深度冷凍法制氧事故的控制

萬成略

在鋼鐵冶金企業(yè)的生產過程中,深度冷凍法是最經濟的制氧方法。因能大批量生產制得純度極高的氧氣,該法在工業(yè)上得到了廣泛的應用。然而,深度冷凍法制氧工藝復雜,設備裝置龐大,存在著諸多危險因素,容易導致群死群傷的事故發(fā)生。因此,加強深度冷凍法制氧的安全生產與事故控制,成為鋼鐵冶金企業(yè)在應用該法時必須解決的問題。

氧氣生產危險源點控制

深度冷凍法首先使空氣通過過濾器除去塵埃等固體雜質,進入壓縮機壓縮,再經過分子篩凈化器除去水蒸氣和二氧化碳等雜質氣體。然后進行冷卻、降壓,當溫度降至-170℃左右時,空氣開始部分液化進入精餾塔,根據空氣中各氣體的不同沸點進行分餾。液態(tài)氧的沸點比液態(tài)氮的沸點高,兩者相比,液氮更易氣化。經多步分餾可以得到99%以上的純氧,同時得到氮氣和提取稀有氣體的原料,其典型流程見圖1所示。

各工藝設備的危險控制點主要包括以下6個方面。

1.空氣壓縮機

空壓機是氧氣廠的主要噪聲來源,大型空壓機必須采取防振降噪措施?？諌簷C軸瓦、排氣管道等是壓縮過程中火災、爆炸的多發(fā)部位。主要原因有冷卻水或潤滑油中斷或供量不足,尤其是排氣管道的積碳氧化自燃?？諌簷C入口的空氣過濾器應按規(guī)定定期清掃或更換濾料?？諌簷C入口不宜采用油浸式過濾器。

大、中型空壓機應設置防喘振、振動、軸位移、油壓、油溫、水壓、水量、軸承溫度及排氣溫度等報警聯(lián)鎖裝置。開車前必須做好空投試驗?？諌簷C運行中發(fā)現(xiàn)不正常的聲響、氣味、振動或發(fā)生故障,應立即停機檢查。

空壓機的所有防護聯(lián)鎖裝置和安全附件,在啟動前應進行檢查,并確認處于完好狀態(tài),方可啟動。內壓縮流程(氧氣)的增壓機與主空壓機必須同步運行,增壓機與主空壓機間的聯(lián)鎖保護裝置應完善、可靠。

2.氧壓機

氧壓機的工質是純凈的氧氣,具有著火爆炸危險。氣缸溫度高,皮碗或密封件發(fā)生分解產生可燃氣體而與氧發(fā)生爆炸,因此要控制氧壓機各級排氣溫度不得超過允許值(160℃)。對于壓力比不正常的級要特別注意其溫升情況。由于氧氣在較高的排氣溫度下,對所接觸的機器零部件的氧化腐蝕作用大大增強,發(fā)生著火和爆炸的可能性也大大增加,所以必須隨時監(jiān)控排氣溫度。一旦發(fā)現(xiàn)氧壓機的各級壓力比不正常,應及時停車,查明原因。

透平氧壓機軸密封必須完好,并保證軸封氣的壓力在規(guī)定值之內。經常檢查活塞式氧壓機油密封圈的密封效果,發(fā)現(xiàn)問題及時修復,嚴禁油被活塞桿帶入氣缸。

透平氧壓機宜設可熔探針或溫度探頭、自動快速氮氣滅火或其它滅火措施。

3.膨脹機

壓縮空氣通過膨脹機膨脹而降低溫度。透平膨脹機的轉速很高,導流器內的氣流速度也很大。如果在氣流中夾帶有少量的機械雜質或固體顆粒,會造成導流器和葉輪的磨損,甚至打壞葉片。為了防止事故發(fā)生,一般在透平膨脹機前設置有銅絲布的機前過濾器。通常使用帶壓力的密封氣,但要防止?jié)櫥瓦M入膨脹機內。膨脹后氣體溫度應保持一定的過熱度,嚴格控制機后溫度保證氣體不液化。

4.制氧機

精餾塔的爆炸原因主要是液氧(或富氧液空)在蒸發(fā)過程中造成乙炔等危險物的濃縮、積聚或沉淀,組成了爆炸性混合物。乙炔在液氧中的溶解度極低,固態(tài)乙炔在無氧的情況下也可能發(fā)生爆炸,分解成碳和氫,并放出熱量。

冷凝蒸發(fā)器的爆炸部位,隨其結構型式不同而有所不同。一般易發(fā)生在液氧面分界處,以及個別液氧流動不暢的通道,也有發(fā)生在下部管板處或上頂蓋處。對輔助冷凝蒸發(fā)器,爆炸易發(fā)生在液氧接近蒸發(fā)完畢的下部。

除冷凝蒸發(fā)器外,在下塔液空進口下部、液空吸附器、上塔液空進口處的塔板、液氧排放管、液氧泵、切換式換熱器冷端的氧通道、輔助冷凝蒸發(fā)器后的乙炔分離器等其他部位也有可能發(fā)生爆炸。為防止液氧中乙炔的聚集,可從主冷凝器引出一部分液氧,把烴類從主冷凝器帶出一部分。宜連續(xù)抽取相當于氣氧產量1%的液氧再另行氣化。還應把主冷凝器液氧面提高,采取全浸操作,避免產生液氧干蒸發(fā)(在蒸發(fā)管出口不含液氧),防止碳氫化合物附在管壁上,以增加設備的安全性。在國產全低壓空分流程中目前已采用了這項措施。

5.氧氣儲罐區(qū)

液氧儲罐宜采用真空絕熱儲罐,儲罐液位在任何時候,均不得低于20%、高于95%;壓力控制在5～7kPa。保證呼吸閥完好,控制排液速度,防止罐內產生負壓,抽癟內膽。要防止外界熱量傳入時,液氧吸熱而汽化,壓力自然升高。為防止超壓,必須設置可靠的安全裝置;應定期測定低溫液體罐夾層的真空度,使其絕對壓力保持在1.36～6.8Pa之間。氧氣球罐的儲存壓力在3.0MPa左右,屬壓力容器,應按壓力容器進行管理。

6.液氧氣化器

要防止使用液氧氣化器時未氣化的液氧進入氧氣充裝系統(tǒng),造成氣化增壓爆炸事故,在液氧氣化器的出口處應設有溫度過低報警液氧泵停車等安全聯(lián)鎖裝置,蒸發(fā)器出口的氧氣溫度應不低于0℃。水浴蒸發(fā)器水位,應不低于規(guī)定線。還應設水溫調節(jié)控制系統(tǒng),水溫應保持在40℃以上。水浴蒸發(fā)器應定期對盤管進行查漏。空氣換熱液氧蒸發(fā)器,應嚴格控制液氧蒸發(fā)量。

氧氣設備檢修安全

在設備、管道上動火時,氧氣含量必須控制在23%以下;在生產區(qū)域或容器內動火時,應控制氧氣含量在19.5%～23%。在空分裝置周圍動火時,不準排放液氧、液空。暫停動火后,再次動火前,應重新取樣分析氧含量。如動火作業(yè)連續(xù)超過4h后,應重新取樣分析氧含量。氧氣容器、管道動火時除滿足以上條件外,必須進行可靠切斷。氧氣生產區(qū)域動火時應連續(xù)監(jiān)控氧氣含量在上述規(guī)定范圍內。

與氧氣接觸的設備、閥門、管道和容器,進入空分裝置的空氣、氮氣管道及氮水預冷系統(tǒng)的水管等檢修時嚴禁被油脂污染。檢修后必須進行脫脂處理,確認脫脂合格后,方可投入生產?？辗盅b置用三氯乙烯等清洗劑脫脂時,應采取防護措施?？辗盅b置檢修清洗后,投產前應進行系統(tǒng)全面大加熱。

如發(fā)現(xiàn)冷箱內有泄漏時,需要扒珠光砂進行檢修。如果是氧泄漏,會使冷箱內的氧濃度增高,如果動火檢修就可能發(fā)生燃爆事故;如果泄漏的是氮,冷箱內氮濃度很高,可能造成窒息事故。因此,在進入冷箱作業(yè)前,一定要預先分析冷箱內的氧濃度是否在正常范圍內(19.5%～23.0%)。

此外,由于保冷箱內的珠光砂處于低溫狀態(tài)(-50～-80℃),在扒珠光砂時要注意采取防凍措施。同時要注意低溫珠光砂在空氣中會結露而變潮,影響下次裝填時的保冷性能。

扒珠光砂前,應緩慢并充分加熱冷箱內珠光砂,加熱時應打開冷箱頂人孔板,并嚴密監(jiān)控冷箱內壓力。當冷箱內漏有低溫液體時,應制定專門的加溫及扒砂方案。應先利用圓形小口徑排砂孔,嚴禁直接使用方形人孔排砂;當冷箱高度大于40m時,應分層扒砂。扒砂過程中,泄砂口應緩慢、謹慎、分步打開,以防止“砂爆”發(fā)生。當冷箱上部存有珠光砂時,嚴禁操作人員從底部進入冷箱。

珠光砂是表觀密度很小的顆粒,很容易飛揚。會侵入五官,刺激喉部和眼睛,甚至經呼吸道吸入肺部。因此,在作業(yè)時要戴好防護面罩。珠光砂的流動性很好,密度比水小,人落入珠光砂層內將被淹沒而窒息,因此,在冷箱頂部人孔及裝料位置要全部裝上用8～10mm鋼筋焊制的方格形安全鐵柵,以防意外。扒、裝珠光砂時,應采取有效的勞動防護措施。充裝口和各層平臺人孔均必須設置安全防護柵網,扒裝現(xiàn)場應留有人員安全撤離的通道。用氮氣作氣源進行濃相輸送充裝珠光砂作業(yè)時,應嚴防氮氣窒息。

氧壓機與氧氣接觸部位檢修時,工具、吊具、工作服等嚴禁沾染油脂。檢修完畢后,與氧氣接觸部位應進行脫脂,用紫外線燈等方式檢查確認合格后,方可安裝或扣蓋。

透平膨脹機的密封氣調壓閥、密封氣管道系統(tǒng)應隨主機同時進行檢修調整,確保密封氣系統(tǒng)可靠,防止?jié)櫥瓦M入透平端或增壓端。

氧氣事故應急救援

發(fā)生氧氣泄漏事故,要迅速將泄漏區(qū)人員撤離至上風處,并對泄漏污染區(qū)進行隔離,清除一切火源。對泄漏噴射出的氧氣打水稀釋,同時,合理通風,加速擴散。盡快切斷泄漏源。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,避免與可燃物或易燃物接觸,尤其要防止液氧沾染衣物燃燒或接觸皮膚凍傷;發(fā)生氧氣著火事故,立即打水使著火容器或設備冷卻,以防其受熱爆炸并急劇助長火勢。同時,應迅速切斷氣源,用水噴淋保護切斷氣源的人員;發(fā)生氧氣爆炸事故后,應立即切斷氣源。防止發(fā)生氧氣著火事故或氧氣大量泄漏事故的二次事故。如發(fā)生二次事故,應區(qū)分氧氣著火事故或氧氣泄漏事故,分別處理;發(fā)生氧氣中毒事故(當空氣中的氧氣濃度超過40%時,人就有可能發(fā)生氧中毒)要迅速將中毒人員撤離現(xiàn)場至空氣新鮮處,保持其呼吸道通暢。若中毒人員呼吸停止,應立即進行人工呼吸,必要時送醫(yī)院救治。

編輯韓 穎