生產(chǎn)工藝過程

    現(xiàn)代工業(yè)上都采用空氣深冷分離法制取氧氣。生產(chǎn)工藝過程按壓縮空氣的壓力高低可分為：高壓流程（10～20MPa），中壓流程（2～2.5MPa），低壓流程（0.6MPa）。

　　 低壓空氣分離的制氧原理是根據(jù)液態(tài)空氣中氧、氮在相同壓力下沸點(diǎn)的差異（氧沸點(diǎn)為-183℃，氮沸點(diǎn)為-195.8℃）,利用精餾塔，經(jīng)多次部分蒸發(fā)和部分冷凝，最后將空氣分離為氧和氮。生產(chǎn)工藝過程大致分為6個階段：除凈空氣中的灰塵和雜質(zhì)；壓縮空氣；除去壓縮空氣中的二氧化碳和水蒸氣；將空氣深冷液化；液態(tài)空氣經(jīng)過精餾分離成氧和氮；產(chǎn)品的儲存和運(yùn)輸。其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

　　

　　 圖1 氧氣生產(chǎn)工藝流程圖

　　 制得的氧氣可導(dǎo)入管道（或中間儲罐）直接作為原料參加有關(guān)化學(xué)反應(yīng)制造化工產(chǎn)品，或裝入鋼瓶用于醫(yī)療、航空、煉鋼、焊接等。制得的氮?dú)饪捎糜诤铣砂鄙�產(chǎn)，或作為惰性介質(zhì)和滅火劑。

　　 制氧站危險性較大的是空分裝置爆燃、輸氧管網(wǎng)爆燃和液氧儲罐爆燃。此外，壓縮機(jī)著火、氫氣儲罐爆炸、液氧泵爆燃事故也常有發(fā)生。
 
空分裝置的火災(zāi)爆炸危險性分析

    空分塔是整個制氧機(jī)的心臟，一旦發(fā)生爆炸，其破壞力極大，損失嚴(yán)重。據(jù)不完全統(tǒng)計，近年來國內(nèi)大中型空分裝置共爆炸30多臺次，小型裝置爆炸100多臺次。在空分塔內(nèi)，氧是始終存在，所以發(fā)生爆炸的條件是有爆炸性物質(zhì)和引爆源。空分塔爆燃事故樹如圖2所示。

　　

　　 圖2 空分塔爆燃事故樹

　　　　1.1的分壓很低，即使將空氣冷卻至-173℃，乙炔也不會以固態(tài)形式析出，將隨空氣帶入空分塔內(nèi)。它在液空中的溶解度較大，一般不會在液空中析出，而隨液空進(jìn)入上塔。

　　　　 固態(tài)乙炔在無氧的情況下也可能發(fā)生分解反應(yīng)，分解成碳和氫，并放出熱量。其熱量為8360kJ/kg，形成的氣體體積為0.8m3/kg，溫度達(dá)2600℃，爆速達(dá)2500m/s，其威力與烈性炸藥三硝基甲苯（TNT）爆炸時相當(dāng)。如果乙炔分解時存在氧氣，生成的碳和氫又會與氧化反應(yīng)進(jìn)一步放熱，從而加劇了爆炸威力。

　　　　固態(tài)乙炔加液氧的爆炸敏感性極高，比液氧炸藥的可爆系數(shù)還高18倍左右，是造成空分塔爆炸的最危險的物質(zhì)。液氧在主冷凝蒸發(fā)器中蒸發(fā)時，隨氣氧帶走的乙炔量僅為液氧中乙炔總含量的1/24左右。這樣，隨著液氧的蒸發(fā)，液氧中的乙濃度會不斷增高，當(dāng)超過其溶解度（乙炔在液氧中最大溶解度2.28cm3/L）時，以固態(tài)折出。凍結(jié)的固體乙炔危險性最大，當(dāng)加熱時，固體乙炔能聚合或轉(zhuǎn)變?yōu)椴环�(wěn)定的爆炸性絡(luò)合物，與乙炔爆炸有關(guān)的多數(shù)事故發(fā)生在空分裝置加溫和再次開車時。

　　　　 其他不飽和碳?xì)浠�合物如乙烯、丙烯等，也能發(fā)生爆炸分解反應(yīng)，雖然它們在液氧中的溶解度比乙炔高，但由于吸附器對碳?xì)浠�合物的吸附能力小，也有在液氧中積聚而構(gòu)成爆炸源的可能。

　　1．1 甲烷

　　　　甲烷易熔于液氧中，且難以除去，在大型冷凝器中，甲烷能在氧氣中積聚達(dá)到燃燒范圍。

　　1．2 潤滑油

　　　　當(dāng)活塞式空壓機(jī)和膨脹機(jī)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(jìn)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(diǎn)比原潤滑油低得多，極易汽化混入氧氣中。雖然潤滑油和油的輕餾分對各種脈沖的靈敏度比乙炔低，但在液氧中也有爆炸危險，油在管壁上形成油膜，達(dá)到一定厚度（如12#機(jī)油，其厚度達(dá)500?m時），即可發(fā)生爆炸。

　　2 空分塔引爆源的構(gòu)成因素

　　2．1 摩擦與撞擊的機(jī)械作用

　　 固體顆粒，特別是乙炔等碳?xì)浠�合物固體與器壁及主冷通道的摩擦、撞擊產(chǎn)生的能量。

　　2．2 靜電放電火花

　　 干冰、分子篩粉末、固體乙炔等在液氧中沸騰時與器壁及主冷通道的摩擦、撞擊可產(chǎn)生很高的靜電電壓（因液氧電阻極大）。

　　2．3 壓力脈沖和氣流沖擊

　　 閥門快速開啟，以及氣流在管道彎頭內(nèi)高速流動所引起的沖擊波可造成氣體局部熱壓縮。液氧在沸騰時，液體的沖擊波可能使氣泡受到瞬間的壓縮，從而使局部溫度升高。

　　2．4 具有特別反應(yīng)能力物質(zhì)的作用

　　 如臭氧、氮氧化合物，在低溫下與進(jìn)入空分塔的微量碳?xì)浠�合物形成爆炸性的硝基化合物和臭氧化物。試�?yàn)證明，臭氧濃度達(dá)到25%（停車后，液氧大部分被蒸發(fā)的情況下，可能達(dá)到此程度）時會將可爆物質(zhì)引爆。若臭氧和二氧化氮同時存在時，混合物的爆炸敏感性更高。

　　 根據(jù)事故樹求最小割集：

　　 T=T₁ T₂=(X₁+ X₂)( X₃+ X₄+ X₅+ X₆)

　　 = X₁ X₃+ X₁ X₄+ X₁ X₆+ X₂ X₃+ X₂ X₄+ X₂ X₅+ X₂ X₆

　　 最小割集為：{ X₁ X₃}、{ X₁ X₄}、{ X₁ X₅}、{ X₁ X₆}、{ X₂ X₃}、{ X₂ X₄}、{ X₂ X₅}、{ X₂ X₆}

　　 這8組基本事件中，只要1組發(fā)生，爆炸事故就會發(fā)生，要從這8個途徑進(jìn)行檢查，采取措施。

　　 利用最小割集排出結(jié)構(gòu)的重要順序?yàn)椋篒₍₁₎=I₍₂₎＞1₍₃₎＝1₍₄₎＝1₍₅₎＝1₍₆₎。

　　 由此可知，液氧中積聚易燃易爆物是導(dǎo)致空分塔化學(xué)燃燒和爆炸的主要原因。只要能排除可爆物過量聚集，就能使制氧機(jī)長期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　 預(yù)防空分塔爆炸事故的措施：（1）減少原料在空氣中可燃物的含量，如氧氣站應(yīng)選擇在遠(yuǎn)離乙炔發(fā)生源和鋼鐵切割加工的位置，并應(yīng)考慮風(fēng)向；（2）改進(jìn)設(shè)備，防止二氧化氮入塔和空壓機(jī)、膨脹機(jī)、氧壓機(jī)帶油；（3）強(qiáng)化清除已進(jìn)塔的少量可燃物，注意吸附器的質(zhì)量，及時調(diào)損和再生，注意過濾物體二氧化碳和硅膠等；（4）加強(qiáng)對液氧中碳?xì)浠�合物含量的分析工作，�?yán)格控制含量，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)，及時排放全部或部分液氧；（5）保持塔內(nèi)液面穩(wěn)定及主冷全浸式操作，停車時間較長時，將液氧全部排放，操作時盡可能減少壓力脈沖；（6）定期加溫清洗設(shè)備，防止可爆物積聚和清除可爆物；（7）為了防止靜電積聚，空分塔至少在相隔距離大的2個部位接地。
 
氧壓機(jī)的火災(zāi)爆炸危險分析

    活塞式氧壓機(jī)燃燒事故是制氧站的易發(fā)事故，常發(fā)生在汽缸內(nèi)、活塞桿填料密封函處、管道或閥門處。由于汽缸內(nèi)溫度過高，使活塞環(huán)、皮碗或密封發(fā)生分解產(chǎn)生可燃?xì)怏w，與氧混合而爆炸，當(dāng)汽缸內(nèi)進(jìn)入鐵屑時，會因摩擦或碰擊而產(chǎn)生火花促使爆炸事故發(fā)生。由于裝配不良，活塞桿變形，磨損加快，常常會造成油封漏油，氣封漏氣，若活塞桿與填料盒蓋嚴(yán)重摩擦產(chǎn)生火星，就會燃燒爆炸。在出口管道拐彎處和閥門后常常發(fā)生事故，原因是鐵銹在高速氧氣吹刷下與鋼管摩擦起火，靜電起火。氧壓機(jī)爆燃事故樹如圖3所示。

　　

　　 圖3 氧壓機(jī)爆燃事故樹

　　 根據(jù)事故樹求最小割集：

　　 T=X₁+ T₁+ T₂= X₁+ X₄ T₃+ X₅= X₁+ X₄( X₂+ X₃)+ X₅= X₁+ X₂ X₄+ X₃ X₄+ X₅

　　 最小割集為：{ X₁}，{ X₃ X₄}，{ X₂ X₄}，{ X₅}

　　 結(jié)構(gòu)重要度排序?yàn)椋篒₍₁₎= I₍₅₎ ＞I₍₄₎＞ I₍₂₎= I₍₃₎。

　　 預(yù)防氧壓機(jī)著火事故的措施：（1）確保氧壓機(jī)檢修裝配質(zhì)量，活塞環(huán)間隙應(yīng)符合要求。檢修時應(yīng)除去汽缸中的鐵屑、油污等雜質(zhì)；（2）運(yùn)行時加強(qiáng)巡視，嚴(yán)防密封件失效和油沿軸桿進(jìn)入汽缸；（3）巡視時監(jiān)視進(jìn)氣閥、冷卻水及入口過濾器；（4）安全保護(hù)裝置（如自動滅火裝置、安全閥和防爆墻等）保持完好。

液氧泵的火災(zāi)爆炸危險性分析

    液氧泵發(fā)生爆炸事故的情況有以下2種：泵體內(nèi)爆炸，即在葉輪和泵殼處爆炸，常常由于泵內(nèi)落入鐵屑、鋁末、面粉等異物而引起；泵體外爆炸，即在密封上半部和電機(jī)之間爆炸，主要是液氧泄漏和軸承潤滑脂燃爆炸，由于液氧在常溫下迅速汽化，易于短時間內(nèi)在周圍形成一定的富氧區(qū)域，且液氧的大量蒸發(fā)，使儲槽內(nèi)乙炔濃度也可能提高。液氧泵爆燃事故樹如圖4所示。

　　

　　 圖4 液氧泵爆燃事故樹

　　 根據(jù)事故樹求最小割集：

　　 T=X₁+ X₂+ X₃+ T₁= X₁+ X₂+ X₃+ X₄×T₂×T₃

　　 = X₁+ X₂+ X₃+ X₄×(X₅+ X₆)( X₇+ X₈+ X₉)

　　 = X₁+ X₂+ X₃+ X₄ X₅ X₇+ X₄ X₅ X₈+ X₄ X₅ X₉+ X₄ X₆ X₇+ X₄ X₆ X₈+ X₄ X₆ X₉

　　 最小割集為：

　　 { X₁}，{ X₂}，{ X₃}，{ X₄ X₅ X₇}，{ X₄ X₅ X₈}，{ X₄ X₅ X₉}，{ X₄ X₆ X₇}，{ X₄ X₆ X₈}，{ X₄ X₆ X₉}

　　 基本事件結(jié)構(gòu)重要度排序?yàn)椋?BR>
　　 I₍₁₎= I₍₂₎= I₍₃₎＞ I₍₄₎ ＞I₍₅₎= I₍₆₎＞ I₍₇₎= I₍₈₎= I₍₉₎

　　 預(yù)防液氧泵爆燃措施為：（1）液氧泵所在區(qū)域嚴(yán)禁有明火和可燃物；（2）啟動液氧泵前需盤車檢查，消除異物，要充分預(yù)冷，防止氣蝕。運(yùn)行中要注意軸承溫度是否正常，停車后要排除泵內(nèi)液氧，防止凍結(jié)；（3）密封嚴(yán)格，防止氧氣外泄，定期添加和更換軸承專用的高低溫潤滑脂，防止軸承缺油燒壞；（4）選用安全防爆型電機(jī)與電器，不得漏電，接線良好；（5）嚴(yán)格定期檢查。
 
輸氧管網(wǎng)和閥門的火災(zāi)爆炸危險性分析

    氧氣管道及其配件中的油脂、溶劑和橡膠等可燃物制質(zhì)，在高線純度和高壓力的氧氣流中會迅速起火。在輸送氧氣的管道中，鐵銹、焊渣或其他雜質(zhì)與管道內(nèi)壁摩擦，或與閥板、彎道沖撞以及這些物質(zhì)間的相互沖撞，也易產(chǎn)生高溫而燃燒，其危險性與雜質(zhì)的種類、粒度和氧氣流速有關(guān)，當(dāng)氧氣流速在100m/s以上時，可使鋼管溫度很快升至著火點(diǎn)。當(dāng)氧氣在1.6MPa以上的管路中輸送時，急開或速閉閥門，易因絕熱壓縮而發(fā)生著火或爆炸。例如閥前為 15MP的壓力，溫度為20℃，閥后為常壓0.1MPa，若將閥門快速打開，閥后氧氣溫度按絕熱壓縮公式計算可達(dá)1228K。這個溫度已達(dá)到或起過了有些金屬的著火點(diǎn)。輸氧管網(wǎng)和閥門爆燃事故樹如圖5所示。

　　

　　 圖5 輸氧管網(wǎng)和閥門爆燃事故樹

　　 根據(jù)事故樹求最小割集：

　　 T=T₁+ T₂+ T₃= (X₁+ X₂+ X₃+ X₄) X₅+ X₆( X₇+ X₈)+( X₂+ X₃)

　　 =X₁ X₅+ X₂ X₅+ X₃ X₅+ X₄ X₅+X₆ X₇+ X₆ X₈+ X₂+ X₃

　　 最小割集為：

　　 { X₁ X₅}，{ X₂ X₅}，{ X₃ X₅}，{ X₄ X₅}，{ X₆ X₇}， {X₆ X₈}，{ X₂}，{ X₃}

　　 基本事件結(jié)構(gòu)重要度排序?yàn)椋篒₍₂₎= I₍₃₎ ＞I₍₅₎ ＞I₍₆₎＞ I₍₁₎= I₍₄₎= I₍₇₎= I₍₈₎。

　　 根據(jù)危險性分析，可制定以下防范措施：（1）嚴(yán)格清掃管道，徹底清除可燃物；（2）管道閥門要嚴(yán)格脫脂、除銹；（3）確保管道接地安全可靠；（4）消除產(chǎn)生“絕熱壓縮”的因素，如閥門間距不宜過小，閥門近處不應(yīng)有彎頭，控制氧氣流速等。嚴(yán)格按操作規(guī)程開啟閥門，避免勝在排空狀態(tài)下開啟閥門。

氧氣鋼瓶的火災(zāi)爆炸危險性分析

    氧氣鋼瓶系移動式高壓氣瓶，數(shù)量大，流通范圍廣，使用條件多變，容易發(fā)生事故。氧氣瓶爆燃事故樹如圖6所示。

　　

　　 圖6 氧氣瓶爆燃事故樹

　　 根據(jù)事故樹求最小割集：

　　 T=T₁ T₁=(X₁+ X₂+ X₃+ X₄)( X₅+ X₆)= X₁ X₅+ X₁ X₆+ X₂ X₅+ X₂ X₆+ X₃ X₅+ X₃ X₆+ X₄ X₅+ X₄ X₆

　　 最小割集為：

　　 { X₁ X₅}，{ X₁ X₆}，{ X₂ X₅}，{ X₂ X₆}，{ X₃ X₅}，{ X₃ X₆}，{ X₄ X₅}，{ X₄ X₆}

　　 基本事件結(jié)構(gòu)重要度排序?yàn)椋篒₍₅₎= I₍₆₎ ＞I₍₁₎= I₍₂₎= I₍₃₎= I₍₄₎

　　 預(yù)防氧氣瓶爆燃的措施：（1）弄清氣瓶標(biāo)志及顏色，防止錯充、錯充、錯儲、錯用、錯檢和錯管；（2）定期檢查氧氣鋼瓶，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定氣瓶合格、降壓使用或報廢；（3）注意充裝安全，充裝前要嚴(yán)格檢查，充裝壓力不得超過設(shè)計壓力，充氧臺嚴(yán)禁煙火、油脂。　
 
氫氣儲罐的火災(zāi)爆炸危險性分析（8）

    目前大都采取加氫除氧的生產(chǎn)氬氣工藝，必須要用氫氣燃燒來除去粗氬中的氧氣。氫氣與氧氣同時存在，工藝指標(biāo)控制不好或管理不當(dāng)，就可能發(fā)生爆炸事故。氫氣儲罐爆燃事故樹如圖7所示。

　　

　　 圖7 氫氣儲罐爆燃事故樹

　　 根據(jù)事故樹救最小割集：

　　 T=X₆ T₁=( X₁+ X₂+ X₃+ X₄+ X₅) X₆= X₁ X₆+ X₂ X₆+ X₃ X₆+ X₄ X₆+ X₅ X₆

　　 最小割集為：

　　 { X₁ X₆}，{ X₂ X₆}，{ X₃ X₆}，{ X₄ X₆}，{ X₅ X₆}

　　 基本事件結(jié)構(gòu)重要度排序?yàn)椋篒₍₆₎ ＞I₍₁₎= I₍₂₎ =I₍₃₎= I₍₄₎= I₍₅₎。

　　 預(yù)防氫氣儲罐爆燃的措施：（1）加強(qiáng)氫氣中氧含量分析和控制；（2）加強(qiáng)設(shè)備的泄漏檢查和維護(hù)。