空分装置主要危害因素分析

封烨

（液化空气（杭州）有限公司，浙江 杭州 310012）

空分装置主要危害因素分析

封烨

（液化空气（杭州）有限公司，浙江 杭州 310012）

空分装置是化工产品生产设计中的重要装置，目前，空分装置大都采用深度冷冻空气分离技术，压缩机吸入空气并压缩，冷却后进行净化处理进入主冷，最后通过低温分馏技术产生氧气、液氧、液氮、氮气等产品，生产工序关联性强，所用器具设备种类多，技术复杂，一个环节出现问题就会影响整个生产过程，生产过程中危害因素多，易发生火灾、气体中毒、容器爆炸、低温冻伤等现象时有发生，局部轻微爆炸会导致氧气产品纯度达不到要求，影响正常生产。因此，提高空分装置的安全性和可靠性具有重要意义。本文从大型空分装置的工作流程出发，分析了空分装置的主要危害因素，并从工艺系统、生产储存、工艺装置布置、工艺控制等方面提出了提高空分装置安全性和可靠性的建议。

空分装置；危害因素；深度冷冻；建议

化工产品生产离不开空气分馏装置，但在实际生产中，由于产品的易燃易爆性、设备的多样性和深度冷冻技术的影响，很容易发生火灾、气体爆炸、冷冻伤害甚至人员死亡等重大危害事故。因此，对空分装置的主要危害因素进行分析，并提出增强其安全性的建议有利于安全生产防范措施的实施，对降低生产危害具有重要意义。

1 空分装置工艺流程和系统组成

（1）空气分馏原理。深度冷冻空气分离技术是指空气中各气体成分的沸点不同，在精馏塔中从混合气体中分离出氧气、氮气、液氧、液氮等产品的方法。在生产过程中，要先用压缩机将吸入的空气压缩，然后冷却降温使不同气体在不同温度下分别液化并分离。在精馏塔内，蒸汽与液体接触，其中的氧气沸点较高，会不断冷凝转变为液态并向下流出，氮气由于沸点低，不断上升，最终流下的液体中含氧量越来越高，逐渐变为纯氧，上升蒸汽里含氮量越来越高，逐渐变为纯氮。

（2）空分装置的工艺流程。空气经过压缩后，进行净化处理，然后送入透平膨胀机中加压，进入冷箱后经过主冷降温，低温精馏分馏出各种成品，从精馏塔中抽出的液氧进入液氧储槽中，一部分用作液氧产品，另一部分通过高压液氧泵加压送到主冷中被气化和复热，变为高压氧气产品，氮气产品经过压缩后进入主冷降温，液体产品送入液氮储槽输出，空气中的含氩组分被从精馏塔抽出来后进入粗氩塔除氧，再经过精氩塔纯化，液氩产品进入储槽。

（3）空分装置的系统组成。大型空分装置是由动力系统、净化系统、热交换系统、精馏系统、液体储存系统和控制系统六大系统组成的复杂设备。

动力系统：空分装置的动力系统为空分装置，在对空气进行液化分馏得到氧气、氮气、液氧、液氮等产品的过程，提供能量，主要是指原料空气压缩机，空气分离所需要的能耗基本是空气压缩机的能耗。

净化系统：空气经过压缩后温度较高，需要进行预冷，并除去其中的酸性物质等有害杂质，空分装置的净化系统是由空气预冷系统和分子筛纯化系统组成的，能够有效降低压缩空气的温度，并分离出空气中的水分、二氧化碳、乙炔、丙烯、丙烷和氧化亚氮等有害物质。

制冷系统：空分装置制冷系统通常是指实现空分装置膨胀制冷的膨胀机。

热交换系统：热交换系统和制冷系统协调合作来调节空分装置的热平衡，现阶段热交换系统通常是指铝制板翘式换热器。

精馏系统：精馏设备是通过高低压两级蒸馏方式对空气各组分进行低温分离的装置，包括中压塔、低压塔和冷凝蒸发器，它是空分装置的核心系统。

液体储存系统：空分装置的液态储存系统主要由贮槽、低温液体泵和汽化器组成，用来保存液氧、液氮、液氩等液态产品的装置。

2 空分装置的主要危害因素分析

空分装置生产过程中涉及原料空气的过滤与纯化、压缩、冷却、精馏、气体输送、贮存等环节，每个环节都存在危害性极高的因素，一旦发生危险，波及范围大，危害程度高，因此，必须加强对其生产过程中各环节存在的危害因素的重视。

（1）生产所需原料易引发火灾。为空分装置提供制冷系统的增压透平膨胀机设有两台供油设备，其透平油管道通常分布在机器附近，透平油属于丙类火灾危险性的可燃液体，其冷凝点低，燃烧温度高，释放热量大，一旦供油管道泄漏，透平油被引燃就会引发大规模的严重火灾，甚至导致爆炸。

空分装置中的氧气压缩机使用的 100 号机械油也是丙类火灾危险性的可燃液体，在压力超过2.94MPa 时，氧气与油脂接触就会发生剧烈氧化反应，放出大量热，温度超过油脂的燃点，引起火灾，一旦发生输油管道泄漏，管道或容器内油脂燃烧，温度和压力上升速度将会超出控制，引起爆炸。

（2）碳氢化合物易爆性。原料空气中所含的碳氢化合物闪电普遍较低，非常容易发生爆炸，生产过程中乙炔等在液氧中溶解度较低又极不稳定的碳氢化合物在空分装置中快速积聚，随气流到达主冷后在遇到合适的条件时很可能被引爆。

（3）液态臭氧的生成。液态臭氧具有易燃易爆性，在液氧生产和储存过程中，空分塔阀门操作的摩擦加上气流冲击产生的静电长期作用于液氧，就可能使少量液氧变成深蓝色的液体臭氧，增加了危险性。

（4）压力设备的物理爆炸危害。压力容器设计按照压力区间分为低压、中亚、高压和超高压四个等级。空分装置中真空储槽属于低压等级，液氩汽化器的压力等级为高压，在生产过程中，若出现储槽或汽化器等压力容器设计压力超标或者压力表故障等问题，压力设备产生裂缝、破碎甚至爆炸的可能性就会大大提升，此外，对气体产品进行压缩输送的管道也存在着开裂、破碎和爆炸的危害性。

（5）操作人员冷冻伤害。分流装置中对液氧液氮等液态产品进行输送贮存过程中，一旦阀门、管道等设备密封不严，发生开裂或者破碎，液态产品就会溅落到操作人员身上，由于它们沸点比较低，很容易气化同时吸收大量热，导致操作人员冻伤。此外，检验人员在对液化空气进行拿取时，由于温度过低，很容易发生人体冻伤事故。

（6）原料空气中的杂质对设备的损害。空气中除了含有生产所需的氧气、氮气外，还存在水蒸气、二氧化碳等气体及灰尘颗粒等固体杂志，在净化系统发生故障时，这些杂质就会对管道、阀门和通道造成堵塞，造成设备磨损，为空分装置的运行埋下安全隐患。

3 提高空分装置的安全性和可靠性建议

空分装置生产过程中的各环节危害因素众多，破坏力极强，一旦疏忽，造成的后果不堪设想。因此，必须针对其存在的危害因素实施有效的安全设计和控制措施。

（1）加强空分装置安全设计。火灾和爆炸是空分装置运行过程中的最大危害，因此在空分装置设计时必须将生产与安全相结合，采用对压缩后的空气用空气纯化器去除有害杂质，使杂质含量控制在规定要求内，主冷器采用浴式主冷，避免有机物浓缩，实施全泵内压缩，避免碳氢化合物积聚造成的爆炸危害等安全设计，提高空分装置的操作安全性。

（2）保证安全措施达到标准。提高空分装置的安全性，必须保证安全技术措施和安全设施达到国家规定标准，严格按照相关法律法规要求实施安全防护措施，最大程度保障作业设备和操作人员安全。

（3）完善空分装置的控制措施。利用空分装置进行生产的全过程要集中到控制室进行操作、控制和管理，空分装置要配备控制系统对生产过程进行监督、检测、控制、报警，同时要设置安全仪表系统实现安全联锁和紧急制动，对水蒸气、二氧化碳、碳氢化合物等杂质的分析仪器和温度、压力、液位等参数的监控措施的配置必须到位，保证及时监督发现问题，第一时间控制工艺流程，预防为主，避免安全事故的发生。

4 结语

空分装置是一个大型综合性系统，生产过程涉及环节众多，每个环节都对整个工艺流程有着非常重要的影响。因此，必须加强对空分装置安全生产设计，严格遵守国家法律法规的相关规定，落实各项安全措施。此外，还要加强对空分装置的安全控制措施建设，保证各项检查、监测设备完善，使各项操作能够在控制室集中控制、管理，防患于未然，及时发现并尽早解决问题，提高空分装置的操作安全性和可靠性。

[1]管泽玉，齐川，管泽飞，等 . 空分装置主要危害因素分析 [J].河南化工，2013,30(10):6～9.DOI:10.

[2]何卫 . 浅谈空分装置液氧中碳氢化合物的危害与防治 [J]. 纯碱工业，2012,(5):38～39.

[3]李凤娟 . 空分装置的危险性分析与安全设计 [J]. 广东化工，2016,43(18):146～147.

[4]何成江 . 影响空分装置安全的因素及有害杂质的清除 [J]. 化学工业与工程技术，2008,29(1):37～38.

[5]郭海彦 . 空分装置碳氢化合物积聚的原因及防范措施探讨 [J].内蒙古石油化工，2010,36(24):97～99.

[6]朱明彦，彭德龙 . 空分装置冷箱如何在设计过程中做好“砂爆”的安全预防 [J]. 城市建设理论研究（电子版），2014,(16):686.

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