關(guān)于空分裝置主冷的安全運(yùn)行及防爆措施研究

張皓天(內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350)

1 空分裝置主冷爆炸防治的重要性

空分裝置通常應(yīng)用于石油化工、鋼鐵冶金等領(lǐng)域，是一項極為重要的生產(chǎn)裝置。近些年隨著全國各地空分裝置投產(chǎn)數(shù)量的不斷增多，已投產(chǎn)裝置運(yùn)行年限的不斷增長，空分裝置的相關(guān)事故也在隨之增多，尤其是已經(jīng)發(fā)生多起的主冷爆炸事故，嚴(yán)重威脅了企業(yè)職工人身安全和設(shè)備安全。根據(jù)相關(guān)資料，截至目前我國小型空分裝置已發(fā)生了100多起爆炸事故，大中型空分裝置已發(fā)生了30多起爆炸事故，其中最為嚴(yán)重的就是1997年5月A石化公司乙烯化工有限公司發(fā)生的空分裝置爆炸事故。事故的主要原因就是由于主冷碳?xì)浠衔锍瑯?biāo)導(dǎo)致了主冷粉碎性爆炸，導(dǎo)致4人死亡，經(jīng)濟(jì)損失共400萬元左右。給了人們很大的教訓(xùn)：即必須嚴(yán)格管理空分裝置液氧中乙炔等碳?xì)浠衔锖?，保證空分裝置安全運(yùn)行。

本文就以大慶石化M廠的兩套大型空分裝置為例，對空分裝置主冷的安全運(yùn)行及防爆措施進(jìn)行深入探討。這兩套空分裝置都是運(yùn)用分子篩吸附凈化雙級精餾技術(shù)，自投產(chǎn)以來，由于該裝置附近大氣中的烴含量嚴(yán)重超標(biāo)，導(dǎo)致其主冷液氧里的碳?xì)浠衔镆蚕鄳?yīng)超標(biāo)。即使運(yùn)用了很多方法，包括將主冷完全浸沒式操作、液氧定期排放等，卻只減少了部分碳?xì)浠衔锖?，乙烷含量依然?yán)重超標(biāo)，甚至有時超過停車值。一般乙烷在線值在20～50 ppm，發(fā)生事故前乙烷最高值達(dá)到了749 ppm，造成主冷爆炸的嚴(yán)重事故。由此可見，加強(qiáng)對空分裝置的安全管理和技術(shù)優(yōu)化刻不容緩，必須嚴(yán)格控制主冷碳?xì)浠衔锖?，防止碳?xì)浠衔餄饪s、積聚，同時消除引爆源，才能以最大程度保障空分裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 造成主冷爆炸的主要因素

通常主冷發(fā)生化學(xué)爆炸需同時具備以下三個因素[1]：可燃物、助燃物以及引爆源。對于空分裝置來說，其可燃物主要為乙炔等碳?xì)浠衔镆约坝头值?，助燃物主要為液氧。引爆源主要有四種：第一是爆炸性雜質(zhì)固體微粒之間互相摩擦以及和器壁相互摩擦碰撞導(dǎo)致的；第二是靜電放電，如果液氧里帶有少量的冰粒以及固體二氧化碳，就會形成靜電荷，當(dāng)二氧化碳的含量增加到200～300 ppm的時候，會形成3 000 V的靜電位；第三是氣波沖擊，因為流體沖擊以及氣蝕情況會導(dǎo)致壓力脈沖，使局部的壓力變大、溫度變高；第四是當(dāng)具有化學(xué)活性極強(qiáng)的物質(zhì)存在時，例如臭氧以及氮氧化合物，會導(dǎo)致液氧中的可燃物爆炸敏感性變強(qiáng)?？傊?，不論是哪種因素造成的爆炸，為了保證空分裝置的安全生產(chǎn)，主冷防爆是空分工作中的重中之重，必須清除所有危險因素，保證空分裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

3 爆炸源產(chǎn)生的原因分析

大氣中不僅含有氧氣、氮?dú)夂蜌鍤猓€含有水蒸氣、二氧化碳、碳?xì)浠衔镆约盎覊m等，這就需要用大中型的分子篩凈化流程，將空氣里的水分、二氧化碳、碳?xì)浠衔锏入s質(zhì)吸附干凈，常用的吸附劑為硅膠或分子篩。分子篩可將空氣里的水分、二氧化碳、碳?xì)浠衔锏入s質(zhì)吸附于吸附劑的表面，經(jīng)過加熱再生將其去除，最終實(shí)現(xiàn)空氣凈化的效果[3]。本文所研究的空分裝置應(yīng)用的吸附劑是13 X分子篩，因為13 X分子篩具備對孔徑相似極性分子的吸附能力，因此空氣里的水分、二氧化碳、碳?xì)浠衔锏入s質(zhì)幾乎都能用分子篩吸附器進(jìn)行清理。通常化工區(qū)各裝置都較為集中，一旦其它界區(qū)裝置的烴類氣體發(fā)生大量泄漏或者存在烴類氣體放空口，就會導(dǎo)致空分裝置吸入口處的碳?xì)浠衔飮?yán)重超標(biāo)，空分裝置的吸氣條件嚴(yán)重惡化。當(dāng)分子篩的吸附狀態(tài)趨于飽和時，會有部分碳?xì)浠衔镫S著空氣進(jìn)入到空分精餾塔內(nèi)，并溶解于低溫液體中[4]。在此以危險性很大的乙炔為例，其蒸發(fā)量是液體的1/24，如果液體里的烴濃度不斷上升，最終大于液氧溶解程度的時候，就會以固態(tài)方式被析出，并聚集在一起，當(dāng)積聚到一定程度時，就會和液氧混合成為爆炸源，遇到上述引爆源便會產(chǎn)生化學(xué)性爆炸。

4 主冷總碳指標(biāo)控制的標(biāo)準(zhǔn)

對于林德公司操作手冊來說，其只有乙炔的分析頻率以及控制指標(biāo)，明確規(guī)定必須每天至少測量一次主冷液氧乙炔濃度。正常情況下，分子篩系統(tǒng)出口乙炔含量要低于0.1 ppm，當(dāng)液氧里乙炔含量為1 ppm的時候必須立即停車，其中沒有對其它碳?xì)浠衔锏闹笜?biāo)明確規(guī)定。在燕山石化公司的空分裝置主冷爆炸后，中石化就特別規(guī)定了液氧里乙炔等碳?xì)浠衔锏闹笜?biāo)控制值。對指標(biāo)控制值的確定主要依據(jù)了如下幾個方面，首先，依據(jù)液氧里危險雜質(zhì)許可量的控制范圍得出了某個數(shù)值，隨后依據(jù)流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)展開修正。其次，參照林德、日本以及法國等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對各項指標(biāo)進(jìn)行參照制定，其中乙炔參照林德標(biāo)準(zhǔn)，總碳控制值參照日本標(biāo)準(zhǔn)，單項碳?xì)浠衔飬⒄辗▏鴺?biāo)準(zhǔn)。最后，根據(jù)我國空分裝置運(yùn)行狀況以及生產(chǎn)企業(yè)的環(huán)境條件將總碳停車值擴(kuò)大為500 ppm。根據(jù)指標(biāo)要求規(guī)定，除了乙炔之外，其它碳?xì)浠衔锶芙舛榷家?0 000 ppm以下，指標(biāo)警戒值的計算公式為許可含量乘以安全系數(shù)，如乙烷警戒值就為：20 000×1/20×0.015=15 ppm。不過此指標(biāo)制定較為苛刻，因為許可含量應(yīng)用的是溶解度最小值，即1/20，這已經(jīng)具有一些安全系數(shù)，要是將許可含量乘以更小的安全系數(shù)，就如同雙安全系數(shù)?，F(xiàn)階段在制定主冷控制指標(biāo)的時候，應(yīng)當(dāng)從各生產(chǎn)企業(yè)環(huán)境條件的實(shí)際情況出發(fā)，使主冷總烴的指標(biāo)控制既安全又可行[5]。

5 空分裝置主冷爆炸的有效預(yù)防措施

由上述內(nèi)容可知，該公司空分裝置主冷爆炸的主要原因是由于乙烷含量嚴(yán)重超標(biāo)，最大值為749 ppm，指標(biāo)沒有滿足公司要求。另外，控制引爆源也是極為關(guān)鍵的部分。要想保證空分裝置安全運(yùn)行，就必須結(jié)合實(shí)際情況，采取有效的預(yù)防措施。

5.1 嚴(yán)格控制空分裝置主冷碳?xì)浠衔锖?/h3>

為了有效控制主冷碳?xì)浠衔锖浚紫纫獌?yōu)化設(shè)計。在企業(yè)建設(shè)初期，相關(guān)設(shè)計院應(yīng)該對廠區(qū)的大氣環(huán)境做深入調(diào)研，在全廠各界區(qū)合理布局的前提下，應(yīng)盡可能將空分界區(qū)選址在常年風(fēng)向的上風(fēng)向進(jìn)行建設(shè)，避免建設(shè)在烴類氣體放空口的下風(fēng)向，在根源上優(yōu)化了吸氣條件，降低了主冷總烴超標(biāo)的次數(shù)。同時在主冷內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須考慮改善主冷內(nèi)部液體的流動性問題，防止產(chǎn)生局部死角，避免乙炔等碳?xì)浠衔镌诰植克澜钱a(chǎn)生積聚，造成局部輕微爆炸而破壞液氧純度，無法維持正常生產(chǎn)。當(dāng)空分裝置原料空氣中碳?xì)浠衔锍^規(guī)定值，同時液氧里的總烴也超標(biāo)時，就需要按照空分裝置總烴超標(biāo)的相關(guān)處置規(guī)定，對空分系統(tǒng)進(jìn)行降負(fù)荷處理，降低系統(tǒng)進(jìn)氣量，縮短單側(cè)分子篩吸附劑的吸附時間，從而降低分子篩的吸附負(fù)荷，達(dá)到防止主冷液氧中總烴超標(biāo)的目的。同時還要研究如何清除污染源，通過設(shè)置風(fēng)向標(biāo)，做好風(fēng)向、風(fēng)力、氣壓和碳?xì)浠衔锖康挠涗洠⒔y(tǒng)計分析，為以后清除污染源提供數(shù)據(jù)支持。其次，應(yīng)大力研發(fā)新型吸附劑以及優(yōu)化分子篩吸附器。大慶石化M廠為了降低空分裝置吸附器吸附后的乙烷含量，還研發(fā)出了對乙烷具有強(qiáng)選擇吸附性的專用吸附劑，并裝于13 X分子篩上，專門用于清理乙烷雜質(zhì)，有效降低了分子篩系統(tǒng)后的乙烷含量。當(dāng)?shù)鸵何徊僮饕约耙何徊▌虞^大時也會導(dǎo)致液氧里的有害雜質(zhì)析出和積聚，為了避免液氧里的有害雜質(zhì)析出和積聚，應(yīng)采取主冷全浸式操作，同時要定期連續(xù)排放相當(dāng)于氣氧產(chǎn)量1%的液氧，如果液氧中的有害雜質(zhì)超標(biāo)，則應(yīng)適當(dāng)加大液氧排放量。

5.2 控制引爆源

首先，降低二氧化碳進(jìn)塔量。因為二氧化碳對分子篩流程的空分裝置傷害很大，不僅會導(dǎo)致?lián)Q熱管道發(fā)生堵塞，還會導(dǎo)致有害物質(zhì)吸附，所以必須對二氧化碳進(jìn)行在線監(jiān)測，以確保分子篩系統(tǒng)出口二氧化碳含量小于0.5 ppm。其次，避免靜電。為了避免靜電產(chǎn)生，應(yīng)嚴(yán)格按照技術(shù)要求在主冷上安裝防雷以及防靜電的接地裝置，接地電阻應(yīng)小于10歐姆。同時應(yīng)將氧氣管道上的法蘭跨接電阻應(yīng)小于0.03歐姆。最后，降低壓力脈沖。當(dāng)空分裝置需要冷態(tài)開車的時候，一定要防止因液氧大量蒸發(fā)而產(chǎn)生雜質(zhì)積聚，造成加溫啟動時發(fā)生爆炸；冷態(tài)開車時，精餾塔必須慢慢升壓，以減少壓力脈沖，避免因操作不當(dāng)，產(chǎn)生液懸現(xiàn)象。

5.3 采取實(shí)時監(jiān)測措施，加強(qiáng)指標(biāo)監(jiān)控

為隨時監(jiān)測主冷液氧中碳?xì)浠衔锖?，并且能夠及時采取防范措施，必須投用主冷總碳在線分析儀表，以便崗位人員24小時實(shí)時監(jiān)測碳?xì)浠衔锏淖兓闆r，并根據(jù)碳?xì)浠衔锏膶?shí)時超標(biāo)情況，主動采取對應(yīng)的處置措施。

6 結(jié)語

通過上述內(nèi)容可知，主冷防爆對空分裝置來說非常重要，所以必須引起重視，防患于未然。要想使主冷防爆工作落到實(shí)處，就必須采取有效的預(yù)防措施，要將主冷液氧中碳?xì)浠衔锏暮靠刂圃谡７秶鷥?nèi)，防止其在主冷液氧中濃縮、積聚；同時還要控制好引爆源。只有嚴(yán)格落實(shí)好主冷防爆的各項預(yù)防措施，才能有效防止主冷爆炸事故的發(fā)生，保障企業(yè)的人身安全和設(shè)備安全。