水廠臭氧發生間的爆炸危險性及設置要求

摘要：隨著人們對臭氧使用和認識的加深，臭氧作為殺菌和氧化作用得到越來越多的應用，在日常生產中，由于對臭氧發生間的爆炸危險性的定性存在著爭議，臭氧發生間是否按照防爆危險性設計還存在較大的爭議。本文從臭氧的特性、臭氧發生器的機理及規范的相關要求等角度對臭氧發生間的爆炸危險性進行分析，為臭氧發生間的設計提供參考。

關鍵詞：臭氧;臭氧發生間;爆炸危險性

臭氧是氧氣的同素異構體，化學式為O3，有魚腥氣味，為淡藍色氣體，具有強氧化性。可用作消毒殺菌劑、強氧化劑、空氣凈化劑及飲用水的消毒脫臭等。隨著工業企業環保監管要求越來越嚴，對工業污水的出廠水質的要求越來越高，臭氧作為污水深度處理在日常的污水處理中得到越來越多的應用。

1.臭氧的特性

臭氧，別名超氧，分子量47.998，CAS登錄號：10028-15-6，EIECS登錄號233-069-2，沸點-111℃，熔點-192℃，密度2.14g/L（0℃，0.1MPa），外觀常溫下為藍色氣體，可應用于醫學、農業、殺菌等領域。具有強氧化性，是比氧氣更強的氧化劑，可在較低溫度下發生氧化反應，如能將銀氧化成過氧化銀，將硫化鉛氧化成硫酸鉛、跟碘化鉀反應生成碘。松節油、煤氣等在臭氧中能自燃。有水存在時臭氧是一種強力漂白劑。跟不飽和有機化合物在低溫下也容易生成臭氧化物。用作強氧化劑，漂白劑、皮毛脫臭劑、空氣凈化劑，消毒殺菌劑，飲用水的消毒脫臭。在化工生產中可用臭氧代替許多催化氧化或高溫氧化，簡化生產工藝并提高生產率。

2.臭氧發生器的工作機理

臭氧發生器是利用高壓放電原理，將氧氣轉化為臭氧的過程，即將高壓交流電加在中間隔有絕緣體并有一定間隙的高壓電極上，讓經過的干燥凈化空氣或氧氣通過，當高壓交流電達到10-15kV時，產生藍色輝光放電（電暈），電暈中的自由高能離子離解為O2分子，經碰撞聚合為O3分子，臭氧的產量、濃度隨所加的電源電壓、電流等變化。

3.臭氧制備爆炸危險性分析

臭氧發生器由臭氧發生室、臭氧電源、冷卻裝置、控制裝置與儀表等組成，臭氧發生器的核心部件是放電管，氧氣流過放電管時，在周圍電場電暈放電的作用下產生臭氧。臭氧發生器在產生臭氧的過程中，會產生熱量，使機器內部的溫度升高，臭氧發生器常用的冷卻方式為水冷方式，如果水冷中斷，可能會發生機器過熱產生物理爆炸。

臭氧發生器的進氣中如果含有烴類、腐蝕性氣體和任何其他能在氧/臭氧/電暈環境內發生反應的物質，這些物質會對臭氧發生器產生損害，可能引起物理爆炸甚至化學爆炸等安全事故，由于現在進氣系統大部分采用液氧形式進氣，進氣中幾乎不含烴類、腐蝕性氣體等成分，這種發生爆炸的可能性幾乎不存在。

按照爆炸形式，可分為物理爆炸、化學爆炸和核爆炸，臭氧發生器不涉及核爆炸。物理爆炸是物理變化引起的，在爆炸的過程中，物質的性質和化學成分不發生變化。化學爆炸需要具備三個必要條件：①存在可燃物;②到達物質爆炸極限;③存在點火源。臭氧制備過程中壓力、體積不會發生劇烈的變化，發生物理爆炸的可能性極小。臭氧發生器在電離氧氣產生臭氧過程中會產生熱量，當其臭氧含量達到25%以上時，可能發生爆炸，在一般的工業中，臭氧濃度≤15%，濃度達不到爆炸極限范圍，發生化學爆炸的可能性極小。

4.規范相關規定

根據《室外給水設計標準》（GB50013-2018）第9.10.19條，臭氧發生間的電氣開關設置應符合下列規定：（1）臭氧發生間應設置每小時換氣8次-12次的機械通風設備，通風系統應設置高位新鮮空氣進口和低位室內空氣排至室外高出的排放口;（2）應設置臭氧泄漏低、高檢測極限的檢測儀和報警設施;（3）車間入口處的室外應放置防護器具、搶救設施及工具箱，并應設置室內照明和通風設備的室外開關。此規范對臭氧發生間電氣設備未進行防爆設計要求。而對照《室外給水設計標準》（GB50013-2018）修改之前的版本，《室外給水設計規范》（GB50013-2006）第9.9.19條中曾規定在設有臭氧發生器的建筑內，用電設備必須采用防爆型。該條受到質疑后，室外給水排水規范國家標準管理組發布了關于第9.9.19條的條文解釋說明：“第9.9.19條文規定的在設有臭氧發生器的建筑內，用電設備必須采用防爆型，系指采用氧氣源的設有臭氧發生器的建筑內的照明、起吊（如有）和通風等設備必須采用防爆型，而臭氧發生器及其附帶的所有系統設備（包括供電單元、空壓機機和冷卻系統以及各種電驅動閥和儀器儀表等）不必采用防爆型”。根據《室外給水設計標準》（GB50013-2018），徹底刪除了第9.9.19條文的相關描述，因此，現行規范已沒有規定臭氧發生間需要采用防爆型設備的要求。

5.臭氧制備間設置要求

根據《室外給水設計標準》（GB50013-2018）規定，臭氧氧化系統中必須設施臭氧尾氣消除裝置;臭氧尾氣消除裝置應有備用。接觸臭氧的部件應使用耐臭氧材料，保證在臭氧環境中可長期穩定工作。現場需要設置臭氧和氧氣泄漏和探測報警裝置（臭氧泄漏低、高檢測極限的檢測儀和報警設施）。臭氧制備間的環境溫度宜控制在30℃以內，必要時，設置空調。臭氧制備間需要設置每小時換氣8-12次的機械通風設施，車間入口處的室外應放置防護器具、搶救設施及工具箱，并應設置室內照明和通風設備的室外開關。

6.結語

隨著人們對臭氧使用和認識的加深，臭氧作為殺菌和氧化作用得到越來越多的應用，在日常生產中，對臭氧發生間的爆炸危險性的定性存在著爭議，實際上是對現行規范理解不到位造成的，《室外給水設計標準》已刪除對臭氧發生間需采用防爆型設備的要求，隨著《室外給水設計標準》的實施，臭氧發生間的爆炸危險性已不存在爭議，臭氧發生間不需要進行防爆設計。

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【作者簡介】張中偉（1983.05-），男，漢族，安徽省合肥市人，碩士研究生學歷，安徽省交通科學研究院注冊安全工程師，主要研究方向：安全技術、安全評價。