空分装置危险性及处置注意事项

傅吉品，何俊霖(宁波市危险化学品应急救援研究中心，浙江 宁波 315000)

0 引言

随着工业突飞猛进式发展，工业上使用空分装置生产液氧、液氮等产品随之越来越多，与此同时，近年来国内因空分装置发生的安全事故相对频发，造成人员伤亡和经济损失，给社会带来负面影响。

1 空分装置简介

在现实生产活动中，用于进行空气分离的装置较多，不同的空分装置所使用的技术方法也不同，在实际生产活动中，根据生产目的对空分装置工艺技术进行选择。

1.1 工艺技术

现阶段我国主要空气分离技术有3种，即深冷法、膜分离法、吸附法，具体到工艺装置中，可能是这几种方法的组合。

(1)低温法(深冷法)。将过滤后的空气压缩、膨胀、降温，直到液化，然后利用氮、氧沸点的不同，沸点低的容易汽化这个特征，在分离塔内让相对温度高的蒸气与温度低的液体不断接触，利用低沸点的氮多蒸发，高沸点的氧多冷凝的原理，使塔上部蒸气氮含量不断提高，塔下部液体中的氧含量不断增大，实现氧、氮分离。通过低温液化空气再进行分离的方法目前在工业上应用最广泛。常见的低温法空分装置工艺如图1所示。

图1 常见的低温法空分装置工艺示意图

(2)变压吸附法。利用特定吸附剂(分子筛等)在一定压力下，对气体混合物中某些特定组分吸附能力的差异进行分离，通过吸附剂以及压力的转变，获得不同纯度等级的氮氧产品。

(3)膜分离法。通过气体扩散原理，利用一些有机聚合膜的潜在选择性，让空气通过透析膜，不同气体有不同的渗透率，以实现气体分离。

1.2 主要组成

采用深冷法的空分装置主要包括压缩机组、预冷和纯化、制冷和换热、精馏以及与产品相关的其他单元。

压缩系统：有自洁式空气过滤器、汽轮机、空压机、增压机、仪表压缩机等，用于空气压缩和增压空气压缩。原料空气压缩机用于为装置提供带压原料气，增压空气压缩机用于为装置提供膨胀及液氧气化的气源。

预冷和纯化系统：将压缩空气进行初步冷却，并去除空气中的水分和二氧化碳等杂质。主要设备有空冷塔、水冷塔、分子筛纯化器、冷却水泵等。

制冷换热系统：利用膨胀机制冷，由气体在膨胀机中等熵膨胀而制取冷量，用于精馏分离出不同气体。

精馏系统：不同气体沸点不同，通过在精馏塔上部和下部多次的热交换，即部分蒸发和部分冷凝来完成整个精馏过程，实现氮氧分离。

1.3 工艺流程

首先吸入空气进行过滤纯化，再通过低温分离和压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，经过低温精馏，根据不同沸点而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体。

2 空分装置危险性分析

2.1 火灾、爆炸危险

(1)火灾、化学性爆炸

①氧气。当空气中的氧浓度增加到25%及以上时，有火星就能引起活泼的燃烧反应，燃烧如果发生在容器、管道之中，则会使其温度、压力急剧上升，一旦得不到控制，势必会造成爆炸。同时，氧气泄漏导致氧含量偏高，使得在平时在空气中不易燃烧(氧指数高)的物质变的容易燃烧，大大增加火灾风险[4]。

②碳氢化合物和油脂。空气中含一定量的碳氢化合物(如乙炔、乙烯等)，它们的爆炸极限范围较宽，闪点较低，当这些物质遇上引爆源时，便会发生化学爆炸。另外，在液氧环境中，来源于空压机系统的润滑脂会与不饱和烃、氮氧化物和氧气的混合物在低温下起化学反应，生成其他灵敏度较高的可燃物。当这些可燃物在设备中积聚并遇上引爆源时，同样会发生化学爆炸[4]。

(2)物理性爆炸。空分装置中的空气压缩机组、增压透平膨胀机组等配套设施均为压力容器。如果压力容器承受的实际压力超过设计允许值，或者压力表、安全阀等部件失灵，那么均存在出现裂纹、破碎、甚至爆炸的危险[4]。

2.2 冷冻伤害

由于液氧、液氮、液氩等空分产品的沸点非常低，加之汽化时需要吸收大量的热，一旦输送这些产品的泵、阀门、管道及储罐等密封不严，设备出现裂纹或破碎，将发生泄漏事件，若喷洒到人员的身体上，不可避免的会造成冷冻伤害[5]。

2.3 窒息危害

(1)缺氧窒息。一旦分离出来的液氮、液氩等产品发生泄漏，会逐渐冲淡周围空气中的氧含量，使人吸入的气体中含氧量下降，当人呼吸的气体中，氧含量低于18%时，定为缺氧。轻则造成缺氧反应，使人呼吸量增大，脉搏加快；重则有可能造成窒息死亡[5]。

(2)机械性窒息。因空分装置冷箱内存有漏出的低温液体，打开人孔时，内外发生热量交换，装置内低温液体大量吸热急剧汽化，冷箱被撑破，珠光砂大量喷泄而出，埋住扒塔人员[5]。

2.4 中毒

为满足防爆要求，空分装置中与介质氧接触的零部件表面要求有很高的清洁度，必须进行脱脂清洗。清洗经常要用到三氯乙烯、四氯化碳等，这类物质具有一定的毒性，使用不当可能会发生中毒事故[5]。

3 事故处置

(1)整体评估。到场后，第一时间要对现场环境作一个整体评估，包括碳氢化合物、氧含量浓度等，需先进行通风置换，或事先做好相关安全措施，尤其是在受限空间，不能急于救人，以防窒息。

(2)明确重点。一旦发生火灾，要铺设水幕水带设置水幕分隔，重点保护压缩机和冷箱，否则一旦失去冷源和冷媒，整个关联设备将发生超温超压连锁爆炸事故。

(3)堵截蔓延。对气体(尤其是氧气)外泄，应在关闭控制阀，切断气体来源的同时，采用雾状射流形成水幕墙，防止气体向重要目标或危险源扩散。

(4)驱散稀释。在事故部位、单元之间对液氧四周铺设屏障水枪阵地，控制其扩散范围。利用水幕水带、雾状水、自摆炮等实施驱散、稀释或阻隔，抑制遇火闪爆等危险。

(5)送风吹扫。对于确定有或可能有窒息性气体聚集区域，必须清楚地作出标记，通过机械送风、吹扫等方式进行驱散。并避免人员在氧气浓度增高的区域内停留。严禁人员进入氮气(氩气)增浓区域。

(6)充氮置换。在破损空分装置的保冷箱内充以干燥氮气等密封气或其他方法，保持一定压力，既可排除湿气进入以防止氧的积累，又可加温珠光砂，使存储的液体汽化，减少存储量，从而减少喷砂量[2]。

4 注意事项

(1)切忌直接出水。如对已受损冷箱盲目出水冷却有可能造成冷箱内的低温液体加速挥发，或使冷箱爆炸倒塌，当火灾有蔓延危险时，应设立阵地进行堵截，保护冷箱不受热辐射威胁。

(2)严禁火源。当有易燃易爆气体，应对周围实施可燃气体浓度实时监测，并注意非防爆对讲机、手机等使用。不得穿着带有铁钉或任何钢质件的鞋子进入空分生产区，在充满氧气的环境中不得穿合成纤维衣物。

(3)防静电。当装置中液化的气体流速增高时，静电场的强度便迅速提高，且可能达到较高的电压而发生静电火花，形成火灾爆炸的引爆源。

(4)防冻、防爆、防窒息。针对空分产品的低温窒息性能，应穿戴好防冻服、低温手套、护目镜等，背好空呼，裤脚不要塞进鞋子内。针对液氧泄漏，注意防止爆燃。

(5)数据分析。在进低温操作室处置之前，应该先对冷箱含氧量做数据分析。如果其值低于19%，则必须佩戴好空气呼吸器或者长管式面具等隔离式面具，同时要在其他人员的监护下进行操作[3]。

(6)防机械伤害。空分装置机械设备运转时部件的外露部分(电机、联轴器等)，如若存在防护措施缺失，稍不注意可能导致衣物等缠绕其上，造成更为严重的伤害。

(7)区段加温。如若发生有人员被困冷箱内，在进入空分装置的保冷箱内施救被困人员前，必须经厂方技术人员评估，是否具备对有关区段进行加温条件，或在做好相关个人防护后方可进入[2]。

(8)注重洗消。人员在氧气浓度较高区域内长时间停留，则其衣着必被氧气所浸透，浸透氧的衣物极易着火并会迅速燃烧，应用空气进行彻底吹洗置换。

5 结语

总之，每一套空气分离设备及其相关设施的燃爆事故都有其自身的特殊性，但也有共同之处。因此，首先必须加强对空分装置安全设计，严格遵守国家法律法规的相关规定，落实各项安全措施。此外消防救援力量在处置此类事故时，一定要把握好共同重要节点，在厂方技术人员采取相关工艺处置的同时，有针对性地进行专业处置，最大程度减少事故造成的损失。