摘要：本文介紹了制氧生產(chǎn)中火災(zāi)、爆炸發(fā)生的幾種主要可能性及其原因、機(jī)理和防燃爆措施，并對空分設(shè)備的爆炸進(jìn)行了重點闡述。

    關(guān)鍵詞：安全生產(chǎn) 　制氧 　防火防爆

    1 　前言

    近年來，制氧生產(chǎn)中燃爆事故時有發(fā)生，有的甚至造成了機(jī)毀人亡的嚴(yán)重后果，使國家、企業(yè)和人民生命財產(chǎn)蒙受了巨大損失，如 1996 年 3 月新余鋼鐵廠6000m3/ h空分主冷爆炸、 2000年8月萍鄉(xiāng)鋼鐵公司1500m3/ h制氧機(jī)檢修現(xiàn)場的燃爆事故等。慘痛的教訓(xùn)再次提醒我們:制氧生產(chǎn)防火防爆不容忽視。江銅貴溪冶煉廠現(xiàn)有 6500m3/ h、 10000m3/ h 和3000m3/ h制氧機(jī)各1臺，三期工程完成后，又有1臺10000m3/ h制氧系統(tǒng)投入運行，生產(chǎn)已具相當(dāng)大的規(guī)模。如何確保其安全運行，是我們必須重視解決的重要課題。對此，應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識到制氧生產(chǎn)中火災(zāi)、爆炸的危險性，了解、掌握其原因、機(jī)理及相應(yīng)對策，以便從各個環(huán)節(jié)對存在的危險因素加以控制、消除，防患于未然。

    制氧生產(chǎn)中發(fā)生燃爆的可能性主要有:空分設(shè)備的爆炸、高純高壓氧氣管道的燃爆和系統(tǒng)外的燃爆。其中空分設(shè)備的爆炸事故頻率較高，危害性極大，且可預(yù)見性較差，本文將對此作重點闡述。

    2 　空分設(shè)備的爆炸

    2. 1 　爆炸原因、機(jī)理

    空分設(shè)備的爆炸部位主要發(fā)生在大量液氧積存的主冷凝蒸發(fā)器內(nèi)，特別是液氧蒸發(fā)界面。下面根據(jù)燃爆的三要素即可燃物、助燃物和引燃引爆源進(jìn)行具體分析。

    (1)可燃物�？辗衷O(shè)備的原料來自于大氣，大氣中含有各種有害雜質(zhì)氣體，其中乙炔及其它碳?xì)浠�合物對空分設(shè)備的安全生產(chǎn)危害極大。廠區(qū)內(nèi)空氣中碳?xì)浠�合物等有害雜質(zhì)的含量見表1。

 

    這些碳?xì)浠�合物雖經(jīng)空分凈化裝置的清除，但仍有少量和不能清除的物質(zhì)隨原料空氣被帶入空分塔內(nèi)，并主要在主冷凝蒸發(fā)器的液氧中濃縮、積聚，當(dāng)達(dá)到一定程度(即爆炸極限)，且有固體析出時，再遇到足夠的引燃引爆能量，便會發(fā)生爆炸。若干種碳?xì)浠�合物在氧氣中的爆炸極限見表2。

 

    從表2中可見，乙炔的爆炸敏感性最強(qiáng)，即危險性最大。它是不飽和碳?xì)浠�合物，具有高度化學(xué)活性，極不穩(wěn)定，且在液氧中的溶解度很低 5 ×10 ^{- 4}%，很容易以固態(tài)析出而引爆。因此，對乙炔的防范要更為謹(jǐn)慎些。

    (2)助燃物。即主冷凝蒸發(fā)器中本身存在的液氧及其蒸發(fā)的氣態(tài)氧。

    (3)引燃引爆源。主要有: ①爆炸性雜質(zhì)固體微粒(如液氧中析出的固態(tài)乙炔)的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，固態(tài)二氧化碳時，會產(chǎn)生靜電荷。若二氧化碳的含量提高到200 ×10 ^{- 4}%～300 ×10 ^{- 4}%時，所產(chǎn)生的靜電位可達(dá)3000V。③氣波沖擊、壓力沖擊、氣蝕現(xiàn)象引起的壓力脈沖，造成局部壓力升高。④化學(xué)活性特強(qiáng)的物質(zhì)(臭氧、氮的氧化物等)存在，使碳?xì)浠�合物在液氧中的爆炸敏感性增�?qiáng)。

    2. 2 　防爆措施

    (1)嚴(yán)把原料空氣關(guān)�？諝庖�保持潔凈，吸風(fēng)口處空氣中烴類等雜質(zhì)的允許極限含量見表3 :

  

    (2)凈化、清除加工空氣中的有害雜質(zhì)。采用先進(jìn)的常溫分子篩吸附法，即在空分設(shè)備前設(shè)置分子篩吸附器。它能將 C₂H₂、 C₃H₆、 C₄H₈ 等雜質(zhì)全部吸附，C₃H₈ 和 C₂H₄ 也大部分被吸附，并可將 CO₂ 的入塔量控制在1 × 10²⁴%以下，能除去 90 %的 N₂O。我廠運行中的 3 臺制氧機(jī)均先后采用了分子篩吸附法，其中6500m³/ h 空分內(nèi)部還增設(shè)了液氧吸附器，能有效地吸附主冷液氧中存在的乙炔等碳?xì)浠�合物，由此大大增加了空分設(shè)備運行的安全系數(shù)。

    (3)防止碳?xì)浠�合物在主冷中的積聚、濃縮。應(yīng)連續(xù)不斷地排放液氧，其量為 1 %的氣氧產(chǎn)量。這樣可使主冷中的液氧總是處于流動狀態(tài)，避免碳?xì)浠�合物在主冷中局部濃縮、積聚。

    (4)正常穩(wěn)定地操作空分設(shè)備。①保持溫度、壓力、流量、液面等相對穩(wěn)定，防止工況波動，避免產(chǎn)生摩擦、沖擊等激發(fā)能源而引爆。②采用“全浸式”操作。即主冷凝蒸發(fā)器的液氧液面應(yīng)保持高于板式單元的高度，以防上液氧蒸發(fā)界面乙炔析出而引爆。

    ③空分臨時停車時間不能太長。停車后，當(dāng)主冷液位低于正常液位一半或液氧中的乙炔含量超過0. 1×10 ^{- 4}%時，就應(yīng)全部排液，以防乙炔局部積聚、濃縮而造成開車時爆炸。

　�、鼙苊饪辗衷O(shè)備超周期運行。

    (5)空分設(shè)備的除油保護(hù)。如果空氣壓縮過程中氣體帶油而裂解，會增加乙炔等碳?xì)浠�合物的含量，給空分設(shè)備的安全運行帶來威脅。進(jìn)入空分設(shè)備的油，來源于空壓機(jī)和膨脹機(jī)的潤滑油及空氣中的油污。故需采取潤滑油的密封、空壓機(jī)處增設(shè)排油煙風(fēng)機(jī)等措施。

    (6)完善監(jiān)測分析手段。在線隨時監(jiān)測與離線定期分析并用。利用在線監(jiān)測儀表，隨時監(jiān)測液氧中的乙炔等碳?xì)浠�合物的含量，以便及時發(fā)現(xiàn)問題。同時，一般采用氣相色譜儀分析法，每天至少做一次離線分析，當(dāng)乙炔及總碳量達(dá)到報警值時，應(yīng)增加監(jiān)測分析頻率，并及時采取加大液氧排放量等措施，以稀釋其在液氧中的濃度。液氧中乙炔及總碳量報警值及停車值見表4。

 

    (7)在空分設(shè)備內(nèi)外設(shè)置完善、可靠的防雷和防靜電接地裝置，接地電阻 ≤10Ω,且每年至少檢測一次。

    3 　高純高壓氧氣管道的燃爆

    3. 1 　燃爆原因、機(jī)理

    氧氣管道本身材質(zhì)一般是碳素鋼或不銹鋼，因含碳，屬可燃性材料，而且在高壓(3MPa)純氧中鐵呈粉狀時的燃點很低，一般為 300 ℃左右。碳素鋼或不銹鋼氧氣管道會在純氧條件下被先著火的鐵粉、油脂等引燃。對于激發(fā)能源，通常有以下幾種: ①閥門在高低段之間突然打開時，低壓段氧氣急劇壓縮，由于速度很快，來不及散熱，形成所謂的“絕熱壓縮”，局部溫度猛升，成為著火能源。②啟閉閥門時，閥瓣與閥座的沖擊、擠壓，閥門部件之間的摩擦發(fā)熱。③高壓運動的物質(zhì)微粒(如鐵銹、灰塵、焊渣、雜質(zhì)顆粒等)與管壁的摩擦、相互沖擊和閥門、彎頭、分岔頭及焊瘤等處的沖擊碰撞。④靜電感應(yīng)、油脂引燃、外部火源、鐵銹和鐵粉的觸媒作用等。

    3. 2 　防燃爆措施

    為了杜絕氧氣管道的燃爆事故，在管道設(shè)計、制造、安裝、使用、管理等各個環(huán)節(jié)中均應(yīng)規(guī)范或采取必要的措施。主要有:

    ①氧氣管道要完善接地，閥蘭兩側(cè)用銅制導(dǎo)線跨接，防止靜電。

    ②盡量采用直管少用彎頭，以避免磨損而生成危險的鐵粒子。

    ③氧氣管道、閥門、管件等一切部件，安裝前必須嚴(yán)格脫脂并除去銹垢。脫脂一般用四氯化碳溶劑等方法。安裝完畢后，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度試驗和氣密性試驗，以保證管道的強(qiáng)度和防止泄漏。

    ④嚴(yán)禁管道內(nèi)帶水份，流經(jīng)的氧氣要十分干燥，以防生成銹垢。

    ⑤限定氧氣在管道中的流速。流速過大，高純高壓氧氣與管壁、雜質(zhì)顆粒的摩擦與碰撞，會引起管道溫度升高。氧氣在管道中的最高流速見表 5。液氧管道一般采用不銹鋼，其流速限定在 0. 5m/ s～1. 0m/ s。

 

    ⑥管道采用不銹鋼和銅材，這樣可以抑制管內(nèi)生成氧化的銹垢及磨損的鐵粒子;襯墊嚴(yán)禁用可燃材料。

    ⑦閥門的啟閉操作要緩慢，避免過急而產(chǎn)生摩擦發(fā)熱。

    ⑧氧氣管道動火作業(yè)前，應(yīng)制定嚴(yán)密的動火方案，經(jīng)安全部門批準(zhǔn)，并用氮氣將管內(nèi)余氧置換干凈，含氧量小于23 %后方可動火。

    4 　系統(tǒng)外的燃爆

    4. 1 　燃爆原因

    系統(tǒng)外的燃爆具有較強(qiáng)的可預(yù)見性和可控制性。其主要是由于液氧排放、氧氣放空或泄漏等原因而形成氧富集區(qū)，在富集環(huán)境中存在的各種可燃介質(zhì)更易引燃。甚至人體和衣服也會成為易燃物。

    4. 2 　防燃爆措施

    嚴(yán)格動火制度，動火過程中不斷檢測氧氣含量( < 23 %)，一旦超標(biāo)立即停止動火。并嚴(yán)禁吸煙，因為身處富氧區(qū)，衣服已飽含氧氣，如點火吸煙將與自焚無異。

    5 　結(jié)語

    制氧生產(chǎn)中燃爆原因比較復(fù)雜，本文只作了簡要闡述，尚需進(jìn)行深入、細(xì)致的探究，全面、系統(tǒng)地把握其規(guī)律，以便從工藝設(shè)備的改進(jìn)、技術(shù)措施、操作管理等方面加以防范�！半[患險于明火，防范勝于救災(zāi)”，防火防爆工作不可有絲毫的松懈，不能放過任何隱患，要遵循生產(chǎn)客觀規(guī)律，持續(xù)改進(jìn)，只有這樣才能避免事故的發(fā)生。

    參考文獻(xiàn)

    [1 ]GB16912 - 1997，氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程[ S] .

    [2 ]馬大方.氧氣與相關(guān)氣體的安全生產(chǎn)及使用技術(shù).華中理工大學(xué)出版社,1998.