萬成略

在鋼鐵冶金企業(yè)的生產(chǎn)過程中,深度冷凍法是最經(jīng)濟(jì)的制氧方法。因能大批量生產(chǎn)制得純度極高的氧氣,該法在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。然而,深度冷凍法制氧工藝復(fù)雜,設(shè)備裝置龐大,存在著諸多危險(xiǎn)因素,容易導(dǎo)致群死群傷的事故發(fā)生。因此,加強(qiáng)深度冷凍法制氧的安全生產(chǎn)與事故控制,成為鋼鐵冶金企業(yè)在應(yīng)用該法時(shí)必須解決的問題。

氧氣生產(chǎn)危險(xiǎn)源點(diǎn)控制

深度冷凍法首先使空氣通過過濾器除去塵埃等固體雜質(zhì),進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮,再經(jīng)過分子篩凈化器除去水蒸氣和二氧化碳等雜質(zhì)氣體。然后進(jìn)行冷卻、降壓,當(dāng)溫度降至-170℃左右時(shí),空氣開始部分液化進(jìn)入精餾塔,根據(jù)空氣中各氣體的不同沸點(diǎn)進(jìn)行分餾。液態(tài)氧的沸點(diǎn)比液態(tài)氮的沸點(diǎn)高,兩者相比,液氮更易氣化。經(jīng)多步分餾可以得到99%以上的純氧,同時(shí)得到氮?dú)夂吞崛∠∮袣怏w的原料,其典型流程見圖1所示。

各工藝設(shè)備的危險(xiǎn)控制點(diǎn)主要包括以下6個(gè)方面。

1.空氣壓縮機(jī)

空壓機(jī)是氧氣廠的主要噪聲來源,大型空壓機(jī)必須采取防振降噪措施?？諌簷C(jī)軸瓦、排氣管道等是壓縮過程中火災(zāi)、爆炸的多發(fā)部位。主要原因有冷卻水或潤滑油中斷或供量不足,尤其是排氣管道的積碳氧化自燃?？諌簷C(jī)入口的空氣過濾器應(yīng)按規(guī)定定期清掃或更換濾料?？諌簷C(jī)入口不宜采用油浸式過濾器。

大、中型空壓機(jī)應(yīng)設(shè)置防喘振、振動(dòng)、軸位移、油壓、油溫、水壓、水量、軸承溫度及排氣溫度等報(bào)警聯(lián)鎖裝置。開車前必須做好空投試驗(yàn)?？諌簷C(jī)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)不正常的聲響、氣味、振動(dòng)或發(fā)生故障,應(yīng)立即停機(jī)檢查。

空壓機(jī)的所有防護(hù)聯(lián)鎖裝置和安全附件,在啟動(dòng)前應(yīng)進(jìn)行檢查,并確認(rèn)處于完好狀態(tài),方可啟動(dòng)。內(nèi)壓縮流程(氧氣)的增壓機(jī)與主空壓機(jī)必須同步運(yùn)行,增壓機(jī)與主空壓機(jī)間的聯(lián)鎖保護(hù)裝置應(yīng)完善、可靠。

2.氧壓機(jī)

氧壓機(jī)的工質(zhì)是純凈的氧氣,具有著火爆炸危險(xiǎn)。氣缸溫度高,皮碗或密封件發(fā)生分解產(chǎn)生可燃?xì)怏w而與氧發(fā)生爆炸,因此要控制氧壓機(jī)各級(jí)排氣溫度不得超過允許值(160℃)。對(duì)于壓力比不正常的級(jí)要特別注意其溫升情況。由于氧氣在較高的排氣溫度下,對(duì)所接觸的機(jī)器零部件的氧化腐蝕作用大大增強(qiáng),發(fā)生著火和爆炸的可能性也大大增加,所以必須隨時(shí)監(jiān)控排氣溫度。一旦發(fā)現(xiàn)氧壓機(jī)的各級(jí)壓力比不正常,應(yīng)及時(shí)停車,查明原因。

透平氧壓機(jī)軸密封必須完好,并保證軸封氣的壓力在規(guī)定值之內(nèi)。經(jīng)常檢查活塞式氧壓機(jī)油密封圈的密封效果,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修復(fù),嚴(yán)禁油被活塞桿帶入氣缸。

透平氧壓機(jī)宜設(shè)可熔探針或溫度探頭、自動(dòng)快速氮?dú)鉁缁鸹蚱渌鼫缁鸫胧?/p>

3.膨脹機(jī)

壓縮空氣通過膨脹機(jī)膨脹而降低溫度。透平膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速很高,導(dǎo)流器內(nèi)的氣流速度也很大。如果在氣流中夾帶有少量的機(jī)械雜質(zhì)或固體顆粒,會(huì)造成導(dǎo)流器和葉輪的磨損,甚至打壞葉片。為了防止事故發(fā)生,一般在透平膨脹機(jī)前設(shè)置有銅絲布的機(jī)前過濾器。通常使用帶壓力的密封氣,但要防止?jié)櫥瓦M(jìn)入膨脹機(jī)內(nèi)。膨脹后氣體溫度應(yīng)保持一定的過熱度,嚴(yán)格控制機(jī)后溫度保證氣體不液化。

4.制氧機(jī)

精餾塔的爆炸原因主要是液氧(或富氧液空)在蒸發(fā)過程中造成乙炔等危險(xiǎn)物的濃縮、積聚或沉淀,組成了爆炸性混合物。乙炔在液氧中的溶解度極低,固態(tài)乙炔在無氧的情況下也可能發(fā)生爆炸,分解成碳和氫,并放出熱量。

冷凝蒸發(fā)器的爆炸部位,隨其結(jié)構(gòu)型式不同而有所不同。一般易發(fā)生在液氧面分界處,以及個(gè)別液氧流動(dòng)不暢的通道,也有發(fā)生在下部管板處或上頂蓋處。對(duì)輔助冷凝蒸發(fā)器,爆炸易發(fā)生在液氧接近蒸發(fā)完畢的下部。

除冷凝蒸發(fā)器外,在下塔液空進(jìn)口下部、液空吸附器、上塔液空進(jìn)口處的塔板、液氧排放管、液氧泵、切換式換熱器冷端的氧通道、輔助冷凝蒸發(fā)器后的乙炔分離器等其他部位也有可能發(fā)生爆炸。為防止液氧中乙炔的聚集,可從主冷凝器引出一部分液氧,把烴類從主冷凝器帶出一部分。宜連續(xù)抽取相當(dāng)于氣氧產(chǎn)量1%的液氧再另行氣化。還應(yīng)把主冷凝器液氧面提高,采取全浸操作,避免產(chǎn)生液氧干蒸發(fā)(在蒸發(fā)管出口不含液氧),防止碳?xì)浠衔锔皆诠鼙谏?以增加設(shè)備的安全性。在國產(chǎn)全低壓空分流程中目前已采用了這項(xiàng)措施。

5.氧氣儲(chǔ)罐區(qū)

液氧儲(chǔ)罐宜采用真空絕熱儲(chǔ)罐,儲(chǔ)罐液位在任何時(shí)候,均不得低于20%、高于95%;壓力控制在5～7kPa。保證呼吸閥完好,控制排液速度,防止罐內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓,抽癟內(nèi)膽。要防止外界熱量傳入時(shí),液氧吸熱而汽化,壓力自然升高。為防止超壓,必須設(shè)置可靠的安全裝置;應(yīng)定期測(cè)定低溫液體罐夾層的真空度,使其絕對(duì)壓力保持在1.36～6.8Pa之間。氧氣球罐的儲(chǔ)存壓力在3.0MPa左右,屬壓力容器,應(yīng)按壓力容器進(jìn)行管理。

6.液氧氣化器

要防止使用液氧氣化器時(shí)未氣化的液氧進(jìn)入氧氣充裝系統(tǒng),造成氣化增壓爆炸事故,在液氧氣化器的出口處應(yīng)設(shè)有溫度過低報(bào)警液氧泵停車等安全聯(lián)鎖裝置,蒸發(fā)器出口的氧氣溫度應(yīng)不低于0℃。水浴蒸發(fā)器水位,應(yīng)不低于規(guī)定線。還應(yīng)設(shè)水溫調(diào)節(jié)控制系統(tǒng),水溫應(yīng)保持在40℃以上。水浴蒸發(fā)器應(yīng)定期對(duì)盤管進(jìn)行查漏?？諝鈸Q熱液氧蒸發(fā)器,應(yīng)嚴(yán)格控制液氧蒸發(fā)量。

氧氣設(shè)備檢修安全

在設(shè)備、管道上動(dòng)火時(shí),氧氣含量必須控制在23%以下;在生產(chǎn)區(qū)域或容器內(nèi)動(dòng)火時(shí),應(yīng)控制氧氣含量在19.5%～23%。在空分裝置周圍動(dòng)火時(shí),不準(zhǔn)排放液氧、液空。暫停動(dòng)火后,再次動(dòng)火前,應(yīng)重新取樣分析氧含量。如動(dòng)火作業(yè)連續(xù)超過4h后,應(yīng)重新取樣分析氧含量。氧氣容器、管道動(dòng)火時(shí)除滿足以上條件外,必須進(jìn)行可靠切斷。氧氣生產(chǎn)區(qū)域動(dòng)火時(shí)應(yīng)連續(xù)監(jiān)控氧氣含量在上述規(guī)定范圍內(nèi)。

與氧氣接觸的設(shè)備、閥門、管道和容器,進(jìn)入空分裝置的空氣、氮?dú)夤艿兰暗A(yù)冷系統(tǒng)的水管等檢修時(shí)嚴(yán)禁被油脂污染。檢修后必須進(jìn)行脫脂處理,確認(rèn)脫脂合格后,方可投入生產(chǎn)?？辗盅b置用三氯乙烯等清洗劑脫脂時(shí),應(yīng)采取防護(hù)措施?？辗盅b置檢修清洗后,投產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)全面大加熱。

如發(fā)現(xiàn)冷箱內(nèi)有泄漏時(shí),需要扒珠光砂進(jìn)行檢修。如果是氧泄漏,會(huì)使冷箱內(nèi)的氧濃度增高,如果動(dòng)火檢修就可能發(fā)生燃爆事故;如果泄漏的是氮,冷箱內(nèi)氮濃度很高,可能造成窒息事故。因此,在進(jìn)入冷箱作業(yè)前,一定要預(yù)先分析冷箱內(nèi)的氧濃度是否在正常范圍內(nèi)(19.5%～23.0%)。

此外,由于保冷箱內(nèi)的珠光砂處于低溫狀態(tài)(-50～-80℃),在扒珠光砂時(shí)要注意采取防凍措施。同時(shí)要注意低溫珠光砂在空氣中會(huì)結(jié)露而變潮,影響下次裝填時(shí)的保冷性能。

扒珠光砂前,應(yīng)緩慢并充分加熱冷箱內(nèi)珠光砂,加熱時(shí)應(yīng)打開冷箱頂人孔板,并嚴(yán)密監(jiān)控冷箱內(nèi)壓力。當(dāng)冷箱內(nèi)漏有低溫液體時(shí),應(yīng)制定專門的加溫及扒砂方案。應(yīng)先利用圓形小口徑排砂孔,嚴(yán)禁直接使用方形人孔排砂;當(dāng)冷箱高度大于40m時(shí),應(yīng)分層扒砂。扒砂過程中,泄砂口應(yīng)緩慢、謹(jǐn)慎、分步打開,以防止“砂爆”發(fā)生。當(dāng)冷箱上部存有珠光砂時(shí),嚴(yán)禁操作人員從底部進(jìn)入冷箱。

珠光砂是表觀密度很小的顆粒,很容易飛揚(yáng)。會(huì)侵入五官,刺激喉部和眼睛,甚至經(jīng)呼吸道吸入肺部。因此,在作業(yè)時(shí)要戴好防護(hù)面罩。珠光砂的流動(dòng)性很好,密度比水小,人落入珠光砂層內(nèi)將被淹沒而窒息,因此,在冷箱頂部人孔及裝料位置要全部裝上用8～10mm鋼筋焊制的方格形安全鐵柵,以防意外。扒、裝珠光砂時(shí),應(yīng)采取有效的勞動(dòng)防護(hù)措施。充裝口和各層平臺(tái)人孔均必須設(shè)置安全防護(hù)柵網(wǎng),扒裝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)留有人員安全撤離的通道。用氮?dú)庾鳉庠催M(jìn)行濃相輸送充裝珠光砂作業(yè)時(shí),應(yīng)嚴(yán)防氮?dú)庵舷ⅰ?/p>

氧壓機(jī)與氧氣接觸部位檢修時(shí),工具、吊具、工作服等嚴(yán)禁沾染油脂。檢修完畢后,與氧氣接觸部位應(yīng)進(jìn)行脫脂,用紫外線燈等方式檢查確認(rèn)合格后,方可安裝或扣蓋。

透平膨脹機(jī)的密封氣調(diào)壓閥、密封氣管道系統(tǒng)應(yīng)隨主機(jī)同時(shí)進(jìn)行檢修調(diào)整,確保密封氣系統(tǒng)可靠,防止?jié)櫥瓦M(jìn)入透平端或增壓端。

氧氣事故應(yīng)急救援

發(fā)生氧氣泄漏事故,要迅速將泄漏區(qū)人員撤離至上風(fēng)處,并對(duì)泄漏污染區(qū)進(jìn)行隔離,清除一切火源。對(duì)泄漏噴射出的氧氣打水稀釋,同時(shí),合理通風(fēng),加速擴(kuò)散。盡快切斷泄漏源。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器,避免與可燃物或易燃物接觸,尤其要防止液氧沾染衣物燃燒或接觸皮膚凍傷;發(fā)生氧氣著火事故,立即打水使著火容器或設(shè)備冷卻,以防其受熱爆炸并急劇助長火勢(shì)。同時(shí),應(yīng)迅速切斷氣源,用水噴淋保護(hù)切斷氣源的人員;發(fā)生氧氣爆炸事故后,應(yīng)立即切斷氣源。防止發(fā)生氧氣著火事故或氧氣大量泄漏事故的二次事故。如發(fā)生二次事故,應(yīng)區(qū)分氧氣著火事故或氧氣泄漏事故,分別處理;發(fā)生氧氣中毒事故(當(dāng)空氣中的氧氣濃度超過40%時(shí),人就有可能發(fā)生氧中毒)要迅速將中毒人員撤離現(xiàn)場(chǎng)至空氣新鮮處,保持其呼吸道通暢。若中毒人員呼吸停止,應(yīng)立即進(jìn)行人工呼吸,必要時(shí)送醫(yī)院救治。

編輯韓 穎