20世紀70年代末至80年代初，據不完全統計，國內大中型空分設備爆炸30余臺次，小型空分爆炸100余臺次。鞍鋼、包鋼、武鋼、蘭化等單位均發生過多次事故，1986年7月27日，北京燕山石化3200m3／h空分設備大爆炸比較典型。1987年2月12日，安陽鋼鐵公司6000m3／h空分主冷也發生局部爆炸。進入20世紀90年代中期后，似乎又到了一個主冷爆炸的高發期，國內外連續幾臺大型空分主冷爆炸，損失慘重。1996年3月2日，江西新余鋼鐵廠6000m3／h空分主冷爆炸，空分塔報廢。1997年5月16日，遼寧撫順乙烯化工公司6000m3／h空分主冷爆炸，空分塔毀損，死亡4人。
   尤其是1997年12月25日圣誕之夜，馬來西亞賓特魯殼牌石油公司80000m3／h空分主冷爆炸，空分設備全毀，傷12人，損失慘重，世界震驚。該設備為法國液化空氣公司制造，分子篩吸附，降膜式主冷，外壓縮流程。事故的直接誘因是印度尼西亞森林大火，環境嚴重污染，分子篩前端凈化已無能為力，大量碳氫化合物、二氧化碳、氧化亞氮等可燃組分和堵塞組分穿透分子篩吸附器進入空分沒備，未及時采取停機措施。當時膨脹機存在故障，未排液體。降膜式主冷液氧循環倍率設計偏小，易“干蒸發”。大量二氧化碳、氧化亞氮堵塞膜式主冷氧通道，形成“死端沸騰”；大量碳氫化合物濃縮、析出、積聚，與液氧形成爆炸性混合物后引爆。之后，再引起鋁材與液氧混合物的威力更大的“二次燃爆”，從而造成嚴重后果。V~
   這次事故后，有四個問題引起了空分行業的關注：①降膜式主冷的安全性受到質疑；②氧化亞氮在主冷濃縮析出，堵塞氧通道，容易引起碳氫化合物的“干蒸發”與“死端沸騰”，造成主冷爆炸；③浸入液氧中的鋁材“二次燃爆”(這是法國液化空氣公司與美國氣體化工產品公司的觀點，德國林德公司不贊同)；④嚴格空分操作與管理。+OSVcE
   由以上論述可知，大型空分主冷防爆，是空分設備安全的關鍵與要害，是第一要務。AO4g
2 主冷防爆機理!z
2. 1 燃爆三要素分析&s
?空分之家 -- 這是空分操作與管理人員的交流園地。　

 (1)可燃組分與堵塞組分Qd\#m
   可燃組分主要是乙炔等碳氫化合物.乙炔最危險，乙炔在液氧中的溶解度很低(5．6×10-6)，很容易以固態析出并引爆。"XpT
   堵塞組分主要是二氧化碳、水分和氧化亞氮等，它們本身雖不可燃，但結晶析出后易堵塞主冷通道，造成主冷“干蒸發”和“死端沸騰”，進而造成乙炔等碳氫化合物可燃組分濃縮、積聚、析出，引發主冷燃爆事故。尤其是氧化亞氮的危害，日漸引起關注。   (2)主冷內的大量液氧，是強氧化劑。"VL
   (3)引爆源有多種因素構成：①爆炸性雜質固體微粒的機械撞擊引爆，如液氧中析出的固態乙炔微粒互相摩擦、與器壁摩擦、受液氧沖擊等；②靜電放電引爆，液氧中含有的微量冰粒、固態二氧化碳會產生靜電荷，二氧化碳含量提高到 (200~300)×10-6時，產生靜電壓可達3000V；③化學敏感性特強的物質(如臭氧和氮的氧化物等)引爆；④氣流沖擊、壓力沖擊、氣蝕現象引起的壓力脈沖，造成局部壓力升高而溫度升高引爆。

2. 2 主冷防爆原則 ^
   清除和防止乙炔等碳氫化合物可燃組分和二氧化碳、水分、氧化亞氮等堵塞組分的積聚，消除激發能源即多種引爆因素，是主冷防爆的原則。JUO
3 主冷防爆措施ieU
   總結以往事故教訓。結合近期國內外研究成果，參考與德國林德公司、美國氣體化工產品公司、液空(杭州)公司、俄羅斯深冷機械公司關于引進武鋼60000m3／h空分技術談判與交流資料，特對大型空分主冷防爆提出如下簡要措施%/cL
3．1 氧站總圖位置和空分設備周邊環境的安全~tTJ
   氧站應在工廠的常年上風向，距乙炔發生站300米以上，遠離有害氣體源。加強原料空氣質量監控，一旦污染嚴重要采取措施。c`
   空氣質量標準見表1，其中只列人了幾種敏感和主要的雜質。表1 空氣中部分有害雜質允許的最大含量(×10-6) 標準 雜質歐洲氣體協會EIGA分子篩凈化林德法液空APCI前蘇聯／(mgC／m3)中國GBW=S$<
乙炔C2H20.3一般1分子篩100.510.5一般0.5分子篩5mgC／m3Y
甲烷CH45　81010石化標準3>J
二氧化碳CO2400　400400735石化標準350;
氧化亞氮N2O0.35　0.6　氮氧化物1.25石化標準氮氧化物1n"
粉塵／(mg／m3)　　　2.53030h7e,
   注：目前，歐洲國家多半參照歐洲工業氣體協會 (EIGA)標準。!GL
3．2 加強前端凈化，采用分子篩吸附BGG
   對于大型空分設備，目前都采用前端凈化分子 篩吸附流程。分子篩吸附器為雙層床，第一層床氧 化鋁(Al203)，主要吸附水分，保護第二層床；第 二層床為分子篩，完全吸附二氧化碳、乙炔等碳氫 化合物，部分吸附氧化亞氮、乙烯、丙烷等，基本 不吸附甲烷、乙烷等。原料空氣通過雙層床分子篩 吸附器后，基本上完全清除了水分、二氧化碳和乙 炔等碳氫化合物。一般在吸附器出口設置二氧化 碳、水分在線監測，超過1×10-6報警，立即倒換 吸附器。hlVJ
   近些年來對氧化亞氮的堵塞危害引起了充分重 視，而分子篩對氧化亞氮只能部分吸附。為了減少 其危害，國外對氧化亞氮吸附劑進行了研究，并取 得了成果和應用。在分子篩吸附器內加上氧化亞氮 吸附劑，或加一層5A分子篩，均能達到良好效 果。若氧化亞氮進入冷箱內，則需靠液空吸附器或 液氧吸附器來清除。i1
3．3 必要時設置液氧循環吸附器N~52E
   (1)非分子篩前端凈化流程，必須設置液空吸 附器和液氧吸附器。otr%Rr
   (2)分子篩前端凈化流程，采用浸浴式主冷， 一般可不設液氧吸附器(環境惡劣例外)。v,&eEy
   (3)分子篩前端凈化流程，采用降膜式主冷。內壓縮流程空分，主冷安全性好，可不設置液氧吸 附器。外壓縮流程空分，當提取氪氣與氙氣時，能 提高主冷安全度，達到內壓縮流程水平，故可不設 置液氧吸附器。武鋼擬引進的60000m3／h空分沒 備，就是這種情況。外壓縮流程空分，不提取氪氣 與氙氣時，應設置液氧吸附器。r
3. 4 采用高、精、尖、新檢驗檢測儀表，實現在 線與離線監測，重點為主冷液氧)_
   (1)隨著空分設備大型化、自動化、智能化的 發展，為滿足安全生產的需要，各種磁氧、電化 學、紅外線、電容式、熱導、氫焰、氦離子化等高 新技術、高精密度尖端檢測儀表廣泛應用。為了測 量極微量組分，甚至用到了ppb級(10-6)精度的 帶放電離子化鑒定器氣相色譜儀，一臺近百萬元， 價格昂貴。為了大型空分設備各個重要環節(特別 是主冷)的安全控制，實現在線連續和離線定時監 測，這種投入是必需的。|WZA@
   (2)原料空氣監測。這個工作要正常化、制度 化，定期進行。若環境有惡化，需隨時進行，并采 取有效措施。控制標準見表1。/4#MM
   (3)前端凈化分子篩吸附器后二氧化碳和水分 的監測。在線連續監測，控制標準：吸附器后原料 空氣中二氧化碳和水分含量均小于1×10-6，基本 為無。表2 液氧中部分有害雜質允許的最大含量(×10-6) 標準 雜質歐洲氣體協會EIGA分子篩凈化林德法液空APCI前蘇聯／(mgC／m3)中國GBp*5:
乙炔C2H20.50.5120.22≤300m3／h空分，1＞300m3／h空分，0.1Z#
甲烷CH4500120500450430　^{0T!{
總碳(以CH4計)500155　　　　S+#r
二氧化碳CO2浸浴主冷4降膜主冷更小浸浴主冷4降膜主冷更小2降膜主冷0.5　100(參考值)K7
氧化亞氮N2O浸浴主冷100降膜主冷更小浸浴主冷100降膜主冷l60降膜主 冷2　　A0sy
   注：目前，歐洲國家多半參照歐洲工業氣體協會 (EIGA)標準Pb
   (4)主冷液氧監測。這是重點，在線監測與 離線監測并舉。液氧中有害的可燃組分和堵塞組分 的控制標準見表2。超過標準要迅速分析原因，采 取措施，排放液氧或提前大加熱。表2只列入了幾 種敏感和主要的有害雜質。-
3．5 主冷設計制造防堵塞，改善液氧流動和嚴格 接地,AIQ_
   (1)主冷板翅式單元設計時，翅片翅距要稀疏 一些，以防止運行時液氧中可燃組分與堵塞組分結 晶，可能產生堵塞。主冷板翅式單元制造時，環境 要清潔，防止機械雜質進入通道，造成流道不暢或 堵塞，埋下重大隱患。R?P
   (2)大型主冷液氧的進出，設計時要考慮均衡 布置的雙口或多口，改善主冷液氧的流動性與混 合，避免產生死角，防止有害雜質在局部沉積。w1!
   (3)主冷要嚴格接地，防止靜電積聚。其接地 電阻應低于10Ω。g
3. 6 降膜式主冷的特殊要求b0Gw
   由于工作原理、結構形式、操作狀況的不同， 降膜式主冷比浸浴式主冷出現“干蒸發”或“死端 沸騰”的概率大一些。但是，通過在設計、制造、 操作和管理方面采取必要措施，安全是可以確保 的，筆者同意林德公司這個觀點。近年來，法國液 化空氣公司和美國氣體化工產品公司對這個觀點也 有所認可。)?%2
   針對降膜式主冷的特點，為確保其安全，特提 出如下特殊防爆要求：T
   (1)提高降膜式主冷液氧循環倍率，加大液氧 對降膜式主冷通道自上而下的沖刷，能有效防止乙 炔等碳氫化合物和氧化亞氮、二氧化碳等結晶的堵 塞，杜絕“干蒸發”與“死端沸騰”，消除主冷燃爆事故。根據林德公司的標準，降膜式主冷液氧循 倍率必須大于3，即降膜式主冷液氧循環量要為液 氧蒸發量(氧氣產量)的3倍以上。這是降膜式主 冷安全防爆的前提。武鋼60000m3／h空分主冷液氧 循環倍奉提高到6以上。*%_&
   (2)主冷上部液氧分配盤設置液氧液位指示 計，掌握液位高度，保證完善溢流和氧通道液氧膜 的形成。"H5p}N
   (3)降膜式主冷液氧循環泵的進出口，要設置 100微米孔徑的過濾網(銅質)，以防止各種固體 結晶與雜質進入主冷，堵塞通道，確保安全。Z
3．7 浸浴式主冷的特殊要求}
   (1)全浸操作，使主冷完全淹沒在液氧中，杜 絕“干蒸發”，防止燃爆，這是浸浴式主冷安全操 作的真諦。X
   (2)大型空分設備浸浴式主冷，一般設置雙液 位計，全面準確掌握液氧液面高度，確保全浸操 作。當一個液位計故障時，也能保證安全運行。"
   (3)主冷連續排放大于氧產量的百分之一的液 氧量，防止乙炔等碳氫化合物濃縮積聚，這是有效 的安全措施。,7Ap
3．8 設備選定后，主冷操作是關鍵RZY'K
   氧站總圖位置、空氣凈化方式、空分工藝流 程、主冷結構型式、在線離線監測等因素按上述要 求確定后，只是創造了一個良好的先決條件。但 是，諸如各種吸附器的倒換，空氣和液氧中有害雜 質的監控，主冷液氧循環倍率的調節，主冷全浸操 作及液氧排放，空分操作工況的穩定，異常情況的 判斷與處置，甚至大量排放液氧或提前大加熱等， 這都是要通過人的操作來實現的。因此，在設備選 定后，抓好人員技術培訓，提高人員綜合素質，遵 章守制，強化空分及主冷操作，是主冷安全防爆的 關鍵。BPmF
4 結 論Z&
   (1)大型空分設備主冷爆炸事故后果嚴重，損 失巨大，影響面廣，時有發生，杜絕此類事故有重要的現實意義。文中所述主冷爆炸機理與防爆措 施，是簡要和提綱式的，還嫌粗糙，有待今后深入研究與探討，僅供參考。縱觀以往主冷爆炸事故， 總結經驗教訓，無一不是或多或少違反了上述防爆 措施的有關規定。若能嚴格貫徹執行文中所列防爆 措施，主冷爆炸事故基本可以避免。p
   (2)降膜式主冷的安全已引起爭議與關注，應 特別重視。如果能按文中所述防爆措施要求辦理， 尤其是滿足主冷液氧循環倍率提高到3以上等特殊 要求，其安全性是可以確保的。降膜式主冷的采用 可使空分設備節能2％～3％，不可小視。