水厂臭氧发生间的爆炸危险性及设置要求

摘要：随着人们对臭氧使用和认识的加深，臭氧作为杀菌和氧化作用得到越来越多的应用，在日常生产中，由于对臭氧发生间的爆炸危险性的定性存在着争议，臭氧发生间是否按照防爆危险性设计还存在较大的争议。本文从臭氧的特性、臭氧发生器的机理及规范的相关要求等角度对臭氧发生间的爆炸危险性进行分析，为臭氧发生间的设计提供参考。

关键词：臭氧;臭氧发生间;爆炸危险性

臭氧是氧气的同素异构体，化学式为O3，有鱼腥气味，为淡蓝色气体，具有强氧化性。可用作消毒杀菌剂、强氧化剂、空气净化剂及饮用水的消毒脱臭等。随着工业企业环保监管要求越来越严，对工业污水的出厂水质的要求越来越高，臭氧作为污水深度处理在日常的污水处理中得到越来越多的应用。

1.臭氧的特性

臭氧，别名超氧，分子量47.998，CAS登录号：10028-15-6，EIECS登录号233-069-2，沸点-111℃，熔点-192℃，密度2.14g/L（0℃，0.1MPa），外观常温下为蓝色气体，可应用于医学、农业、杀菌等领域。具有强氧化性，是比氧气更强的氧化剂，可在较低温度下发生氧化反应，如能将银氧化成过氧化银，将硫化铅氧化成硫酸铅、跟碘化钾反应生成碘。松节油、煤气等在臭氧中能自燃。有水存在时臭氧是一种强力漂白剂。跟不饱和有机化合物在低温下也容易生成臭氧化物。用作强氧化剂，漂白剂、皮毛脱臭剂、空气净化剂，消毒杀菌剂，饮用水的消毒脱臭。在化工生产中可用臭氧代替许多催化氧化或高温氧化，简化生产工艺并提高生产率。

2.臭氧发生器的工作机理

臭氧发生器是利用高压放电原理，将氧气转化为臭氧的过程，即将高压交流电加在中间隔有绝缘体并有一定间隙的高压电极上，让经过的干燥净化空气或氧气通过，当高压交流电达到10-15kV时，产生蓝色辉光放电（电晕），电晕中的自由高能离子离解为O2分子，经碰撞聚合为O3分子，臭氧的产量、浓度随所加的电源电压、电流等变化。

3.臭氧制备爆炸危险性分析

臭氧发生器由臭氧发生室、臭氧电源、冷却装置、控制装置与仪表等组成，臭氧发生器的核心部件是放电管，氧气流过放电管时，在周围电场电晕放电的作用下产生臭氧。臭氧发生器在产生臭氧的过程中，会产生热量，使机器内部的温度升高，臭氧发生器常用的冷却方式为水冷方式，如果水冷中断，可能会发生机器过热产生物理爆炸。

臭氧发生器的进气中如果含有烃类、腐蚀性气体和任何其他能在氧/臭氧/电晕环境内发生反应的物质，这些物质会对臭氧发生器产生损害，可能引起物理爆炸甚至化学爆炸等安全事故，由于现在进气系统大部分采用液氧形式进气，进气中几乎不含烃类、腐蚀性气体等成分，这种发生爆炸的可能性几乎不存在。

按照爆炸形式，可分为物理爆炸、化学爆炸和核爆炸，臭氧发生器不涉及核爆炸。物理爆炸是物理变化引起的，在爆炸的过程中，物质的性质和化学成分不发生变化。化学爆炸需要具备三个必要条件：①存在可燃物;②到达物质爆炸极限;③存在点火源。臭氧制备过程中压力、体积不会发生剧烈的变化，发生物理爆炸的可能性极小。臭氧发生器在电离氧气产生臭氧过程中会产生热量，当其臭氧含量达到25%以上时，可能发生爆炸，在一般的工业中，臭氧浓度≤15%，浓度达不到爆炸极限范围，发生化学爆炸的可能性极小。

4.规范相关规定

根据《室外给水设计标准》（GB50013-2018）第9.10.19条，臭氧发生间的电气开关设置应符合下列规定：（1）臭氧发生间应设置每小时换气8次-12次的机械通风设备，通风系统应设置高位新鲜空气进口和低位室内空气排至室外高出的排放口;（2）应设置臭氧泄漏低、高检测极限的检测仪和报警设施;（3）车间入口处的室外应放置防护器具、抢救设施及工具箱，并应设置室内照明和通风设备的室外开关。此规范对臭氧发生间电气设备未进行防爆设计要求。而对照《室外给水设计标准》（GB50013-2018）修改之前的版本，《室外给水设计规范》（GB50013-2006）第9.9.19条中曾规定在设有臭氧发生器的建筑内，用电设备必须采用防爆型。该条受到质疑后，室外给水排水规范国家标准管理组发布了关于第9.9.19条的条文解释说明：“第9.9.19条文规定的在设有臭氧发生器的建筑内，用电设备必须采用防爆型，系指采用氧气源的设有臭氧发生器的建筑内的照明、起吊（如有）和通风等设备必须采用防爆型，而臭氧发生器及其附带的所有系统设备（包括供电单元、空压机机和冷却系统以及各种电驱动阀和仪器仪表等）不必采用防爆型”。根据《室外给水设计标准》（GB50013-2018），彻底删除了第9.9.19条文的相关描述，因此，现行规范已没有规定臭氧发生间需要采用防爆型设备的要求。

5.臭氧制备间设置要求

根据《室外给水设计标准》（GB50013-2018）规定，臭氧氧化系统中必须设施臭氧尾气消除装置;臭氧尾气消除装置应有备用。接触臭氧的部件应使用耐臭氧材料，保证在臭氧环境中可长期稳定工作。现场需要设置臭氧和氧气泄漏和探测报警装置（臭氧泄漏低、高检测极限的检测仪和报警设施）。臭氧制备间的环境温度宜控制在30℃以内，必要时，设置空调。臭氧制備间需要设置每小时换气8-12次的机械通风设施，车间入口处的室外应放置防护器具、抢救设施及工具箱，并应设置室内照明和通风设备的室外开关。

6.结语

随着人们对臭氧使用和认识的加深，臭氧作为杀菌和氧化作用得到越来越多的应用，在日常生产中，对臭氧发生间的爆炸危险性的定性存在着争议，实际上是对现行规范理解不到位造成的，《室外给水设计标准》已删除对臭氧发生间需采用防爆型设备的要求，随着《室外给水设计标准》的实施，臭氧发生间的爆炸危险性已不存在争议，臭氧发生间不需要进行防爆设计。

参考文献：

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[5]李双凤.净水厂臭氧制备车间的爆炸危险性分析及电气设计[J].给水排水，2012，38（2）：120-123.

【作者简介】张中伟（1983.05-），男，汉族，安徽省合肥市人，硕士研究生学历，安徽省交通科学研究院注册安全工程师，主要研究方向：安全技术、安全评价。