空分主冷凝蒸發器爆炸的原因及防范措施

高志粉 韓甜甜 張豪豪 趙麗娜

摘要：空分裝置主冷凝蒸發器防爆是裝置安全生產中最重要的事，需要高度的重視。如何有效地保障大型空分設備長期安全運行就是一個必須重視和研究的重要課題，針對空分裝置主冷凝蒸發器防爆，我們首先要求采取技術措施，控制好液氧中碳氫化合物含量，確保各項指標在所要求的控制范圍內；其次是加強對引爆源的控制和增加監測措施；同時加強管理，堵塞漏洞，降低空分爆炸事故發生。

關鍵詞：安全；主冷凝蒸發器；爆炸；原因；防范措施

1、空分裝置主冷爆炸的影響

空分裝置主冷爆炸按其產生的后果嚴重程度可分為嚴重爆炸和微爆。主冷發生嚴重爆炸可使空分裝置的保冷箱被炸開，整體發生傾斜倒塌，砸向廠房方向還可造成廠房損壞和廠房內人員的傷亡。

主冷內部微爆雖不產生嚴重的后果，但其微爆可破壞空分裝置的工況平衡，造成氧氣純度下降，氧氣產量下降，影響生產的正常運行。

2、危險雜質來源及其爆炸危險性

2.1碳氫化合物來源

引起主冷爆炸的主要原因是危險雜質乙炔及其它碳氫化合物在主冷中濃縮及析出所致。乙炔等危險雜質主要是隨原料空氣而帶入。此外，如果空氣壓縮過程中氣體帶油而裂解也會增加原料空氣中的乙炔及碳氫化合物的含量。

2.2爆炸危險性

隨原料空氣進入主冷中的乙炔等危險雜質盡管它們的含量甚微，但由于不飽和碳氫化合物可分解，產生大量的熱及氫氣而產生危險；或者因與氧發生氧化反應，放熱且反應速度極快而造成爆炸。

碳氫化合物的爆炸下限在一定程度上可以反映其化學穩定性及危險性。通常，碳原子數相等的碳氫化合物，隨未飽和度增加相對危險增加，即炔>烯>烷；不同碳原子數的碳氫化合物相對危險性隨碳原子數增多而增大。

3、從工藝管理方面加強防爆措施的方法

3.1 抓住空氣來源關。

空分裝置的原料就是大氣，大氣質量的好壞直接關系著主冷液氧中烴類的變化。（1）建立了大氣質量監測，每周分析一次；（2）設立了風向標，隨時掌握四季風向的變化，如果主冷的總碳氫的含量超標就及時安操作規程的要求排放；

3.2 把住空氣壓縮關

從空分裝置的流程來看，進入分餾塔系統的空氣來源于空壓機系統，在此過程中就不可避免的存在潤滑脂，這些潤滑油脂是非常危險的。因為液氧中的油脂能附著在主冷的翅片上，當油膜達一定厚度時，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反應生成靈敏度較大的可燃物，這些可燃物一旦遇火源就會發生爆炸。另外空氣中的灰塵等雜質被帶人分餾塔中也是危險的，一是它可以在板式換熱器中堵塞；二是進入分餾塔中的固體懸浮在液氧液面上，摩擦產生靜電打火，這就形成了引火源。

可采取以下措施：（1）將空氣吸入口的過濾器改裝成為自潔式過濾器（如增加氣脈沖自動清灰裝置），能最大限度的改善空壓機入口的空氣質量；（2）空壓機軸封方式采用空氣迷宮密封無油潤滑來進行，確保空壓機出口空氣不帶油；（3）空壓機設置了自保聯鎖和在線振動監測系統，嚴格設定報警值和停車限值，確保空壓機的正常運行，防止因頻繁開停機而將油脂或雜質帶人系統。

3.3 加強空氣凈化

由于空氣污染等原因，壓縮后送來的無油、干凈的空氣中含有大量水、乙炔、甲烷、二氧化碳、乙烷、乙烯、丙烯等物質，這些物質在凈化過程中要盡量脫除，否則很可能發生一些危險。如：大量的水分和二氧化碳被帶入冷箱，就會造成凍堵；不飽和烴能大部分被吸附在分子篩中，而飽和烴因不易被吸附，很容易會被帶入分餾塔內，引起嚴重后果。

解決問題的主要做法：

（1）空冷塔設置了高、低液位聯鎖，防止在除沫器損壞或空壓機異常的情況下，空冷塔的液位失控而使空氣中帶水。

（2）根據環境實際，對分子篩吸附器內分子篩填量進行調整，這樣通過增加分子篩裝填量，提高了對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入分餾塔中；

（3）夏季環境溫度高，分子篩吸附器在高負荷運行的前提下調節空間不大，對分子篩出口的二氧化碳在線檢測儀加強監控，防止因二氧化碳超標引起設備凍堵。離線通過對出分子篩的空氣露點分析，確保水含量不超標。

3.4 強化深冷分離

空分裝置的最危險、也是最關鍵的是分餾塔部分，由于分子篩對飽和烴基本不吸附，這樣烴類物質就會帶入餾塔中，對安全生產造成極大威脅。

防止安全事故的主要措施：

（1）主冷凝蒸發器結構設計為防爆型，特殊結構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，各國通過對主冷爆炸的研究，一致認為由于空分主冷凝蒸發器中液氧的不斷沸騰、蒸發，使可燃物在此濃縮積聚，且摩擦沖擊最強烈，所以容易在主冷中形成爆炸中心，通過采用新型防爆結構，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，防止烴類析出發生危險；（3）增設了1%液氧連續排放，和間斷式不定量的排放，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，增加其脫炔和脫極性有機物的能力，并定期按規程進行再生；（5）設立了在線分析儀。

通過在線法、離線直接法、離線濃縮法三種分析方法對比，更準確地掌握液氧中的烴類動態，確保裝置安全運行。

在設備檢修維護方面采取的主要方法：

（1）對活塞式氧壓機的密封及刮油系統定期進行檢驗，確保無油、無泄漏；（2）增設了停車嚴密聯鎖系統，通過三個快速切斷閥防止因氧壓機停車而造成烴類氣體的反竄；（3）氮氣送出管線上設有單向閥和聯鎖快速切斷閥。（4）對液氧貯槽中的烴類物質堅持每天分析一次，發現超標現象及時進行排放；（5）高壓氧氣送出閥增設小旁路，避免因壓差過大使流速過快而發生危險。

4、強化人員安全培訓增強防爆措施。

主要從以下方面加強培訓：

（1） 隨著裝置運行條件的變化定期修改《操作規程》，使操作有章可循；（2）組織編寫空分裝置技術培訓大綱，定期對人員進行培訓；（3）操作人員不但要通過裝置的上崗考核，還必須通過當地勞動部門簽訂的特殊工種合格證方能上崗操作；（4）堅持不定期的事故演練，使操作人員對空分裝置存在的各種危險因素牢記在心。

5、結束語

空分設備由于其特殊的結構和介質的理化性質，發生爆炸的危險性較大。據不完全統計，20世紀 90年代中期后，國內外連續發生大型空分設備爆炸，特別是空分主冷凝蒸發器

參考文獻：

[1]閻振貴.空分設備中板式冷凝蒸發器局部爆炸的研究[J].深冷技術，1986（06）：31-37.

[2]林戰生.論空分設備冷凝蒸發器的局部爆炸[J].深冷技術，1978（05）：1-8.

（作者單位：龍蟒佰利聯集團股份有限公司）