公司液化氮气和压缩空气建设项目火灾爆炸危害

    本项目在空分装置生产及易燃、助燃气体储存及输送过程中，存在多种燃烧、爆炸危险。有非化学反应引起的物理性爆炸和因激烈的氧化反应引起的化学燃烧、爆炸。压力贮气罐、受压容器及管道等或因其压力高，或因其容积大，一旦发生爆炸，都将释放出威力极大的爆炸功。一般说来，上述设备一旦爆炸，可造成设备、厂房的损坏和人身伤亡事故；据统计，化学性爆炸的事故往往比物理性事故多，空分塔等设备的爆炸，大部分属于化学性爆炸的范畴。空分生产及易燃易爆气体储存中的化学性爆炸可分为氧气和易燃（可燃）气体混合形成爆鸣性气体的爆炸及氧气与固体或液体可燃物混合发生的爆炸。前者主要发生在富氧排放，气体灌装、输送系统中，后者主要发生在空分塔、纯化器等设备的运行中。
1.工艺过程涉及的火灾、爆炸性物质
    氢气：建设项目储存并经管道输送给客户的氢气是易燃气体，属甲类火灾危险性物质，建规火险分级为甲级，与空气混合能形成爆炸性混合物（爆炸极限为4.1%-74.1%），遇明火、高热能引起燃烧爆炸。氢气无色无味,比空气轻得多，不易被人发觉，易在设备、容器、建筑物的顶部聚积，遇着火源即有发生着火爆炸的危险。氢气的着火能量很小，只要达到0.019mJ即可引爆。与氟、氯等能发生剧烈的化学反应。
    氧气：建设项目生产工艺流程中产生及储存输送的氧气是助燃气体，属乙类火灾危险性物质，建规火险分级为乙级，是燃烧爆炸的基本元素之一。
    氧气化学性质特别活泼，除贵重金属金、银、铂以及惰性气体外，所有元素都能与氧发生反应,同时放出大量热,使一些可燃物容易达到燃点。增高氧的压力和温度，会使反应显著加快。而且随着氧气纯度的提高，氧化反应越发加剧，在纯氧中的氧化反应异常激烈，同时放出大量的热量，从而产生高温。这就使一些在空气中不易燃烧的物质，在纯氧中却很容易发生燃烧。在压缩纯氧的作用下，甚至金属的着火温度也会随着氧压力的增高而降低。而且这种着火的火势很猛，蔓延很快。
    氧气具有强烈的助燃特性，而且随着空气中氧含量的提高，其助燃作用也随之加剧，纯氧的助燃作用就更为剧烈。在制氧生产中，纯氧和富氧空气始终存在，生产现场也会因为管道、法兰、阀门的泄漏而使空气中氧气含量升高。
    氧气几乎能与所有可燃气体或蒸气混合而形成爆炸性混合物，这种混合物具有较宽的爆炸极限范围。氧气与可燃烧气体在一定比例范围内混合形成的爆鸣气体一旦达到其燃点，就会发生威力巨大的化学性爆炸，而且氧气与可燃烧气体混合形成的爆鸣气体的下限都较低，而上限都较高，因而氧气与可燃气体形成爆鸣气体的可能性很大。在制氧生产中，可燃气体虽然使用不多，但在制氩生产中需要用氢气，也就有可能发生氢氧混合形成爆鸣气体。
氧气本身不能燃烧，但它是一种活泼的助燃气体，是强氧化剂。有机物与氧气反应，具有放热的性质，而在反应进行时放出大量的热量。当压缩的气体氧与矿物油、油脂或细微分散的可燃物接触时，能够发生自燃。压力高于2.94MPa的氧气与各类油脂接触，都能发生异常激烈的氧化反应，同时放出大量的热量，使油脂迅速达到燃点而发生燃烧,如果燃烧发生在管道、容器中，那么其温度急剧升高，可到3000℃左右，压力可增加10倍，势必造成爆炸。因此在氧气加压和管道输氧过程中，如有油脂，氧化铁屑、铜粉或小颗粒的可燃物（如乙炔粉、碳粉、有机纤维等），随着气流运动，与管壁或机器设备发生摩擦、撞击，或者由于管道上阀门的急骤打开，产生大量摩擦热时，将会引起管道、阀门和机器设备的燃烧。因此在氧气生产、使用及贮运过程中不得沾有油脂。
    液氧：本项目空分生产过程产生和及储存输送给客户的液氧属于不燃液化气体，但非常助燃，溢漏液氧遇可燃物时，会引起燃烧和爆炸。多孔性有机物（炭、炭黒、泥炭和羊毛纤维等）如浸透了液态氧（所谓液态炸药），当接触火源或给以一定的冲击力下，就会产生剧烈的爆炸。液氧长期在空分塔阀门操作的摩擦和气流冲击产生的静电作用下，会使少部分液氧变成液态臭氧，一种深兰色的爆炸性液体。在液氧中存在着固体二氧化碳、硅胶等微粒，在阀门操作造成气流冲击时，可产生3000V的静电电压，放出静电火花。在液氧中析出的固体乙炔颗粒、油-氧膜等可燃物，可能引起爆炸。
    乙炔：在空气中一般情况下会有微量乙炔存在，据测试，平均含量会达到0.01-0.1mg/ m3；当附近有乙炔站或碳化钙泥沟时，则空气中的乙炔含量将增加至0.5-1 mg/ m3，甚至高达3 mg/ m3。乙炔与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氟、氯等能发生剧烈的化学反应。能与Cu、Ag、Hg等化合物生成爆炸性化合物。空分设备吸入原料空气中的乙炔总量有20%随产品氧和氮排出，其它的乙炔则留在设备中。进入空分装置的乙炔量超过乙炔在液氧或液氮中的溶解度范围时则以固态析出，并沉积在冷凝器的管道中。乙炔在液氧中的最大溶解度为2.28cm3/L。冻结的固体乙炔危险性最大，当加热时，固体乙炔能聚合或转变为不稳定的爆炸性络合物。与乙炔爆炸有关的多数事故发生在空分装置加温和再次开车时。
    含氧化氮的烃类混合物：当吸风口空气质量不好或过滤器质量下降，空气中的浮尘、油脂或更重的饱和或不饱和烃类，尤其是一氧化氮通过压缩机时，会聚合或局部氧化。将导致有机碳氢化合物在深冷的液氧中以固体析出后悬浮在液氧表面，在湍急的液氧表面的撞击、摩擦打火会产生爆炸危险。含一氧化氮的烃类混合物在工业气体低温洗涤设备和空分装置中的爆炸事故说明一氧化氮是进入分离装置中空气中的最有危险性的杂质。这种危险性在加温和随后的空分装置开车时以及有温度升高的情况下更为明显。
    润滑油：当空压机和膨胀机的润滑油用量过多时，可能有部分油滴或油雾随压缩空气进入精馏塔。普通润滑油在压力7Mpa、温度高于150°C时，很容易裂解为轻馏分，其沸点比原润滑油低很多，极易气化混入氧气中。
    其他：此外，本项目生产工艺流程中所涉及到的压缩空气、高压氧气碳钢管网等在一定条件下也会发生燃烧、爆炸。
2.空分生产工艺过程中火灾爆炸危险性
    根据《建筑设计防火规范》，空分生产的火灾危险性为乙类。其火灾爆炸危险性分析如下：
1）空分塔的燃烧、爆炸危险
    空分塔的爆炸原因很多也很复杂，有设计制造的问题，有总图布置、环境污染问题，也有操作运行、管理制度以及分析化验，对可爆物的控制等等问题。空分装置的爆炸分为物理性爆炸和化学性爆炸，且大部分为化学性爆炸。物理性爆炸主要原因为各种操作失误；设计、制造、安装质量差；设备长期运行，存在缺陷而又未及时修复，长期超负荷生产，导致设备管道疲劳损坏；压力表和安全阀未定期校验而失效，致压力表不能正确指示，安全阀超压不能起跳，运行前压力表阀未开（或开度很小）等使指示压力与实际压力不符。
    化学性爆炸可发生在停车后排放液氧和短期停车后再启动的时候，也可发生在连续生产过程中及停车的时候。全低压流程爆炸时具有局部的特点，往往不为操作人员马上察觉，生产不致立即中断，但不能生产合格的氧、氮产品，更换设备也造成较大的经济损失。在空分塔内，氧气是始终存在的，所以发生爆炸的条件是有爆炸性物质和引爆源。空分塔中可爆物质主要有乙炔和其他碳氢化合物,随加工空气带入塔内的润滑油及润滑油的轻馏份。
    这些可燃物在空分塔内的爆炸危险性程度主要决定于两个因素：Ⅰ.可爆性杂质在空分塔内,特别是液氧中积聚的可能性。
Ⅱ.这些杂质本身的化学稳定性。
    在杂质中乙炔是形成爆炸的最主要因素。在空气中一般情况下会有微量乙炔存在,据测试,平均含量会达到1%～10%。制氧机吸入原料空气中的乙炔总量有20%随产品氧和氮排出，其它的乙炔则留在设备中。进入空分装置的乙炔量超过乙炔在液氧或液氮中的溶解度范围时则以固态析出，并沉积在冷凝器的管道中。冻结的固体乙炔危险性最大，当加热时，固体乙炔能聚合或转变为不稳定的爆炸性混合物。固态乙炔加液氧的爆炸敏感性极高，甚至比液氧炸药的可爆性还高18倍左右。其他不饱和碳氢化合物也能发生爆炸分解反应。当活塞式空压机和膨胀机的润滑油用量过多时，可能有部分油滴或油雾随压缩空气进入精馏塔。普通润滑油在压力7MPa、温度高于150℃时，很容易裂解为轻馏分，其沸点比原润滑油低很多，极易气化混入氧气中。空分塔的引爆源主要有：摩擦和撞击的机械作用；静电放电；固态乙炔颗粒与塔、管壁的摩擦；臭氧、氮的氧化物等的促进作用；压力脉冲等。
2）空气压缩系统的燃烧爆炸。
    空气压缩系统的燃烧爆炸主要与润滑油的选择、用量以及空气的冷却、阀门的操作等因素相关。空气在压缩过程中若机件冷却不良或在排气管路中形成积炭氧化自燃，会在空气压缩机的轴瓦、电机及排气管路（管道、冷却器、油分离器）中发生着火可爆炸事故。造成冷却不良的原因主要是：冷却水中断或供应量不足；电动机温度高于100℃；注油泵或油路系统出现故障，导致润滑油中断或供应量不足等。排气管路内积炭的形成较复杂，通常由排气温度过高、润滑油用量过大、空气净化不好造成。
3）油水分离器质量下降或操作、检修时带入油污，在与高压高含量的氧气接触时极易起火燃烧，当主换热器（PHX）保温设施不良，空气换热效果下降，将直接影响氮、氧的分离效果。
4）电缆、电机的燃烧
    氧气的泄漏或液氧的排放导致地沟中的氧气纯度往往较高，电缆的绝缘层本身就是可燃物，而设备维护检修不够时润滑油可流入地沟、电缆沟，如果烟火管制及动火制度不严或电缆使用年限长，外包的绝缘层损坏而引起电火花等，都能造成电缆燃烧、电机烧毁。
3．储存、装卸和运输过程中的火灾爆炸危险性
    本项目涉及到氢气、氦气、液氩、液氧、液氮等多种危险化学品的储存和装卸，其火灾爆炸危险性分析如下：
    本项目氢气储存过程中的火灾爆炸危险。
    公司的氢气集装格存在火灾爆炸危险，发生火灾的主要原因在于：集装格内气瓶储存和运输过程中的火灾爆炸危险性。公司集装格内的氢气气瓶，属高压容器，超压可发生火灾爆炸爆炸，在受热或受热辐射时，将会发生超压爆裂。
1）气瓶储存时发生爆炸的主要原因有：气瓶的材质或加工的缺陷导致气瓶爆炸；由于保管不善，气瓶瓶体受腐蚀破坏(均匀腐蚀、局部集中腐蚀、晶间腐蚀、断裂腐蚀)，造成机械性能降低、承载能力不足而导致气瓶爆炸；气瓶与其他可燃气瓶同储存一个仓库；气瓶库高温季节无喷淋设施或降温设施，瓶库温度过高亦可因瓶内压增大而产生爆炸；气瓶接近热源，至使瓶库温度过高可造成瓶内压增大而产生爆炸。
    气瓶装卸和运输过程中发生爆炸的主要原因有：在运输和装卸过程中违反《气瓶安全监察规程》的规定, 使气瓶强烈冲击、碰撞、震动、高空坠落、倾倒或滚动等，而导致气瓶爆炸；气瓶与其他可燃气瓶同车运输；在运输过程中，钢瓶由于在汽车上长期颠簸，如无遮阳设施而在阳光下长期爆晒（特别是在夏季）致使瓶内压增大，可造成钢瓶爆炸。
另外,集装格的防静电装置失效；容器充灌过量、安全阀失灵；由于气温上升或其它热源导致气瓶温度上升；违章动火等会引起火灾爆炸。
2）低温液体槽车运输的火灾爆炸危险性。本项目外购的液氧由槽车运送，槽车发生火灾爆炸的主要原因在于：安全阀、液面计、压力表、防爆片等安全附件和导静电装置失效；行驶时槽内压力升高超过规定值；超速行驶；在闹市区和人口稠密区行驶时停靠；监视其保温层真空度，真空度下降时处理不及时等。
3）液氧泵燃烧、爆炸。液氧泵迷宫密封爆炸主要发生在启动前的盘车阶段，主要原因为：各种原因导致后密封器存在可燃物；前密封器带入油脂；各种原因导致液氧泵出口压力高于密封氮气压力而造成液氧中乙炔含量浓缩；迷宫密封本身是一种不能绝对密封的结构，所以前后密封器不可避免的会有氧气；安装在露天的液氧泵电机定子受潮而使绝缘性能降低，或装配造成相对转动零件接触摩擦等原因产生的火花；液氧泵相对转动零件、后密封器径向迷宫的动环和静环所采用的钢材在钢对钢的急速摩擦时极易产生火花。
4．管道输送过程中火灾爆炸危险性
    本项目输送的氢气、氧气、氮气、氩气、氦气、压缩空气等的管道属于可燃易燃介质和助燃介质的管道，应该采取管道工程的防爆措施。这里主要分析危险性较大的氢气管道和氧气管道。
1）氢气管道输送过程中的火灾爆炸危险性
    氢气管道输送过程中的火灾爆炸主要原因有：氢气输送管道的防雷、防静电接地装置如果保护失效，雷电或静电积聚会也会使管道及构筑物遭到破坏或引起火灾爆炸事故；管道因腐蚀、意外撞击、热胀冷缩、振动疲劳等原因被损坏时，会造成大量的氢气外漏；当管道的法兰、阀门、焊缝泄漏或密封垫圈损坏而发生泄漏，泄漏的氢气遇火源会发生燃烧或爆炸；在抽送或压缩氢气时、检修、动火过程中各种原因导致氢气与氧气或其它助燃气体混合，达到一定的浓度极限时，遇火源会产生爆炸事故；外部明火导入管道内部，包括管道附近明火的导入，以及与管路相连接的焊接工具由于回火而导入管道内；管道过分靠近热源，管内气体过热引起的着火爆炸；带有水分或其它杂质的气体在管道内流动时，当超过一定的流速就会因摩擦产生静电积聚而放电。
2）氧气管道输送过程中的火灾爆炸危险性
    氧气管道输送过程中的火灾爆炸主要原因有：氧气管道、阀门在安装前或检修时脱脂不净；氧气管道、阀门及密封填料等材质不符合技术要求，以及管道、阀门内存在氧化铁皮、焊渣等杂质；由于氧气管道过细、或开关阀门过快过猛、或阀门未全开，从而使氧气流速过高，高速的氧气流与阀门、管道的弯头等处产生激烈的撞击、摩擦而产生高温；氧气管道检修、动火焊接前，对管道未用干净无油的氮气或空气进行置换；在氧气与可燃气（液）体共架敷设管道时，由于设计、安装不合理或缺乏正常的维护检修，使氧气与可燃气体泄漏而形成爆鸣性气体、或氧气与可燃液体接触而造成燃烧爆炸；管道腐蚀、管壁减薄或未认真考虑热胀冷缩补偿等导致管道强度大幅度下降，从而造成管道爆裂、气体泄漏，遇明火而发生着火爆炸；外部明火，包括管道附近明火以及与管路相连接的焊接工具的回火导入管道内部。管道过分靠近热源，管内气体过热引起的着火爆炸；带有水分或其它杂质的气体在管道内流动时，当超过一定的流速就会因摩擦产生静电积聚而放电；由于雷击产生巨大的电磁、热、机械效应和静电作用等，也会使管道及构筑物遭到破坏或引起火灾爆炸事故。
3）其它管道输送过程中的火灾爆炸危险性。虽然氮气管道不会燃爆，但在安装、运行、检修时往往易导致违反规定，使氮气管道内形成富氧空气，甚至氧气而导致氮气管道发生爆炸。
5．检修过程火灾危险性
    抽堵盲板过程火灾危险性:停工检修的设备必须和运行系统可靠隔离,若检修中未采取隔离措施或隔离措施不符合安全要求,致使用运行系统中的有毒、易燃、窒息和高温介质进入检修设备,易造成火灾爆炸事故。
    置换和中和过程火灾危险性:在设备检修动前,为保证需要检修动火和罐内作业的安全,对内部的易燃、有毒气体应进行置换,酸碱等腐蚀生液体应进行中和。如果检修前未制定严格动火方案，未可靠隔离、违规操作及取样分析不正确（如氧含量>23%）等均易导致火灾事故。
    清扫和清洗过程火灾危险：对可能积附有易燃、有毒介质残渣、油垢或沉积物的设备，在清扫和清洗过程中，因为这些杂质在冷态时可能不分解，不挥发，在取样分析时也符合防火或卫生安全要求，但当动火时，遇至高温，这些杂质大大增加，从而构成着火爆炸或中毒危险。
6．电气设备的火灾爆炸危险性
    本项目的电气线路、电动机、电力变压器、开关设备、插销座、电灯、电焊机等电气设备如设计、安装、运行、维修不当，均可能成为电气火灾和爆炸的原因，引起火灾的电气原因是仅次于明火的第二位原因。电气防火防爆安全技术是综合技术，包括电气设备和电气线路选型、电气设备安全运行、接地和接零等内容，如果管理制度不健全或者执行不力，也可造成燃烧爆炸。电气火灾和爆炸电气设备的火灾可导致其它易燃易爆介质的燃烧和爆炸，使事故扩大，造成人身伤亡和设备、设施损坏外，还可能造成大规模停电，造成重大经济损失。根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定，结合公司车间实际情况分析可知：制氢间、氢气压缩机间、氢气瓶库和催化反应炉部分属1区爆炸危险区，透平氧压机防护墙内、液氧储配区和氧气调压阀组间属21区火灾危险区，氧气充瓶间、氧气储罐属22区火灾危险区；公司各车间不仅要明确爆炸和火灾危险场所的划分，还要根据此划分合理选用和布置电气设备。此外还应注意搞好电器管理，防止电气火灾。
7．管理方面的火灾爆炸危险性
    管理缺陷而产生的燃爆危险性主要有：无有效的管理制度或制度不健全，作业人员在禁区内吸烟或带火种进入，易造成燃烧爆炸；无完善的动火管理制度，在禁区内违章动火，也可造成燃烧爆炸；作业人员不遵守安全管理制度，穿化纤衣物上岗或穿钉子鞋上岗，因化纤衣物摩擦而产生的静电火花和钉子鞋与硬地面接触引起火星造成易燃易爆区域的火灾爆炸；在生产、储存库房堆放易燃物质等造成火灾爆炸事故。
    综上所述，本项目在生产、储存及管道输送等过程中应加强对一切易引发燃烧爆炸的危险源的管理。例如火源、温度、油脂、静电火花、雷电、电气火源、泄漏等，以防引发火灾爆炸事故，造成人身伤亡和财产损失。