空分塔爆炸因素分析及预防

赵鹏飞（陕西神木化学工业有限公司，陕西 神木719319）

在我国经济迅猛增长的今天，逐渐推动了大型制氧工业的发展，而在大型制氧工业当中，需要采用很多空分塔，以对空气进行分离，从而得到氧气。但在空分塔运行的过程中，经常受到一些因素的影响，导致其出现爆炸的问题，不仅影响生产活动的正常开展，而且还为工作人员的生命安带来一定威胁。因此，对空分塔爆炸因素分析及预防进行研究具有重要意义，为提高空分塔运行的安全性奠定良好基础。

1 空分塔爆炸物质分析

1.1 爆炸原因分析

空分塔运行时，会发生一些爆炸现象，经过大量时间研究表明，导致这一现象出现的主要因素为烃类物质，尤其是乙炔（化学式为C2H2），更是引发爆炸的根源。对于C2H2来说，属于不饱和烃，分子结构较小，且稳定性较差，很容易在火源的接触下爆炸。在下塔内，C2H2主要以分子的形式溶解于液空中，若C2H2容量较高，在溶解度以上时，则会形成相应的颗粒。一般来说，在液空当中，C2H2的溶解度为20cm3/m3，在液氧内，溶解度为6.5cm3/m3[1]。相对于液空，液氧的溶解度更低，在相同条件下，会产生更多颗粒。对于冷凝蒸发器来说，内部温度在-180℃左右，只能携带较少的C2H2，在5cm3/m3以下，这种情况下，随着液氧的逐渐减少，C2H2浓度不断上升，当其高于溶解度，逐渐出现颗粒状的C2H2，在固态状态下，C2H2非常不稳定，若出现“死端沸腾”“干蒸发”，并受到外界相关因素的影响，就会发生爆炸。

1.2 爆炸机理分析

具体来说，C2H2爆炸机理主要由以下两个方面：首先，C2H2稳定性较差，活性很强，受到外界刺激下，很容易出现分解反应，反应式为：C2H2（固态）—2C+H2+216.88kJ/mol。其中，H2为易燃性气体，在高温高压状态下，很容易发生爆炸，且爆炸威力较大，基本与TNT炸药相同。其次，不论是C还是H2，均可以与氧发生化学反应，从而出现剧烈的爆炸。如在空分塔内，C2H2与氧的比例为1:1 时，就会发生爆炸，爆炸的过程中，可以形成较强的冲击波，速度在2500m/s 以上，同时，还会产生较大的压力，在40～60MPa。对于这种爆炸来说，具有较高的敏感性，远远高于液氧炸药[2]。

空分设备由很多部分构成，每个部分均出现过爆炸事故，其中，主冷设备发生次数最多，因而本次研究当中，主要以主冷设备爆炸为研究对象。

2 空分塔主冷分类与安全性分析

根据主冷运行原理，可以将其分为两种类型，一种为降膜型主冷，另一种为浸浴型主冷，但不论是哪种类型，爆炸均由两方面因素引起的：干蒸发，主要是在主冷内，液氧注入效率较低，内部液氧含量较低，析出大量颗粒状的C2H2而引发的；死端沸腾，指的是在液氧内，含有一些机械杂质，在液氧流动时，这些杂质与管壁不断进行摩擦，逐渐出现一些金属粉末，堵塞了管道，限制了液氧的注入，导致设备内部液氧含量逐渐降低，从而引发的爆炸[2]。通过大量实践表明，在降膜型主冷内，若出现液氧膜存在异常，很容易出现干蒸发，进而导致CO2、N2O 等物质积聚，堵塞了管道，造成死端沸腾，最终引发严重的爆炸事故。对于浸浴型主冷来说，主要通过调节液氧的高度，控制液氧循环量，而液氧较低时，会影响液氧的循环，从而出现干蒸发，而随着固体物质的析出，又会将管道堵塞，引发死端沸腾。

3 预防空分塔爆炸的措施

根据上述分析，可以从以下几个方面出发，加强对空分塔爆炸进行预防：首先，将生产原料导入至空分塔之前，应采用科学合理的方式对其进行检查，以准确掌握原料空气中CO2、N2O等杂质的含量，并针对原料的具体情况，采取吸附、过滤等手段，将杂质清除，减少空分塔运行时产生杂质，避免杂质对管道造成堵塞，确保液氧能够有效注入到空分塔内，使液氧含量在正常状态下。其次，在空分塔内部安装监测装置，对其内部情况进行有效监测，若C2H2浓度超过溶解度时，及时发出警报，给予相关人员进行提示，相关人员根据警报，对空分塔进行一定处理，降低C2H2的浓度，确保其在溶解度之下，防止颗粒状C2H2的析出[3]。最后，还要加强对相关技术的研究力度，通过不断的研究，开发出更多先进的空分塔，优化液氧循环系统，提升智能过滤、拦截功能，使得空分塔更好地对原料空气进行处理，为自身安全、稳定的运行打下良好基础。

4 结语

综上所述，空分塔作为制氧工业中的重要组成部分，受到干蒸发或死端沸腾两方面因素的影响，很容易导致液氧浓度降低，加强了颗粒C2H2的析出数量，在受到外界因素刺激后，很容易发生爆炸，从而对企业与生产人员造成较大影响。所以，在制氧工业发展的过程中，应针对这些引发因素，加强对原料空气的处理力度，降低原料中杂质的含量，并及时将空分塔内部的杂质清除，以防止空分塔出现爆炸现象。