鋼廠想不到的危險！空分制氧爆炸事故！
氧(O2)是一種無色、無嗅、無味的氣體，分子量為32，相對密度為1.429(空氣=1)，熔點為-218.4℃，沸點為-183℃，能被液化和固化，液氧呈天藍色，略溶于水。在常溫時不很活潑，對許多物質(zhì)不易發(fā)生作用；但在高溫時則很活潑，能與多種元素直接化合，助燃物質(zhì)。
氧是生物賴以生存的物質(zhì)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。在冶金工業(yè)中，氧被用于鋼鐵熔煉、軋鋼和有色金屬提煉；在醫(yī)療和深入作業(yè)中都大量用到氧。
氧氣的制取
現(xiàn)代工業(yè)采用深冷分離法制取氧氣。按其生產(chǎn)工藝中壓縮空氣的壓力分為：高壓流程、中壓流程、雙壓流程及全低壓流程4種。雖然各種流程采用的空分設(shè)備(制氧機)有所不同，但制氧過程大致包括6個階段：
(1)空氣凈化
(2)空氣壓縮
(3)壓縮空氣中二氧化碳和水蒸氣的清除
(4)空氣液化
(5)輕餾分離成氧和氮
(6)產(chǎn)品的儲存和運輸
空氣分離(全低壓)流程：
空氣經(jīng)過濾后進入壓縮機壓縮到0.5～0.6MPa后，分成兩路，分別進入氧蓄冷器和氮蓄冷器。冷卻后一部分空氣送至二氧化碳吸附器、透平膨脹機，由精餾塔上部入塔。冷卻后的大部分空氣由塔下部進入。由精餾塔主蒸發(fā)器下部出來的氧氣(分離出其中的液態(tài)空氣和液態(tài)氮后)，在氧蓄冷器中與空氣換熱后即成為成品氧。由精餾塔頂部出來的純氮，經(jīng)空氣過冷器后，再經(jīng)氮蓄冷器被空氣加熱到常溫，即成為成品導(dǎo)出。成品氧進入氣柜，再經(jīng)壓縮后充入氧氣瓶或直接送至氧氣用戶。
氧氣生產(chǎn)安全
制氧工藝的特征是高壓、低溫、易燃、易爆。主要危險是火災(zāi)、爆炸，此外也會發(fā)生缺氧窒息事故。
1、空分裝置的火災(zāi)、爆炸危險是最大的威脅
空氣壓縮機軸瓦、排氣管道和設(shè)備等處是壓縮過程中火災(zāi)、爆炸事故多發(fā)部位。主要原因是：冷卻水中斷或供應(yīng)量不足；潤滑油中斷或供油量不足；排氣管道的積炭氧化自燃。其中積炭氧化自燃情況復(fù)雜，危險性又特別大，必須引起重視。
精餾塔爆炸事故大多發(fā)生在高壓、中壓或雙壓冷凍循環(huán)制氧裝置和大型全低壓制氧裝置的冷凝蒸發(fā)部位；在下管板、上管板、管束與冷凝器殼體之間也容易發(fā)生爆炸。發(fā)生爆炸的基本原因是液氧中積聚了過量的易燃易爆物，主要是乙炔等碳氫化合物、潤滑油熱裂解的輕餾分。
2、氧氣系統(tǒng)(氧氣壓縮機、氧氣管道、氧氣瓶)的著火爆炸
氧氣壓縮機發(fā)生火災(zāi)爆炸的主要部位是汽缸部分。由于汽缸內(nèi)溫度過高，使皮碗或密封件發(fā)生分解產(chǎn)生可燃氣體，與氧混合易燃燒爆炸。當(dāng)汽缸內(nèi)進入鐵屑時會因摩擦或撞擊產(chǎn)生火花，促使爆炸事故的發(fā)生。活塞桿填料密封處，如果裝配不良或磨損嚴重時，常會造成油封漏油、氣封漏氣，遇高溫或活塞桿摩擦產(chǎn)生的火花，也會引起燃燒爆炸。此外，在管道特別是管道拐彎處和閥門處，也會引起燃燒爆炸事故。其原因是鐵銹在高速氧吹刷下與鋼管發(fā)生摩擦易起火，或者是靜電起火。
液氧泵的爆炸事故大致分兩種：一種是泵體內(nèi)爆炸，主要是鐵屑、鋁末等雜質(zhì)進入泵內(nèi)所致；另一種是泵體外爆炸，主要是泄漏和氧引起的。
輸氧管道和閥門發(fā)生燃燒、爆炸的原因有：氧氣管道內(nèi)的鐵銹、焊渣等雜質(zhì)會因與管壁等摩擦、碰撞，產(chǎn)生高溫易燃燒;油脂、橡膠等可燃物，在高純度和高壓力的氧流中會迅速燃燒；氧氣管道中閥門前后壓力差很大，當(dāng)閥門急劇打開時，閥后氣體溫度可高達955℃，這個溫度接近幾種常見金屬的熔點；氧氣管道的氣流出口或調(diào)節(jié)閥處會產(chǎn)生靜電。
灌裝氧氣時，會因接觸油脂等可燃物、灌裝速度過快引起的靜電及灌裝后關(guān)閉閥門時機械摩擦產(chǎn)生的火花易引起火災(zāi)、爆炸。
基于氧氣的性質(zhì)，氧氣儲存設(shè)備、液氧儲罐及氧氣瓶均有發(fā)生火災(zāi)、爆炸的危險。
氧氣的爆炸有以下三種情況：
（1）物理爆炸
無化學(xué)反應(yīng)，也沒有大幅升溫現(xiàn)象。一般是在常溫或比常溫稍高的溫度下，由于氣壓超過了受壓容器或管道的屈服極限乃至強度極限，造成壓力容器或管道爆裂，如氧氣鋼瓶使用年限過久，腐蝕嚴重，瓶壁變薄，又沒有檢查，以致在充氣時或充氣后發(fā)生物理性超壓爆炸。
（2）化學(xué)爆炸
有化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生高溫、高壓，瞬時發(fā)生爆炸，如氫、氧混合裝瓶，見火即爆。
（3）氧氣的燃爆
發(fā)生燃爆需要可燃物、氧化劑和激發(fā)能源三要素同時存在。氧氣和液氧都是很強的氧化劑。氧氣的純度越高，壓力越高，危險性越大。
當(dāng)可燃物與氧混合并存在激發(fā)能源時，可能發(fā)生燃燒，但不一定爆炸。只有當(dāng)氧與可燃氣體均勻混合，濃度在爆炸極限范圍內(nèi)時，遇到激發(fā)能源，才能引發(fā)爆炸。這就是燃燒條件和爆炸條件的惟一差別。
3、缺氧窒息
缺氧窒息事故主要發(fā)生在設(shè)備檢修過程中，常常是氮氣等的泄漏和竄氣造成的。
預(yù)防措施
（1）空分系統(tǒng)的防火防爆措施
1)合理選擇廠址，避免原料空氣污染；
2)采用有效的凈化工藝和設(shè)備，除去空氣中的乙炔及碳氫化合物等；
3)及時化驗分析，嚴格控制液氧中的乙炔、碳氫化合物的含量；
4)通過設(shè)置液態(tài)空氣吸附器及液態(tài)氧吸附器、及時排放液氧、定期對設(shè)備內(nèi)部進行局部或全部加熱清洗等措施，防止乙炔和碳氫化合物的積聚；
5)空分裝置保冷箱內(nèi)的設(shè)備、管道應(yīng)有可靠的接地；
6)空氣壓縮機、膨脹機盡可能采用無油潤滑；
7)空氣壓縮機的冷卻要充分，潤滑要適當(dāng)，以避免積炭；
8)各種安全裝置、儀表完好。
（2）氧氣系統(tǒng)的防火防爆措施
1)氧氣壓縮機采用無油潤滑；
2)凡與壓縮氧氣接觸的零部件，裝入前必須嚴格脫脂去油、用四氯化碳清洗干凈；
3)采取各種措施，防止壓縮氧氣接觸油類；
4)做好設(shè)備維護，保持各密封裝置運行可靠；
5)防止鐵銹、焊渣等雜物進入系統(tǒng)；
6)控制氧氣流速；
7)灌裝氧氣時要認真檢查，凡沾有油脂、氣瓶余壓小于0.05MPa時，不得灌裝;開啟閥門要緩慢，以減輕氣流沖擊和摩擦；不得超壓充裝。
（3）防止缺氧窒息
1)檢修設(shè)備前對設(shè)備、管道用空氣置換，并在氮氣管道上加盲板；
2)檢修前作氣體分析，氧含量等合格后方可進設(shè)備內(nèi)作業(yè)；
3)如發(fā)現(xiàn)缺氧癥狀人員，應(yīng)立即轉(zhuǎn)移至新鮮空氣處；對失去知覺或不能正常呼吸者，要及時輸氧或送至高壓氧艙治療。
制氧事故案例
1、某鋼鐵公司制氧機燃爆事故
2000年8月21日零時10分，國內(nèi)某鋼鐵公司制氧廠1號1500立方米制氧機發(fā)生燃爆，死亡22人，傷24人，其中重傷7人，部分廠房坍塌，部分設(shè)備受損，直接財產(chǎn)損失320多萬元。
事故主要原因是該公司1號1500立方米室內(nèi)制氧機燃爆事故現(xiàn)場，因同時具備助燃物、可燃物及著火源三要素，釀成燃爆事故。其中，助燃物為排放液氧所造成的富氧空氣；可燃物為膨脹機、空壓機油箱的油霧及油；著火源為1號空壓機電機油浸紙動力電纜端頭爬電，在富氧環(huán)境中產(chǎn)生火花，引燃油浸紙。液氧排放操作不當(dāng)，空分工排放液氧時操作不當(dāng)，排放速度過快，造成檢修現(xiàn)場氧氣濃度過大又來不及散發(fā)，形成富氧狀態(tài)，直接為燃爆造成一個要素。另外，設(shè)備老化、超期服役，工藝裝備落后；安全措施不落實，安全生產(chǎn)規(guī)章制度不夠完善，安全教育內(nèi)容有欠缺，也是造成事故的客觀和深層次的原因。
2、新余鋼鐵公司制氧機主冷爆炸事故
1996年3月2日凌晨，新余鋼鐵公司的6000m/h制氧機主冷發(fā)生爆炸，直接經(jīng)濟損失為900萬元以上（事故發(fā)生在夜間，無人傷亡），導(dǎo)致事故的直接原因是：對液氧中乙炔等碳氫化合物的含量監(jiān)測不力，且缺乏必要的分析儀器設(shè)備；主冷1%的液氧未連續(xù)排放；循環(huán)液氧泵及液氧吸附器未連續(xù)使用，吸附周期再生周期偏聽偏長等。
3、呼和浩特氧氣廠主冷凝蒸發(fā)器爆炸
1975年4月和1978年4月呼和浩特氧氣廠的150m/h制氧機的主冷凝蒸發(fā)器先后發(fā)生爆炸，兩次爆炸前發(fā)現(xiàn)，液氧液面下降，氧純度下降。為提高液氧面，第一次爆炸前采用開大節(jié)-2閥，每次開2-3圈。第二次爆炸前，采用關(guān)小節(jié)-1閥和凸輪及活動節(jié)流調(diào)節(jié)手段。第一次爆炸，冷凝蒸發(fā)器下部1/4的外殼被炸開，裂口寬度有30厘米，數(shù)十根管子被炸毀。第二次爆炸，其爆炸中心在主冷凝蒸發(fā)器下部邊緣，高約5厘米處，下塔與主冷凝蒸發(fā)器下管板焊接處炸開一道長35厘米、寬3厘米的裂口。兩次爆炸后都發(fā)現(xiàn)列管外壁和筒殼內(nèi)壁及下管板上附有一層油脂，用四氯化碳清洗后，四氯化碳變成黑色。
現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該廠周圍無其他工廠，空氣比較干凈，而且第二次爆炸是在全面加溫僅四天后發(fā)生的，不可能是乙炔等碳氫化合物引起爆炸。兩次爆炸都發(fā)現(xiàn)主冷凝蒸發(fā)器內(nèi)有大量油脂?？梢姡@類爆炸是由于油脂與液氧形成“液氧炸藥”，在氣流沖擊下引起爆炸。
4、武漢無機鹽化工廠充氧臺分組充氧總閥燒壞
1978年1月13日，武漢無機鹽化工廠充氧臺分組充氧總閥燒壞，事故是在切換充氧分組總閥，壓力由1.47×107pa降到1.17×107pa時發(fā)生的，瞬間發(fā)出炸裂噴氣響聲，導(dǎo)管沖脫，滿室煙塵彌漫，閥門燒壞。檢查事故現(xiàn)場及氧壓機閥門，閥門罩上發(fā)現(xiàn)很多結(jié)垢，并有紫銅墊圈微粒，以及閥門彈簧破碎粒渣子。據(jù)分析，這些金屬微粒及水垢的礦物微粒可能隨氣流集聚在充氧分組總閥門內(nèi)，由于開閥迅猛，高壓、高速的氧氣使上述微粒與閥門、閥芯撞擊摩擦，產(chǎn)生高溫和靜電，而銅微粒在高壓氧氣中是可燃物，從而導(dǎo)致閥門燃燒。
