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有害杂质在空分塔内的积聚、爆炸及防范

作者:庄胜强  
评论: 更新日期:2011年07月04日


2 碳氢化合物在液氧中爆炸的机理
    1.燃烧或化学性爆炸必须同时满足三要素
    众所周知,燃烧或化学性操作必须同时满足三要.素:即可燃物,助燃物及引燃引爆能量。它们不仅必须在同一系统同时存在,液氧和气氧是始终存在的。下面重点讨论一下可燃物和引燃引爆能量。
    2.碳氢化合物在液氧中爆炸的条件
    前面已讨论过碳氢化合物在液氧中的积聚过程。碳氢化合物在液氧中是否只要有积聚就会发生爆炸,还是要积聚到什限度后才会发生爆炸?科学研究证明于碳氢化合物液氧中的含量必须达到其爆炸极限,且析出固体碳氢化合物后,再有足够引燃引爆能量,才会发生爆炸。
    必须指出的是:有时,甚至是大部分时间,液氧中的乙炔及其它碳氢化合物含量虽未达到它们的爆炸下限和折出固体度。但主冷却发生了爆炸。本人收集到的数十起爆炸前对乙炔有化验数据的主冷爆炸事故,掖氧中C2H2均小于1X104%远未到其爆炸下限和析出固体的程度。这只能说明,由于主冷结构不合理或局部通道不畅通,造成乙炔等碳氢化合物局部浓缩出固体,在满足其点燃能量后,即发生局部爆炸。
    ①空气中可能存在的主要碳氢化合物在氧气中的爆炸下限及其所呈状态,见表7。
    ②可爆杂质的爆炸敏感性。
    液氧内务类碳氢化合物可爆杂质敏感性,在相同碳原子数情况下随其不饱和度而增加。各种碳氢化合物与液氧混合物爆炸感性依下列次序提高:甲烷→丙烷→丁烷→丁烯乙烯→丙烯→乙炔。

表7 若干种碳氢化合物在氧气中的爆炸下限、所需最小膜破压力及其所呈状态[1]

爆炸混合物

可爆物所呈状态

爆炸下限(体积)

所需最小膜破压力MPa

气相内(%)

液相内(%)

O2-C2H2

悬浮状

2.5

2.8

0.62

O2-C2H4

悬浮状

3.0

4.5

1.67

O2-C3H6

分层状

2.1

0.37

0.83

O2-CH4

溶液

5.1

20.0

2.53

O2-C3H8

分层状

2.3

1.5

1.90

O2-C4H10

悬浮状

1.8

1.7

1.80

    可见,乙炔的爆炸敏感性最高,甲烷的爆炸敏感性最差,乙烷的爆炸敏感性较差。
    可爆混合物系统引爆所需的最小膜破压力,其值越小越易引爆。各种碳氢化合物的最小膜破压力的降低,其排列次,各种碳氢化合物与液氧混合物的爆炸敏感性排序相一致。
   3.爆炸威力相关因素
    爆炸威力的大小,决定于参与化学反应的可燃物的数量及其高热值。参与化学反应的可燃物数量越大,其高热值越,爆炸威力就越大。
   4.引燃引爆能量
    对空分塔而言,引燃引爆能量主要有:
    (1)摩擦与撞击的机械作用。固体颗粒,特别是乙炔等碳氢化合物固体与器壁及主冷通道的摩擦、撞击产生的能量。
   (2)静电放电火花与干冰、分子筛粉末。固体乙炔等在液氧中沸腾时与器壁及主冷通道的摩擦、撞击,可产生很的静电电压(因液氧电阻极大)。当液氧中有干冰、分子筛粉末时,静电电压即可达3000V。静电场强度取决于固体颗粒在液中的运动速度、杂质的数量和性质。对同种固体微粒,其运动速度快,杂质数量多,产生的静电电压则就迅速提高。静电电,即可引燃固体乙炔等碳氢化合物 [5]
   (3)压力脉冲和气流冲击。主冷内,因液氧沸腾运动,液体的冲击波可使气泡得到瞬间压缩,从而使局部温度提高。献指出,在液氧沸腾时,其运动速度可达10m/s上,此时顺冲击波方向的压力可达10MPa,逆冲击波方向的压力可达0MPa,而瞬间局部会绝热压缩产生高温。可见压力脉冲、气流冲击也可能是一个引爆源[5]
   (4)具有特别反应能力物质的作用:
    ①臭氧(03)的作用。碳氢化合物在液氧中的爆炸敏感性,随臭氧的存在而提高,如不饱和的碳氢化合物悬浮于臭氧度为100×10-4%的液氧内时,其引爆所需的冲击能则较无臭氧存在时小,在爆发率为100%时,引爆所需能量一般下降30%~45%。
    ②氮氧化合物的作用。当二氧化氮与臭氧在液氧中同时存在时,碳氢化合物的爆炸敏感性就有很大提高。许多主冷爆炸事故报告指出,当氧站周围有关装置向大气中排放大量氧化氮时,即使液氧中乙炔含量比大气中无氧化氮时的乙炔含量低很多,但主冷仍发生了爆炸,可见氮的氧化物促进了主冷的爆炸。
    综上所述,当主冷或其它有氧的地方(或局部)的可燃物≥其爆炸下限,并达到其点燃能量后,爆炸就变得难以避免了。
3 对有害杂质在空分塔内积聚爆炸的
   
防范防止有害杂质在空分塔内的积聚、爆炸的基本要求如下:首先是制氧的原料空气条件要好,大气中的有害杂质不超量;第二是加工原料空气入塔前,要尽最大可能将其中的有害杂质净除掉;第三是有害杂质一旦进入塔内后,应采取有效措施阻止或不让它们在液氧中浓缩;第四是配备足够的必要的检测仪器,随时监督它们有液空、液氧中的含量,一旦超过正常运行的允许值,即采取有效措施,稀释或消除之。具体措施如下:
    1.原料空气必须满足的要求
    空分设备吸风口与散发乙炔、碳氢化合物等有害杂质发生源的距离,应按环境质量和空分装置自清除能力全面考虑,间距宜符合表8的规定:当不能满足表8需要时,应符合表9的要求。
    2.加强对加工空气中有害杂质的净除
    鉴于分子筛净除H20、C02、C2H2及其它CmHn的效果远优于可逆式流程,为此,原可逆式流程宜逐步改造成分子筛流,保证有效净除空气中的有害杂质。

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