有害雜質(zhì)在空分塔內(nèi)的積聚、爆炸及防范

作者：莊勝強　　評論：　更新日期：2011年07月04日

?【摘要】介紹了乙炔和碳氫化合物在空分塔內(nèi)的積聚過程及機理，碳氫化合物在液氧中爆炸的機理，及對有害雜質(zhì)在空分塔內(nèi)積聚、爆炸的防范。
???? 主題詞：乙炔碳氫化合物液氧空分塔積聚爆炸防范

? 空分設(shè)備的原料來自于大氣，大氣中含有各種有害雜質(zhì)氣體，其中乙炔及其它碳氫合物，對空分塔的安全生產(chǎn)危害極它們在塔內(nèi)的積聚、濃縮可導致空分塔爆炸。輕則不能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，重則導致設(shè)備完全毀壞，甚至造成人員傷亡。此，有害雜質(zhì)氣體，特別是乙炔和其它碳氫化合物在空分塔內(nèi)的積聚、濃縮過程，及它們在塔內(nèi)爆炸機理，以及防范措施是十分必要的。
??? 有害雜質(zhì)氣體，特別是乙炔和其它碳氫化合物在空分塔內(nèi)的積聚、爆炸，與下述諸多因素有關(guān)，如制氧工藝流程、對害雜質(zhì)氣體凈除手段、主冷結(jié)構(gòu)、管道配置及生產(chǎn)運行方式，以及有關(guān)對乙炔和碳氫化合物檢測等等。下面就碳氫化合物空分塔內(nèi)的積聚過程、爆炸機理及防范措施分述如下。
???1 乙炔和碳氫化合物在空分塔內(nèi)的積聚過程及機理
?????? 1．大氣中存在乙炔及碳氫化合物
?????? 作為空分設(shè)備原料氣的大氣中，一般均含有一定量的碳氫化合物，這些有害雜質(zhì)氣在大氣中的含量及種類，與周圍境有關(guān)，與周圍工廠的性質(zhì)、運行方式有關(guān)，與氣象條件，特別是風向等也有一定的關(guān)系。
??? 一般情況下，工業(yè)區(qū)內(nèi)干空氣的雜質(zhì)氣體的平均含量見表1。工業(yè)區(qū)內(nèi)空氣還可能存在其它碳氫化合物及H2S、S02、S2無機雜質(zhì)，表2列出’了16個工廠廠區(qū)空氣中碳氫化合物的平均含量。

表1 干空氣中危險雜質(zhì)的含量(10^-4％)^[1]

乙炔％H₂	甲烷CH₄	乙烷C₂H₆	氧化亞氮NO₂	二氧化氮N0₂	臭氧0₃	一氧化碳CO
0．001~1	~1	0．1	~0．5?	~0．02?	?0~0．01	≤35?

表2 廠區(qū)內(nèi)空氣中碳氫化合物含量(10^-4％)^[1]

乙烷C₂H₆ │	丙烷C₃H₈	丁烷C₄H₁₀	乙烯C₂H₄	丙烯	丁烯C₄H₈+C₅	乙炔C₂H₂
0．1／1．27?	?0．03／0．32	0．03／0．49	0．08／0．59	0．02／1．17	0．08／0．57	0．04／0．33

??? 注:分子為16個工廠廠區(qū)85次分析結(jié)果的平均值,分母為最大值.

??? 表2給出的是工廠正常生產(chǎn)情況下的某廠區(qū)空氣中的一些碳氫化合物含量。但當生產(chǎn)不正常、排放大量碳氫化合物氣體時，空氣中的有害雜質(zhì)含量將可能成倍、成數(shù)十倍的增加。其值增長多少，主要決定于風向、氣壓。在上風向，有害雜質(zhì)增長不多；但下風向，其值增長極大。
??? 表3給出了某廠乙炔站附近大氣中乙炔含量的測定值.由表可見,大氣中乙炔濃度變化很大,在距污染源30~50m范圍內(nèi),下風向空氣中乙炔濃度是上風向的十余倍至數(shù)十倍。

表3 某廠乙炔站附近大氣中乙炔濃度測定值^[1]

樣品	采樣點距乙炔站距離m	測量次數(shù)	風向	乙炔含量(10^-4％)
樣品	采樣點距乙炔站距離m	測量次數(shù)	風向	濃度范圍	平均	最大
1	30	65	下	0.1~29.2	3.42	29.2
2	50	28	下	0.1~16.8	3.56	16.8
3	230	9	上	0.004~0.015	0.008	0.015
3	230	14	下	0.07~0.96	0.49	0.96
4	310	15	上	0.007~0.022	0.012	0.022
4	310	16	下	0.01~1.10	0.37	1.10
5	480	10	上	0.005~0.015	0.010	0.015
5	480	6	下	0.01~0.69	0.21	0.69
6	550	20	上	0.002~0.027	0.010	0.027
6	550	10	下	0.02~0.35	0.10	0.35

??? 根據(jù)上述下風向數(shù)據(jù)作圖可見，在230~550m間，距離污染源越遠，大氣中的C₂H₂濃度成正比例減少；又據(jù)30~50~230m距離中測定值推測，大氣中C₂H₂距禹污染源150(或200)m，其濃度隨距離污染源的增加而成比例減少；但在150(或200)m內(nèi)，其濃度變化為一條拋物線。對于大量排放C0₂、C₂H₂及其它C_mH_n。時，如設(shè)定污染源上風向100m處，大氣中的有害雜質(zhì)氣體含量為正常含量(實際上其量略有提高)，則污染源下風向100m處，大氣中的有害雜質(zhì)氣體濃度增高30倍左右。

?2．有害雜質(zhì)氣體的特性參數(shù)，決定了它們在空分塔內(nèi)會積聚濃縮
??? 有害雜質(zhì)氣體會否在空分塔內(nèi)積聚濃縮，主要決定于這些有害雜質(zhì)氣體的沸點、在液空和液氧中的溶解度及其飽和蒸氣壓。沸點(相對于液空、液氧的沸點)越高、溶解度越大、飽和蒸氣壓越小，則越易在液空和液氧中積聚濃縮。由表4可見，這些有害雜質(zhì)氣體一旦進入塔內(nèi)，極易積聚濃縮。
??? 據(jù)林德公司在30000m³/h空分設(shè)備，不同清除碳氫化合物流路中測量相關(guān)點的碳氫化合物，在隨加工空氣進入塔內(nèi)后，積聚和濃縮是非常顯著的。其濃縮情況列于表5、表6。
??? 由表5、表6可見：①采用分子篩純化器凈除碳氫化合物的效果，遠較采用可逆式換熱器+液空、液氧吸附器的凈除效果好。前者將C₂H₂、C₃H₆、i+nC₄H₁₀及1．3-丁二烯等全部吸附了，因而在分子篩正常工作時空分塔內(nèi)也就測不到這些碳氫化合物，從而可有效地防止這些有機雜質(zhì)在塔內(nèi)的濃縮。C₃H₈和C₂H₄大部分被吸附掉，而CH₄和C₂H₆則完全不被吸附。②凡是沒有被分子篩、可逆式換熱器及液空、液氧吸附器完全吸附、凍結(jié)清除的有害雜質(zhì)，在冷凝蒸發(fā)器處均被數(shù)倍、數(shù)十倍的濃縮了。這主要是因為它們在液氧、液空中的飽和蒸氣壓極小，這些雜質(zhì)氣體無法隨蒸發(fā)氣體帶走之故。