深度冷凍法制氧事故的控制

萬成略

在鋼鐵冶金企業的生產過程中,深度冷凍法是最經濟的制氧方法。因能大批量生產制得純度極高的氧氣,該法在工業上得到了廣泛的應用。然而,深度冷凍法制氧工藝復雜,設備裝置龐大,存在著諸多危險因素,容易導致群死群傷的事故發生。因此,加強深度冷凍法制氧的安全生產與事故控制,成為鋼鐵冶金企業在應用該法時必須解決的問題。

氧氣生產危險源點控制

深度冷凍法首先使空氣通過過濾器除去塵埃等固體雜質,進入壓縮機壓縮,再經過分子篩凈化器除去水蒸氣和二氧化碳等雜質氣體。然后進行冷卻、降壓,當溫度降至-170℃左右時,空氣開始部分液化進入精餾塔,根據空氣中各氣體的不同沸點進行分餾。液態氧的沸點比液態氮的沸點高,兩者相比,液氮更易氣化。經多步分餾可以得到99%以上的純氧,同時得到氮氣和提取稀有氣體的原料,其典型流程見圖1所示。

各工藝設備的危險控制點主要包括以下6個方面。

1.空氣壓縮機

空壓機是氧氣廠的主要噪聲來源,大型空壓機必須采取防振降噪措施。空壓機軸瓦、排氣管道等是壓縮過程中火災、爆炸的多發部位。主要原因有冷卻水或潤滑油中斷或供量不足,尤其是排氣管道的積碳氧化自燃。空壓機入口的空氣過濾器應按規定定期清掃或更換濾料。空壓機入口不宜采用油浸式過濾器。

大、中型空壓機應設置防喘振、振動、軸位移、油壓、油溫、水壓、水量、軸承溫度及排氣溫度等報警聯鎖裝置。開車前必須做好空投試驗。空壓機運行中發現不正常的聲響、氣味、振動或發生故障,應立即停機檢查。

空壓機的所有防護聯鎖裝置和安全附件,在啟動前應進行檢查,并確認處于完好狀態,方可啟動。內壓縮流程(氧氣)的增壓機與主空壓機必須同步運行,增壓機與主空壓機間的聯鎖保護裝置應完善、可靠。

2.氧壓機

氧壓機的工質是純凈的氧氣,具有著火爆炸危險。氣缸溫度高,皮碗或密封件發生分解產生可燃氣體而與氧發生爆炸,因此要控制氧壓機各級排氣溫度不得超過允許值(160℃)。對于壓力比不正常的級要特別注意其溫升情況。由于氧氣在較高的排氣溫度下,對所接觸的機器零部件的氧化腐蝕作用大大增強,發生著火和爆炸的可能性也大大增加,所以必須隨時監控排氣溫度。一旦發現氧壓機的各級壓力比不正常,應及時停車,查明原因。

透平氧壓機軸密封必須完好,并保證軸封氣的壓力在規定值之內。經常檢查活塞式氧壓機油密封圈的密封效果,發現問題及時修復,嚴禁油被活塞桿帶入氣缸。

透平氧壓機宜設可熔探針或溫度探頭、自動快速氮氣滅火或其它滅火措施。

3.膨脹機

壓縮空氣通過膨脹機膨脹而降低溫度。透平膨脹機的轉速很高,導流器內的氣流速度也很大。如果在氣流中夾帶有少量的機械雜質或固體顆粒,會造成導流器和葉輪的磨損,甚至打壞葉片。為了防止事故發生,一般在透平膨脹機前設置有銅絲布的機前過濾器。通常使用帶壓力的密封氣,但要防止潤滑油進入膨脹機內。膨脹后氣體溫度應保持一定的過熱度,嚴格控制機后溫度保證氣體不液化。

4.制氧機

精餾塔的爆炸原因主要是液氧(或富氧液空)在蒸發過程中造成乙炔等危險物的濃縮、積聚或沉淀,組成了爆炸性混合物。乙炔在液氧中的溶解度極低,固態乙炔在無氧的情況下也可能發生爆炸,分解成碳和氫,并放出熱量。

冷凝蒸發器的爆炸部位,隨其結構型式不同而有所不同。一般易發生在液氧面分界處,以及個別液氧流動不暢的通道,也有發生在下部管板處或上頂蓋處。對輔助冷凝蒸發器,爆炸易發生在液氧接近蒸發完畢的下部。

除冷凝蒸發器外,在下塔液空進口下部、液空吸附器、上塔液空進口處的塔板、液氧排放管、液氧泵、切換式換熱器冷端的氧通道、輔助冷凝蒸發器后的乙炔分離器等其他部位也有可能發生爆炸。為防止液氧中乙炔的聚集,可從主冷凝器引出一部分液氧,把烴類從主冷凝器帶出一部分。宜連續抽取相當于氣氧產量1%的液氧再另行氣化。還應把主冷凝器液氧面提高,采取全浸操作,避免產生液氧干蒸發(在蒸發管出口不含液氧),防止碳氫化合物附在管壁上,以增加設備的安全性。在國產全低壓空分流程中目前已采用了這項措施。

5.氧氣儲罐區

液氧儲罐宜采用真空絕熱儲罐,儲罐液位在任何時候,均不得低于20%、高于95%;壓力控制在5～7kPa。保證呼吸閥完好,控制排液速度,防止罐內產生負壓,抽癟內膽。要防止外界熱量傳入時,液氧吸熱而汽化,壓力自然升高。為防止超壓,必須設置可靠的安全裝置;應定期測定低溫液體罐夾層的真空度,使其絕對壓力保持在1.36～6.8Pa之間。氧氣球罐的儲存壓力在3.0MPa左右,屬壓力容器,應按壓力容器進行管理。

6.液氧氣化器

要防止使用液氧氣化器時未氣化的液氧進入氧氣充裝系統,造成氣化增壓爆炸事故,在液氧氣化器的出口處應設有溫度過低報警液氧泵停車等安全聯鎖裝置,蒸發器出口的氧氣溫度應不低于0℃。水浴蒸發器水位,應不低于規定線。還應設水溫調節控制系統,水溫應保持在40℃以上。水浴蒸發器應定期對盤管進行查漏。空氣換熱液氧蒸發器,應嚴格控制液氧蒸發量。

氧氣設備檢修安全

在設備、管道上動火時,氧氣含量必須控制在23%以下;在生產區域或容器內動火時,應控制氧氣含量在19.5%～23%。在空分裝置周圍動火時,不準排放液氧、液空。暫停動火后,再次動火前,應重新取樣分析氧含量。如動火作業連續超過4h后,應重新取樣分析氧含量。氧氣容器、管道動火時除滿足以上條件外,必須進行可靠切斷。氧氣生產區域動火時應連續監控氧氣含量在上述規定范圍內。

與氧氣接觸的設備、閥門、管道和容器,進入空分裝置的空氣、氮氣管道及氮水預冷系統的水管等檢修時嚴禁被油脂污染。檢修后必須進行脫脂處理,確認脫脂合格后,方可投入生產。空分裝置用三氯乙烯等清洗劑脫脂時,應采取防護措施。空分裝置檢修清洗后,投產前應進行系統全面大加熱。

如發現冷箱內有泄漏時,需要扒珠光砂進行檢修。如果是氧泄漏,會使冷箱內的氧濃度增高,如果動火檢修就可能發生燃爆事故;如果泄漏的是氮,冷箱內氮濃度很高,可能造成窒息事故。因此,在進入冷箱作業前,一定要預先分析冷箱內的氧濃度是否在正常范圍內(19.5%～23.0%)。

此外,由于保冷箱內的珠光砂處于低溫狀態(-50～-80℃),在扒珠光砂時要注意采取防凍措施。同時要注意低溫珠光砂在空氣中會結露而變潮,影響下次裝填時的保冷性能。

扒珠光砂前,應緩慢并充分加熱冷箱內珠光砂,加熱時應打開冷箱頂人孔板,并嚴密監控冷箱內壓力。當冷箱內漏有低溫液體時,應制定專門的加溫及扒砂方案。應先利用圓形小口徑排砂孔,嚴禁直接使用方形人孔排砂;當冷箱高度大于40m時,應分層扒砂。扒砂過程中,泄砂口應緩慢、謹慎、分步打開,以防止“砂爆”發生。當冷箱上部存有珠光砂時,嚴禁操作人員從底部進入冷箱。

珠光砂是表觀密度很小的顆粒,很容易飛揚。會侵入五官,刺激喉部和眼睛,甚至經呼吸道吸入肺部。因此,在作業時要戴好防護面罩。珠光砂的流動性很好,密度比水小,人落入珠光砂層內將被淹沒而窒息,因此,在冷箱頂部人孔及裝料位置要全部裝上用8～10mm鋼筋焊制的方格形安全鐵柵,以防意外。扒、裝珠光砂時,應采取有效的勞動防護措施。充裝口和各層平臺人孔均必須設置安全防護柵網,扒裝現場應留有人員安全撤離的通道。用氮氣作氣源進行濃相輸送充裝珠光砂作業時,應嚴防氮氣窒息。

氧壓機與氧氣接觸部位檢修時,工具、吊具、工作服等嚴禁沾染油脂。檢修完畢后,與氧氣接觸部位應進行脫脂,用紫外線燈等方式檢查確認合格后,方可安裝或扣蓋。

透平膨脹機的密封氣調壓閥、密封氣管道系統應隨主機同時進行檢修調整,確保密封氣系統可靠,防止潤滑油進入透平端或增壓端。

氧氣事故應急救援

發生氧氣泄漏事故,要迅速將泄漏區人員撤離至上風處,并對泄漏污染區進行隔離,清除一切火源。對泄漏噴射出的氧氣打水稀釋,同時,合理通風,加速擴散。盡快切斷泄漏源。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,避免與可燃物或易燃物接觸,尤其要防止液氧沾染衣物燃燒或接觸皮膚凍傷;發生氧氣著火事故,立即打水使著火容器或設備冷卻,以防其受熱爆炸并急劇助長火勢。同時,應迅速切斷氣源,用水噴淋保護切斷氣源的人員;發生氧氣爆炸事故后,應立即切斷氣源。防止發生氧氣著火事故或氧氣大量泄漏事故的二次事故。如發生二次事故,應區分氧氣著火事故或氧氣泄漏事故,分別處理;發生氧氣中毒事故(當空氣中的氧氣濃度超過40%時,人就有可能發生氧中毒)要迅速將中毒人員撤離現場至空氣新鮮處,保持其呼吸道通暢。若中毒人員呼吸停止,應立即進行人工呼吸,必要時送醫院救治。

編輯韓 穎