空分裝置主要危害因素分析

封燁

（液化空氣（杭州）有限公司，浙江 杭州 310012）

空分裝置主要危害因素分析

封燁

（液化空氣（杭州）有限公司，浙江 杭州 310012）

空分裝置是化工產品生產設計中的重要裝置，目前，空分裝置大都采用深度冷凍空氣分離技術，壓縮機吸入空氣并壓縮，冷卻后進行凈化處理進入主冷，最后通過低溫分餾技術產生氧氣、液氧、液氮、氮氣等產品，生產工序關聯性強，所用器具設備種類多，技術復雜，一個環節出現問題就會影響整個生產過程，生產過程中危害因素多，易發生火災、氣體中毒、容器爆炸、低溫凍傷等現象時有發生，局部輕微爆炸會導致氧氣產品純度達不到要求，影響正常生產。因此，提高空分裝置的安全性和可靠性具有重要意義。本文從大型空分裝置的工作流程出發，分析了空分裝置的主要危害因素，并從工藝系統、生產儲存、工藝裝置布置、工藝控制等方面提出了提高空分裝置安全性和可靠性的建議。

空分裝置；危害因素；深度冷凍；建議

化工產品生產離不開空氣分餾裝置，但在實際生產中，由于產品的易燃易爆性、設備的多樣性和深度冷凍技術的影響，很容易發生火災、氣體爆炸、冷凍傷害甚至人員死亡等重大危害事故。因此，對空分裝置的主要危害因素進行分析，并提出增強其安全性的建議有利于安全生產防范措施的實施，對降低生產危害具有重要意義。

1 空分裝置工藝流程和系統組成

（1）空氣分餾原理。深度冷凍空氣分離技術是指空氣中各氣體成分的沸點不同，在精餾塔中從混合氣體中分離出氧氣、氮氣、液氧、液氮等產品的方法。在生產過程中，要先用壓縮機將吸入的空氣壓縮，然后冷卻降溫使不同氣體在不同溫度下分別液化并分離。在精餾塔內，蒸汽與液體接觸，其中的氧氣沸點較高，會不斷冷凝轉變為液態并向下流出，氮氣由于沸點低，不斷上升，最終流下的液體中含氧量越來越高，逐漸變為純氧，上升蒸汽里含氮量越來越高，逐漸變為純氮。

（2）空分裝置的工藝流程。空氣經過壓縮后，進行凈化處理，然后送入透平膨脹機中加壓，進入冷箱后經過主冷降溫，低溫精餾分餾出各種成品，從精餾塔中抽出的液氧進入液氧儲槽中，一部分用作液氧產品，另一部分通過高壓液氧泵加壓送到主冷中被氣化和復熱，變為高壓氧氣產品，氮氣產品經過壓縮后進入主冷降溫，液體產品送入液氮儲槽輸出，空氣中的含氬組分被從精餾塔抽出來后進入粗氬塔除氧，再經過精氬塔純化，液氬產品進入儲槽。

（3）空分裝置的系統組成。大型空分裝置是由動力系統、凈化系統、熱交換系統、精餾系統、液體儲存系統和控制系統六大系統組成的復雜設備。

動力系統：空分裝置的動力系統為空分裝置，在對空氣進行液化分餾得到氧氣、氮氣、液氧、液氮等產品的過程，提供能量，主要是指原料空氣壓縮機，空氣分離所需要的能耗基本是空氣壓縮機的能耗。

凈化系統：空氣經過壓縮后溫度較高，需要進行預冷，并除去其中的酸性物質等有害雜質，空分裝置的凈化系統是由空氣預冷系統和分子篩純化系統組成的，能夠有效降低壓縮空氣的溫度，并分離出空氣中的水分、二氧化碳、乙炔、丙烯、丙烷和氧化亞氮等有害物質。

制冷系統：空分裝置制冷系統通常是指實現空分裝置膨脹制冷的膨脹機。

熱交換系統：熱交換系統和制冷系統協調合作來調節空分裝置的熱平衡，現階段熱交換系統通常是指鋁制板翹式換熱器。

精餾系統：精餾設備是通過高低壓兩級蒸餾方式對空氣各組分進行低溫分離的裝置，包括中壓塔、低壓塔和冷凝蒸發器，它是空分裝置的核心系統。

液體儲存系統：空分裝置的液態儲存系統主要由貯槽、低溫液體泵和汽化器組成，用來保存液氧、液氮、液氬等液態產品的裝置。

2 空分裝置的主要危害因素分析

空分裝置生產過程中涉及原料空氣的過濾與純化、壓縮、冷卻、精餾、氣體輸送、貯存等環節，每個環節都存在危害性極高的因素，一旦發生危險，波及范圍大，危害程度高，因此，必須加強對其生產過程中各環節存在的危害因素的重視。

（1）生產所需原料易引發火災。為空分裝置提供制冷系統的增壓透平膨脹機設有兩臺供油設備，其透平油管道通常分布在機器附近，透平油屬于丙類火災危險性的可燃液體，其冷凝點低，燃燒溫度高，釋放熱量大，一旦供油管道泄漏，透平油被引燃就會引發大規模的嚴重火災，甚至導致爆炸。

空分裝置中的氧氣壓縮機使用的 100 號機械油也是丙類火災危險性的可燃液體，在壓力超過2.94MPa 時，氧氣與油脂接觸就會發生劇烈氧化反應，放出大量熱，溫度超過油脂的燃點，引起火災，一旦發生輸油管道泄漏，管道或容器內油脂燃燒，溫度和壓力上升速度將會超出控制，引起爆炸。

（2）碳氫化合物易爆性。原料空氣中所含的碳氫化合物閃電普遍較低，非常容易發生爆炸，生產過程中乙炔等在液氧中溶解度較低又極不穩定的碳氫化合物在空分裝置中快速積聚，隨氣流到達主冷后在遇到合適的條件時很可能被引爆。

（3）液態臭氧的生成。液態臭氧具有易燃易爆性，在液氧生產和儲存過程中，空分塔閥門操作的摩擦加上氣流沖擊產生的靜電長期作用于液氧，就可能使少量液氧變成深藍色的液體臭氧，增加了危險性。

（4）壓力設備的物理爆炸危害。壓力容器設計按照壓力區間分為低壓、中亞、高壓和超高壓四個等級。空分裝置中真空儲槽屬于低壓等級，液氬汽化器的壓力等級為高壓，在生產過程中，若出現儲槽或汽化器等壓力容器設計壓力超標或者壓力表故障等問題，壓力設備產生裂縫、破碎甚至爆炸的可能性就會大大提升，此外，對氣體產品進行壓縮輸送的管道也存在著開裂、破碎和爆炸的危害性。

（5）操作人員冷凍傷害。分流裝置中對液氧液氮等液態產品進行輸送貯存過程中，一旦閥門、管道等設備密封不嚴，發生開裂或者破碎，液態產品就會濺落到操作人員身上，由于它們沸點比較低，很容易氣化同時吸收大量熱，導致操作人員凍傷。此外，檢驗人員在對液化空氣進行拿取時，由于溫度過低，很容易發生人體凍傷事故。

（6）原料空氣中的雜質對設備的損害。空氣中除了含有生產所需的氧氣、氮氣外，還存在水蒸氣、二氧化碳等氣體及灰塵顆粒等固體雜志，在凈化系統發生故障時，這些雜質就會對管道、閥門和通道造成堵塞，造成設備磨損，為空分裝置的運行埋下安全隱患。

3 提高空分裝置的安全性和可靠性建議

空分裝置生產過程中的各環節危害因素眾多，破壞力極強，一旦疏忽，造成的后果不堪設想。因此，必須針對其存在的危害因素實施有效的安全設計和控制措施。

（1）加強空分裝置安全設計。火災和爆炸是空分裝置運行過程中的最大危害，因此在空分裝置設計時必須將生產與安全相結合，采用對壓縮后的空氣用空氣純化器去除有害雜質，使雜質含量控制在規定要求內，主冷器采用浴式主冷，避免有機物濃縮，實施全泵內壓縮，避免碳氫化合物積聚造成的爆炸危害等安全設計，提高空分裝置的操作安全性。

（2）保證安全措施達到標準。提高空分裝置的安全性，必須保證安全技術措施和安全設施達到國家規定標準，嚴格按照相關法律法規要求實施安全防護措施，最大程度保障作業設備和操作人員安全。

（3）完善空分裝置的控制措施。利用空分裝置進行生產的全過程要集中到控制室進行操作、控制和管理，空分裝置要配備控制系統對生產過程進行監督、檢測、控制、報警，同時要設置安全儀表系統實現安全聯鎖和緊急制動，對水蒸氣、二氧化碳、碳氫化合物等雜質的分析儀器和溫度、壓力、液位等參數的監控措施的配置必須到位，保證及時監督發現問題，第一時間控制工藝流程，預防為主，避免安全事故的發生。

4 結語

空分裝置是一個大型綜合性系統，生產過程涉及環節眾多，每個環節都對整個工藝流程有著非常重要的影響。因此，必須加強對空分裝置安全生產設計，嚴格遵守國家法律法規的相關規定，落實各項安全措施。此外，還要加強對空分裝置的安全控制措施建設，保證各項檢查、監測設備完善，使各項操作能夠在控制室集中控制、管理，防患于未然，及時發現并盡早解決問題，提高空分裝置的操作安全性和可靠性。

[1]管澤玉，齊川，管澤飛，等 . 空分裝置主要危害因素分析 [J].河南化工，2013,30(10):6～9.DOI:10.

[2]何衛 . 淺談空分裝置液氧中碳氫化合物的危害與防治 [J]. 純堿工業，2012,(5):38～39.

[3]李鳳娟 . 空分裝置的危險性分析與安全設計 [J]. 廣東化工，2016,43(18):146～147.

[4]何成江 . 影響空分裝置安全的因素及有害雜質的清除 [J]. 化學工業與工程技術，2008,29(1):37～38.

[5]郭海彥 . 空分裝置碳氫化合物積聚的原因及防范措施探討 [J].內蒙古石油化工，2010,36(24):97～99.

[6]朱明彥，彭德龍 . 空分裝置冷箱如何在設計過程中做好“砂爆”的安全預防 [J]. 城市建設理論研究（電子版），2014,(16):686.

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