空分装置冷箱泄漏的原因与处理措施

康庆元(神华榆林能源化工有限公司，陕西 神木 719399)

0 引言

空分装置是一种气体生产设备，可在多种领域中应用，该装置的结构比较复杂，当发生了泄漏问题的时候会影响其使用性能，甚至造成安全问题。由于空分装置涉及到了碳氢化合物以及液氧、液氮、惰性气体等，需要重视装置的运行状态，避免其产生爆炸的情况。需要对其情况进行全面了解，分析产生泄漏的原因，采取有效的措施进行处理。文章结合某厂空分装置冷箱的泄漏问题进行研究。

1 空分装置及冷箱概述

空分装置是一种大型的气体生产设备，可用于生产氧气、氮气以及液氧、液氮、液氩等产品，在电子、石油、化工以及钢铁等生产领域中发挥了重要的作用。空分装置的构成较为复杂，其中包括了压缩系统、净化系统、制冷系统以及热交换系统、精馏系统等多个系统。空分装置的工艺较为复杂，生产具有连续性，外部管网的下游用户对氧气的需求有着不均衡性的特点，因此空分装置设计的产量及氧气需求量之间存在着矛盾问题。在当前的钢铁及化工领域中，气体放散的情况比较常见，这造成了能源的浪费。空分装置的内部体系包括了多个部分，当装置内产生了损坏或者故障等问题，会影响装置的运行，还容易造成安全问题。冷箱是空分装置中的重要设备，内置有板翅式换热器、冷凝蒸发器以及仪表、控制阀门等，是具有较多安全隐患的设备。冷箱的主冷防爆属于其中的重要环节，作为空分装置整体结构中最大的设备安全隐患，当产生了主冷爆炸会造成严重的后果。

2 冷箱泄漏现象及判断依据

某公司使用的制氧量为15000m3/h的内压缩空分装置可为下游乙炔装置提供氧气，还可用于输送空气。在一次检查中发现在冷箱壁上产生了结冰的情况，冷箱密封气压力相比之前有所提升。首先对冷箱中的密封氧气含量以及呼吸阀进行分析，发现冷箱内密封气氧含量约为25%，氩含量约为1.5%。冷箱基础温度在0℃以上，没有产生明显的变化，同时也不存在呼吸阀跑砂或者冷箱壁变形等问题。其次，需要对泄漏位置情况进行分析，通过对泄漏位置的了解，判断在粗氩塔顶部的出口部分以及回流液管道连接部分产生了泄漏，产生的介质为富氧粗氩气，经过风险分析之后制定了应急预案。

3 冷箱泄漏风险问题

第一种风险为低温冻裂，当低温气体泄漏冲刷到了冷箱壁，可能会导致冻裂的问题。当低温液体泄漏，液体会顺着珠光砂下流到冷箱的基础上，造成温度降低的情况，液体还会向其他位置流去，带来不良的影响。第二种风险为富氧危险，当泄漏的介质为气氧或者富氧的时候，会使冷箱中的氧含量增加，富氧区域遇到了明火或者静电的时候会产生保障。第三种风险为冷箱超压，泄漏的液体在流动的过程中会受热气化，造成冷箱压力升高的情况，还会引起超压喷砂的问题，使冷箱产生裂缝。第四种风险为冷箱砂爆，当液体泄漏量增多，珠光砂中会积聚较多的低温液体，同时由于其传热效果弱，不能迅速气化，而在遇到了热源的时候，会迅速膨胀，导致冷箱内压力升高，呼吸阀泄压不及时，造成爆炸的后果。第五种为珠光砂冲刷，在泄漏介质流动的时候，珠光砂被带动产生了气锯，对周围的管道产生了影响。同时，珠光砂进入了设备内部之后，会导致管道堵塞的情况，还会使换热器受到影响。

4 冷箱泄漏风险控制及处理措施

4.1 预防冷箱富氧

冷箱中的污氮气改为纯氮气，减少冷箱密封气含盐量，将其控制在适当范围之内，还应在提升冷箱密封气的氮、氧等含量分析频率，通过分析了解其中的含氧量情况，详细进行记录。当发现氧含量出现了异常的时候，需要加大分析的频率，可在泄漏点周围开孔进行取样分析，能够更好地判断泄漏问题。

4.2 预防冷箱超压

结合实际情况分析，可将冷箱呼吸阀打开，便于冷箱泄压，并且检查冷箱呼吸阀的情况，保证其正常。应对冷箱密封气充入量进行控制，使压力能够维持在标准范围中，避免压力过大而导致不良的影响，还应避免呼吸阀起跳喷砂的情况，同时防止内部产生负压而吸入潮湿空气。在冻裂问题的预防中，可向冷箱中充入一定量的热氮气，将冷气置换，使用低压蒸汽吹扫冷箱结冰位置，并且对冷箱壁情况进行观察，避免其产生冻裂等问题。

4.3 开展冷箱巡检监控工作

在检查中，需要安排人员分成小组，对冷箱的情况进行了解，还应监测冷箱结霜情况的变化，使用测温枪来监测冷箱结冰位置的温度，并且进行记录。当发现冷箱结霜的情况加剧的时候，或者冷箱的钢板产生了冻裂的问题，需要及时报告。其次，主控加强对冷箱参数的检查，将上塔的压力进行有效控制，关注冷箱的基础温度以及密封气压力等，明确冷箱的实际情况。当冷箱密封气压力上涨的时候，超出了标准范围的情况下，基础温度突然降低，冷箱密封气中的氧含量增大，都需要立即进行报告。

4.4 预防冷箱液体泄漏

当发现了有液体泄漏的时候，应减小冷箱的密封气，避免液体出现快速蒸发的现象导致压力升高而造成爆炸。应避免液体在冷箱内积累的情况，当产生了液体积累现象的时候，需要停车处理。同时应避免冷箱中的氧含量高的情况，为了有效防止静电或者明火等带来影响，需要将冷箱周围的电源切断，在周围一定距离之内不应有明火。在实施了预防措施之后，冷箱密封气压力保持稳定，冷箱壁没有产生结冰面积扩大以及冻裂等问题的时候，可使风险得到控制。

5 空分装置冷箱防爆要求

5.1 减少CO2进冷箱量

由于CO2容易对冷箱的换热器液氧蒸发管道造成堵塞影响，产生乙炔等碳氢化合物局部压缩爆炸的问题，同时，CO2对有害杂质有着较强的吸附作用，比较危险，需要对其含量进行分析，通过在线分析功能能够了解其浓度。当含量升高的时候，需要及时停机处理，对原因进行全面分析。处理的时候，可对可换热器温度进行控制，减少CO2的带入量，同时关注分子筛对CO2的吸附情况。

5.2 对分子筛的运行情况进行监控

结合吸附后的空气中的CO2含量进行分析，保证空气中的乙炔等碳氢化合物被吸附。当纯化的空气达不到标准的时候，需要及时判断原因，采取有效措施。当再生的时间及气量一定的时候，可调节入口的空气温度及压力来达到预防的效果。具体操作为调整空气流量及温度，缩短吸附的时间，提升再生气量，停车并且更换分子筛，可由工程师来缩短时间。

5.3 分析主冷液氧中的碳氢化合物

大气中的乙炔及碳氢化合物在变化的时候需要借助在线分析仪器进行监控，通过检测冷凝蒸发器液氧中的乙炔等含量，将结果记录下来，可掌握其中碳氢化合物情况。主冷液氧的乙炔含量通常低于0.01ppm，当含量超出标准范围的时候会产生爆炸。乙炔含量过高的时候，需要及时采取措施将排液量加大，还应加大膨胀量，保持液面，并且分析冷凝蒸发器中的液氧。乙炔属于一种不饱和性质的碳氢化合物，有着较为显著的化学性，固体形态下在无氧情况下也会产生爆炸。因此，需要对碳氢化合物的含量进行密切关注，使其能够控制在允许的范围中。

6 空分装置使用的安全预防建议

6.1 加强危险应急处理效果

在当前的各个工业领域中，发生了安全事故的时候，需要将人群撤离，之后应由专业的人员开展事故抢险工作，将危险源以及故障源排除，还应鼓励现场的人员在保证自身安全的情况下，通过专业人员指导来协助事故抢险，将危险因素进行有效的控制。在空气分离领域中，也应利用专业的应急处理方式进行处理，还应培训工作人员专业的技术能力，使其能够在处理问题的时候具有快速的反应能力，还能进行自救及逃生。当产生了火灾或者气体泄漏等情况的时候，应保证人员的安全，减少事故造成的影响，为空分装置的使用带来了有效的保障。

6.2 进行事故预案演练

空分装置运营机构需要定期开展消防预案演练，对突发情况进行模拟，使人员能够掌握空分装置运行中的紧急情况处理方式，加强人员在处理紧急情况时候的组织能力。安全人员需要制定紧急预案，对事故进行检验和预防，避免安全问题的产生，还应将制定完成的安全预防措施进行改善。通过对空分装置运行人员进行教育，使其在演练的时候加强自己的安全意识，能够更好地控制风险问题。在预案制定过程中，需要对没有发生的事故进行预想，将处理方案提出，在事故产生的时候，能够更好地进行应对，根据程序进行操作。

7 结语

空分装置冷箱泄漏问题存在着较大的安全隐患，在实际的管理中需要重视对冷箱设备的管理。为了避免空分装置冷箱使用问题产生，应加强预防，通过对泄漏问题的预防以及爆炸的预防能够使装置使用得到保障。可减少CO2进冷箱量，对分子筛的运行情况进行监控，并且分析主冷液氧中的碳氢化合物，及时发现异常的情况，有效地进行处理，减少冷箱安全问题产生的影响。