傅吉品，何俊霖(寧波市危險化學(xué)品應(yīng)急救援研究中心，浙江 寧波 315000)

0 引言

隨著工業(yè)突飛猛進(jìn)式發(fā)展，工業(yè)上使用空分裝置生產(chǎn)液氧、液氮等產(chǎn)品隨之越來越多，與此同時，近年來國內(nèi)因空分裝置發(fā)生的安全事故相對頻發(fā)，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，給社會帶來負(fù)面影響。

1 空分裝置簡介

在現(xiàn)實生產(chǎn)活動中，用于進(jìn)行空氣分離的裝置較多，不同的空分裝置所使用的技術(shù)方法也不同，在實際生產(chǎn)活動中，根據(jù)生產(chǎn)目的對空分裝置工藝技術(shù)進(jìn)行選擇。

1.1 工藝技術(shù)

現(xiàn)階段我國主要空氣分離技術(shù)有3種，即深冷法、膜分離法、吸附法，具體到工藝裝置中，可能是這幾種方法的組合。

(1)低溫法(深冷法)。將過濾后的空氣壓縮、膨脹、降溫，直到液化，然后利用氮、氧沸點的不同，沸點低的容易汽化這個特征，在分離塔內(nèi)讓相對溫度高的蒸氣與溫度低的液體不斷接觸，利用低沸點的氮多蒸發(fā)，高沸點的氧多冷凝的原理，使塔上部蒸氣氮含量不斷提高，塔下部液體中的氧含量不斷增大，實現(xiàn)氧、氮分離。通過低溫液化空氣再進(jìn)行分離的方法目前在工業(yè)上應(yīng)用最廣泛。常見的低溫法空分裝置工藝如圖1所示。

圖1 常見的低溫法空分裝置工藝示意圖

(2)變壓吸附法。利用特定吸附劑(分子篩等)在一定壓力下，對氣體混合物中某些特定組分吸附能力的差異進(jìn)行分離，通過吸附劑以及壓力的轉(zhuǎn)變，獲得不同純度等級的氮氧產(chǎn)品。

(3)膜分離法。通過氣體擴(kuò)散原理，利用一些有機(jī)聚合膜的潛在選擇性，讓空氣通過透析膜，不同氣體有不同的滲透率，以實現(xiàn)氣體分離。

1.2 主要組成

采用深冷法的空分裝置主要包括壓縮機(jī)組、預(yù)冷和純化、制冷和換熱、精餾以及與產(chǎn)品相關(guān)的其他單元。

壓縮系統(tǒng)：有自潔式空氣過濾器、汽輪機(jī)、空壓機(jī)、增壓機(jī)、儀表壓縮機(jī)等，用于空氣壓縮和增壓空氣壓縮。原料空氣壓縮機(jī)用于為裝置提供帶壓原料氣，增壓空氣壓縮機(jī)用于為裝置提供膨脹及液氧氣化的氣源。

預(yù)冷和純化系統(tǒng)：將壓縮空氣進(jìn)行初步冷卻，并去除空氣中的水分和二氧化碳等雜質(zhì)。主要設(shè)備有空冷塔、水冷塔、分子篩純化器、冷卻水泵等。

制冷換熱系統(tǒng)：利用膨脹機(jī)制冷，由氣體在膨脹機(jī)中等熵膨脹而制取冷量，用于精餾分離出不同氣體。

精餾系統(tǒng)：不同氣體沸點不同，通過在精餾塔上部和下部多次的熱交換，即部分蒸發(fā)和部分冷凝來完成整個精餾過程，實現(xiàn)氮氧分離。

1.3 工藝流程

首先吸入空氣進(jìn)行過濾純化，再通過低溫分離和壓縮循環(huán)深度冷凍的方法把空氣變成液態(tài)，經(jīng)過低溫精餾，根據(jù)不同沸點而從液態(tài)空氣中逐步分離生產(chǎn)出氧氣、氮氣及氬氣等惰性氣體。

2 空分裝置危險性分析

2.1 火災(zāi)、爆炸危險

(1)火災(zāi)、化學(xué)性爆炸

①氧氣。當(dāng)空氣中的氧濃度增加到25%及以上時，有火星就能引起活潑的燃燒反應(yīng)，燃燒如果發(fā)生在容器、管道之中，則會使其溫度、壓力急劇上升，一旦得不到控制，勢必會造成爆炸。同時，氧氣泄漏導(dǎo)致氧含量偏高，使得在平時在空氣中不易燃燒(氧指數(shù)高)的物質(zhì)變的容易燃燒，大大增加火災(zāi)風(fēng)險[4]。

②碳?xì)浠衔锖陀椭？諝庵泻欢康奶細(xì)浠衔?如乙炔、乙烯等)，它們的爆炸極限范圍較寬，閃點較低，當(dāng)這些物質(zhì)遇上引爆源時，便會發(fā)生化學(xué)爆炸。另外，在液氧環(huán)境中，來源于空壓機(jī)系統(tǒng)的潤滑脂會與不飽和烴、氮氧化物和氧氣的混合物在低溫下起化學(xué)反應(yīng)，生成其他靈敏度較高的可燃物。當(dāng)這些可燃物在設(shè)備中積聚并遇上引爆源時，同樣會發(fā)生化學(xué)爆炸[4]。

(2)物理性爆炸?？辗盅b置中的空氣壓縮機(jī)組、增壓透平膨脹機(jī)組等配套設(shè)施均為壓力容器。如果壓力容器承受的實際壓力超過設(shè)計允許值，或者壓力表、安全閥等部件失靈，那么均存在出現(xiàn)裂紋、破碎、甚至爆炸的危險[4]。

2.2 冷凍傷害

由于液氧、液氮、液氬等空分產(chǎn)品的沸點非常低，加之汽化時需要吸收大量的熱，一旦輸送這些產(chǎn)品的泵、閥門、管道及儲罐等密封不嚴(yán)，設(shè)備出現(xiàn)裂紋或破碎，將發(fā)生泄漏事件，若噴灑到人員的身體上，不可避免的會造成冷凍傷害[5]。

2.3 窒息危害

(1)缺氧窒息。一旦分離出來的液氮、液氬等產(chǎn)品發(fā)生泄漏，會逐漸沖淡周圍空氣中的氧含量，使人吸入的氣體中含氧量下降，當(dāng)人呼吸的氣體中，氧含量低于18%時，定為缺氧。輕則造成缺氧反應(yīng)，使人呼吸量增大，脈搏加快；重則有可能造成窒息死亡[5]。

(2)機(jī)械性窒息。因空分裝置冷箱內(nèi)存有漏出的低溫液體，打開人孔時，內(nèi)外發(fā)生熱量交換，裝置內(nèi)低溫液體大量吸熱急劇汽化，冷箱被撐破，珠光砂大量噴泄而出，埋住扒塔人員[5]。

2.4 中毒

為滿足防爆要求，空分裝置中與介質(zhì)氧接觸的零部件表面要求有很高的清潔度，必須進(jìn)行脫脂清洗。清洗經(jīng)常要用到三氯乙烯、四氯化碳等，這類物質(zhì)具有一定的毒性，使用不當(dāng)可能會發(fā)生中毒事故[5]。

3 事故處置

(1)整體評估。到場后，第一時間要對現(xiàn)場環(huán)境作一個整體評估，包括碳?xì)浠衔?、氧含量濃度等，需先進(jìn)行通風(fēng)置換，或事先做好相關(guān)安全措施，尤其是在受限空間，不能急于救人，以防窒息。

(2)明確重點。一旦發(fā)生火災(zāi)，要鋪設(shè)水幕水帶設(shè)置水幕分隔，重點保護(hù)壓縮機(jī)和冷箱，否則一旦失去冷源和冷媒，整個關(guān)聯(lián)設(shè)備將發(fā)生超溫超壓連鎖爆炸事故。

(3)堵截蔓延。對氣體(尤其是氧氣)外泄，應(yīng)在關(guān)閉控制閥，切斷氣體來源的同時，采用霧狀射流形成水幕墻，防止氣體向重要目標(biāo)或危險源擴(kuò)散。

(4)驅(qū)散稀釋。在事故部位、單元之間對液氧四周鋪設(shè)屏障水槍陣地，控制其擴(kuò)散范圍。利用水幕水帶、霧狀水、自擺炮等實施驅(qū)散、稀釋或阻隔，抑制遇火閃爆等危險。

(5)送風(fēng)吹掃。對于確定有或可能有窒息性氣體聚集區(qū)域，必須清楚地作出標(biāo)記，通過機(jī)械送風(fēng)、吹掃等方式進(jìn)行驅(qū)散。并避免人員在氧氣濃度增高的區(qū)域內(nèi)停留。嚴(yán)禁人員進(jìn)入氮氣(氬氣)增濃區(qū)域。

(6)充氮置換。在破損空分裝置的保冷箱內(nèi)充以干燥氮氣等密封氣或其他方法，保持一定壓力，既可排除濕氣進(jìn)入以防止氧的積累，又可加溫珠光砂，使存儲的液體汽化，減少存儲量，從而減少噴砂量[2]。

4 注意事項

(1)切忌直接出水。如對已受損冷箱盲目出水冷卻有可能造成冷箱內(nèi)的低溫液體加速揮發(fā)，或使冷箱爆炸倒塌，當(dāng)火災(zāi)有蔓延危險時，應(yīng)設(shè)立陣地進(jìn)行堵截，保護(hù)冷箱不受熱輻射威脅。

(2)嚴(yán)禁火源。當(dāng)有易燃易爆氣體，應(yīng)對周圍實施可燃?xì)怏w濃度實時監(jiān)測，并注意非防爆對講機(jī)、手機(jī)等使用。不得穿著帶有鐵釘或任何鋼質(zhì)件的鞋子進(jìn)入空分生產(chǎn)區(qū)，在充滿氧氣的環(huán)境中不得穿合成纖維衣物。

(3)防靜電。當(dāng)裝置中液化的氣體流速增高時，靜電場的強(qiáng)度便迅速提高，且可能達(dá)到較高的電壓而發(fā)生靜電火花，形成火災(zāi)爆炸的引爆源。

(4)防凍、防爆、防窒息。針對空分產(chǎn)品的低溫窒息性能，應(yīng)穿戴好防凍服、低溫手套、護(hù)目鏡等，背好空呼，褲腳不要塞進(jìn)鞋子內(nèi)。針對液氧泄漏，注意防止爆燃。

(5)數(shù)據(jù)分析。在進(jìn)低溫操作室處置之前，應(yīng)該先對冷箱含氧量做數(shù)據(jù)分析。如果其值低于19%，則必須佩戴好空氣呼吸器或者長管式面具等隔離式面具，同時要在其他人員的監(jiān)護(hù)下進(jìn)行操作[3]。

(6)防機(jī)械傷害?？辗盅b置機(jī)械設(shè)備運轉(zhuǎn)時部件的外露部分(電機(jī)、聯(lián)軸器等)，如若存在防護(hù)措施缺失，稍不注意可能導(dǎo)致衣物等纏繞其上，造成更為嚴(yán)重的傷害。

(7)區(qū)段加溫。如若發(fā)生有人員被困冷箱內(nèi)，在進(jìn)入空分裝置的保冷箱內(nèi)施救被困人員前，必須經(jīng)廠方技術(shù)人員評估，是否具備對有關(guān)區(qū)段進(jìn)行加溫條件，或在做好相關(guān)個人防護(hù)后方可進(jìn)入[2]。

(8)注重洗消。人員在氧氣濃度較高區(qū)域內(nèi)長時間停留，則其衣著必被氧氣所浸透，浸透氧的衣物極易著火并會迅速燃燒，應(yīng)用空氣進(jìn)行徹底吹洗置換。

5 結(jié)語

總之，每一套空氣分離設(shè)備及其相關(guān)設(shè)施的燃爆事故都有其自身的特殊性，但也有共同之處。因此，首先必須加強(qiáng)對空分裝置安全設(shè)計，嚴(yán)格遵守國家法律法規(guī)的相關(guān)規(guī)定，落實各項安全措施。此外消防救援力量在處置此類事故時，一定要把握好共同重要節(jié)點，在廠方技術(shù)人員采取相關(guān)工藝處置的同時，有針對性地進(jìn)行專業(yè)處置，最大程度減少事故造成的損失。