结合空分装置分析富氧环境的影响与危害

结合空分装置分析富氧环境的影响与危害

张军平

新疆庆华能源集团有限公司 新疆伊犁 835000

摘要：近年来空分装置不断向大型化发展，因富氧造成的事故时有发生，特别是2019“7.19”气化厂、空分装置事故的发生，再次提示我们要加强对富氧环境的治理。空分装置中储存大量氧，发生富氧环境可能性高，尤其值得关注。缺氧窒息的风险已被人们所熟知，但富氧的危害往往容易被忽略。空分装置分离出来的氧具有极高的纯度和氧化性，极易引发燃烧，进而造成火灾爆炸。本文结合空分装置分析富氧环境的影响与危害，提出一些个人观点，以供参考。

关键词：空气分离；富氧环境；火灾爆炸

气体生产系统的运行主要是依靠空分装置、原油和耐硫转化装置、气化装置以及低压蒸汽吸收式制冷装置等在共同作用下构成的。其中空气分离装置中的气体在整个工作中的使用都会需要，氧气主要是在气化工艺中使用、而氮气、工具以及空气等则是需要在低温的甲醇洗工艺中应用，这些气体和装置在整个过程中相互促进、相互维护彼此作用等。随着化工业的不断发展以及化工业产业链的不断发展延伸，现代空分装置在化领域中的应用越来越广泛，相关人员应当主要装置运行中的环境影响，重视富氧环境的影响力，做好治理防御措施。

1、富氧环境的危害

氧气作为一种工业气体广泛用于化工、冶金、制药、航天等领域。工业用的氧气一般通过空气分离装置制得，空分装置分离出来的氧具有极高的纯度和氧化性，极易引发富氧燃烧，进而造成火灾爆炸。大气环境下，氧气的体积分数为21%，当空气中氧气含量超过21%时，即形成富氧环境。实践证明，当氧气浓度增加到23%时，在空气中可自行熄灭的材料不再阻燃。而在纯氧中，许多材料化学性质已发生变化，例如钢铁在空气中不燃烧，在纯氧中会剧烈燃烧，并发光放热。在空气中不燃或难燃烧的材料，在富氧状态下变的可燃。同时在富氧环境下可燃物的着火点降低，点火能变小。例如氢气在空气中的自燃点为572℃，纯氧中氢气自燃点下降到560℃；丙烷在空气中最低点火能为0.51mJ，在纯氧中丙烷最低点火能下降到0.003mJ。自燃点的下降加剧了气体火灾发生的风险，最小点火能量的下降使得一个极微小的能量即可引发火灾。在富氧状态下，不仅会使物质变得可燃或易燃起来，而且还使可燃物的爆炸范围增加。可燃物在富氧状态下爆炸范围大大增加。

以甲烷为例，在纯氧中的爆炸范围比在空气中扩大5.4倍，爆炸范围的扩大也将增加气体的爆炸风险。氧气是人和动物赖以生存的基础。但是，空气中氧含量也不能过量，正常情况下，当空气中的氧含量超过40%时，人体就可能发生氧中毒；当空气中氧含量在40%～60%时，会感觉胸骨后不适，轻咳，进而胸闷，胸骨后有烧灼感，呼吸困难，咳嗽加剧，严重时可发生肺水肿，甚至出现呼吸窘迫综合征；当空气中氧含量达到80%以上时，人会表现出面部肌肉抽动、面色苍白、眩晕、心动过速、虚脱，继而全身强直性抽搐、昏迷、呼吸衰竭，最终死亡。

2、富氧环境成因分析

富氧环境的形成有多种原因，针对空分装置来讲最常见的原因是氧气泄漏、排放和置换不彻底。氧气密度大于空气，微量的泄漏在密闭空间底部聚集，长时间聚集会形成富氧环境。管路连接处，如法兰、阀门、管件等都可能处在微量泄漏，长时间泄漏缺乏有效的通风，容易形成局部密闭富氧环境。空分装置工作温度低，设备管道应力变形大，随着运行时间增加，装置普遍会出现泄漏“跑冷”，当空分塔、液氧汽化器发生泄漏“跑冷”时，会在冷箱内会形成富氧区域，同时给会冷箱带来“砂爆”的风险。因各种需要，空分装置存在着诸多排放，诸如不合格产品的排放，工艺需要的排放以及液氧装车时产品充装泵的冷却排放。这些排放都可能在排放点周围（主要是下风向）造成富氧环境。空分装置运行时，管道、设备内有大量液氧，检维修作业前需要彻底通风置换，如果置换不彻底，少量的残留可能在管道、设备内形成富氧区域，给检修作业埋下的隐患。

3、富氧环境治理措施

工业上富氧环境危害极大，引发的事故通常会超出常人意料。当人处在富氧环境下，衣物内被氧所浸透，遇到点火源时会发生剧烈燃烧。当设备设施处在富氧环境下，材料的化学性质发生变化，甚至出现钢铁管道燃烧伤人事故。因此，生产上要制定针对富氧环境的治理措施。

3.1提高对富氧环境危害的认识

缺氧窒息已被人们所熟知，但富氧的危害往往容易被忽略。生活中一些常识（病人吸氧）往往会带来富氧环境对人健康有利的错误认识，因此提高对富氧环境危害的认识尤为重要。就社会层面而言，在基础教育阶段不仅要强调氧气的重要性，还要增加富氧对人和动物的危害。对可能涉及富氧环境的企业而言，做好全员培训，风险识别阶段增加富氧危害辨识。

3.2规避富氧环境形成的条件

针对空分装置富氧环境的成因，要从设计、管理上加以规避。严格排放管理，在设计过程尽量少设排放口，必须设排放口的要集中排放。排放口设置在通风良好的下风向，远离可燃易燃物。氧气（液氧）不通过地沟排放，液氧集中排放口重点管理。微量的泄漏在密闭空间底部或低洼地带会形成富氧环境。在设计上，对可能发生微量泄漏的法兰、管件等综合考虑，尽量避开低洼或密闭空间，布置在空旷地带。设备发现泄漏“跑冷”及时处置，检修过程置换彻底。同时，大型液氧贮槽根据储量一般会构成重大危险源，设计阶段严格按照国家标准合理布局，从源头实现项目本质安全。

3.3做好监测与报警

对可能形成富氧环境的区域进行全面梳理，并进行HAZOP分析。在可能形成富氧、缺氧环境的区域，例如，氧气充装站、钢瓶仓库等配置氧含量声光报警仪，设高、低双报警（低警19%、高警23%），并采用不间断电源供电，加强对富氧、缺氧环境的远程监测和预警。巡检过程，进入可能存在富氧区域的人员要求佩戴便携式氧含量监测仪。

3.4提高现场管理标准

富氧环境管理目前缺少相关标准，企业可参考密闭空间和动火作业对富氧环境进行管理，按照着火的三要素严格控制可燃物和点火源。涉及氧介质的操作，如液氧槽车装卸，禁止使用非防爆工具。可能处于富氧环境中的人员，不穿着易产生静电的服装，条件具备时可选择具有一定阻燃性能的衣服。可能处于富氧环境中的电力设备和电器，例如开关、配电柜等，采取严格的防爆和接地保护措施，防止电路失效产生电火花。

3.5富氧环境应急处置

低温液态氧的泄漏一般会形成浓厚的雾团，雾团内的环境为高浓度的富氧环境，火灾的危险范围与雾团的边际有关，处置不当会导致事故后果升级扩大。富氧环境从业人员要进行富氧专项安全培训和应急处置培训，经常性开展富氧环境应急处置演练，熟练使用消防工具，掌握富氧火灾的灭火流程，确保在最短时间内能将事故消灭在萌芽状态。

4、结束语

综上所述，氧气在诸多行业中具有广泛的应用，在氧气的生产和使用过程要充分考虑富氧环境的危害，尤其是液态氧，其蒸发系数大，危险性更高。富氧环境治理上重点是要提高全员意识，按照火灾爆炸三要素，从设计、选材、布局、操作规程等方面做好管理，其次要从应急处置上入手，提高人员能力，将隐患消除在萌芽状态，保证人身和财产安全。

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