是十分危險(xiǎn) 的?；て髽I(yè)中氧氣、氮?dú)庥种苯优c下游裝 置的烴類(lèi)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(xiǎn)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。為此我們采取了以下措施： (1)對(duì)活塞式氧壓機(jī)的密封及刮油系統(tǒng) 定期進(jìn)行檢驗(yàn)，確保無(wú)油、無(wú)泄漏； (2)氧氣用戶(hù)增設(shè)了停車(chē)嚴(yán)密聯(lián)鎖系 統(tǒng)，通過(guò)三個(gè)快速切斷閥防止因氧壓機(jī)停車(chē) 而造成烴類(lèi)氣體的反竄； (3)氮?dú)馑统龉芫€上設(shè)有單向閥和聯(lián)鎖 快速切斷閥； (4)對(duì)液氧貯槽中的烴類(lèi)物質(zhì)堅(jiān)持每天 分析一次，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象及時(shí)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(guò)大使流速過(guò)快而發(fā)生危險(xiǎn)。 26 深化人員培訓(xùn)關(guān) 隨著空分安全技術(shù)的不斷完善，管理問(wèn) 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(xiě)了空分裝置技術(shù)培訓(xùn)大 綱，定期對(duì)人員進(jìn)行培訓(xùn)； (3)操作人員不但要通過(guò)裝置的