制氧安全知识系列讲座 ( 四 ):

空分装置危险源的辩识　　　

二 00 八年一月

一、前言 随着冶金工业的发展，尤其是钢产量的增加，用氧量也随之增多。现在工业

上用空气分离装置（以下简称空分装置）来生产氧气、氮气、液氧、液氮和液氩。下面就来探讨空分装置如何进行

危险源辨识。

空分流程：原料空气经吸入口吸入，进入空气

过滤器，滤去尘埃和机械杂质后，进入离心式空气压缩机进行压缩；然后进入空气冷却塔与水进行热交换，冷却后除去空气中的水滴；再进入交替使用的分子筛去除原料空气中的 H2O 、 CO2 、 C2H2 、 CnHm （ C2 H2 除外）等杂质物质。经过净化加工后的空气，将其增压、冷却后，进入分馏塔。

流程说明：在分馏塔中，氧气，液氧被分离。

氧气经自备氧气压缩机增压至 2.94MPa 进入氧气管网，液氧送入液氧贮存系统。经精氩塔精馏在精氩塔底部得到精液氩，送入液氩贮存系统。从辅塔顶部引出纯氮气、从辅塔上部抽取液氮。

流程说明：气氧以约 20kPa （ G ）的压力从

冷箱输出；气氮以约 6kPa（ G ）的压力从冷箱输出；气氩以约 3.0MPa （ G ）的压力从冷箱输出。液氧通过冷箱输出，进入液氧贮槽；液氮通过冷箱输出，进入液氮贮槽；液氩通过冷箱输出，进入液氩贮槽。

流程说明：• 该工艺技术方案采用分子筛吸附净化空气

技术，能够长周期地运行，消除空气中的杂质，延长空分设备的运行周期；高效增压透平膨胀技术，有效回收膨胀功，装置能耗降低，同时运行效率高；全精馏无氢制氩技术，取消加氢除氧装置，可靠性高，安全性能好；规整填料精馏技术，阻力是传统的筛板塔的 1/6 ～ 1/4 ，具有压降小、分离效率高、操作稳定的特点。

二、主要危险因素分析 • 1. 物料的火灾爆炸危险性 • （ 1 ）氧气

氧气（含液氧），是该生产装置的主要产品之一，是助燃物质，为乙类火灾危险性物质。氧气是可燃物燃烧爆炸的基本要素之一，能氧化大多数活性物质。与易燃物（如乙炔、甲烷等）形成有爆炸性的混合物。

1. 物料的火灾爆炸危险性2 ）油料

空气装置主要使用透平油和润滑油。透平油闪点（开杯）≥ 195℃，系丙类火灾危险性可燃液体。增压透平膨胀机透平油管道，一旦输油管道发生泄漏，遇高热或明火，会引起火灾、爆炸。润滑油闪点（开杯）≥ 230℃，系丙类火灾危险性可燃液体。输油管道一旦发生泄漏，遇高热或明火，也会引起火灾、爆炸。

　　　　　

（ 3 ）碳氢化合物

• 原料空气中含有一定是的碳氢化合物，它们的闪点都非常低，爆炸极限较宽。生产过程中碳氢化合物如果在空分装置内过量积聚，遇高热可能引起爆炸。

• 空分塔中，可爆物质主要有：乙炔（ C2H2 ）和其他碳氢化合物〔 CnHm （ C2H2 除外）〕等。在这些危险杂质中，乙炔是形成爆炸的最主要的根源。这是因为乙炔在液氧中的溶解度极低，约5.2cm3/L 液氧，过剩的乙炔就会以白色固态微粒悬浮在液氧中。而乙炔又是不饱和的碳氢化合物，具有很高的化学活性，性质极不稳定。

（ 4）液态臭氧液氧通过空分阀门时，长时间受到摩擦和气流冲击，在产生的静电作用的条件下，能够使少部分液氧变成液态臭氧（ O3）。液态O3是一种深蓝色的液体，在通常条件下，该液体汽化、分解，使氧的分压急剧增大，故具有爆炸的危险性。

　 2.生产装置火灾爆炸危险性 该装置中空气压缩机组、空气预冷系统、空气纯化系统，分馏塔冷箱系统、增压透平膨胀机组、氧气透平压缩机组、氮气透平机组等均为压力容器。如果压力超过设计允许值或压力表失灵，均存在着裂纹、破碎、爆炸的危险。

•当压力高于 2.94MPa 的氧气直接与油指接触时，就会发生激烈的氧化反应，并放出大量的热，由于化学反应速度极快，因而很快就能达到油脂的燃点，从而使油脂迅速燃烧。如果燃烧发生在管道、容器中，会使其温度急剧升高，可以达到 3000℃左右，压力可以增加 10倍，势必造成爆炸。

• 编注：当空分装置发生氧气泄漏、或检修氧气罐时未置换或置换不彻底，作业环境达到富氧状态〔空气中氧含量超过 21％（ V/V ）〕，遇火星或高温易发生火灾事故。富氧状态下的火灾事故常被人们所忽视。人们常常认为富氧状态又不是纯氧不会有什么问题。其实在富氧状态下许多难燃物质变得可燃，可燃物质变得易燃，最小点火能下降很多。燃烧速度快，不易扑救。富氧状态的火灾事故已发生多起，应引起人们的高度重视。

• 如 2001 年 2 月 6日 ，甘肃某钢铁集团一球罐值班室内氧气管道泄漏，电气火花引起火灾，烧死 3人； 2001 年 8 月 9日，山东某锅炉压力容器检验所对某气体厂氧气储罐进行检测时，因未置换，罐内氧气含量高，打磨焊缝时引起火灾，烧死 3人； 2000 年 8 月 21日，江西某钢铁公司制氧厂，检修制氧机时 ，因液氧排放不当，检修现场成富氧状态，在检修时发生燃爆事故，死亡 22人，伤 24人。

3.触电及雷击伤害：• 电气伤害是电能作用于人体造成的伤害，

有触电伤害、电磁场伤害及间接伤害 3种类型。电气伤害事故以触电伤害最为常见，而绝大部分触电伤害都属于电击伤害。根据国内外的统计资料，单相触电事故占全部触电事故的 70％以上。因此，防止触电事故的技术措施应该把防止单相触电作为重点对象

• 厂区内的电气设备、电缆敷设及配电装置随处可见，存在着电气设施、电气（器）设备因防火防爆、防水防潮、安全保护设施不完善、电缆敷设不合理造成人体触电伤害事故的可能。另外，因防雷接地措施不完善也会发生雷电伤害事故。

• 当装置中液化的气体流速增高时，静电场的强度便迅速提高，且可能达到较高的电压而发生静电火花，形成火灾爆炸的引爆源。空分塔的爆炸事故，常常是静电火花形成的引爆源。

4. 机械伤害事故• 机械伤害事故是机械设备运转时造成人员伤害的

主要事故类型。实际工作中，往往把运动的机械、机械部件、工件，人体或人体的一部分一旦进入则可能受到伤害的危险区域当作机械伤害事故的危险源。该项目的机械伤害事故危险源有：空气透平压缩机系统、空气预冷系统、增压透平膨胀机中的电机、联轴器、泵等，如果机械转动部件外露，防护措施和必要的安全装置不完善，可能使操作人员的头发、服饰缠绕其上而造成人身伤害。

5.坠落伤害 •坠落事故的物理本质是人体具有势能

的意外释放。根据《高处作业分级》（ GB/T608-1993 ）规定，高于 2m（含 2m ）以上作业面存在着高处坠落的可能。作业人员处于坠落基准面2m 以上高处和低于地面的坑、井的情况很多，存在坠落事故危险源。

• 如空气压缩机组、空气冷却塔、水冷却塔、水过滤器、空气纯化系统、分馏塔冷箱系统、主换热器、液氮液空过冷器、粗氩塔、精氩塔、增压透平膨胀机组、氧气活塞压缩机组、氮气透平压缩机组等，其巡检处均高于 2m （含 2m ）以上，上面的巡检人员将可能发生坠落事故。工人作业或巡检需要沿着不同的运转层，经过不同高度的平台和钢梯，存在着坠落伤害危险。

•另外，因生产设备和各种管道的布置需要，在厂房内的不同运转层的地面上留有生产设备升降口、吊装孔、闸门井、排水沟、坑池以及地下设备运转层，也会因设防措施不完善发生坠落伤害事故。

　　 6.冷冻伤害

低温环境会引起冻伤、体温降低，严重时基至造成死亡。低温作业人员受低温环境影响，操作功能随温度的下降而明显下降。如手皮肤温度降到 15.5℃时，操作功能开始受到影响；

降到 4 ～ 5℃时，几乎完全失去触觉的鉴别能力和知觉。

• 生产的液氧、液氮、液氩等产品，一旦由于输送这些产品的泵、阀门、管道及贮罐等设备密封不严，设备发生裂纹或破碎，将发生泄漏事件，喷洒到操作人员的身体上，由于它们的沸点非常低，加之汽化时要吸收大量的热量，所以会造成人体冷冻伤害。在处理盛有这些液体的管道、阀门或容器等时，必须带上保温手套，防止造成冻伤。

• 化验工为了检验液化空气，液化氧气中的乙炔含量，需要取液态产品，也很容易造成冻伤事故。

• 这些液化气体的沸点等具体数据，详见表 1 。

• 空气主要成份• 主要成份 氧气 氮气 氩气 二氧化碳• 体积百分数 % 20.99 78.03 0.94 0.035~0.04

• 沸点℃ － 183 － 195.8 － 185.7 － 78.5升华

三、主要有害因素分析 • 1.噪声危害空分装置生产过程中的噪声源很多，主要有

空气动力性噪声、机械性噪声及电磁性噪声。空气动力性噪声是由气体振动产生的，如气体中产生涡流或发生压力突变等。机械性噪声是由固体振动产生的，如机械金属板、轴承、齿轮、管道发生振动等。电磁性噪声是由于高次谐波磁场相互作用引起了电磁性振动措施的噪声，如电动机、变压器产生的噪声就属于这种噪声。

。该项目工业噪声主要来自于原料空气过滤器；空气透平压缩机、空气预冷系统（空气冷却塔、水冷塔、冷却水泵、冷冻水泵等）；分子筛纯化系统（动力设备、放空器等）；增压透平膨胀机；分馏塔上的氧气、氮气放空部位；氧气压缩机以及为液氧贮罐、液氮贮罐、液氩贮罐配套的输送液化气体的泵等。这些都是噪声源。工业噪声对人体的危害主要体现在以下几点

（ 1）听力损坏；人在强烈的长时期持续的噪声作用下，听觉器官会发生功能性改变，进而发展为器质性病变，产生听力损伤和噪声聋 2 种危害。（ 2）噪声对生理功能的影响；调查发现，接触高噪声的工作人员表现易疲倦、易怒（躁性神经衰弱）；植物神经调节功能发生变化，表现出心率加快或减缓，血压不稳（趋向增高）；胃肠功能紊乱，食欲减退，消瘦，胃液分泌减少，胃肠蠕动减慢

（ 3 ）噪声对心理的影响，主要表现在：高噪声及变强度噪声对处理复杂信息的脑力活动的干扰；间断的强噪声（ 90dB 以上）可使脑力活动错误率明显增多，以至于无法进行；强噪声使工人作业精力无法集中，失误率增加，而且干扰运货车辆、装卸机械、道路交通警示鸣笛与指挥信号的传递，易引发二次事故。

 2. 高温危害• 根据国家标准《高温作业分级》（ GB/

T4200-1997 ）的规定，在生产劳动过程中，其工作地点平均湿球黑球温度（ WBGT ）指数等于或大于 25℃的作业即为高温作业。该项目中存在生产性热源的作业场所有各个系统中的气体压缩岗位。夏季，露天布置的工作岗位气温常常高于 25℃，在上述生产设备附近的工作人员均会受到热辐射的危害

• 在高温下，长期从事高温高湿作业，能影响劳动者的体温调节、水盐代谢及循环系统、消化系统、泌尿系统等。当热调节发生障碍时，轻者影响劳动能力，重者可引起如中署等反应。水盐代谢的失衡可导致血液浓缩、尿液浓缩、尿量减少，这样就增加了心脏和肾脏的负担，严重时引起循环衰竭和热痉挛。在比较、分析中发现，高温作业工人的高血压发病率较高，而且随着工龄的增加而增加。高温还可能抑制中枢神经系统，使工人在操作过程中注意力分散，有导致工伤事故的危险。

3.窒息危害根据《缺氧危险作业安全规程》，当人呼吸的气体中，氧气含量低于 18％的时候，定为缺氧。轻度的缺氧反应，使人呼吸量增大，脉搏加快，注意力和思维能力明显减弱，肌肉的协调运动失调；呼吸的气体中氧气的含量低于 6％的时候，会即刻窒息死亡。如吸入纯氮（属于突发性的严重窒息），人就会立刻失去知觉，好像头部受到打击一样而跌倒，可能在几分钟内死亡。

• 分离装置的产品中，有氮气、液氮、液氩。它们在装置后部设备中产生，一旦发生泄漏，泄漏的氮气，会冲淡大气中的氧含量，使人吸入的气体中含氧量降低；泄漏的液氮、液氩在常温、常压条件下，会立即汽化，也能使呼吸的气体中含氧量降低。轻度的气体泄漏，容易造成操作人员的缺氧反应；重度的气体泄漏，有可能会造成操作人员窒息死亡的严重后果。

• 例如， 1982 年 1 月 6日，上海某钢厂用2号 6000m3/h 制氧机的液氮作冷源，对精氩塔（该精氩塔在 2台 6000m3/h ）制氧机中间进行调试，发现液氮阀泄漏，值班班长当即打开人孔进入保冷管道内检查，人进入后立即窒息，因人孔小，加上泄漏的是液氮，在保温管道上部监护的人一人拉不动窒息者，后面 4个人虽奋力抢救，拉出后人已经死亡。抢救者也有 1人窒息昏迷，因抢救快，才逐渐脱离了危险。

四、结束语• 综上所述，对空分装置存在的危险因

素和危害因素进行了分析与辨识，确定火灾爆炸是最主要也是最危险的不安全因素，是安全预防的重点。对电气伤害和坠落等伤亡事故的预防措施，应给予一定的重视。

尽管空分装置有易燃易爆等危险，但如果在设计上充分考虑到影响安全的诸多因素，对可能发生的不安全因素采取一定的防范措施；操作人员严格遵循各种操作规程，精心操作，熟悉各种事故处理方法，并加强维护、管理，就能使装置安全，稳定、长期运转。通过采取一定的安全技术措施和个体防护措施，就能够实现安全生产，经济运行，预防事故，保障劳动者的安全与健康。

谢 谢 大 家 ！

制氧厂生产科