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触目惊心的空分装置爆炸事故盘点，爆炸原因分析及管控措施
2019-12-10
国内外空分装置爆炸事故一览
1961年1月4日，前联邦德国一台4000m3/h空分设备空分塔发生爆炸,死亡15人,设备与建筑物损坏严重。
1973年11月23日，鞍钢氧气厂3350m3/h空分装置发生典型的塔外恶性爆炸,又引起塔内空分基础爆炸,设备多处被炸毁,检修半年才恢复生产。
1986年7月27日，燕山石化公司前进化工厂3200m3/h空分设备一声巨响后,整套设备成为一堆废墟。
1992年11月1日，兰州石油化工机器厂氧气站150m3/h空分塔发生爆炸,造成一人死亡,空分塔报废。
1993年7月25日，甘肃金川有色金属公司150m3/h空分塔主冷凝蒸发器发生粉碎性爆炸,当场炸死一人,空分塔报废。
1996年3月2日，江西新余钢铁厂6000m3/h空分设备在未发现异常征兆的情况下,板翅式主冷凝蒸发器突然发生爆炸,设备损坏严重,爆炸冲击波将周围建筑物玻璃震碎。
1996年7月18日，哈尔滨气化厂空分分厂10000m3/h空分设备主冷发生爆炸,主冷和上塔报废。
1997年5月16日，辽宁抚顺乙烯化工厂6000m3/h空分塔发生恶性爆炸,设备、厂房均遭严重毁坏,4人死亡、4人重伤、27人轻伤。
1997年12月25日，马来西亚宾突鲁壳牌石油公司一套81760m3/h空分设备发生恶性爆炸。爆炸始于主冷凝蒸发器,并扩大到塔身;下塔压入地内;上塔和主冷被炸飞到750米以外;5千米内窗框玻璃震碎,飞出的金属击破石油和煤油储罐而引发大火。
2000年8月21日，江西萍乡钢铁公司制氧厂1500m3/h空分装置检修现场发生燃爆事故,造成22人死亡、7人重伤、17人轻伤。
2003年7月7日，上海中远化工有限公司10000m3/h空分设备正准备吊装上塔和粗氩塔上段时,一声巨响,粗氩塔下段上封口二层塑料彩条布被气浪撕得粉碎。
2003年8月22日，马鞍山钢铁公司氧气厂20000m3/h空分设备安装时发生爆燃,人被弹出,并35%烧伤,经抢救脱险。
2003年9月17日，湖南冷水江钢铁公司10000m3/h空分设备在安装时,一股气喷爆出来,焊工被击出跌落平台,抢救无效死亡。
2017年4月10日，神华400万吨煤制油发生空分泄漏事故
2019年7月19日下午5点45分，河南省三门峡市河南能源化工集团义马气化厂C套空分装置发生爆炸。爆炸事故造成15人死亡、15重伤，256人入院治疗。
近些年，随着空分设备大型化，空分设备的爆炸能量也越来越大，空分设备从爆炸原理上可分为物理爆炸和化学爆炸。化学爆炸造成的危害大于物理爆炸造成的危害。
空分设备物理爆炸发生原因为：
1、存有低温液体的分馏塔内进入大量高温气体，低温液体急剧汽化，造成分馏塔内压力升高，安全阀卸压速度慢，空分塔发生变形破裂。
2、空分冷箱内存有低温液体的分馏塔外装满数千立方保温材料珠光砂，分馏塔发生漏液故障，珠光砂内就会存有大量低温液体，遇到高温气体，低温液体急剧蒸发，把空分冷箱撑破，珠光砂大量喷到周围，专业术语称为砂爆或液爆。
空分设备化学爆炸发生原因为：
1、1%液氧排放不及时，液氧中碳氢化合物积聚，达到超标，液氧中的总碳氢化合物，尤其是乙炔，会发生超标反应，造成化学爆炸。液氧中乙炔超过0.5PPm或者碳氢化合物总含量超过300PPm，就有可能发生自燃爆炸。
2、膨胀机密封气管道堵塞，膨胀机轴承润滑油经过油封渗入到空气侧，被膨胀空气带入上塔，造成上塔底部主冷液氧中总碳氢化合物含量超标。
3、分子筛后二氧化碳分析仪失灵，并且分子筛发生超期使用，超温使用，再生不足，进入游离水，进油中毒等原因，不能完全吸附二氧化碳、总碳氢化合物等，碳氢化合物穿过分子筛进入分馏塔内，造成下塔底部液空和上塔底部主冷液氧总碳氢化合物含量超标。
4、对于自由端轴承在吸风管内的空压机来说，自由端轴承密封气管断开或堵塞，吸风管内产生的负压会把轴承内的、润滑油吸入空气中，造成分子筛中毒，空气中的总碳氢化合物会穿过分子筛，进入分馏塔内，造成下塔底部液空和上塔底部主冷液氧总碳氢化合物含量超标。
5、由于化工厂或化工车辆放散口在空压机吸风口附近放散杂环烃1#、杂环烃2#、粗酚、轻粗苯、硫磺、硫酸铵等化产气体，空气含有大量的总碳氢化合物。空压机吸入总碳氢化合物含量高的空气，会造成总碳氢化合物会穿过分子筛，进入分馏塔内，造成下塔底部液空和上塔底部主冷液氧总碳氢化合物含量超标。
针对以上各种危险因素，制氧应制定相应的管控措施：
1、操作空分塔进塔阀门必须缓慢，热空气进塔速度根据压力变化逐步调整。停车后，一定要将进主换热器阀门关闭。
2、发生塔内漏液故障后，应及时停车，打开塔顶装沙口卸冷箱压。漏液情况严重时，疏散周围人群，避免被珠光砂掩埋窒息。
3、1%液氧排放量应该根据化验指标适时加大，总碳氢化合物分析仪应该定期效验，确保数据准确。
4、膨胀机密封气应该多加关注，避免检修状态下进入湿空气，造成结冰堵塞。
5、分子筛后二氧化碳分析仪应该定期效验，确保数据灵敏准确。分子筛严禁发生超期使用，超温使用，再生不足，进入游离水，进油中毒等事故。一旦发生分子筛后二氧化碳超标现象，立即停止空分设备运行，再生分子筛。
6、自由端轴承密封气管必须畅通，检修设备不得拆除或者碰断。
7、空压机吸入口附近或西风室内不得有汽油、油漆、橡胶水等易挥发性化工产品存在，不得有化工产品车辆在压机吸入口附近停留或放散。空压机吸入口附近一旦发生化工产品泄漏，空分设备立即停车，清除干净泄漏的化工产品后，方可开启空分设备。
危险因素
空分设备外部危险因素
雷电
雷电现象是大自然中常见的自然现象之一，由于雷电的发生具有不确定性、瞬时性和强放电性，因此能给各用电设备造成严重的影响，对空分设备的正常生产和安全运行构成严重威胁。雷击能够造成电网波动或供电中断。这将造成动力设备如压缩机、泵等的停运或损坏；油泵停运，极易造成高速运转的膨胀机的轴承由于得不到强制润滑而出现故障，甚至烧瓦的事故；压缩机的停运，导致向精馏塔输送的原料空气中断，造成严重后果；雷击能造成分子筛的电感式直流接近开关损坏，造成分子筛电加热器因连锁而无法启动；雷击还能够造成空分装置电子电气设备损坏，中控控制系统瘫痪，随即空分设备停车，导致后序生产的停止，严重时能造成难以预料的事故，后果不堪设想。
油品
空分设备主要使用透平油和润滑油。透平油闪点 ( 开口) ≥195℃，属于丙类火灾危险性可燃液体，增压透平膨胀机透平油管，一旦输油管道发生泄漏，遇高热或明火，会引 起火灾、爆炸；润滑油闪点( 开口) ≥230℃，属于丙类火灾危险性的可燃液体，输油管道一旦发生泄漏，遇到高热或明火，也会引起火灾、爆炸。
空分设备内部危险因素
化学性爆炸危险因素
从大多数空分设备爆炸实例的分析来看, 以化学性爆炸居多。形成化学性爆炸的主要因素有三个方面：一是可燃物，二是助燃物，三是引爆源。因此，空分设备内部危险因 素可以划分到上述三个方面中。
可燃物
在空分设备中，可燃物主要是碳氢化合物或油分等爆炸危险杂质。原料空气中含有一定量的碳氢化合物，它们的闪点都非常低，爆炸极限较宽，生产过程中碳氧化合物在空分装置内过量积聚，如果有引爆源存在的情况下，很容易引起爆炸。大量研究表明，在空分设备有害杂质中，乙炔是形成爆炸的最主要因素。当活塞式空压机和膨胀机的润滑油用量过多时，可能有部分油滴或油雾随压缩空气进入精馏塔。普通润滑油在压力7MPa、温度高于 150℃时，很容易裂解为轻馏分，其沸点比原润滑油低很多，极易气化混入氧气中。空分设备检修后，也容易遗留油污在设备内。
助燃物
氧气和液氧是助燃物质，为乙类火灾危险性物质，是可燃物燃烧爆炸的基本要素之一，能氧化大多数活性物质，与易燃物如乙炔、甲烷等形成有爆炸性的混合物。液氧是空分设备发生化学性爆炸的助燃物。空分设备中可燃物的浓度达到爆炸条件时，助燃物液氧或气氧，在引爆源存在的情况下，极易发生化学性爆炸，液氧是空分设备化学性爆炸必不可少的条件之一，但同时也是该生产设备的主要产品之一。因此，空分设备化学性防爆问题就主要在可燃物和引爆源上。
引爆源
引爆源主要有：爆炸性杂质固体微粒相互摩擦或与器壁摩擦；静电放电；气波冲击、流体冲击或汽蚀现象引起的压力脉冲，造成局部压力高而使温度升高；化学活性特别强的物质存在，使液氧中可燃物质混合物的爆炸敏感性增大。以下几种杂质危险因素能够制造引爆源。
二氧化碳
当液氧中含有少量冰粒、固体二氧化碳时，会产生静电荷，如果二氧化碳的含量提 高到200-300*10 4％，所产生的静电位可达到3000V。同时，固体二氧化碳能够堵塞液氧通道而导致“死端沸腾”，从而使得液氧中的碳氧化合物浓度不断提高，在达到爆炸浓度后，一旦有引爆源存在即会产生爆炸。造成C02含量高的主要原因有：分子筛因长期使用下沉或气流冲击而粉碎，分子筛吸附器吸附床层出现空隙，气流短路；分子筛对特定气体有很强的吸附能力，但它有一个合适温度工作区，进气温度超出这个工作区，会导致分子筛对 C02吸附能力下降。
氧化亚氮
氧化亚氮不属于易燃易爆组分，仅有氧化亚氮的存在不会引发重大安全事故，但它沸点高、挥发度低、溶解度小，属于堵塞组分，一旦在主冷中由于某种原因氧化亚氮以固体状态析出后，极易形成“干蒸发”或“死端沸腾”而造成碳氢化合物的聚集，在达到爆炸浓度后，一旦有引爆源存在即会产生爆炸。常用吸附剂( 氧化铝、分子筛和硅胶 )对氧化亚氮仅能部分吸附。
液态臭氧
液态臭氧 (O3) 是一种深蓝色的液体， 属于化学特性比较强的物质， 在通常条件下， 该液体气化、分解，使氧的分压急剧增大，增大了液氧中可燃物质混合物的爆炸敏感性，在爆发率为 100％时，引爆所需能量一般下降30％～ 45％。在生产过程中，液氧通过空分塔阀门时，长时间受到摩擦和气流冲击，在产生的静电作用的条件下，能够使少部分 液氧变成液态臭氧。
固体粉尘
固体粉尘对空分设备安全生产的危害性极大。轻者堵塞换热器通道， 降低传热效率，堵塞精馏塔塔板，降低产品纯度和产量；重则堵塞主冷板式氧通道，加速液氧中烃类杂质的浓缩和其他有害杂质在液氧中的积聚；它是一种静电放电引爆源， 会引发主冷爆炸。固体粉尘主要来源于以下几方面：
空气过滤器未将大气中的粉尘过滤干净，使其随空气进入空分塔；空分设备加热系 统干燥器的铝胶粉末随空气进入空分塔；硅胶吸附器产生的粉末随液空和液氧进入上塔和主冷；空分塔内铝合金管道或容器因腐蚀和老化产生的氧化铝粉末进入主冷空分设备；在制造、安装和检修时不小心，很可能使灰尘、金属粉末或珠光砂进入容器或管道，最 终进入主冷。
物理性爆炸危险因素
根据《压力容器安全技术监察规程》附件一，压力容器的设计压力(p) 分为低压、中压、高压、超高压 4个压力等级，具体划分如下：低压0．1 Mpa≤P<1．6 MPa，中压 1．6Mpa≤P<10MP，a 高压 10 Mpa≤P<100 MPa，超高压 p>100 MPa。空分设备中，很多装置的最 高工作压力都会处在高压段，如果这些装置的压力超过设计允许值或压力表失灵，均存在着裂纹、破碎、爆炸的危险。另外，输气压力管道也会存在类似的危险。
空压机的危险因素
空压机危险因素的主要表现
1、用油润滑空压机的危险因素
早期的空分设备选用活塞式压缩机，气缸用机械油润滑。空压机汽缸油在高温下很容易产生结碳，使空气排出管道有效流通直径逐渐缩小，流速不断加大，当流速超过极限时，气流摩擦所产生的能量点燃结碳，会导致管道爆炸。
空压机的气缸油或轻馏分随气流带入分子筛纯化器，会引起分子筛中毒，吸附能力降低，二氧化碳吸附不彻底。不仅堵塞板翅式换热器，影响运行周期，还会使液氧中二氧化碳增加，逐渐析出成冰状固体与冷凝蒸发器内壁摩擦，产生静电。
2、轴位超标的危害因素
正常情况运行下，离心式压缩机转子叶轮两侧的轴向力是互相抵消的，不平衡的部分由平衡盘来减小轴向推动，剩余部分由止推轴承来承担。当轴向力增加，或止推轴承受损等因素，都会导致轴位移严重偏离。
危险因素的防范措施
加强空分设备的管理
定期清洗
运转2年或更长时间时， 应对精馏塔及液氧循环系统进行清洗脱脂，主冷单元应浸泡8 h ，清洗后用足够压力的空气彻底吹除，而后充分加温干燥。
防止静电积聚及雷击液氧的单位电阻较大，易于产生静电，在不接地情况下可产生数千伏的静电电压，同时雷击对空分设备也有很大的威胁，所以要定期对空分装置进行接地检查。
防止油的进入
若油被带入空分装置，会污染吸附剂，影响对乙炔的吸附，所以应取消易使空气带油的罗茨风机，加强膨胀机的检修和维护。
加强电石渣的管理
电石渣中剩余乙炔对空气污染很大，特别是下雨天更为严重，应严格管理，远远埋于地下。
加强操作、维护、管理
对于清除有害杂质的环节要认真；监测用的仪器、仪表要定期校验；超周期运行要慎重，要及时停车加热吹除；严格遵守工艺纪律， 杜绝违章作业，严格执行“四不放过”。
加强设备前端的净化
加强原料空气质量控制
氧气生产区应常年在上风向，距乙炔发生站300m以上，远离有害气体源，加强原料空气质量控制，一旦污染严重，要采取相应措施。
清除有害物质，防止碳氢化合物等积聚
充分发挥液空液氧吸附器清除有害杂质的作用，严格按期倒换吸附器和控制加热再生温度，提高吸附效率；从主冷中排放1％的产品液氧，清除碳氢化合物；定期对空分进行大加温，以除去积聚在热交换器和精馏塔内残留的二氧化碳及碳氧化合物杂质；液氧泵长期投入运行，采用分子筛吸附的，氧化亚氮吸附效果不好，可在分子筛吸附器内加一层 5A分子筛。
建立完善的监测体系及报警系统
采用高、精、尖检测仪表，实现空分气源及设备内有害杂质的在线和离线监测，监 测对象包括：乙炔、甲烷、总碳、二氧化碳、氧化亚氮等有害物质。空分设备安装相应 报警系统，若环境恶化时， 能够启动预警系统和有效措施， 把有害物质控制在标准之内。对润滑油的油脂质量及含量进行监测，保证有足够黏度和稳定性，确保空压机出口空气 不带油。
结论
空分设备危险因素众多，“隐患险于明火，防范胜于救灾”，防范这些不安全因素的工作不可有丝毫的松懈，不能放过任何隐患，要遵循生产客观规律，持续改进。首先要求采取技术措施，控制好液氧中烃燃物碳氧化合物含量，确保各项指标在所要求的控制范围内；其次是加强对引爆源的控制和增加监测措施，同时加强管理，堵塞漏洞，只有这样才能避免事故的发生。
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