浅述空气分离装置危险源辨识

浅述空气分离装置危险源辨识
主要工艺及设备（1）
    随着冶金工业的发展，尤其是钢产量的增加，用氧量也随之增多。现在工业上用空气分离装置（以下简称空分装置）来生产氧气、氮气、液氧、液氮和液氩。下面就以辽宁抚顺新港气体工业有限公司为例，来探讨空分装置如何进行危险源辨识。
    原料空气经吸入口吸入，进入空气过滤器，滤去尘埃和机械杂质后，进入离心式空气压缩机进行压缩；然后进入空气冷却塔与水进行热交换，冷却后除去空气中的水滴；再进入交替使用的分子筛去除原料空气中的H2O、CO2、C2H2、CnHm（C2 H2除外）等杂质物质。经过净化加工后的空气，将其增压、冷却后，进入分馏塔。在分馏塔中，氧气，液氧被分离。氧气经自备氧气压缩机增压至2.94MPa进入氧气管网，液氧送入液氧贮存系统。经精氩塔精馏在精氩塔底部得到精液氩，送入液氩贮存系统。从辅塔顶部引出纯氮气、从辅塔上部抽取液氮。
    气氧以约20kPa（G）的压力从冷箱输出；气氮以约6kPa（G）的压力从冷箱输出；气氩以约3.0MPa（G）的压力从冷箱输出。液氧通过冷箱输出，进入液氧贮槽；液氮通过冷箱输出，进入液氮贮槽；液氩通过冷箱输出，进入液氩贮槽。
    该工艺技术方案采用双层床分子筛吸附净化空气技术，能够长周期地运行，消除空气中的杂质，延长空分设备的运行周期；高效增压透平膨胀技术，有效回收膨胀功，装置能耗降低，同时运行效率高；全精馏无氢制氩技术，取消加氢除氧装置，可靠性高，安全性能好；规整填料精馏技术，阻力是传统的筛板塔的1/6～1/4，具有压降小、分离效率高、操作稳定的特点。上述技术都是当前世界上的最新技术，运用这些技术，技术指标可望达到国际20世纪90年代中后期水平。
主要危险因素分析（2）
     1.物料的火灾爆炸危险性
     （1）氧气
    氧气（含液氧），是该生产装置的主要产品之一，是助燃物质，为乙类火灾危险性物质。氧气是可燃物燃烧爆炸的基本要素之一，能氧化大多数活性物质。与易燃物（如乙炔、甲烷等）形成有爆炸性的混合物。
    （2）油料
    空气装置主要使用透平油和润滑油。透平油闪点（开杯）≥195℃，系丙类火灾危险性可燃液体。增压透平膨胀机透平油管道，一旦输油管道发生泄漏，遇高热或明火，会引起火灾、爆炸。润滑油闪点（开杯）≥230℃，系丙类火灾危险性可燃液体。输油管道一旦发生泄漏，遇高热或明火，也会引起火灾、爆炸。
    （3）碳氢化合物
    原料空气中含有一定是的碳氢化合物，它们的闪点都非常低，爆炸极限较宽。生产过程中碳氢化合物如果在空分装置内过量积聚，遇高热可能引起爆炸。
    空分塔中，可爆物质主要有：乙炔（C2H2）和其他碳氢化合物〔CnHm（C2H2除外）〕等。在这些危险杂质中，乙炔是形成爆炸的最主要的根源。这是因为乙炔在液氧中的溶解度极低，约5.2cm3/L液氧，过剩的乙炔就会以白色固态微粒悬浮在液氧中。而乙炔又是不饱和的碳氢化合物，具有很高的化学活性，性质极不稳定。
    （4）液态臭氧
     液氧通过空分阀门时，长时间受到摩擦和气流冲击，在产生的静电作用的条件下，能够使少部分液氧变成液态臭氧（O3）。液态O3是一种深蓝色的液体，在通常条件下，该液体汽化、分解，使氧的分压急剧增大，故具有爆炸的危险性。
     2.生产装置火灾爆炸危险性
     该装置中空气压缩机组、空气预冷系统、空气纯化系统，分馏塔冷箱系统、增压透平膨胀机组、氧气透平压缩机组、氮气透平机组等均为压力容器。如果压力超过设计允许值或压力表失灵，均存在着裂纹、破碎、爆炸的危险。
     当压力高于2.94MPa的氧气直接与油指接触时，就会发生激烈的氧化反应，并放出大量的热，由于化学反应速度极快，因而很快就能达到油脂的燃点，从而使油脂迅速燃烧。如果燃烧发生在管道、容器中，会使其温度急剧升高，可以达到3000℃左右，压力可以增加10倍，势必造成爆炸。
     编注：当空分装置发生氧气泄漏、或检修氧气罐时未置换或置换不彻底，作业环境达到富氧状态〔空气中氧含量超过21％（V/V）〕，遇火星或高温易发生火灾事故。富氧状态下的火灾事故常被人们所忽视。人们常常认为富氧状态又不是纯氧不会有什么问题。其实在富氧状态下许多难燃物质变得可燃，可燃物质变得易燃，最小点火能下降很多。燃烧速度快，不易扑救。富氧状态的火灾事故已发生多起，应引起人们的高度重视。如2001年2月6日，甘肃某钢铁集团一球罐值班室内氧气管道泄漏，电气火花引起火灾，烧死3人；2001年8月9日，山东某锅炉压力容器检验所对某气体厂氧气储罐进行检测时，因未置换，罐内氧气含量高，打磨焊缝时引起火灾，烧死3人；2000年8月 21日，江西某钢铁公司制氧厂，检修制氧机时 ，因液氧排放不当，检修现场成富氧状态，在拆螺丝时发生燃爆事故，死亡22人，伤24人。
     3.触电及雷击伤害
     电气伤害是电能作用于人体造成的伤害，有触电伤害、电磁场伤害及间接伤害3种类型。电气伤害事故以触电伤害最为常见，而绝大部分触电伤害都属于电击伤害。根据国内外的统计资料，单相触电事故占全部触电事故的70％以上。因此，防止触电事故的技术措施应该把防止单相触电作为重点对象。厂区内的电气设备、电缆敷设及配电装置随处可见，存在着电气设施、电气（器）设备因防火防爆、防水防潮、安全保护设施不完善、电缆敷设不合理造成人体触电伤害事故的可能。另外，因防雷接地措施不完善也会发生雷电伤害事故。
     当装置中液化的气体流速增高时，静电场的强度便迅速提高，且可能达到较高的电压而发生静电火花，形成火灾爆炸的引爆源。空分塔的爆炸事故，常常是静电火花形成的引爆源。
     4.机械伤害事故
     机械伤害事故是机械设备运转时造成人员伤害的主要事故类型。实际工作中，往往把运动的机械、机械部件、工件，人体或人体的一部分一旦进入则可能受到伤害的危险区域当作机械伤害事故的危险源。该项目的机械伤害事故危险源有：空气透平压缩机系统、空气预冷系统、增压透平膨胀机中的电机、联轴器、泵等，如果机械转动部件外露，防护措施和必要的安全装置不完善，可能使操作人员的头发、服饰缠绕其上而造成人身伤害。
     5.坠落伤害
     坠落事故的物理本质是人体具有势能的意外释放。根据《高处作业分级》（GB/T608-1993）规定，高于2m（含2m）以上作业面存在着高处坠落的可能。作业人员处于坠落基准面2m以上高处和低于地面的坑、井的情况很多，存在坠落事故危险源。如空气压缩机组、空气冷却塔、水冷却塔、水过滤器、空气纯化系统、分馏塔冷箱系统、主换热器、液氮液空过冷器、粗氩塔、精氩塔、增压透平膨胀机组、氧气活塞压缩机组、氮气透平压缩机组等，其巡检处均高于2m（含2m）以上，上面的巡检人员将可能发生坠落事故。工人作业或巡检需要沿着不同的运转层，经过不同高度的平台和钢梯，存在着坠落伤害的危险。
     另外，因生产设备和各种管道的布置需要，在厂房内的不同运转层的地面上留有生产设备升降口、吊装孔、闸门井、排水沟、坑池以及地下设备运转层，也会因设防措施不完善发生坠落伤害事故。
     6.冷冻伤害
     低温环境会引起冻伤、体温降低，严重时基至造成死亡。低温作业人员受低温环境影响，操作功能随温度的下降而明显下降。如手皮肤温度降到15.5℃时，操作功能开始受到影响；降到4～5℃时，几乎完全失去触觉的鉴别能力和知觉。
     生产的液氧、液氮、液氩等产品，一旦由于输送这些产品的泵、阀门、管道及贮罐等设备密封不严，设备发生裂纹或破碎，将发生泄漏事件，喷洒到操作人员的身体上，由于它们的沸点非常低，加之汽化时要吸收大量的热量，所以会造成人体冷冻伤害。在处理盛有这些液体的管道、阀门或容器等时，必须带上保温手套，防止造成冻伤。
     化验工为了检验液化空气，液化氧气中的乙炔含量，需要取液态产品，也很容易造成冻伤事故。
     这些液化气体的沸点等具体数据，详见表1。
    　　     表1空气组成（海平面上干燥空气的平均组成）
主要成分氧气氮气氩气二氧化碳体积百分数（％）20.9978.030.940.35～0.04沸点（℃）-183.0-195.8-185.7-178.5升华