空分裝置冷箱泄漏的原因與處理措施

康慶元(神華榆林能源化工有限公司，陜西 神木 719399)

0 引言

空分裝置是一種氣體生產設備，可在多種領域中應用，該裝置的結構比較復雜，當發生了泄漏問題的時候會影響其使用性能，甚至造成安全問題。由于空分裝置涉及到了碳氫化合物以及液氧、液氮、惰性氣體等，需要重視裝置的運行狀態，避免其產生爆炸的情況。需要對其情況進行全面了解，分析產生泄漏的原因，采取有效的措施進行處理。文章結合某廠空分裝置冷箱的泄漏問題進行研究。

1 空分裝置及冷箱概述

空分裝置是一種大型的氣體生產設備，可用于生產氧氣、氮氣以及液氧、液氮、液氬等產品，在電子、石油、化工以及鋼鐵等生產領域中發揮了重要的作用。空分裝置的構成較為復雜，其中包括了壓縮系統、凈化系統、制冷系統以及熱交換系統、精餾系統等多個系統。空分裝置的工藝較為復雜，生產具有連續性，外部管網的下游用戶對氧氣的需求有著不均衡性的特點，因此空分裝置設計的產量及氧氣需求量之間存在著矛盾問題。在當前的鋼鐵及化工領域中，氣體放散的情況比較常見，這造成了能源的浪費。空分裝置的內部體系包括了多個部分，當裝置內產生了損壞或者故障等問題，會影響裝置的運行，還容易造成安全問題。冷箱是空分裝置中的重要設備，內置有板翅式換熱器、冷凝蒸發器以及儀表、控制閥門等，是具有較多安全隱患的設備。冷箱的主冷防爆屬于其中的重要環節，作為空分裝置整體結構中最大的設備安全隱患，當產生了主冷爆炸會造成嚴重的后果。

2 冷箱泄漏現象及判斷依據

某公司使用的制氧量為15000m3/h的內壓縮空分裝置可為下游乙炔裝置提供氧氣，還可用于輸送空氣。在一次檢查中發現在冷箱壁上產生了結冰的情況，冷箱密封氣壓力相比之前有所提升。首先對冷箱中的密封氧氣含量以及呼吸閥進行分析，發現冷箱內密封氣氧含量約為25%，氬含量約為1.5%。冷箱基礎溫度在0℃以上，沒有產生明顯的變化，同時也不存在呼吸閥跑砂或者冷箱壁變形等問題。其次，需要對泄漏位置情況進行分析，通過對泄漏位置的了解，判斷在粗氬塔頂部的出口部分以及回流液管道連接部分產生了泄漏，產生的介質為富氧粗氬氣，經過風險分析之后制定了應急預案。

3 冷箱泄漏風險問題

第一種風險為低溫凍裂，當低溫氣體泄漏沖刷到了冷箱壁，可能會導致凍裂的問題。當低溫液體泄漏，液體會順著珠光砂下流到冷箱的基礎上，造成溫度降低的情況，液體還會向其他位置流去，帶來不良的影響。第二種風險為富氧危險，當泄漏的介質為氣氧或者富氧的時候，會使冷箱中的氧含量增加，富氧區域遇到了明火或者靜電的時候會產生保障。第三種風險為冷箱超壓，泄漏的液體在流動的過程中會受熱氣化，造成冷箱壓力升高的情況，還會引起超壓噴砂的問題，使冷箱產生裂縫。第四種風險為冷箱砂爆，當液體泄漏量增多，珠光砂中會積聚較多的低溫液體，同時由于其傳熱效果弱，不能迅速氣化，而在遇到了熱源的時候，會迅速膨脹，導致冷箱內壓力升高，呼吸閥泄壓不及時，造成爆炸的后果。第五種為珠光砂沖刷，在泄漏介質流動的時候，珠光砂被帶動產生了氣鋸，對周圍的管道產生了影響。同時，珠光砂進入了設備內部之后，會導致管道堵塞的情況，還會使換熱器受到影響。

4 冷箱泄漏風險控制及處理措施

4.1 預防冷箱富氧

冷箱中的污氮氣改為純氮氣，減少冷箱密封氣含鹽量，將其控制在適當范圍之內，還應在提升冷箱密封氣的氮、氧等含量分析頻率，通過分析了解其中的含氧量情況，詳細進行記錄。當發現氧含量出現了異常的時候，需要加大分析的頻率，可在泄漏點周圍開孔進行取樣分析，能夠更好地判斷泄漏問題。

4.2 預防冷箱超壓

結合實際情況分析，可將冷箱呼吸閥打開，便于冷箱泄壓，并且檢查冷箱呼吸閥的情況，保證其正常。應對冷箱密封氣充入量進行控制，使壓力能夠維持在標準范圍中，避免壓力過大而導致不良的影響，還應避免呼吸閥起跳噴砂的情況，同時防止內部產生負壓而吸入潮濕空氣。在凍裂問題的預防中，可向冷箱中充入一定量的熱氮氣，將冷氣置換，使用低壓蒸汽吹掃冷箱結冰位置，并且對冷箱壁情況進行觀察，避免其產生凍裂等問題。

4.3 開展冷箱巡檢監控工作

在檢查中，需要安排人員分成小組，對冷箱的情況進行了解，還應監測冷箱結霜情況的變化，使用測溫槍來監測冷箱結冰位置的溫度，并且進行記錄。當發現冷箱結霜的情況加劇的時候，或者冷箱的鋼板產生了凍裂的問題，需要及時報告。其次，主控加強對冷箱參數的檢查，將上塔的壓力進行有效控制，關注冷箱的基礎溫度以及密封氣壓力等，明確冷箱的實際情況。當冷箱密封氣壓力上漲的時候，超出了標準范圍的情況下，基礎溫度突然降低，冷箱密封氣中的氧含量增大，都需要立即進行報告。

4.4 預防冷箱液體泄漏

當發現了有液體泄漏的時候，應減小冷箱的密封氣，避免液體出現快速蒸發的現象導致壓力升高而造成爆炸。應避免液體在冷箱內積累的情況，當產生了液體積累現象的時候，需要停車處理。同時應避免冷箱中的氧含量高的情況，為了有效防止靜電或者明火等帶來影響，需要將冷箱周圍的電源切斷，在周圍一定距離之內不應有明火。在實施了預防措施之后，冷箱密封氣壓力保持穩定，冷箱壁沒有產生結冰面積擴大以及凍裂等問題的時候，可使風險得到控制。

5 空分裝置冷箱防爆要求

5.1 減少CO2進冷箱量

由于CO2容易對冷箱的換熱器液氧蒸發管道造成堵塞影響，產生乙炔等碳氫化合物局部壓縮爆炸的問題，同時，CO2對有害雜質有著較強的吸附作用，比較危險，需要對其含量進行分析，通過在線分析功能能夠了解其濃度。當含量升高的時候，需要及時停機處理，對原因進行全面分析。處理的時候，可對可換熱器溫度進行控制，減少CO2的帶入量，同時關注分子篩對CO2的吸附情況。

5.2 對分子篩的運行情況進行監控

結合吸附后的空氣中的CO2含量進行分析，保證空氣中的乙炔等碳氫化合物被吸附。當純化的空氣達不到標準的時候，需要及時判斷原因，采取有效措施。當再生的時間及氣量一定的時候，可調節入口的空氣溫度及壓力來達到預防的效果。具體操作為調整空氣流量及溫度，縮短吸附的時間，提升再生氣量，停車并且更換分子篩，可由工程師來縮短時間。

5.3 分析主冷液氧中的碳氫化合物

大氣中的乙炔及碳氫化合物在變化的時候需要借助在線分析儀器進行監控，通過檢測冷凝蒸發器液氧中的乙炔等含量，將結果記錄下來，可掌握其中碳氫化合物情況。主冷液氧的乙炔含量通常低于0.01ppm，當含量超出標準范圍的時候會產生爆炸。乙炔含量過高的時候，需要及時采取措施將排液量加大，還應加大膨脹量，保持液面，并且分析冷凝蒸發器中的液氧。乙炔屬于一種不飽和性質的碳氫化合物，有著較為顯著的化學性，固體形態下在無氧情況下也會產生爆炸。因此，需要對碳氫化合物的含量進行密切關注，使其能夠控制在允許的范圍中。

6 空分裝置使用的安全預防建議

6.1 加強危險應急處理效果

在當前的各個工業領域中，發生了安全事故的時候，需要將人群撤離，之后應由專業的人員開展事故搶險工作，將危險源以及故障源排除，還應鼓勵現場的人員在保證自身安全的情況下，通過專業人員指導來協助事故搶險，將危險因素進行有效的控制。在空氣分離領域中，也應利用專業的應急處理方式進行處理，還應培訓工作人員專業的技術能力，使其能夠在處理問題的時候具有快速的反應能力，還能進行自救及逃生。當產生了火災或者氣體泄漏等情況的時候，應保證人員的安全，減少事故造成的影響，為空分裝置的使用帶來了有效的保障。

6.2 進行事故預案演練

空分裝置運營機構需要定期開展消防預案演練，對突發情況進行模擬，使人員能夠掌握空分裝置運行中的緊急情況處理方式，加強人員在處理緊急情況時候的組織能力。安全人員需要制定緊急預案，對事故進行檢驗和預防，避免安全問題的產生，還應將制定完成的安全預防措施進行改善。通過對空分裝置運行人員進行教育，使其在演練的時候加強自己的安全意識，能夠更好地控制風險問題。在預案制定過程中，需要對沒有發生的事故進行預想，將處理方案提出，在事故產生的時候，能夠更好地進行應對，根據程序進行操作。

7 結語

空分裝置冷箱泄漏問題存在著較大的安全隱患，在實際的管理中需要重視對冷箱設備的管理。為了避免空分裝置冷箱使用問題產生，應加強預防，通過對泄漏問題的預防以及爆炸的預防能夠使裝置使用得到保障。可減少CO2進冷箱量，對分子篩的運行情況進行監控，并且分析主冷液氧中的碳氫化合物，及時發現異常的情況，有效地進行處理，減少冷箱安全問題產生的影響。