化工企業(yè)中空分裝置主冷安全操作技術(shù)的應(yīng)用

田旺暉

摘 要：冷凝蒸發(fā)器是精餾系統(tǒng)中必不可少的換熱設(shè)備，它關(guān)系到整個空分裝置的動力消耗和安全生產(chǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計，20世紀(jì)80年代空分裝置爆炸以主冷爆炸居多，20世紀(jì)90年代，似乎又到了主冷爆炸高發(fā)期，國內(nèi)外連續(xù)幾臺大型空分主冷爆炸損失慘重。1996 年3月，江西新余鋼鐵廠6000m2/h 空分主冷爆炸，空分塔報廢。1997年5月，遼寧撫順乙烯化工公司600m/h空分主冷爆炸，死亡4人。尤其是1997年12月圣誕之夜，馬來西亞賓特魯殼牌石油公司800m空分主冷爆炸設(shè)備全毀震驚世界，所以正確操作和維護(hù)冷凝蒸發(fā)器是空分裝置安全運(yùn)行保障。

關(guān)鍵詞：精餾;主冷;液氧面分界處;液空循環(huán)吸附器;液氧循環(huán)倍率;碳?xì)浠衔?上風(fēng)向

大中型空分裝置中O2、N2分離是通過上、下兩塔內(nèi)雙級精餾來實(shí)現(xiàn)的，上下塔是系統(tǒng)氣液精餾關(guān)鍵設(shè)備，精餾過程必須有上升蒸汽和下流液體，而主冷凝蒸發(fā)器是下塔頂部上升的氮?dú)夂蜕纤撞炕亓飨聛淼囊貉踹M(jìn)行熱量交換的場所，是上下塔紐帶。液氧來自上塔底部，在冷凝蒸發(fā)器內(nèi)吸收熱量蒸發(fā)成氣氧，氣氮來自下塔上部，在冷凝器內(nèi)放出熱量冷凝成液氮供上下塔作為回流液“冷凝蒸發(fā)器”簡稱主冷。它關(guān)系到整個裝置動力消耗和生產(chǎn)安全，其爆炸部位一般易發(fā)生在液氧面分界處、個別液體流動不暢的通道或在下部管板處或上頂處，其原因均有液氧（或富氧液空）存在，并在蒸發(fā)過程中造成危險物濃縮積聚，組成爆炸性混合物，在一定條件下引發(fā)爆炸。從燃爆三要素看主冷液氧是強(qiáng)氧化劑，液氧中微量臭氧和氮的氧化物也是較強(qiáng)的氧化劑，這種化學(xué)敏感性較強(qiáng)物質(zhì)存在，增加了主冷爆炸敏感性;進(jìn)入液氧中的微量油脂及C2H2等碳?xì)浠衔镌谝貉踔械姆e聚構(gòu)成了可燃物;C2H2、CO2、分子篩粉末等固體雜質(zhì)微粒的機(jī)械撞擊、靜電及壓力脈沖等激發(fā)能量構(gòu)成點(diǎn)火源?？刹扇〈胧┍苊庵骼浔L(fēng)險。安全技術(shù)控制經(jīng)驗(yàn)如下，供同行借鑒參考。

一、根據(jù)風(fēng)向玫瑰圖，空分裝置應(yīng)布置在工廠常年上風(fēng)向，選碳?xì)浠衔锖可?、空氣質(zhì)量穩(wěn)定的進(jìn)口位置，避免其他裝置排放有害氣體、煙塵污染原料，從源頭遠(yuǎn)離有害氣體源。要考慮風(fēng)向和非正常環(huán)境改變，增強(qiáng)大氣質(zhì)量監(jiān)測頻率，設(shè)風(fēng)向標(biāo)變化及時分析，有害物質(zhì)含量超標(biāo)時采取加大氧氣取出量或液氧排放量等措施。

二、降低固體雜質(zhì)微粒進(jìn)入系統(tǒng)幾率，防止碳?xì)浠衔锏确e聚析出，避免機(jī)械撞擊。固體微粒懸浮液氧液面，易摩擦靜電打火爆炸。（1）定期更換空氣過濾器濾芯加強(qiáng)維護(hù)，沙地邊緣揚(yáng)塵較多可在過濾器人口增設(shè)無紡布遮擋降低負(fù)荷。（2）加大分子篩前后空氣中固體微粒監(jiān)測頻率，嚴(yán)防分子篩老化。（3）檢修時仔細(xì)檢查噴淋冷卻塔，避免偏流對空氣洗滌效果下降。（4）空分裝置定期大加溫，除去積聚在熱交換器和精餾塔內(nèi)的C2H2、CO2及碳?xì)浠衔?、N2O等固體雜質(zhì)微粒。（5）嚴(yán)格主冷分析，避免油脂及各碳?xì)浠衔锏姆e聚析出。固態(tài)C2H2在液氧中爆炸敏感性極高，甚至比液氧的可爆性還高18倍。（6）在環(huán)境惡化中內(nèi)壓縮流程裝置可設(shè)置液氧或液空循環(huán)吸附器（7）在線連續(xù)分析與離線定時監(jiān)測結(jié)合。定期手動分析校驗(yàn)在線分析儀表，使其靈敏可靠保障安全。

四、避免油脂進(jìn)入精餾系統(tǒng)。避免空壓機(jī)組及膨脹機(jī)組附著潤滑脂，這些油脂進(jìn)入主冷非常危險，進(jìn)入分子篩也會污染吸附劑影響C2H2吸附。（1）空壓機(jī)軸封采用機(jī)械迷宮密封。（2）軸封氣入口均設(shè)自力式壓力調(diào)節(jié)閥，避免軸封氣壓力過高將油脂推到工藝氣體中。（3）空壓機(jī)設(shè)置自保聯(lián)鎖和在線振動監(jiān)測系統(tǒng)，可隨時記錄觸發(fā)聯(lián)鎖點(diǎn)確?？諌簷C(jī)正常運(yùn)行，防止因頻繁開停機(jī)而將油脂帶入系統(tǒng)。（4）裝置長時間運(yùn)轉(zhuǎn)時應(yīng)對精餾塔、液氧循環(huán)系統(tǒng)清洗脫脂，主冷單元應(yīng)浸泡8h，清洗后用足夠壓力的無油空氣徹底吹掃再充分加溫干燥。

五、避免有害物質(zhì)進(jìn)入，空氣凈化要盡量脫除水分、CO?、碳?xì)浠衔铩⒐腆w微粒，避免堵塞換熱器通道出現(xiàn)“干蒸發(fā)”“死端沸騰”現(xiàn)象。（1）制造安裝過程清潔。（2）試車前吹掃避免雜質(zhì)進(jìn)入。（3）定時檢查分子篩再生曲線，確保吸附正常。（4）定期檢查空冷塔液位聯(lián)鎖防止除沫器異?；蚩諌簷C(jī)壓力波動造成空氣帶水。（5）每天循環(huán)水質(zhì)分析避免油、酸或烴類物質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)。（6）監(jiān)測空冷塔空氣溫度，減少空氣含濕量，降低分子篩負(fù)荷提高對烴類和CO?吸附能力。（7）定期校對CO?在線檢測儀和露點(diǎn)儀避免超標(biāo)。（8）定期停車大加溫吹掃。

六、全浸式主冷操作。從氧通道流動來看，板式主冷單元已構(gòu)成液氧自循環(huán)回路。熱負(fù)荷一定時，液氧面越高通道內(nèi)液氧循環(huán)倍率越大，即液氧對通道壁面沖刷能力越好，C2H2等烴類不易在壁面析出。CO?、分子篩粉末等顆粒也不易堵塞通道。流動越好傳熱系數(shù)越大。液面提高后通道內(nèi)流速加快，不斷沖刷壁面氣泡提高蒸發(fā)器傳熱系數(shù)，但對熱負(fù)荷不利。（1）保持一定主冷液面高度，可稀釋液氧中C2H2含量，C2H2在液氧中極易析出。（2）液氧中CnHm增多時可增加制冷量提高主冷液面，加大氧氣外送量或液氧排放等措施，降低CnHm濃度。（3）控制膨脹量使主冷液面略上升避免液面波動。（4）膜式主冷不宜全浸操作。

七、其他措施。（1）定期檢查空分防雷、靜電接地法蘭跨接。CO2微粒達(dá)（200～300）×10pm時產(chǎn)生靜電壓達(dá)3kV。液氧單位電阻較大易產(chǎn)生靜電，不接地時可產(chǎn)生數(shù)千伏靜電壓，接地阻抗<10歐。（2）緩慢進(jìn)行系統(tǒng)和管道升壓、加熱操作，避免壓力脈沖產(chǎn)生激發(fā)能源。（3）嚴(yán)格工藝標(biāo)準(zhǔn)操作。板式換熱器溫度控制、主冷液面穩(wěn)定、有害物質(zhì)監(jiān)測等（4）加強(qiáng)崗位實(shí)踐培訓(xùn)，健全管理制度。定期事故處置演練，牢記危險因素增強(qiáng)意識。（5）若液氧中CnHm不超標(biāo)而發(fā)生爆炸，主要是由于冷凝蒸發(fā)器的選擇、設(shè)計缺陷。若因某些通道堵塞、操作不當(dāng)，造成液氧局部流動性不好，產(chǎn)生C2H2局部濃縮而發(fā)生爆炸。液氧通過蒸發(fā)器時控制蒸發(fā)量，即內(nèi)循環(huán)倍率>5，不要過多減少溫差（6）高氧區(qū)材質(zhì)不宜用鋁，用銅，如上塔接近主冷處填料層。

空分裝置主冷防爆是安全生產(chǎn)關(guān)鍵，要控制液氧中碳?xì)浠衔锛坝椭?、N2O含量，其次嚴(yán)格控制引爆源、堵塞組份及監(jiān)測措施?？v觀以往主冷爆炸事故，無一不違反上述有關(guān)措施。本文所述主冷爆炸機(jī)理與防爆措施較簡要，略嫌粗糙有待深入研究。