关键词：空分装置；可爆物积聚；碳氢化合物； 爆炸
空分装置是石油化工、冶金行业的重要配套 装置之一，其作用在于为主生产装置提供氧气和 氮气。随着石油化工、冶金工业的发展，空分装置 逐年增加，装置的规模也向大型化发展。空分装置 的安全与主生产装置的安全、稳定、长周期运行密 切相关，而空分装置的防爆技术是装置安全运行 的重要环节，必须予以高度重视。
b）强化液体的过滤措施，以防固体二氧化 碳、硅胶、珠光砂粉末带入液氧中。
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王家见,等.空分装置爆炸危险与防控分析
安全技术
c）防止超压爆炸。 d）低温液体（液氧、液氮、液氩）储槽应设有 液位计、温度计、压力表及高液位报警设施，还应 设有超压及真空泄放设施。低温液体储存容积不 得超过容积的 90%。液氧、液氮储存系统设置的 中、高压液氧（液氮）泵与气化器间应设安全保护 联锁装置。 e）气瓶（氧气、氮气、氩气）应定期检验，充装 气瓶应防止超压、超温、混装，气瓶的充装、储存、运 输都应符合《气瓶安全监察规程》等规范的要求。
冷凝蒸发器的爆炸部位，随其结构型式不同 也有所不同：一般易发生在液氧面分界处，以及个
别液氧流通不畅的通道；也可能发生在下部管板 或上顶盖处，对辅助冷凝蒸发器，爆炸易发生在液 氧接近蒸发完毕的下部。
据统计，除冷凝蒸发器外，空分塔部分可能发 生爆炸的部位有：下塔液空进口下部、液空节流 阀、液空进口处的精馏塔板、液空吸附器、液空排 放管和阀门、液氧泵、液氮循环吸附器、辅助冷凝 蒸发器后的乙炔分离器、氧蓄冷器的自动阀箱或 可逆式换热器冷端的氧隔层等。不论哪一部分，只 要有液氧（或富氧液体）存在，并在蒸发过程中形 成可爆物的积聚或沉淀，在引爆条件下便可发生 爆炸。
5 参考文献
1 匡永泰，高维民主编.石油化工安全评价技术[M].北京：中国石 化出版社，2005
Explosion Hazards of Air Separation Units and Their Control
4 结语 空分装置发生的设备爆炸事故有多种，但危
害最严重的是空分塔冷凝蒸发器发生爆炸，而乙 炔及其它碳氢化合物等可爆物杂质的积聚是造成 空分塔爆炸的主要原因。只有减少、清除原料空气 中存在的可爆物等杂质；避免可爆物在设备、管 道、工艺物料（特别是液氧）中的积聚；严格空分装 置的设计、制造、施工及生产安全管理，才能确保 空分装置实现安全、长周期运行。
在空分装置运行过程中，当发生机械故障或 误操作时会造成设备超压；装置中带油、断水；在 充装气瓶时，由于超压或瓶中有可爆气体 (如氢) 存在等情况下，也会引起爆炸。
3 空分装置爆炸防控措施 3.1 减少可爆物进入空分塔
空分装置应选择在环境清洁地区，并布置在 有害气体及固体尘埃散发源的全年最小频率风向 的下风侧。空分装置与周围设施的防火间距，以及 装置内各设施及道路的布置、间距，应符合 GB50160- 2008 《石油化工企业设计防火规范》、 GB16912- 1997 《氧气及相关气体安全技术规程》 的规定，以减少可燃物的吸入，保证原料空气的质 量。
除空分塔外，空分装置可能发生爆炸的部位 还有：空压机后的高压空气管道、分子筛吸附器、 氧压机和氧气瓶，特别是高压氧压机和氧气瓶，爆 炸的危险性更大。
2 爆炸原因分析 2.1 可爆物积聚
空分装置的原料为空气，空气中的可爆物杂 质主要有：乙炔和其它碳氢化合物，如甲烷、乙烷、 丙烷、乙烯、丙烯等。
收稿日期：2010- 07- 13 作者简介:王家见，高级工程师，毕业于北京化 工学院，长期从事石化企业安全评价工作。
e）物理爆炸。在低温下储存的液氧、液氮、液 氩遇热发生膨胀、气化。由于压力急剧上升，可引 起设备、管道因超压而产生物理爆炸。氧在常压、 - 183℃时为液体，常温下会急剧蒸发，体积可扩大 800 倍。盛装液氧、液氮、液氩的容器，如遇热可发 生物理爆炸，爆炸泄漏的大量氧气与可燃物质相 遇，又可引起燃烧或化学爆炸。
1 爆炸部位及危害性分析Байду номын сангаас空分装置发生的设备爆炸主要有气瓶爆炸、
空分塔冷凝蒸发器爆炸、氧压机爆炸以及罐体、管 道爆炸等，其中以空分塔冷凝蒸发器爆炸所造成 的损失最为严重。
空分塔的爆炸及爆炸部位在某种程度上与空 分装置所采用的流程有关。在高、中压流程和双压 流程中，发生爆炸的概率相对较大，冷凝蒸发器则 是发生爆炸的主要部位。
c） 不 断 抽 取 含 乙 炔 浓 度 较 高 的 液 氧 到 塔 外 蒸发，或当液空、液氧中的乙炔和其它碳氢化合物 的浓度接近允许极限时，排放掉部分或全部液体。
d）使液氧循环通过液氧吸附器，清除残留于 液氧中的乙炔和其它碳氢化合物。
e）及时对设备进行局部或全部加热清洗。按 设备制造商提出的要求，空分设备每运行满 1 个 周期后，应停车进行全面加温 1 次，彻底清除设备 内的碳氢化合物和油脂。
当液氧在冷凝蒸发器中蒸发时，随气氧带走的 乙炔量约为液氧中的 1/24，随着液氧的蒸发，液氧 中的乙炔浓度不断提高，当超过其溶解度时，就会 以固态析出，实际发生的情况往往是乙炔的总含 量没有超过溶解度。但由于主冷蒸发器的结构不合
理、或某些管道堵塞，造成液氧局部流动性不好， 使乙炔在某些死角浓缩而析出，发生微弱爆炸。
S AFETY HEALTH & ENVIRONMENT
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安全、 健康和
环境
安全技术
能达到较高的电位。 c）臭氧等物质的作用。实验表明，臭氧将使
液氧—可燃物混合物的爆炸敏感性增大。例如：一 定量的乙炔在臭氧含量为 5％的液氧中并不发生 爆炸。而当液氧蒸发约剩 1/5，臭氧浓缩到 25％ 时，会发生强烈的爆炸。试验也表明，当臭氧与二 氧化氮同时存在时，混合物的燃烧敏感性比只有 臭氧时要高些。由此可见，臭氧等物质虽然不能导 致爆炸，但可促使爆炸的发生。
当空分装置在停车时，液空、液氧自然蒸发， 则液体中的乙炔浓度将增加，也可能造成局部析 出和聚集，而引发爆炸。 2.2 助燃物（氧）
纯氧和液氧是空分装置的产品，属强氧化剂， 氧化反应异常激烈，并放出大量热量，氧遇可燃物 质极易发生燃烧爆炸事故。输送氧气的管道内，如 存有油脂、溶剂、橡胶等可燃物质，在气流的作用 下，杂质与管道发生摩擦，能产生高温而发生燃 烧。输送氧气的管道如采用普通钢管，可因氧气流 速过大，而引起钢管燃烧，甚至将钢管烧熔。氧气 压缩机如气缸内有可燃物、密封磨损、超压等，也 极易发生爆炸事故。
在纯氧的环境中，可燃物质的自燃点会下 降 ，爆 炸 极 限 范 围 会 扩 大 ，爆 炸 的 危 险 性 也 就 增 大。 2.3 引爆的因素
空分设备内的引爆源主要由下列因素造成。 a）摩擦与撞击的机械作用。固体颗粒，特别 是乙炔和其它碳氢化合物固体与器壁及主冷通道 的摩擦、撞击产生的能量，可引发空分塔发生爆 炸。 液氧采用液氧泵输送，泵出口压力高。如液氧 泵内进入异物，异物与叶轮、泵壳摩擦，液氧泵有 可能发生泵体爆炸。爆炸造成液氧大量泄漏，遇可 燃物还可引发火灾事故。如液氧泵在预冷开车或 运行中，密封发生泄漏，氧与润滑油等可燃物接 触，也可引发泵壳体外爆炸、着火。 输送氧气的管道内，如存有可燃固体物质，固 体物质与管道发生摩擦，也能产生高温而发生燃 烧。其燃烧的危险性与杂质的种类、粒度和氧气流 速有直接关系。杂质的粒度越细，氧气流速越大， 越愈燃烧。 b）静电作用。静电荷放电可引起可爆物爆 炸。液氧的体积电阻很高，所产生的静电位可达 3 kV。研究表明，产生静电荷的强度取决于固体 微粒在液氧中的运动速度、杂质的数量和性质。 静电荷的极性取决于杂质的极性。当液氧流速提 高时，静电场强度迅速加强，因此，当液氧在空分 塔内各种设备中运动和沸腾时，可能带电而且可
对采用润滑油的活塞式空压机和活塞式膨胀
机，会有少量油滴和油雾带入空分塔内。采用无油 润滑的压缩机和膨胀机或汽轮压缩机和膨胀机， 可以基本上杜绝润滑油及其轻馏分的来源。 3.2 清除可爆物
a） 对 小 型 中 压 制 氧 ， 采 用 常 温 分 子 筛 纯 化 器，吸附乙炔。
b）在下塔底部导入上塔的液空管路上设置 液空吸附器，清除溶解在液空中的乙炔和其它碳 氢化合物。
在这些可爆物杂质中，乙炔是形成爆炸最危 险的物质。这是因为乙炔在液氧中的溶解度比在 液空中的低。而且随着温度的下降，其溶解度也下 降。析出的乙炔就会以白色固态微粒悬浮在液氧 中，而乙炔是不饱和的碳氢化合物，具有很高的化 学活性，性质极不稳定。
乙 炔 在 空 气 中 的 含 量 极 少 ， 约 为 0.001 ～ 0.1 cm3/m3，在乙炔站或（石油）化工企业附近，可高 达 0.5～1.0 cm3/m3。由于乙炔在空气中的分压很 低，即使将空气冷却至 - 173℃，乙炔也不会以固态 形式析出，将随空气带入空分塔中；它在液空中的 溶解度较大，一般不会在液空中析出，而随液空进 入上塔，往往在液氧中析出。
f）氧气管道（管件）内壁应平滑，无锐边、毛刺 及焊瘤，管道内部无油脂、杂质。开工前，氧气设 备、管线必须清扫、吹洗、脱脂合格。 3.3 防止可爆物局部浓缩
有的精馏塔爆炸是在液氧中乙炔含量不高的 情况下发生，可能是由于乙炔、碳氢化合物在设备 某些死角局部浓缩而析出造成的，因此要采取措 施防止可爆物局部浓缩。
固态乙炔在液氧中的爆炸敏感性极高，甚至 比液氧炸药的可爆系数高 18 倍左右。由此可见， 乙炔是造成空分塔爆炸的最危险的物质。
其它不饱和碳氢化合物也能发生爆炸分解反 应，如乙烯、丙烯等。但它们在液氧中的溶解度比 乙炔高，所以以固态析出的可能性较小，故危险 性小些。但由于吸附器对其它碳氢化合物的吸附 能力小，因此也有在液氧中积聚而构成爆炸的可 能，实际也发生过液氧中乙炔含量并不高而发生 主冷蒸发器爆炸事故，因此对其它碳氢化合物也 不应忽视。
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王家见,等.空分装置爆炸危险与防控分析
安全技术
乙炔及其它碳氢化合物局部浓缩积聚发生爆 炸，有 3 种情况：①乙炔在无氧情况下的分解爆 炸；② 乙炔与氧气的燃烧爆炸；③ 固体乙炔析出 与液氧、其它碳氢化合物固态析出与液氧形成爆 炸混合物，在冲击摩擦或静电等引爆源作用下，引 起爆炸。