空分塔爆炸因素分析及預(yù)防

趙鵬飛（陜西神木化學(xué)工業(yè)有限公司，陜西 神木719319）

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛增長(zhǎng)的今天，逐漸推動(dòng)了大型制氧工業(yè)的發(fā)展，而在大型制氧工業(yè)當(dāng)中，需要采用很多空分塔，以對(duì)空氣進(jìn)行分離，從而得到氧氣。但在空分塔運(yùn)行的過(guò)程中，經(jīng)常受到一些因素的影響，導(dǎo)致其出現(xiàn)爆炸的問(wèn)題，不僅影響生產(chǎn)活動(dòng)的正常開(kāi)展，而且還為工作人員的生命安帶來(lái)一定威脅。因此，對(duì)空分塔爆炸因素分析及預(yù)防進(jìn)行研究具有重要意義，為提高空分塔運(yùn)行的安全性奠定良好基礎(chǔ)。

1 空分塔爆炸物質(zhì)分析

1.1 爆炸原因分析

空分塔運(yùn)行時(shí)，會(huì)發(fā)生一些爆炸現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)大量時(shí)間研究表明，導(dǎo)致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的主要因素為烴類(lèi)物質(zhì)，尤其是乙炔（化學(xué)式為C2H2），更是引發(fā)爆炸的根源。對(duì)于C2H2來(lái)說(shuō)，屬于不飽和烴，分子結(jié)構(gòu)較小，且穩(wěn)定性較差，很容易在火源的接觸下爆炸。在下塔內(nèi)，C2H2主要以分子的形式溶解于液空中，若C2H2容量較高，在溶解度以上時(shí)，則會(huì)形成相應(yīng)的顆粒。一般來(lái)說(shuō)，在液空當(dāng)中，C2H2的溶解度為20cm3/m3，在液氧內(nèi)，溶解度為6.5cm3/m3[1]。相對(duì)于液空，液氧的溶解度更低，在相同條件下，會(huì)產(chǎn)生更多顆粒。對(duì)于冷凝蒸發(fā)器來(lái)說(shuō)，內(nèi)部溫度在-180℃左右，只能攜帶較少的C2H2，在5cm3/m3以下，這種情況下，隨著液氧的逐漸減少，C2H2濃度不斷上升，當(dāng)其高于溶解度，逐漸出現(xiàn)顆粒狀的C2H2，在固態(tài)狀態(tài)下，C2H2非常不穩(wěn)定，若出現(xiàn)“死端沸騰”“干蒸發(fā)”，并受到外界相關(guān)因素的影響，就會(huì)發(fā)生爆炸。

1.2 爆炸機(jī)理分析

具體來(lái)說(shuō)，C2H2爆炸機(jī)理主要由以下兩個(gè)方面：首先，C2H2穩(wěn)定性較差，活性很強(qiáng)，受到外界刺激下，很容易出現(xiàn)分解反應(yīng)，反應(yīng)式為：C2H2（固態(tài)）—2C+H2+216.88kJ/mol。其中，H2為易燃性氣體，在高溫高壓狀態(tài)下，很容易發(fā)生爆炸，且爆炸威力較大，基本與TNT炸藥相同。其次，不論是C還是H2，均可以與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而出現(xiàn)劇烈的爆炸。如在空分塔內(nèi)，C2H2與氧的比例為1:1 時(shí)，就會(huì)發(fā)生爆炸，爆炸的過(guò)程中，可以形成較強(qiáng)的沖擊波，速度在2500m/s 以上，同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生較大的壓力，在40～60MPa。對(duì)于這種爆炸來(lái)說(shuō)，具有較高的敏感性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于液氧炸藥[2]。

空分設(shè)備由很多部分構(gòu)成，每個(gè)部分均出現(xiàn)過(guò)爆炸事故，其中，主冷設(shè)備發(fā)生次數(shù)最多，因而本次研究當(dāng)中，主要以主冷設(shè)備爆炸為研究對(duì)象。

2 空分塔主冷分類(lèi)與安全性分析

根據(jù)主冷運(yùn)行原理，可以將其分為兩種類(lèi)型，一種為降膜型主冷，另一種為浸浴型主冷，但不論是哪種類(lèi)型，爆炸均由兩方面因素引起的：干蒸發(fā)，主要是在主冷內(nèi)，液氧注入效率較低，內(nèi)部液氧含量較低，析出大量顆粒狀的C2H2而引發(fā)的；死端沸騰，指的是在液氧內(nèi)，含有一些機(jī)械雜質(zhì)，在液氧流動(dòng)時(shí)，這些雜質(zhì)與管壁不斷進(jìn)行摩擦，逐漸出現(xiàn)一些金屬粉末，堵塞了管道，限制了液氧的注入，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部液氧含量逐漸降低，從而引發(fā)的爆炸[2]。通過(guò)大量實(shí)踐表明，在降膜型主冷內(nèi)，若出現(xiàn)液氧膜存在異常，很容易出現(xiàn)干蒸發(fā)，進(jìn)而導(dǎo)致CO2、N2O 等物質(zhì)積聚，堵塞了管道，造成死端沸騰，最終引發(fā)嚴(yán)重的爆炸事故。對(duì)于浸浴型主冷來(lái)說(shuō)，主要通過(guò)調(diào)節(jié)液氧的高度，控制液氧循環(huán)量，而液氧較低時(shí)，會(huì)影響液氧的循環(huán)，從而出現(xiàn)干蒸發(fā)，而隨著固體物質(zhì)的析出，又會(huì)將管道堵塞，引發(fā)死端沸騰。

3 預(yù)防空分塔爆炸的措施

根據(jù)上述分析，可以從以下幾個(gè)方面出發(fā)，加強(qiáng)對(duì)空分塔爆炸進(jìn)行預(yù)防：首先，將生產(chǎn)原料導(dǎo)入至空分塔之前，應(yīng)采用科學(xué)合理的方式對(duì)其進(jìn)行檢查，以準(zhǔn)確掌握原料空氣中CO2、N2O等雜質(zhì)的含量，并針對(duì)原料的具體情況，采取吸附、過(guò)濾等手段，將雜質(zhì)清除，減少空分塔運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生雜質(zhì)，避免雜質(zhì)對(duì)管道造成堵塞，確保液氧能夠有效注入到空分塔內(nèi)，使液氧含量在正常狀態(tài)下。其次，在空分塔內(nèi)部安裝監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)其內(nèi)部情況進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，若C2H2濃度超過(guò)溶解度時(shí)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)，給予相關(guān)人員進(jìn)行提示，相關(guān)人員根據(jù)警報(bào)，對(duì)空分塔進(jìn)行一定處理，降低C2H2的濃度，確保其在溶解度之下，防止顆粒狀C2H2的析出[3]。最后，還要加強(qiáng)對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究力度，通過(guò)不斷的研究，開(kāi)發(fā)出更多先進(jìn)的空分塔，優(yōu)化液氧循環(huán)系統(tǒng)，提升智能過(guò)濾、攔截功能，使得空分塔更好地對(duì)原料空氣進(jìn)行處理，為自身安全、穩(wěn)定的運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，空分塔作為制氧工業(yè)中的重要組成部分，受到干蒸發(fā)或死端沸騰兩方面因素的影響，很容易導(dǎo)致液氧濃度降低，加強(qiáng)了顆粒C2H2的析出數(shù)量，在受到外界因素刺激后，很容易發(fā)生爆炸，從而對(duì)企業(yè)與生產(chǎn)人員造成較大影響。所以，在制氧工業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，應(yīng)針對(duì)這些引發(fā)因素，加強(qiáng)對(duì)原料空氣的處理力度，降低原料中雜質(zhì)的含量，并及時(shí)將空分塔內(nèi)部的雜質(zhì)清除，以防止空分塔出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象。