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觸目驚心的空分裝置爆炸事故盤點，爆炸原因分析及管控措施
2019-12-10
國內外空分裝置爆炸事故一覽
1961年1月4日，前聯邦德國一臺4000m3/h空分設備空分塔發生爆炸,死亡15人,設備與建筑物損壞嚴重。
1973年11月23日，鞍鋼氧氣廠3350m3/h空分裝置發生典型的塔外惡性爆炸,又引起塔內空分基礎爆炸,設備多處被炸毀,檢修半年才恢復生產。
1986年7月27日，燕山石化公司前進化工廠3200m3/h空分設備一聲巨響后,整套設備成為一堆廢墟。
1992年11月1日，蘭州石油化工機器廠氧氣站150m3/h空分塔發生爆炸,造成一人死亡,空分塔報廢。
1993年7月25日，甘肅金川有色金屬公司150m3/h空分塔主冷凝蒸發器發生粉碎性爆炸,當場炸死一人,空分塔報廢。
1996年3月2日，江西新余鋼鐵廠6000m3/h空分設備在未發現異常征兆的情況下,板翅式主冷凝蒸發器突然發生爆炸,設備損壞嚴重,爆炸沖擊波將周圍建筑物玻璃震碎。
1996年7月18日，哈爾濱氣化廠空分分廠10000m3/h空分設備主冷發生爆炸,主冷和上塔報廢。
1997年5月16日，遼寧撫順乙烯化工廠6000m3/h空分塔發生惡性爆炸,設備、廠房均遭嚴重毀壞,4人死亡、4人重傷、27人輕傷。
1997年12月25日，馬來西亞賓突魯殼牌石油公司一套81760m3/h空分設備發生惡性爆炸。爆炸始于主冷凝蒸發器,并擴大到塔身;下塔壓入地內;上塔和主冷被炸飛到750米以外;5千米內窗框玻璃震碎,飛出的金屬擊破石油和煤油儲罐而引發大火。
2000年8月21日，江西萍鄉鋼鐵公司制氧廠1500m3/h空分裝置檢修現場發生燃爆事故,造成22人死亡、7人重傷、17人輕傷。
2003年7月7日，上海中遠化工有限公司10000m3/h空分設備正準備吊裝上塔和粗氬塔上段時,一聲巨響,粗氬塔下段上封口二層塑料彩條布被氣浪撕得粉碎。
2003年8月22日，馬鞍山鋼鐵公司氧氣廠20000m3/h空分設備安裝時發生爆燃,人被彈出,并35%燒傷,經搶救脫險。
2003年9月17日，湖南冷水江鋼鐵公司10000m3/h空分設備在安裝時,一股氣噴爆出來,焊工被擊出跌落平臺,搶救無效死亡。
2017年4月10日，神華400萬噸煤制油發生空分泄漏事故
2019年7月19日下午5點45分，河南省三門峽市河南能源化工集團義馬氣化廠C套空分裝置發生爆炸。爆炸事故造成15人死亡、15重傷，256人入院治療。
近些年，隨著空分設備大型化，空分設備的爆炸能量也越來越大，空分設備從爆炸原理上可分為物理爆炸和化學爆炸?；瘜W爆炸造成的危害大于物理爆炸造成的危害。
空分設備物理爆炸發生原因為：
1、存有低溫液體的分餾塔內進入大量高溫氣體，低溫液體急劇汽化，造成分餾塔內壓力升高，安全閥卸壓速度慢，空分塔發生變形破裂。
2、空分冷箱內存有低溫液體的分餾塔外裝滿數千立方保溫材料珠光砂，分餾塔發生漏液故障，珠光砂內就會存有大量低溫液體，遇到高溫氣體，低溫液體急劇蒸發，把空分冷箱撐破，珠光砂大量噴到周圍，專業術語稱為砂爆或液爆。
空分設備化學爆炸發生原因為：
1、1%液氧排放不及時，液氧中碳氫化合物積聚，達到超標，液氧中的總碳氫化合物，尤其是乙炔，會發生超標反應，造成化學爆炸。液氧中乙炔超過0.5PPm或者碳氫化合物總含量超過300PPm，就有可能發生自燃爆炸。
2、膨脹機密封氣管道堵塞，膨脹機軸承潤滑油經過油封滲入到空氣側，被膨脹空氣帶入上塔，造成上塔底部主冷液氧中總碳氫化合物含量超標。
3、分子篩后二氧化碳分析儀失靈，并且分子篩發生超期使用，超溫使用，再生不足，進入游離水，進油中毒等原因，不能完全吸附二氧化碳、總碳氫化合物等，碳氫化合物穿過分子篩進入分餾塔內，造成下塔底部液空和上塔底部主冷液氧總碳氫化合物含量超標。
4、對于自由端軸承在吸風管內的空壓機來說，自由端軸承密封氣管斷開或堵塞，吸風管內產生的負壓會把軸承內的、潤滑油吸入空氣中，造成分子篩中毒，空氣中的總碳氫化合物會穿過分子篩，進入分餾塔內，造成下塔底部液空和上塔底部主冷液氧總碳氫化合物含量超標。
5、由于化工廠或化工車輛放散口在空壓機吸風口附近放散雜環烴1#、雜環烴2#、粗酚、輕粗苯、硫磺、硫酸銨等化產氣體，空氣含有大量的總碳氫化合物?？諌簷C吸入總碳氫化合物含量高的空氣，會造成總碳氫化合物會穿過分子篩，進入分餾塔內，造成下塔底部液空和上塔底部主冷液氧總碳氫化合物含量超標。
針對以上各種危險因素，制氧應制定相應的管控措施：
1、操作空分塔進塔閥門必須緩慢，熱空氣進塔速度根據壓力變化逐步調整。停車后，一定要將進主換熱器閥門關閉。
2、發生塔內漏液故障后，應及時停車，打開塔頂裝沙口卸冷箱壓。漏液情況嚴重時，疏散周圍人群，避免被珠光砂掩埋窒息。
3、1%液氧排放量應該根據化驗指標適時加大，總碳氫化合物分析儀應該定期效驗，確保數據準確。
4、膨脹機密封氣應該多加關注，避免檢修狀態下進入濕空氣，造成結冰堵塞。
5、分子篩后二氧化碳分析儀應該定期效驗，確保數據靈敏準確。分子篩嚴禁發生超期使用，超溫使用，再生不足，進入游離水，進油中毒等事故。一旦發生分子篩后二氧化碳超標現象，立即停止空分設備運行，再生分子篩。
6、自由端軸承密封氣管必須暢通，檢修設備不得拆除或者碰斷。
7、空壓機吸入口附近或西風室內不得有汽油、油漆、橡膠水等易揮發性化工產品存在，不得有化工產品車輛在壓機吸入口附近停留或放散?？諌簷C吸入口附近一旦發生化工產品泄漏，空分設備立即停車，清除干凈泄漏的化工產品后，方可開啟空分設備。
危險因素
空分設備外部危險因素
雷電
雷電現象是大自然中常見的自然現象之一，由于雷電的發生具有不確定性、瞬時性和強放電性，因此能給各用電設備造成嚴重的影響，對空分設備的正常生產和安全運行構成嚴重威脅。雷擊能夠造成電網波動或供電中斷。這將造成動力設備如壓縮機、泵等的停運或損壞；油泵停運，極易造成高速運轉的膨脹機的軸承由于得不到強制潤滑而出現故障，甚至燒瓦的事故；壓縮機的停運，導致向精餾塔輸送的原料空氣中斷，造成嚴重后果；雷擊能造成分子篩的電感式直流接近開關損壞，造成分子篩電加熱器因連鎖而無法啟動；雷擊還能夠造成空分裝置電子電氣設備損壞，中控控制系統癱瘓，隨即空分設備停車，導致后序生產的停止，嚴重時能造成難以預料的事故，后果不堪設想。
油品
空分設備主要使用透平油和潤滑油。透平油閃點 ( 開口) ≥195℃，屬于丙類火災危險性可燃液體，增壓透平膨脹機透平油管，一旦輸油管道發生泄漏，遇高熱或明火，會引 起火災、爆炸；潤滑油閃點( 開口) ≥230℃，屬于丙類火災危險性的可燃液體，輸油管道一旦發生泄漏，遇到高熱或明火，也會引起火災、爆炸。
空分設備內部危險因素
化學性爆炸危險因素
從大多數空分設備爆炸實例的分析來看, 以化學性爆炸居多。形成化學性爆炸的主要因素有三個方面：一是可燃物，二是助燃物，三是引爆源。因此，空分設備內部危險因 素可以劃分到上述三個方面中。
可燃物
在空分設備中，可燃物主要是碳氫化合物或油分等爆炸危險雜質。原料空氣中含有一定量的碳氫化合物，它們的閃點都非常低，爆炸極限較寬，生產過程中碳氧化合物在空分裝置內過量積聚，如果有引爆源存在的情況下，很容易引起爆炸。大量研究表明，在空分設備有害雜質中，乙炔是形成爆炸的最主要因素。當活塞式空壓機和膨脹機的潤滑油用量過多時，可能有部分油滴或油霧隨壓縮空氣進入精餾塔。普通潤滑油在壓力7MPa、溫度高于 150℃時，很容易裂解為輕餾分，其沸點比原潤滑油低很多，極易氣化混入氧氣中?？辗衷O備檢修后，也容易遺留油污在設備內。
助燃物
氧氣和液氧是助燃物質，為乙類火災危險性物質，是可燃物燃燒爆炸的基本要素之一，能氧化大多數活性物質，與易燃物如乙炔、甲烷等形成有爆炸性的混合物。液氧是空分設備發生化學性爆炸的助燃物?？辗衷O備中可燃物的濃度達到爆炸條件時，助燃物液氧或氣氧，在引爆源存在的情況下，極易發生化學性爆炸，液氧是空分設備化學性爆炸必不可少的條件之一，但同時也是該生產設備的主要產品之一。因此，空分設備化學性防爆問題就主要在可燃物和引爆源上。
引爆源
引爆源主要有：爆炸性雜質固體微粒相互摩擦或與器壁摩擦；靜電放電；氣波沖擊、流體沖擊或汽蝕現象引起的壓力脈沖，造成局部壓力高而使溫度升高；化學活性特別強的物質存在，使液氧中可燃物質混合物的爆炸敏感性增大。以下幾種雜質危險因素能夠制造引爆源。
二氧化碳
當液氧中含有少量冰粒、固體二氧化碳時，會產生靜電荷，如果二氧化碳的含量提 高到200-300*10 4％，所產生的靜電位可達到3000V。同時，固體二氧化碳能夠堵塞液氧通道而導致“死端沸騰”，從而使得液氧中的碳氧化合物濃度不斷提高，在達到爆炸濃度后，一旦有引爆源存在即會產生爆炸。造成C02含量高的主要原因有：分子篩因長期使用下沉或氣流沖擊而粉碎，分子篩吸附器吸附床層出現空隙，氣流短路；分子篩對特定氣體有很強的吸附能力，但它有一個合適溫度工作區，進氣溫度超出這個工作區，會導致分子篩對 C02吸附能力下降。
氧化亞氮
氧化亞氮不屬于易燃易爆組分，僅有氧化亞氮的存在不會引發重大安全事故，但它沸點高、揮發度低、溶解度小，屬于堵塞組分，一旦在主冷中由于某種原因氧化亞氮以固體狀態析出后，極易形成“干蒸發”或“死端沸騰”而造成碳氫化合物的聚集，在達到爆炸濃度后，一旦有引爆源存在即會產生爆炸。常用吸附劑( 氧化鋁、分子篩和硅膠 )對氧化亞氮僅能部分吸附。
液態臭氧
液態臭氧 (O3) 是一種深藍色的液體， 屬于化學特性比較強的物質， 在通常條件下， 該液體氣化、分解，使氧的分壓急劇增大，增大了液氧中可燃物質混合物的爆炸敏感性，在爆發率為 100％時，引爆所需能量一般下降30％～ 45％。在生產過程中，液氧通過空分塔閥門時，長時間受到摩擦和氣流沖擊，在產生的靜電作用的條件下，能夠使少部分 液氧變成液態臭氧。
固體粉塵
固體粉塵對空分設備安全生產的危害性極大。輕者堵塞換熱器通道， 降低傳熱效率，堵塞精餾塔塔板，降低產品純度和產量；重則堵塞主冷板式氧通道，加速液氧中烴類雜質的濃縮和其他有害雜質在液氧中的積聚；它是一種靜電放電引爆源， 會引發主冷爆炸。固體粉塵主要來源于以下幾方面：
空氣過濾器未將大氣中的粉塵過濾干凈，使其隨空氣進入空分塔；空分設備加熱系 統干燥器的鋁膠粉末隨空氣進入空分塔；硅膠吸附器產生的粉末隨液空和液氧進入上塔和主冷；空分塔內鋁合金管道或容器因腐蝕和老化產生的氧化鋁粉末進入主冷空分設備；在制造、安裝和檢修時不小心，很可能使灰塵、金屬粉末或珠光砂進入容器或管道，最 終進入主冷。
物理性爆炸危險因素
根據《壓力容器安全技術監察規程》附件一，壓力容器的設計壓力(p) 分為低壓、中壓、高壓、超高壓 4個壓力等級，具體劃分如下：低壓0．1 Mpa≤P<1．6 MPa，中壓 1．6Mpa≤P<10MP，a 高壓 10 Mpa≤P<100 MPa，超高壓 p>100 MPa?？辗衷O備中，很多裝置的最 高工作壓力都會處在高壓段，如果這些裝置的壓力超過設計允許值或壓力表失靈，均存在著裂紋、破碎、爆炸的危險。另外，輸氣壓力管道也會存在類似的危險。
空壓機的危險因素
空壓機危險因素的主要表現
1、用油潤滑空壓機的危險因素
早期的空分設備選用活塞式壓縮機，氣缸用機械油潤滑?？諌簷C汽缸油在高溫下很容易產生結碳，使空氣排出管道有效流通直徑逐漸縮小，流速不斷加大，當流速超過極限時，氣流摩擦所產生的能量點燃結碳，會導致管道爆炸。
空壓機的氣缸油或輕餾分隨氣流帶入分子篩純化器，會引起分子篩中毒，吸附能力降低，二氧化碳吸附不徹底。不僅堵塞板翅式換熱器，影響運行周期，還會使液氧中二氧化碳增加，逐漸析出成冰狀固體與冷凝蒸發器內壁摩擦，產生靜電。
2、軸位超標的危害因素
正常情況運行下，離心式壓縮機轉子葉輪兩側的軸向力是互相抵消的，不平衡的部分由平衡盤來減小軸向推動，剩余部分由止推軸承來承擔。當軸向力增加，或止推軸承受損等因素，都會導致軸位移嚴重偏離。
危險因素的防范措施
加強空分設備的管理
定期清洗
運轉2年或更長時間時， 應對精餾塔及液氧循環系統進行清洗脫脂，主冷單元應浸泡8 h ，清洗后用足夠壓力的空氣徹底吹除，而后充分加溫干燥。
防止靜電積聚及雷擊液氧的單位電阻較大，易于產生靜電，在不接地情況下可產生數千伏的靜電電壓，同時雷擊對空分設備也有很大的威脅，所以要定期對空分裝置進行接地檢查。
防止油的進入
若油被帶入空分裝置，會污染吸附劑，影響對乙炔的吸附，所以應取消易使空氣帶油的羅茨風機，加強膨脹機的檢修和維護。
加強電石渣的管理
電石渣中剩余乙炔對空氣污染很大，特別是下雨天更為嚴重，應嚴格管理，遠遠埋于地下。
加強操作、維護、管理
對于清除有害雜質的環節要認真；監測用的儀器、儀表要定期校驗；超周期運行要慎重，要及時停車加熱吹除；嚴格遵守工藝紀律， 杜絕違章作業，嚴格執行“四不放過”。
加強設備前端的凈化
加強原料空氣質量控制
氧氣生產區應常年在上風向，距乙炔發生站300m以上，遠離有害氣體源，加強原料空氣質量控制，一旦污染嚴重，要采取相應措施。
清除有害物質，防止碳氫化合物等積聚
充分發揮液空液氧吸附器清除有害雜質的作用，嚴格按期倒換吸附器和控制加熱再生溫度，提高吸附效率；從主冷中排放1％的產品液氧，清除碳氫化合物；定期對空分進行大加溫，以除去積聚在熱交換器和精餾塔內殘留的二氧化碳及碳氧化合物雜質；液氧泵長期投入運行，采用分子篩吸附的，氧化亞氮吸附效果不好，可在分子篩吸附器內加一層 5A分子篩。
建立完善的監測體系及報警系統
采用高、精、尖檢測儀表，實現空分氣源及設備內有害雜質的在線和離線監測，監 測對象包括：乙炔、甲烷、總碳、二氧化碳、氧化亞氮等有害物質?？辗衷O備安裝相應 報警系統，若環境惡化時， 能夠啟動預警系統和有效措施， 把有害物質控制在標準之內。對潤滑油的油脂質量及含量進行監測，保證有足夠黏度和穩定性，確?？諌簷C出口空氣 不帶油。
結論
空分設備危險因素眾多，“隱患險于明火，防范勝于救災”，防范這些不安全因素的工作不可有絲毫的松懈，不能放過任何隱患，要遵循生產客觀規律，持續改進。首先要求采取技術措施，控制好液氧中烴燃物碳氧化合物含量，確保各項指標在所要求的控制范圍內；其次是加強對引爆源的控制和增加監測措施，同時加強管理，堵塞漏洞，只有這樣才能避免事故的發生。
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