低温空分设备防爆与安全

低温空分设备防爆及安全问题，涉及多学科。笔者从事低温空分行业约40年，想将我获得的一些与此问题有关的情况与信息，利用全面质量管理的观念与方法，整理汇综一下，达到抛砖引玉的目的。同时指出具体问题的责任者，使国产空分设备的防爆安全措施日臻完善，减少危害。

首先提出如下观点：

⑴低温空分设备的爆炸是氧和不饱和碳氢化合物（CnHm）在火花引燃下发生微炸，进而可能产生大爆炸。

⑵这里只讲爆炸发生的区域在液氧蒸发过程中的低温设备。而不讲高温区氧气和其他物质的燃爆，例如氧压机、氧气管道等的燃烧爆炸。

⑶液氧在蒸发过程中，某个区域形成了干蒸发，而使得碳氢化合物以固态析出，在有火花情况下发生爆炸。

按照上面观点，提出防止爆炸的办法如下。

1 堵住碳氢化合物进入的措施

俗话说“病从口入”，那么，如何把“病”——碳氢化合物进入液氧区的各条通路堵死，有如下措施（见表1）。

表1 堵住碳氢化合物（CnHm）进入的措施

措施	内容	责任者	备注
空气吸入口的合理选择	选择一个碳氢化合物含量最少、最稳定的空气进口。但同时要考虑风向和非正常的环境改变，例如森林大火、含碳氢化合物气体的非正常排放	设计院和用户	宾突鲁“80000”空分设备爆炸，直接原因就是印尼的森林大火。抚顺乙烯“6000”空分塔爆炸，主因就是吸入化工装置停车的排放气体。燕山前进化工厂“3200”空分设备爆炸，原因为主冷液氧面上部碳氢化合物含量较高
符合标准的空气进入空分设备后，必须清除碳氢化合物	在分子筛吸附器中吸附掉部分碳氢化合物。若在其中增加了一层混合物，可几乎全部吸附掉碳氢化合物，同时还可吸附掉大部分氮氧化合物	设备的设计制造单位
仍未挡住的碳氢化合物进入低温区的清除	膨胀空气经过液体洗涤；设液空吸附过滤器清除	设备的设计制造单位

2 清除液氧中碳氢化合物的措施

若碳氢化合物经过各个关口后还是进入了液氧中，这时要采取如下措施（见表2）。

表2 清除液氧中碳氢化合物的措施

3 选配与操作方面的措施

在操作中改善蒸发过程，避免小爆炸引发或导致大爆炸；同时在选配设备与材料方面也予以注意，采取的措施见表3。

表3 选配与操作的措施

措施	内容	责任
选择合理的冷凝蒸发器	选择合理的冷凝蒸发器如为膜式冷凝蒸发器，可采用绕管式辅助冷凝蒸发器	设计制造者
控制蒸发量	液氧通过蒸发器时蒸发量控制在1/5，即内循环倍率大于5；不要过多减少温差	设计制造者
全浸操作	对膜式不适用	设计制造者
减少冷损，稳定液面	控制膨胀量，使冷凝蒸发器液面略有上升趋势	用户
材料的正确选择	高氧区最好不用铝，用铜（如上塔接近主冷处的填料层）	设计制造者

4 避免局部区域液氧干蒸发的措施

所有的灰尘、分子筛与硅胶粉末、二氧化碳颗粒、氮氧化合物析出物、金属粉末、珠光砂——这些固体颗粒均有可能堵成某个小空间，这个小空间易形成局部干蒸发，引起微爆以致大爆炸。采取措施见表4。

表4 避免局部区域液氧干蒸发的措施

措施	内容	责任	备注
水洗	压缩空气尽量经过水洗	设计制造者
保证清洁度	保证制造过程的清洁度和安装过程的清洁度	设计制造者安装者
过滤粉尘	将分子筛、石头、硅胶粉末过滤掉	设计制造、安装
完全吸附二氧化碳和水分	设计必须有足够的裕度，使用者必须良好再生	设计制造者，用户
合理选择冷凝蒸发器翅片	冷凝蒸发器翅片要去除毛刺。翅片型式的选择；控制翅片拼接的间隙	设计制造者	真空钎接翅片若有毛刺就易把粉末留在内部
控制氮氧化合物	要避免死端沸腾

5 避免火花与雷击的措施

一般来说在液氧区域中很难有火花，如果有火花产生，绝大多数是因静电放电引起的。室外高塔，要避雷。采取措施见表5。

表5 避免火花与雷击的措施