空分裝置危險(xiǎn)性及處置注意事項(xiàng)

傅吉品，何俊霖(寧波市危險(xiǎn)化學(xué)品應(yīng)急救援研究中心，浙江 寧波 315000)

0 引言

隨著工業(yè)突飛猛進(jìn)式發(fā)展，工業(yè)上使用空分裝置生產(chǎn)液氧、液氮等產(chǎn)品隨之越來(lái)越多，與此同時(shí)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)因空分裝置發(fā)生的安全事故相對(duì)頻發(fā)，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，給社會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。

1 空分裝置簡(jiǎn)介

在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)活動(dòng)中，用于進(jìn)行空氣分離的裝置較多，不同的空分裝置所使用的技術(shù)方法也不同，在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中，根據(jù)生產(chǎn)目的對(duì)空分裝置工藝技術(shù)進(jìn)行選擇。

1.1 工藝技術(shù)

現(xiàn)階段我國(guó)主要空氣分離技術(shù)有3種，即深冷法、膜分離法、吸附法，具體到工藝裝置中，可能是這幾種方法的組合。

(1)低溫法(深冷法)。將過(guò)濾后的空氣壓縮、膨脹、降溫，直到液化，然后利用氮、氧沸點(diǎn)的不同，沸點(diǎn)低的容易汽化這個(gè)特征，在分離塔內(nèi)讓相對(duì)溫度高的蒸氣與溫度低的液體不斷接觸，利用低沸點(diǎn)的氮多蒸發(fā)，高沸點(diǎn)的氧多冷凝的原理，使塔上部蒸氣氮含量不斷提高，塔下部液體中的氧含量不斷增大，實(shí)現(xiàn)氧、氮分離。通過(guò)低溫液化空氣再進(jìn)行分離的方法目前在工業(yè)上應(yīng)用最廣泛。常見的低溫法空分裝置工藝如圖1所示。

圖1 常見的低溫法空分裝置工藝示意圖

(2)變壓吸附法。利用特定吸附劑(分子篩等)在一定壓力下，對(duì)氣體混合物中某些特定組分吸附能力的差異進(jìn)行分離，通過(guò)吸附劑以及壓力的轉(zhuǎn)變，獲得不同純度等級(jí)的氮氧產(chǎn)品。

(3)膜分離法。通過(guò)氣體擴(kuò)散原理，利用一些有機(jī)聚合膜的潛在選擇性，讓空氣通過(guò)透析膜，不同氣體有不同的滲透率，以實(shí)現(xiàn)氣體分離。

1.2 主要組成

采用深冷法的空分裝置主要包括壓縮機(jī)組、預(yù)冷和純化、制冷和換熱、精餾以及與產(chǎn)品相關(guān)的其他單元。

壓縮系統(tǒng)：有自潔式空氣過(guò)濾器、汽輪機(jī)、空壓機(jī)、增壓機(jī)、儀表壓縮機(jī)等，用于空氣壓縮和增壓空氣壓縮。原料空氣壓縮機(jī)用于為裝置提供帶壓原料氣，增壓空氣壓縮機(jī)用于為裝置提供膨脹及液氧氣化的氣源。

預(yù)冷和純化系統(tǒng)：將壓縮空氣進(jìn)行初步冷卻，并去除空氣中的水分和二氧化碳等雜質(zhì)。主要設(shè)備有空冷塔、水冷塔、分子篩純化器、冷卻水泵等。

制冷換熱系統(tǒng)：利用膨脹機(jī)制冷，由氣體在膨脹機(jī)中等熵膨脹而制取冷量，用于精餾分離出不同氣體。

精餾系統(tǒng)：不同氣體沸點(diǎn)不同，通過(guò)在精餾塔上部和下部多次的熱交換，即部分蒸發(fā)和部分冷凝來(lái)完成整個(gè)精餾過(guò)程，實(shí)現(xiàn)氮氧分離。

1.3 工藝流程

首先吸入空氣進(jìn)行過(guò)濾純化，再通過(guò)低溫分離和壓縮循環(huán)深度冷凍的方法把空氣變成液態(tài)，經(jīng)過(guò)低溫精餾，根據(jù)不同沸點(diǎn)而從液態(tài)空氣中逐步分離生產(chǎn)出氧氣、氮?dú)饧皻鍤獾榷栊詺怏w。

2 空分裝置危險(xiǎn)性分析

2.1 火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)

(1)火災(zāi)、化學(xué)性爆炸

①氧氣。當(dāng)空氣中的氧濃度增加到25%及以上時(shí)，有火星就能引起活潑的燃燒反應(yīng)，燃燒如果發(fā)生在容器、管道之中，則會(huì)使其溫度、壓力急劇上升，一旦得不到控制，勢(shì)必會(huì)造成爆炸。同時(shí)，氧氣泄漏導(dǎo)致氧含量偏高，使得在平時(shí)在空氣中不易燃燒(氧指數(shù)高)的物質(zhì)變的容易燃燒，大大增加火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)[4]。

②碳?xì)浠衔锖陀椭??？諝庵泻欢康奶細(xì)浠衔?如乙炔、乙烯等)，它們的爆炸極限范圍較寬，閃點(diǎn)較低，當(dāng)這些物質(zhì)遇上引爆源時(shí)，便會(huì)發(fā)生化學(xué)爆炸。另外，在液氧環(huán)境中，來(lái)源于空壓機(jī)系統(tǒng)的潤(rùn)滑脂會(huì)與不飽和烴、氮氧化物和氧氣的混合物在低溫下起化學(xué)反應(yīng)，生成其他靈敏度較高的可燃物。當(dāng)這些可燃物在設(shè)備中積聚并遇上引爆源時(shí)，同樣會(huì)發(fā)生化學(xué)爆炸[4]。

(2)物理性爆炸?？辗盅b置中的空氣壓縮機(jī)組、增壓透平膨脹機(jī)組等配套設(shè)施均為壓力容器。如果壓力容器承受的實(shí)際壓力超過(guò)設(shè)計(jì)允許值，或者壓力表、安全閥等部件失靈，那么均存在出現(xiàn)裂紋、破碎、甚至爆炸的危險(xiǎn)[4]。

2.2 冷凍傷害

由于液氧、液氮、液氬等空分產(chǎn)品的沸點(diǎn)非常低，加之汽化時(shí)需要吸收大量的熱，一旦輸送這些產(chǎn)品的泵、閥門、管道及儲(chǔ)罐等密封不嚴(yán)，設(shè)備出現(xiàn)裂紋或破碎，將發(fā)生泄漏事件，若噴灑到人員的身體上，不可避免的會(huì)造成冷凍傷害[5]。

2.3 窒息危害

(1)缺氧窒息。一旦分離出來(lái)的液氮、液氬等產(chǎn)品發(fā)生泄漏，會(huì)逐漸沖淡周圍空氣中的氧含量，使人吸入的氣體中含氧量下降，當(dāng)人呼吸的氣體中，氧含量低于18%時(shí)，定為缺氧。輕則造成缺氧反應(yīng)，使人呼吸量增大，脈搏加快；重則有可能造成窒息死亡[5]。

(2)機(jī)械性窒息。因空分裝置冷箱內(nèi)存有漏出的低溫液體，打開人孔時(shí)，內(nèi)外發(fā)生熱量交換，裝置內(nèi)低溫液體大量吸熱急劇汽化，冷箱被撐破，珠光砂大量噴泄而出，埋住扒塔人員[5]。

2.4 中毒

為滿足防爆要求，空分裝置中與介質(zhì)氧接觸的零部件表面要求有很高的清潔度，必須進(jìn)行脫脂清洗。清洗經(jīng)常要用到三氯乙烯、四氯化碳等，這類物質(zhì)具有一定的毒性，使用不當(dāng)可能會(huì)發(fā)生中毒事故[5]。

3 事故處置

(1)整體評(píng)估。到場(chǎng)后，第一時(shí)間要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境作一個(gè)整體評(píng)估，包括碳?xì)浠衔铩⒀鹾繚舛鹊?，需先進(jìn)行通風(fēng)置換，或事先做好相關(guān)安全措施，尤其是在受限空間，不能急于救人，以防窒息。

(2)明確重點(diǎn)。一旦發(fā)生火災(zāi)，要鋪設(shè)水幕水帶設(shè)置水幕分隔，重點(diǎn)保護(hù)壓縮機(jī)和冷箱，否則一旦失去冷源和冷媒，整個(gè)關(guān)聯(lián)設(shè)備將發(fā)生超溫超壓連鎖爆炸事故。

(3)堵截蔓延。對(duì)氣體(尤其是氧氣)外泄，應(yīng)在關(guān)閉控制閥，切斷氣體來(lái)源的同時(shí)，采用霧狀射流形成水幕墻，防止氣體向重要目標(biāo)或危險(xiǎn)源擴(kuò)散。

(4)驅(qū)散稀釋。在事故部位、單元之間對(duì)液氧四周鋪設(shè)屏障水槍陣地，控制其擴(kuò)散范圍。利用水幕水帶、霧狀水、自擺炮等實(shí)施驅(qū)散、稀釋或阻隔，抑制遇火閃爆等危險(xiǎn)。

(5)送風(fēng)吹掃。對(duì)于確定有或可能有窒息性氣體聚集區(qū)域，必須清楚地作出標(biāo)記，通過(guò)機(jī)械送風(fēng)、吹掃等方式進(jìn)行驅(qū)散。并避免人員在氧氣濃度增高的區(qū)域內(nèi)停留。嚴(yán)禁人員進(jìn)入氮?dú)?氬氣)增濃區(qū)域。

(6)充氮置換。在破損空分裝置的保冷箱內(nèi)充以干燥氮?dú)獾让芊鈿饣蚱渌椒?，保持一定壓力，既可排除濕氣進(jìn)入以防止氧的積累，又可加溫珠光砂，使存儲(chǔ)的液體汽化，減少存儲(chǔ)量，從而減少噴砂量[2]。

4 注意事項(xiàng)

(1)切忌直接出水。如對(duì)已受損冷箱盲目出水冷卻有可能造成冷箱內(nèi)的低溫液體加速揮發(fā)，或使冷箱爆炸倒塌，當(dāng)火災(zāi)有蔓延危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)設(shè)立陣地進(jìn)行堵截，保護(hù)冷箱不受熱輻射威脅。

(2)嚴(yán)禁火源。當(dāng)有易燃易爆氣體，應(yīng)對(duì)周圍實(shí)施可燃?xì)怏w濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并注意非防爆對(duì)講機(jī)、手機(jī)等使用。不得穿著帶有鐵釘或任何鋼質(zhì)件的鞋子進(jìn)入空分生產(chǎn)區(qū)，在充滿氧氣的環(huán)境中不得穿合成纖維衣物。

(3)防靜電。當(dāng)裝置中液化的氣體流速增高時(shí)，靜電場(chǎng)的強(qiáng)度便迅速提高，且可能達(dá)到較高的電壓而發(fā)生靜電火花，形成火災(zāi)爆炸的引爆源。

(4)防凍、防爆、防窒息。針對(duì)空分產(chǎn)品的低溫窒息性能，應(yīng)穿戴好防凍服、低溫手套、護(hù)目鏡等，背好空呼，褲腳不要塞進(jìn)鞋子內(nèi)。針對(duì)液氧泄漏，注意防止爆燃。

(5)數(shù)據(jù)分析。在進(jìn)低溫操作室處置之前，應(yīng)該先對(duì)冷箱含氧量做數(shù)據(jù)分析。如果其值低于19%，則必須佩戴好空氣呼吸器或者長(zhǎng)管式面具等隔離式面具，同時(shí)要在其他人員的監(jiān)護(hù)下進(jìn)行操作[3]。

(6)防機(jī)械傷害?？辗盅b置機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)部件的外露部分(電機(jī)、聯(lián)軸器等)，如若存在防護(hù)措施缺失，稍不注意可能導(dǎo)致衣物等纏繞其上，造成更為嚴(yán)重的傷害。

(7)區(qū)段加溫。如若發(fā)生有人員被困冷箱內(nèi)，在進(jìn)入空分裝置的保冷箱內(nèi)施救被困人員前，必須經(jīng)廠方技術(shù)人員評(píng)估，是否具備對(duì)有關(guān)區(qū)段進(jìn)行加溫條件，或在做好相關(guān)個(gè)人防護(hù)后方可進(jìn)入[2]。

(8)注重洗消。人員在氧氣濃度較高區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留，則其衣著必被氧氣所浸透，浸透氧的衣物極易著火并會(huì)迅速燃燒，應(yīng)用空氣進(jìn)行徹底吹洗置換。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，每一套空氣分離設(shè)備及其相關(guān)設(shè)施的燃爆事故都有其自身的特殊性，但也有共同之處。因此，首先必須加強(qiáng)對(duì)空分裝置安全設(shè)計(jì)，嚴(yán)格遵守國(guó)家法律法規(guī)的相關(guān)規(guī)定，落實(shí)各項(xiàng)安全措施。此外消防救援力量在處置此類事故時(shí)，一定要把握好共同重要節(jié)點(diǎn)，在廠方技術(shù)人員采取相關(guān)工藝處置的同時(shí)，有針對(duì)性地進(jìn)行專業(yè)處置，最大程度減少事故造成的損失。