焦松涛
（中安联合煤化有限责任公司，安徽 淮南232092）
［摘 要］空分装置生产工艺复杂，装置中并存有高温高压介质与低温工艺介质，且设备类型繁多、操作条件苛刻，安全风险较高。以某煤化工企业3套70 000 m3/h空分装置为例，对影响空分装置各系统（预冷系统、分子筛纯化系统、精馏系统、冷箱系统、氧气外送系统、后备系统等）生产运行的主要安全风险进行辨识、分析，就空分装置存在的主要安全隐患进行深入排查，提出并实施相应的安全管控措施、安全隐患治理与事故预防措施后，确保了空分装置的安、稳、长、满、优运行。
［关键词］空分装置；安全风险辨识；泄漏；燃爆；低温冻伤；安全风险管控；安全隐患治理；事故预防措施
［中图分类号］TB657.7 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）04-0064-04
0 引 言
2019年7月19日，河南省义马气化厂空分装置（A/B/C共3套）因冷箱发生泄漏后长期“带病”运行，导致其C套空分装置发生爆炸事故，共造成15人死亡、16人重伤，损失惨重。这起事故的发生，改变了大家对空分装置相对安全、风险相对较低的传统看法，也在一定程度上改变了化工企业秉持的空分装置“轻伤不下火线”、“带病”运行而不必及时停车消除安全隐患的通用做法，空分装置生产安全问题得到前所未有的重视。本着加强空分装置安全运行风险管控及隐患排查治理的要求，以某煤化工企业3套70 000 m3/h空分装置为例，对影响空分装置生产运行的主要安全风险进行辨识、分析，就空分装置存在的主要安全隐患进行深入排查，提出并实施了相应的安全管控措施、安全隐患治理与事故预防措施，确保了空分装置的安、稳、长、满、优运行。以下对有关情况作一介绍。
1 空分装置概况
该煤化工企业有3套70 000 m3/h空分装置（分别为1#空分装置、2#空分装置、3#空分装置），负责向全厂生产系统提供氧气、氮气、仪表气和工厂风；同时，空分装置另有液氧、液氮、液氩产品储存和充装设施，配备液氧和液氮后备系统以及空压站、变配电所、仪表机柜间等。空分装置制氧单元采用德国林德公司的专利技术，通过空气压缩、气体预冷、分子筛吸附净化、空气增压后膨胀制冷，氧、氮、氩低温精馏分离产出液氧、液氮、液氩产品，同时通过液氧、液氮低温液体内压缩工艺获得高压氧气及低压氮气产品。3套空分装置中并存有高温高压介质（超高压蒸汽压力9.3 MPa、温度530 ℃）与低温工艺介质（如液氮-196 ℃、液氧-183 ℃、液氩-186 ℃），且设备类型繁多——大型一拖二机组（汽轮机双出轴同时拖动空压机与增加机）、气体和液体膨胀机、低温泵及塔器、换热器、储槽等，生产工艺复杂，设备操作条件苛刻，安全风险较高。
2 空分装置各系统主要安全风险及管控措施
2.1 分子筛纯化系统吸附功能异常风险及管控
分子筛纯化系统的任务是脱除空气中的H2O和CO2，但由于吸附剂有特定的使用寿命或使用过程中受到过量吸附伤害等方面的原因，分子筛纯化系统吸附功能可能出现异常，首先表现为分子筛纯化系统出口气（空气）中的CO2含量超标，超标的CO2进入冷箱后，当其含量达到某个低温冻结浓度时，就会在冷箱系统内冻结，导致冷区通道冻堵；同时，固体CO2颗粒还会被带入主冷凝蒸发器，在主冷凝蒸发器通道中堆积堵塞，或摩擦通道内壁产生静电积聚，在一定的条件下积聚的静电有放电打火引爆可燃物的潜在风险。简言之，由于分子筛纯化系统的分子筛对一些碳氢化合物（CnHm）具有一定的吸附作用，分子筛吸附功能异常会导致主冷凝蒸发器内烃类物积聚的风险增加[1-2]。
为降低分子筛纯化系统的安全风险，采取了如下管控措施：① 控制分子筛出口气（即进冷箱空气）的CO2含量＜ 0.6×10-6，并通过调整分子筛运行周期或提前切换，控制分子筛出口气CO2含量超标的频率与时长；② 合理分配空分装置各单元的负荷，降低“问题单元”的负荷；③ 保证循环水系统的稳定运行，挖掘水冷塔及冷冻机的潜能，尽量降低空冷塔冷却水、冷冻水的温度，以降低空冷塔出口空气温度，减少分子筛吸水量，保证分子筛对CO2的吸附能力。
2.2 主冷凝蒸发器烃类物积聚风险及管控
由于主冷凝蒸发器要求较高的循环倍率，碳氢化合物（CnHm）在主冷凝蒸发器内的液氧中不断浓缩与积聚，CnHm各组分在液氧中的浓度不断增高，尤其是乙炔（C2H2），随着其浓度的增高，溶解在液氧中的C2H2过饱和时会以固体颗粒的形态析出，固态物数量的增加使得主冷凝蒸发器通道受到的撞击和摩擦概率增大，由此导致静电积聚、放电、爆炸风险增大。
为降低主冷凝蒸发器烃类物积聚风险，采取了如下管控措施：① 主冷凝蒸发器设置在线CnHm监测仪表并设置报警（高报值为250×10-6），对CnHm进行全组分分析，控制主冷凝蒸发器内液氧中CnHm含量＜20×10-6，并每天人工采样监测分析1次；② 对分子筛出口气（即进冷箱空气）中的CO2、N2O和CnHm含量在线监控并设置报警，当某一组分含量达到报警值时，中控采取减负荷、分子筛提前步进等方法干预，某一组分含量超标达到限值时停车处理；③ 主冷凝蒸发器采用全浸操作（液位控制在120%～220%），并设置液位低低联锁，当主冷凝蒸发器液位低于80%时联锁停车，以有效防止因主冷凝蒸发器“干蒸发”导致CnHm积聚而增加主冷凝蒸发器爆炸的风险；④ 严格执行主冷凝蒸发器排液规定，停车阶段保持对主冷凝蒸发器中总碳含量的有效监控，开车阶段增加主冷凝蒸发器排液频次和排液量并及时启动液氧泵实现液氧循环，降低主冷凝蒸发器通道内CnHm局部积聚的风险。
2.3 冷箱泄漏风险及管控
更多内容详见《中氮肥》2024年第4期