空分化學(xué)性爆炸機(jī)理及防爆措施?

　　【導(dǎo)讀】"空分化學(xué)性爆炸機(jī)理及防爆措施"是2017年安全工程師考試重點(diǎn)，為了幫助考生系統(tǒng)的復(fù)習(xí)2017年安全工程師考試課程，環(huán)球網(wǎng)校編輯整理了"空分化學(xué)性爆炸機(jī)理及防爆措施?"，供大家參考，希望對(duì)大家有所幫助!祝學(xué)習(xí)愉快!

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　　問題：

　　空分化學(xué)性爆炸機(jī)理及防爆措施?

　　答疑：

　　空分設(shè)備是石化、冶金等行業(yè)重要的生產(chǎn)裝置之一，(環(huán)球網(wǎng)校安全工程師頻道為您整理)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

　　1.1 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)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。

　　1.2 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、(環(huán)球網(wǎng)校安全工程師頻道為您整理)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 漏量過高或烴類產(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20cm3/dm3。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(shí)，隨氣氧帶的乙炔量?jī)H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(shí)，過剩的乙炔就會(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(xiǎn)性，為確?？辗盅b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(jiān)持實(shí)行“六關(guān)” 管理。

　　2.1 抓住空氣來(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，(環(huán)球網(wǎng)校安全工程師頻道為您整理)尤其是刮北風(fēng)時(shí) 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(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)氧裝置富含烴類物質(zhì)的 循環(huán)氣排放口進(jìn)行移位，由原來(lái)的100米移 到165米處。

　　2.2 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)在空氣吸人口增加了卷簾過濾器和 干袋式過濾器，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?？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)。

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　　2.3 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 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：

　　(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，(環(huán)球網(wǎng)校安全工程師頻道為您整理)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(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(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，這樣通過增加分子 篩裝填量提高了對(duì)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(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 線通過對(duì)出分子篩的空氣露點(diǎn)分析，確保水 含量不超標(biāo)。

　　2.4 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，這樣烴類物 質(zhì)就會(huì)帶人餾塔中，對(duì)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(jì)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(guó)通過對(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(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，防止烴類積聚增 濃;

　　(4)增大液氧吸附器的能力，(環(huán)球網(wǎng)校安全工程師頻道為您整理)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(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動(dòng)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?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29.4×105h的氧氣直接與油脂接 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)氧氣用戶增設(shè)了停車嚴(yán)密聯(lián)鎖系 統(tǒng)，通過三個(gè)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?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 因壓差過大使流速過快而發(fā)生危險(xiǎn)。

　　2.6 深化人員培訓(xùn)關(guān)

　　隨著空分安全技術(shù)的不斷完善，(環(huán)球網(wǎng)校安全工程師頻道為您整理)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(duì)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?dòng)部門簽訂的特殊工 種合格證方能上崗操作;

　　(4)堅(jiān)持每周一次的事故演練，使操作 人員對(duì)空分裝置存在的各種危險(xiǎn)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(duì)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浚_保各項(xiàng)指標(biāo)在所 要求的控制范圍內(nèi);其次是加強(qiáng)對(duì)引爆源的 控制和增加監(jiān)測(cè)措施，同時(shí)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。

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