空分塔爆炸因素分析及預防

趙鵬飛（陜西神木化學工業有限公司，陜西 神木719319）

在我國經濟迅猛增長的今天，逐漸推動了大型制氧工業的發展，而在大型制氧工業當中，需要采用很多空分塔，以對空氣進行分離，從而得到氧氣。但在空分塔運行的過程中，經常受到一些因素的影響，導致其出現爆炸的問題，不僅影響生產活動的正常開展，而且還為工作人員的生命安帶來一定威脅。因此，對空分塔爆炸因素分析及預防進行研究具有重要意義，為提高空分塔運行的安全性奠定良好基礎。

1 空分塔爆炸物質分析

1.1 爆炸原因分析

空分塔運行時，會發生一些爆炸現象，經過大量時間研究表明，導致這一現象出現的主要因素為烴類物質，尤其是乙炔（化學式為C2H2），更是引發爆炸的根源。對于C2H2來說，屬于不飽和烴，分子結構較小，且穩定性較差，很容易在火源的接觸下爆炸。在下塔內，C2H2主要以分子的形式溶解于液空中，若C2H2容量較高，在溶解度以上時，則會形成相應的顆粒。一般來說，在液空當中，C2H2的溶解度為20cm3/m3，在液氧內，溶解度為6.5cm3/m3[1]。相對于液空，液氧的溶解度更低，在相同條件下，會產生更多顆粒。對于冷凝蒸發器來說，內部溫度在-180℃左右，只能攜帶較少的C2H2，在5cm3/m3以下，這種情況下，隨著液氧的逐漸減少，C2H2濃度不斷上升，當其高于溶解度，逐漸出現顆粒狀的C2H2，在固態狀態下，C2H2非常不穩定，若出現“死端沸騰”“干蒸發”，并受到外界相關因素的影響，就會發生爆炸。

1.2 爆炸機理分析

具體來說，C2H2爆炸機理主要由以下兩個方面：首先，C2H2穩定性較差，活性很強，受到外界刺激下，很容易出現分解反應，反應式為：C2H2（固態）—2C+H2+216.88kJ/mol。其中，H2為易燃性氣體，在高溫高壓狀態下，很容易發生爆炸，且爆炸威力較大，基本與TNT炸藥相同。其次，不論是C還是H2，均可以與氧發生化學反應，從而出現劇烈的爆炸。如在空分塔內，C2H2與氧的比例為1:1 時，就會發生爆炸，爆炸的過程中，可以形成較強的沖擊波，速度在2500m/s 以上，同時，還會產生較大的壓力，在40～60MPa。對于這種爆炸來說，具有較高的敏感性，遠遠高于液氧炸藥[2]。

空分設備由很多部分構成，每個部分均出現過爆炸事故，其中，主冷設備發生次數最多，因而本次研究當中，主要以主冷設備爆炸為研究對象。

2 空分塔主冷分類與安全性分析

根據主冷運行原理，可以將其分為兩種類型，一種為降膜型主冷，另一種為浸浴型主冷，但不論是哪種類型，爆炸均由兩方面因素引起的：干蒸發，主要是在主冷內，液氧注入效率較低，內部液氧含量較低，析出大量顆粒狀的C2H2而引發的；死端沸騰，指的是在液氧內，含有一些機械雜質，在液氧流動時，這些雜質與管壁不斷進行摩擦，逐漸出現一些金屬粉末，堵塞了管道，限制了液氧的注入，導致設備內部液氧含量逐漸降低，從而引發的爆炸[2]。通過大量實踐表明，在降膜型主冷內，若出現液氧膜存在異常，很容易出現干蒸發，進而導致CO2、N2O 等物質積聚，堵塞了管道，造成死端沸騰，最終引發嚴重的爆炸事故。對于浸浴型主冷來說，主要通過調節液氧的高度，控制液氧循環量，而液氧較低時，會影響液氧的循環，從而出現干蒸發，而隨著固體物質的析出，又會將管道堵塞，引發死端沸騰。

3 預防空分塔爆炸的措施

根據上述分析，可以從以下幾個方面出發，加強對空分塔爆炸進行預防：首先，將生產原料導入至空分塔之前，應采用科學合理的方式對其進行檢查，以準確掌握原料空氣中CO2、N2O等雜質的含量，并針對原料的具體情況，采取吸附、過濾等手段，將雜質清除，減少空分塔運行時產生雜質，避免雜質對管道造成堵塞，確保液氧能夠有效注入到空分塔內，使液氧含量在正常狀態下。其次，在空分塔內部安裝監測裝置，對其內部情況進行有效監測，若C2H2濃度超過溶解度時，及時發出警報，給予相關人員進行提示，相關人員根據警報，對空分塔進行一定處理，降低C2H2的濃度，確保其在溶解度之下，防止顆粒狀C2H2的析出[3]。最后，還要加強對相關技術的研究力度，通過不斷的研究，開發出更多先進的空分塔，優化液氧循環系統，提升智能過濾、攔截功能，使得空分塔更好地對原料空氣進行處理，為自身安全、穩定的運行打下良好基礎。

4 結語

綜上所述，空分塔作為制氧工業中的重要組成部分，受到干蒸發或死端沸騰兩方面因素的影響，很容易導致液氧濃度降低，加強了顆粒C2H2的析出數量，在受到外界因素刺激后，很容易發生爆炸，從而對企業與生產人員造成較大影響。所以，在制氧工業發展的過程中，應針對這些引發因素，加強對原料空氣的處理力度，降低原料中雜質的含量，并及時將空分塔內部的雜質清除，以防止空分塔出現爆炸現象。