紀(jì)峰(河南省正大工業(yè)工程技術(shù)有限公司， 河南 鄭州 450002)

保護(hù)氣體站為非爆炸性氣體危險(xiǎn)環(huán)境的說(shuō)明

紀(jì)峰(河南省正大工業(yè)工程技術(shù)有限公司， 河南 鄭州 450002)

筆者在一個(gè)熱鍍鋁鋅硅鋼板材項(xiàng)目的安全評(píng)價(jià)工作中，部分專家對(duì)其保護(hù)氣體站是否需要采用防爆措施存在一些爭(zhēng)議，本文通過(guò)相關(guān)規(guī)范的符合性分析、計(jì)算，對(duì)保護(hù)氣體站不屬于爆炸危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行說(shuō)明。

保護(hù)氣體站；非爆炸性氣體危險(xiǎn)環(huán)境；說(shuō)明

1 概況

大多數(shù)熱鍍鋁鋅硅鋼板材項(xiàng)目保護(hù)氣體站布置于生產(chǎn)廠房附房?jī)?nèi)，且附房基本長(zhǎng)36m，寬6m，高5m，與廠房之間要求采用實(shí)體防火墻隔開(kāi)，上部采用混凝土預(yù)制板和輕質(zhì)屋面板。在附房的向外側(cè)墻壁設(shè)置3臺(tái)22kW的軸流風(fēng)機(jī)，每臺(tái)通風(fēng)量14000m3/h。

保護(hù)氣體站內(nèi)布置2臺(tái)氨分解爐，平均分解能力為90Nm3/h。爐內(nèi)采用電加熱輻射盤(pán)管，溫度為800～850℃。

2 氨分解和制氮工藝

2.1 市工藝流程圖

圖1 氨分解工藝流程簡(jiǎn)圖

2.2 工藝流程概述

(1)制氮工藝。首先空氣經(jīng)空壓機(jī)壓縮后，出口壓力為0.8MPa，出口溫度≤45℃，含油量≤5ppm。壓縮空氣先進(jìn)入C級(jí)過(guò)濾器初步過(guò)濾(除去大部分油、水、塵埃后使含油量≤1.0ppm，含塵量≤1μm)，再進(jìn)入冷凍式干燥機(jī)除水(使壓縮空氣的露點(diǎn)降至-20℃左右，除去大量的水分)，再經(jīng)T級(jí)和A級(jí)過(guò)濾器精密過(guò)濾(使含油量≤0.01ppm，含塵量≤0.01μm)。 然后潔凈的壓縮空氣先進(jìn)入空氣緩沖罐，再進(jìn)入制氮機(jī)制取氮?dú)猓獨(dú)庠龠M(jìn)入氮?dú)渑浔妊b置。

制氮機(jī)工作原理：由兩個(gè)填裝吸附劑(主要為碳分子篩，復(fù)合床結(jié)構(gòu))的變壓吸附分離系統(tǒng)組成，即FD-440型制氮裝置。潔凈的壓縮空氣由吸附塔底端進(jìn)入，氣流經(jīng)特殊的空氣擴(kuò)散器擴(kuò)散以后，均勻進(jìn)入吸附塔，進(jìn)行氧氮吸附分離，然后從出口端流出氮?dú)?，進(jìn)入氮?dú)饩彌_罐，之后經(jīng)均壓和減壓(至常壓)，吸附劑脫除所吸附的雜質(zhì)組分(主要為氧氣)，完成吸附劑的再生。兩個(gè)吸附塔交替循環(huán)操作，連續(xù)送入原料空氣，最后通過(guò)粉塵過(guò)濾器連續(xù)生產(chǎn)純度≥99%的氮?dú)猓a(chǎn)量為200Nm3/h，氮?dú)廨敵鰤毫椤?.6MPa(可調(diào))，氮?dú)獬郝饵c(diǎn)為≤-40℃。

FD-440型制氮機(jī)配備了氮?dú)夥治鰞x(量程95-99.999%)，可數(shù)字顯示、在線分析，保證氮?dú)饧兌瓤刂圃?9%以上。

從氮?dú)饩彌_罐出來(lái)的純度為99%的氮?dú)饨?jīng)過(guò)氮?dú)饧兓b置處理后，除去氮?dú)庵械碾s質(zhì)、水分和塵埃，得到高純度氮?dú)?，其氮?dú)猱a(chǎn)量440Nm3/h，氧含量≤3ppm，露點(diǎn)≤-60℃，氮?dú)廨敵鰤毫椤?.6MPa(可調(diào))。

制氮裝置配備了氮?dú)夥治鰞x+微量氧分析儀，可數(shù)字顯示、在線分析，保證氮?dú)饧兌瓤刂圃?9.999%以上。合格氮?dú)饨?jīng)過(guò)增壓機(jī)增壓后輸送至用氣點(diǎn)，經(jīng)過(guò)2個(gè)減壓閥組，減壓至0.5MPa，與后續(xù)用氣管路連接。

(2)氨分解工藝。液氨自液氨儲(chǔ)罐中經(jīng)汽化器汽化后，進(jìn)入氨分解制氫裝置，在裝置內(nèi)經(jīng)換熱器換熱，約700℃左右進(jìn)入AQ型氨分解爐，氨氣在裝置內(nèi)經(jīng)催化劑作用下，分解為氮?dú)夂蜌錃?。小部分氮?dú)浠旌蠚膺M(jìn)入低壓緩沖罐，經(jīng)氫壓機(jī)加壓后進(jìn)入另一緩沖罐，再進(jìn)入氮?dú)饧兓b置除氧；大部分氮?dú)浠旌蠚庵苯舆M(jìn)入氮?dú)渑浔妊b置，和制氮機(jī)制取的氮?dú)馀浔群?，進(jìn)入退火爐。

2 非爆炸性氣體危險(xiǎn)環(huán)境的說(shuō)明

2.1 根據(jù)明火和高溫進(jìn)行說(shuō)明

根據(jù)《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50058-2014第3.2.2條，符合下列條件之一時(shí)，可劃為非爆炸危險(xiǎn)區(qū)域：

(1)沒(méi)有釋放源并不可能有易燃物質(zhì)侵入的區(qū)域；

(2)易燃物質(zhì)可能出現(xiàn)的最高濃度不超過(guò)爆炸下限值的10%；

(3)在生產(chǎn)過(guò)程中使用明火的設(shè)備附近，或熾熱部件的表面溫度超過(guò)區(qū)域內(nèi)易燃物質(zhì)引燃溫度的設(shè)備附近；

(4)在生產(chǎn)裝置區(qū)外，露天或開(kāi)敞設(shè)置的輸送易燃物質(zhì)的架空管道地帶，但其閥門(mén)處按具體情況定。

由于氨分解爐的電加熱輻射管的溫度為800～850℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氫氣的著火點(diǎn)591℃，另外剛分解完畢的氮?dú)浔Ｗo(hù)氣溫度為800℃，也屬于高溫氣體，所以該保護(hù)氣體站場(chǎng)所屬于上述條款中的第3條的情況，即：“在生產(chǎn)過(guò)程中使用明火的設(shè)備附近，或熾熱部件的表面溫度超過(guò)區(qū)域內(nèi)易燃物質(zhì)引燃溫度的設(shè)備附近”所以該保護(hù)氣體站可視為非爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。

2.2 根據(jù)通風(fēng)水平進(jìn)行計(jì)算說(shuō)明

《氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50177-2005第10.0.5條，有爆炸危險(xiǎn)房間的自然通風(fēng)換氣次數(shù)，每小時(shí)不得少于3次；事故排風(fēng)裝置換氣次數(shù)每小時(shí)不得少于12次，并與氫氣檢漏裝置聯(lián)鎖。

若考慮保護(hù)氣體壓縮和供氣設(shè)施位于氣體保護(hù)站的西側(cè)，距離高溫氨分解爐有一定的間距，為了提高安全水平，企業(yè)在保護(hù)氣體站的北墻設(shè)置了3臺(tái)22kW的軸流風(fēng)機(jī)，每臺(tái)通風(fēng)量14000m3/h，常規(guī)時(shí)期可開(kāi)2備1。

(1)換氣次數(shù)和新風(fēng)量。根據(jù)保護(hù)氣體站的建筑尺寸，保護(hù)氣體站的內(nèi)部空間體積為：

36m×6m×5m=1080m3

機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)量為：

14000m3/h×2=28000m3/h

則換氣次數(shù)為：28000/1080=25.9次/小時(shí)，遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)事故通風(fēng)不小于12次/小時(shí)。

(2)氮?dú)饣旌蠚獾谋ㄏ孪拗涤?jì)算。根據(jù)項(xiàng)目工藝，氨分解直接氣由75%體積比的H2和25%體積比的N2組成，然后再通入氮?dú)?由變壓吸附制氮機(jī)提供)，使保護(hù)氣變成22%體積比的H2和78%體積比的N2組成。

然后計(jì)算該(75% N2、25% H2)保護(hù)氣的爆炸下限：(圖1)

根據(jù)項(xiàng)目運(yùn)行實(shí)際情況，該項(xiàng)目惰性氣體比可燃?xì)怏w的分?jǐn)?shù)是78/22=3.55

查表如下：(圖2)

根據(jù)上表中的氮?dú)浠旌蠚獗ㄉ舷孪薜那€坐標(biāo)，可知(75% N2、25% H2)保護(hù)氣的爆炸下限為21%。則爆炸下限的10%為2.1%。

(3)氮?dú)饣旌蠚獾男孤┝坑?jì)算。①氣體流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)式(1)成立時(shí)，氣體流動(dòng)屬音速流動(dòng)；當(dāng)式(2)成立時(shí)，氣體流動(dòng)屬亞音速流動(dòng)。

氫氣和氮?dú)舛紝儆陔p分子氣體，絕熱指數(shù)k取值1.41?；旌蠚獾墓鈮毫槲⒄龎?，約為240Pa ～500Pa(退火爐內(nèi)氮?dú)浔Ｗo(hù)氣氛壓力為200Pa)，大氣壓取值105Pa，則P0/P=0.005，根據(jù)公式計(jì)算[2/(k+1)]k/(k-i)=0.526，則P0/P＜ [2/(k+1)]k/(k-i)，所以氣體泄漏呈音速流動(dòng)。

圖1

②氣體泄漏量計(jì)算。氣體泄漏呈音速流動(dòng)時(shí)，泄漏公式為：

Cd取值1.00

A裂口面積=0.0018m2(管徑DN80mm，根據(jù)《安全評(píng)價(jià)》第三版，28章的泄漏情況綜述，管道的典型泄漏可取聯(lián)接管道管徑的20%～100%，本次計(jì)算裂口形狀取不規(guī)則的圓形)。

M=相對(duì)分子量取值22.3

T=293K

R=8.314J/mol.K

ρ=0.995kg/m3

帶入公式(3)得：

Q=0.05895kg/s

常溫常壓下，該保護(hù)氣的密度ρ=0.995kg/m3，于是泄漏量

Q=0.0589/0.995=0.0592m3/s=212.22m3/h。

(4)氣體泄漏下限計(jì)算。該項(xiàng)目機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)量為：14000m3/h×2=28000m3/h，則若達(dá)爆炸下限的10%即為2.1%的情況，則泄漏量至少應(yīng)為28000m3/h×2.1%=588m3/h。

則根據(jù)上述計(jì)算212.22m3/h的泄漏量小于588m3/h，達(dá)不到爆炸下限的10%。另外，該項(xiàng)目氮?dú)浔Ｗo(hù)氣實(shí)際生產(chǎn)量為300Nm3/h，即使全部泄漏在保持風(fēng)機(jī)常開(kāi)的情況下也達(dá)不到爆炸下限的10%。

所以該項(xiàng)目的保護(hù)氣體站在采取通風(fēng)措施后也可以符合《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50058-2014第3.2.2條的第二種情況。結(jié)合以上2點(diǎn)說(shuō)明，該保護(hù)氣體站屬于非氣體爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。

圖2