制氧装置的危险性及安全要素分析Word下载.docx
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根据空分行业自身发展趋势来看，目前空分行业的发展具有以下特点：
第一，装备规模大型化。
目前随着化工、冶金产业生产装置的大型化，对于氧气、氮气、惰性气体（如氩气）等工业气体的需求也相应增加，这就要求与之匹配的空分设备具有更大的生产能力。
经过多年的技术积累，我国空分设备的制造水平不断提高。
目前国内制造的最大空分装置（杭氧制造）已经达到60000Nm3/h空分的规模。
第二，自动化水平不断提高。
目前国内制造的空分装置普遍采用DCS集散控制系统，实现了空分生产的自动控制。
大大降低了劳动强度，减少了人员配置。
第三，工艺更先进，可靠性、安全性更高。
目前空分装置普遍采用全低压分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、规整填料上塔及全精馏无氢制氩等新工艺、新技术。
在氩提取的过程中不再使用危险性高的氢气，大大提高了可靠性和安全性。
2.2空分制氧工艺流程
原料空气在空气吸入过滤器中去除了灰尘和机械杂质后，进入空气透平压缩机中，借助中间冷却器进行中间冷却，将空气压缩至约0.62MPa（A），然后进入空气冷却塔中冷却。
空气在直接接触式空气冷却塔中与水进行热质交换，降温至～10℃，然后进入交替使用的分子筛吸附器。
用于冷却空气的水有两部分：
一部分为常温水，由泵加压后进入空冷塔中部；
另一部分称为冷冻水的则是来自循环水网，先进入浑水器中，而后经过水泵加压进入冷水机组，降温后进入空冷塔的顶部。
出空冷塔空气进入分子筛吸附器，分子筛吸附器为立式双床层，用来清除空气中的水份、二氧化碳和一些碳氢化合物，从而获得干净而又干燥的空气。
两台吸附器交替使用，即一台吸附器吸附杂质，另一台吸附器则由污氮气进行再生。
净化后的加工空气分成两路:
一路被称作膨胀空气，首先经过一个精细过滤器滤去机械杂质，而后进入膨胀机增压端增压，增压后的空气首先在增压机后冷却器中被冷冻水冷却，然后进入主换热器中的膨胀气通道，被相邻通道中的返流气冷却后，再从主换热器中部抽出，进入透平膨胀机中膨胀，膨胀后的空气进入上塔中部参加精馏；
另一路空气直接进入主换热器被冷却至露点温度进入下塔。
已冷却的空气进入下塔参加精馏。
进入下塔的空气通过塔板上的筛孔使塔板上的液体蒸发，由于氧、氮、氩的沸点间的差异，使更多的氮气从液体中蒸发出来，同时经过塔板的空气中更多的氧组分被冷凝下来。
最终在下塔底部获得含氧38%的富氧液空，而在下塔顶部获得纯氮。
下塔顶部的氮气经过冷凝蒸发器，与来自上塔底部的液氧进行热交换，液氧被蒸发，而氮气被冷凝，一部分冷凝液氮再回到下塔作回流液，另一部分液氮，在过冷器中进行过冷，然后送入上塔顶部作为上塔的回流液。
从下塔底部抽出富氧液空，在过冷器中过冷，其中一部分富氧液空提供给粗氩塔冷凝器作为冷源，另一部分送入上塔中部参加精馏。
以不同状态进入上塔的各物料：
液空、液氮、来自粗氩塔冷凝器的液空蒸汽和膨胀空气，通过上塔的进一步分离，在上塔底部获得纯度为99.6%的氧气，经主换热器复热至～12℃后出冷箱，作为氧产品送出。
从上塔的上部抽出污氮气，经过冷器、主换热器复热后部分去纯化系统作再生气，另一部分去水冷塔。
从上塔顶部抽出的氮气，经过冷器、主换热器复热后分成两股，一股作为产品氮气并入管网，另一部分送入预冷系统的水冷塔。
从上塔的中部抽取一定量的氩馏份送入氩塔，氩塔在结构上分为两段，两段之间由液氩泵连接，第二氩塔底部的回流液经液氩泵送入第一氩塔顶部作为回流液，经过氩塔精馏，在塔上部获纯氩，并送入液氩贮存系统。
2.3主要生产设备、设施
在空分系统的装置中，主要包含空气预冷系统、分子筛纯化系统、增压透平膨胀机系统、空气分馏系统、液体储存系统和循环水系统等。
空气预冷系统主要包含的设备有：
自洁式空气过滤器、空气压缩机、空冷塔（填料塔）、水冷塔（填料塔）、水过滤器、冷水机组等。
分子筛纯化系统包含的设备有：
分子筛吸附器、电加热器、放空消音器等。
增压透平膨胀机系统包含：
增压透平膨胀机组、增压机后冷却器。
空气分馏系统包含：
分馏塔、主换热器单元、上塔、下塔、冷凝蒸发器、主冷板式单元、过冷器单元、液氧蒸发器、液氧蒸发器板式单元、粗氩塔、粗氩冷凝器、粗氩冷凝器板式单元、纯氩塔、纯氩冷凝器、纯氩冷凝器板式单元、纯氩蒸发器、纯氩蒸发器板式单元等。
液体储存系统包含：
液氧储槽、液氩储槽、液氮储槽、水浴式液氧汽化器等。
循环水系统由冷却塔、全自动过滤装置、软化水处理装置等组成。
第3章
危险有害因素辨识与分析危险因素是指能对人造成伤亡或对物造成突发性损坏的因素。
有害因素是指能影响人的身体健康，导致疾病或对物造成慢性损坏的因素。
在新鲜原料空气中，主要成分是氮气约为78.0%，其次是氧气约为20.9%，氩气等惰性气体约为0.93%，二氧化碳约为0.03%，还有水蒸气、臭氧及痕量的污染物如甲烷、乙炔、二氧化硫、二硫化碳、氧化氮及尘粒等。
除了空气中的氮、氧成分作为原料外，乙炔、甲烷、二氧化硫、二硫化碳等污染物对工艺安全有重要的影响。
为了能较为全面、准确地辨识空分制氧过程中潜在的各种危险有害因素，下面从涉及的危险化学品、工程装置正常生产过程中危险有害因素等方面进行分析。
第3章主要危险物质的危险有害特性《危险化学品安全管理条例》所称危险化学品，包括爆炸品、压缩气体（易燃气体、不燃气体和有毒气体）和液化气体、易燃液体、易燃固体、自燃物品和遇湿易燃物品、氧化剂和有机过氧化物、有毒品和腐蚀品等。
根据《危险化学品名录》（国家安监局[2003]第1号公告），制氧工程中涉及的危险化学品主要有：
氧气、氮气和氩，它们均为第2.2类不燃气体。
另外，压缩空气在《危险化学品名录》（国家安监局[2003]第1号公告）中也属第2.2类不燃气体，助燃，并且压缩空气具有一定压力，其危险有害特性可参考氧气。
表3-1
装置中存在的主要危险化学品一览表危险化学品名称危险化学品分类危规号CASUN氧第2.2类不燃气体（助燃）220017782-44-71072氮第2.2类不燃气体（窒息性）220057727-37-91066氩第2.2类不燃气体（窒息性）220117440-37-11006压缩或液化空气第2.2类不燃气体（助燃）22003（22004）
表3-2
主要危险化学品的有毒有害特性及防护、应急措施表物质名称主要特性氧气氮气氩危险性类别第2.2类
不燃气体第2.2类
不燃气体理化特性无色无臭气体。
相对密度（水=1）：
1.14（-183℃）相对密度（空气=1）:
1.43饱和蒸气压（kPa）：
506.62（-164℃）熔点（℃）：
-218.8沸点（℃）：
-183.1临界温度（℃）：
-118.4临界压力（MPa）:
5.08溶解性：
溶于水、乙醇无色无臭气体。
0.81（-196℃）相对密度（空气=1）:
0.97饱和蒸气压（kPa）：
1026.42（-173℃）熔点（℃）：
-209.8沸点（℃）：
-195.6临界温度（℃）：
-147临界压力（MPa）:
3.40溶解性：
微溶于水、乙醇无色无臭的惰性气体。
1.40（-186℃）相对密度（空气=1）：
1.38
饱和蒸气压（kPa）：
202.64（-179℃）熔点（℃）：
-189.2沸点（℃）：
-185.7临界温度（℃）：
-122.3临界压力（MPa）:
4.86溶解性：
微溶于水健康危害常压下，当氧的浓度超过40%时，有可能发生氧中毒；
吸入40%～60%的氧时，严重时会发生肺水肿，吸入氧浓度在80%以上时，会出现眩晕、心动过速、虚脱、继而呼吸衰竭而死亡。
长期处于氧分压60-100kPa（相当于吸入氧浓度40%左右）的条件下，可发生眼损害，严重者可失明。
液氧易引起低温冻伤。
空气中氮气含量过高，人吸入后血氧饱和度下降，人会因缺氧而窒息，以至死亡。
工业场所空气中氧的体积百分数不应小于19%（GB/T3862《氮》）。
液氮可引起低温冻伤。
普通大气压下无毒，高浓度时，使氧分压降低而发生窒息。
氩浓度达到50%以上，引起严重症状；
75%以上时，可在数分钟内死亡。
当空气中氩浓度增高时，先出现呼吸加速、注意力不集中、供济失调。
继之，疲倦乏力、烦躁不安、恶心、呕吐、昏迷、抽搐，以致死亡。
皮肤接触液化本品，可致冻伤，眼部接触可引起炎症。
燃爆特性氧超过23%的气氛有着火的危险（GB/T3862）。
氧可助燃，是易燃物、可燃物燃烧爆炸的基本要素之一。
能氧化大多数活性物质；
与易燃物（如乙炔、甲烷等）形成爆炸性混合物。
本品不燃。
若遇高热，本品容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。
续表3-2物质名称主要特性氧气氮气氩防护措施工程控制：
密闭操作，提供良好的自然通风条件。
呼吸系统防护：
一般不需要特殊防护。
眼睛防护：
一般不需特殊防护。
身体防护：
穿一般作业工作服。
手防护：
戴一般作业防护手套。
其他防护：
避免高浓度吸入。
工程控制：
一般不需要特殊防护，当作业场所空气中氧气浓度低于18%时，必须佩戴空气呼吸器、氧气呼吸器或长管面具。
穿一般工作服。
戴一般作业防护手套其它：
进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业，须有人监护工程控制：
进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业，须有人监护灭火方法用水保持容器冷却，以防受热爆炸，急剧助长火势。
迅速切断气源，用水喷淋保护切断气源的人员，然后根据着火原因选择适当灭火剂灭火。
尽可能将容器从火场移至空旷处。
喷水保持火场容器冷却，直至灭火结束。
发生火灾时，戴好呼吸器可用氩气灭火。
急救措施迅速脱离现场至空气新鲜处，保持呼吸道畅通。
如呼吸停止，立即进行人工呼吸。
就医迅速脱离现场至空气新鲜处，保持呼吸道畅通。
如呼吸困难给输氧。
就医迅速撤离污染区人员至上风处，并进行隔离应急行动迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。
切断火源。
建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿一般作业工作服。
避免与可燃物或易燃物接触。
尽可能切断泄漏源。
合理通风，加速扩散。
漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。
迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。
续表3-2物质名称主要特性氧气氮气氩禁忌物易燃或可燃物、活性金属粉末、乙炔
侵入途径吸入吸入吸入储存注意事项储存于阴凉、通风的地方。
远离火种、热源。
储存场所不宜超过30℃。
应与易（可）燃物、活性金属粉末等分开存放，切忌混储。
储区应备有泄漏应急处理设备。
易燃品禁止在氧气区域存放。
储存于阴凉、通风的地方。
储存场所不宜超过环境温度。
操作注意事项密闭操作，提供良好的自然通风条件。
操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。
远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。
远离易燃、可燃物。
防止气体泄漏到工作场所空气中。
避免与活性金属粉末接触。
搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。
配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。
搬运时要轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。
配备泄漏应急处理设备。
包装、运输技术要求危规号：
22001UN编号：
1072包装分类：
Ⅲ包装标志：
5，11包装方法：
钢质气瓶运输要求：
搬运时轻装轻卸，防止钢瓶和附件破损。
危规号：
22005UN编号：
1066包装分类：
5包装方法：
22011UN编号：
1006包装分类：
注：
此部分资料来自危险化学品的安全技术说明书和危险货物运输包装类别划分原则。
3.2生产装置中主要危险化学品的分布制氧装置运行过程中涉及的主要危险化学品在各装置或部位的分布见下表。
表3-3
装置中主要危险化学品的分布一览表危险化学品装置氧氮氩压缩（或液化）空气空气过滤、压缩
√空气清洗和预冷
√空气纯化
√空气分馏√√√√氧压缩机√
氮压缩机
√
氧、氮液化√√
液体储存系统
气体储存系统√√
3.3主要危险有害因素分析
空分制氧装置涉及的氧气为助燃物质，属强氧化剂，泄漏后能与易燃物（如乙炔、甲烷等）形成爆炸性混合物。
遇火源可能会发生火灾爆炸事故；
氮气、氩属窒息性物质，当空气中氮气、氩含量过高，人吸入后血氧饱和度下降，人会因缺氧而窒息，以至死亡，液氮还可引起低温冻伤；
制氧装置中大量电气设备的使用还易引发触电事故；
大型机械设备的运转能产生噪音危害等等。
因此，制氧装置实际运行过程中存在的危险有害因素主要是爆炸、火灾，其次还存在中毒窒息、触电、机械伤害、高处坠落和物体打击伤害、低温、噪音等危险有害因素。
具体分析如下：
1、火灾、爆炸
空分制氧工程以空气为原料，空气在分馏塔内分离过程中，各种组分分别在塔内不同位置得到富集。
纯氧具有强氧化性、助燃性质。
如果空气来源不清洁、没有达到《氧气及相关气体安全技术规程》（GB16912-1997）要求的指标，即空气中的有机物在除尘装置、分子筛预过滤系统中没有达到过滤指标，也就是没有净化彻底，有机物在纯氧中积聚，在整个生产系统中的各个位置都容易发生爆炸。
小的爆炸不容易引起注意，大的爆炸可损坏设备，甚至导致人员伤亡。
空气中的有机污染物含量多种多样，并且是不固定的，它们有乙炔、甲烷、乙烯、丙烯等碳氢化合物，有二硫化碳、其它含碳化合物、硫化物及其它还原性物质等。
我国冬季使用燃料煤量大，空气中二硫化碳、二氧化硫量较高，如果过滤净化不彻底，在生产系统中积聚，在氧气或液氧中达到爆炸下限即可发生爆炸。
乙炔在上述易爆物质中最为危险。
乙炔在液氧中溶解度很低（在上面提到的有机物中为最低），因而易析出、积聚。
乙炔的爆炸敏感度很大，最小引燃能只有0.019mj。
乙炔的爆炸范围宽、危险性大，是上述物质中危险性最大的。
乙炔在液氧中与氧反应能发生爆炸；
此外乙炔本身不稳定，易爆炸。
这些性质说明了乙炔是分馏塔中最为危险的污染物，因而也不难理解，对于空气分离装置，危险物质的控制指标应以乙炔和碳氢化合物为主。
另外，在空分制氧装置中，也不应忽视有机粉尘、一氧化碳等进入空分塔引起爆炸的危险。
空分制氧装置所在的厂区生产过程中可能会产生粉尘、一氧化碳等可燃性物质，如果环保处理设施出现故障，产生的粉尘弥漫在空气中以及周围其他工厂产生的有机粉尘和近年来愈来愈严重的沙尘暴天气等情况都可能会对空气预处理系统产生较大影响。
空气分馏系统大部分设备为压力容器，为此空分设施设有压力自动调节系统，如果压力容器以及一些不属压力容器的设备在压力自动调节系统失灵或事故状态下不及时泄压，超过其承载能力时就可能会发生爆炸。
连接这些压力容器的管道为压力管道，属特种设备，也存在超压爆炸的潜在危险。
空分装置内的介质为液态空气、液氧、液氮等低温物质，在低温条件下运行，设备材质如果选用不当，会发生“冷脆”现象，导致脆性断裂，引发爆炸事故。
空分装置如果发生液氧泄漏，液氧在设备外与可燃物形成爆炸体系，可发生塔外爆炸。
因此，空分装置应严禁油脂等可燃物污染。
当空分装置发生氧气泄漏或检修氧气储罐时未置换或置换不彻底，作业环境达到富氧状态，遇明火或高温极易发生火灾事故。
富氧状态下许多难燃物质会变得可燃，可燃物质会变得易燃，最小点火能下降很多，燃烧速度快且不易扑救。
富氧状态下的火灾事故已发生多起，应引起高度重视。
因此必须建立安全动火批准和分析检测制度，并严格落实执行。
空分装置使用的透平油和润滑油及其分解产物的危险性也不小，尤其是氧压缩机，应做好防止油脂和氧气的泄漏工作。
液氧通过空分塔阀门时，长时间受到摩擦和气流冲击，在产生的静电作用下，能够使少部分液氧变成液态臭氧（O3），它是一种深蓝色的液体，在通常条件下，液体气化分解，能使氧分压急剧增大，具有爆炸的危险。
试验证明，臭氧浓度达到25%（停车后，液氧大部分被蒸发的情况下，可能达到此程度）时会将可爆物质引爆。
若臭氧和氮氧化物同时存在时，混合物的爆炸敏感性更高。
高压氧气管道一般都采用钢管，如果其内壁、阀门、接头等管件的表面不平滑，有突起；
氧气管道弯头多，且残留有锈垢及磨损产生的铁粒子和吸附剂粒子，气流的摩擦、撞击等易引起氧气管道的燃烧事故。
氧气管道内氧气流速过大、输送时产生静电、液氧泄漏、绝热压缩（输送过程中，急开或速闭阀门时）易造成氧气管道的着火或爆炸。
空气、氧气压缩过程中，如果机件冷却不良或形成积碳易发生着火爆炸事故；
氧压机爆燃事故也是制氧过程的易发事故，当汽缸内温度过高时，活塞环、皮碗或密封易发生分解产生可燃气体，与氧混合而爆炸，当汽缸内进入铁屑时，会因摩擦或碰击而产生火花促使爆炸事故发生，由于装配不良、磨损加快，常常会造成油封漏油，气封漏气，摩擦产生的火星，就会导致燃烧爆炸，在出口管道拐弯处和阀门后如果存在铁锈，在高速氧气吹刷下与钢管摩擦起火，会导致燃烧爆炸。
液氧泵发生爆炸事故的情况有以下两种：
泵体内爆炸，即在叶轮和泵壳处爆炸，常常由于泵内落入铁屑、铝末等异物引起；
泵体外爆炸，即在密封上半部和电机之间爆炸，主要是液氧泄漏和轴承润滑脂燃爆炸，由于液氧在常温下迅速汽化，易于短时间内在周围形成一定的富氧区域，且液氧的大量蒸发，使储槽内乙炔浓度也可能提高。
装置区内存在明火，有导致燃烧、爆炸事故的可能，明火的主要来源如：
a、设备、管道静电接地设施不良引起的静电火花；
b、爆炸危险区域内使用非防爆型电气设备产生电打火；
c、明火管理不善，使爆炸危险区域内出现明火火焰、赤热物体、火星、吸烟的烟头和违章动火或用火、装卸操作不当引起的撞击或摩擦火花；
d、避雷设施不符合要求引起的雷电火花；
e、站区内有明火取暖设施;
f、绝热压缩；
g、化学反应及发热自燃等。
空分装置的临时停车再启动，不可避免地存在主冷一定时间的低液面操作，此阶段易发生烃类的局部浓缩，同时重新启动时，换热器在一段时间内工况如果不正常，自清除效果不好，会造成二氧化碳堵塞，再加上气流冲击，就有可能在主冷发生微爆，所以应最大限度的减少临时停车的次数，或避免全排液，对主冷实行单独加温，有条件应全面加温。
空分制氧生产装置的变配电系统也存在火灾爆炸危险性：
变压器是变配电系统的重要元件之一，如果变压器发生故障，产生的电弧可能会使箱体内绝缘油的温度、压力升高喷出甚至爆裂喷出，同时电弧还可能引起绝缘油着火，而且火势发展很快，如果没有有效的防护措施，会导致严重的后果。
变压器爆炸着火的主要原因有：
绕组绝缘损毁产生短路（如老化、变质、绝缘强度降低、焊渣或铁磁物质进入变压器、制造质量不良等）引起着火爆炸事故；
变压器主绝缘击穿（如操作不当引起过电压，变压器内部发生闪络，密封不良，雨水漏入变压器，引线对油箱内距离不够等）；
分接开关和绕组连接处接触不良，产生高温；
磁路发生故障，铁芯故障，产生涡流、环流发热，引起变压器故障等。
配电装置、电动机以及各种照明设备等也存在电气火灾的危险。
电气设备本身除可构成引燃源外，也可能成为爆炸性气体或火灾易燃物的危险源。
配电装置等着火的原因主要有以下方面：
部分电气设备中充有大量易燃物如油浸变压器、多油开关等，在电弧作用下油可分解为大量可燃性气体油雾；
电气设备过载时，发热量往往大大超过允许限度，轻则加速绝缘层老化，重则会使可燃绝缘层燃烧而引起火灾；
电气短路时，电源电动势被短接，短路点阻抗变小，造成电气回路中电流突然增大，在短路处可产生高达700℃的火花，甚至产生6000℃以上的电弧；
不仅会使金属导线熔化和绝缘材料燃烧，还会引起附近的可燃物着火及可燃性气体与空气混合物爆炸；
接触电阻过大，当电流通过时，在接触电阻过大的部位，就会吸收很大的电能，产生极大的热量，从而使绝缘层损坏以致燃烧，使金属导线变色甚至熔化，严重时可引起附近的可燃物质着火而造成火灾；
电火花和电弧的温度极高，可达5000℃，不仅能引起绝缘物质的燃烧，甚至还可能使导体金属熔化、飞溅，构成火灾爆炸的危险源。
另外，安全生产管理不严格，有关人员的管理不到位、违反操作规程或操作失误、对安全生产认识不足等，同样也能引发火灾爆炸事故。
2、中毒窒息常压下，当氧的浓度超过40%时，人体就有可能发生氧中毒，出现胸骨后不适感、咳嗽，进而胸闷、胸骨后烧灼感和呼吸困难，严重者发生肺水肿，甚至出现呼吸窘
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