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1、制氧装置的危险性及安全要素分析第1章 引言随着国民经济的发展，国内空分行业发展很快，装备制造水平、生产能力等方面有长足进步。因空分行业的最终产品氧气、氮气等工业气体主要服务于国家支柱产业，如化工产业、冶金产业、医疗行业以及电子行业等。因此空分行业的未来发展与化工产业、冶金产业、医疗行业以及电子行业等息息相关。通过对空分制氧工程固有的和潜在危险、有害因素的辨识和分析，对工程可能出现的各种危险事故及其风险程度进行定性、定量分析，并预测重大事故的性质及危险、有害程度。分析、预测项目潜在的危险、有害因素，并找出制氧系统过程中应重点防范的危险、有害因素。提出保证制氧工程安全运行，避免各类事故的发生，保障
2、员工身心健康的对策措施，同时提出有关劳动安全方面的意见及建议，为设计提供依据，为劳动安全管理工作提供重要的参考意见，以确保项目的本质安全。第2章 国内制氧技术简介2.1制氧行业的发展工业上制取氧气的方法很多，常见的有电解水法(同时制取氢气和氧气)和分离空气制取氧气法两种。电解水制氧的方法由于耗电量大，只有在使用氢气的企业考虑综合利用。空分制氧有两种分离方法，一是全低压吸附工艺，二是深度冷冻法分离空气同时制取氧气和氮气。空气深度冷冻分离法生产工艺按压缩空气压力的高低又分为：高压流程(1020MPa)，多是小型;中压流程(22.5MPa)，多是中小型;高低压流程(0.6、10、20MPa)，多是大
3、中型;全低压流程(0.6MPa)，多是大型。空分装置是以空气为原料制备氧气和氮气及氩气等惰性气体的分离装置。空分机组制备氧气、氮气、惰性气体(如氩气)使用的主要原料就是充斥于大气层的空气。通过对空气进行压缩、膨胀制冷，进而使空气液化，利用分馏装置精馏提纯，在空气中分离出氧气、氮气和惰性气体(如氩气)等产品。生产中使用的原料空气不需要特殊开发过程，可以在生产地随意获得。目前空分行业是属于化工产业的一个分支行业。根据空分行业自身发展趋势来看，目前空分行业的发展具有以下特点：第一，装备规模大型化。目前随着化工、冶金产业生产装置的大型化，对于氧气、氮气、惰性气体(如氩气)等工业气体的需求也相应增加，这
4、就要求与之匹配的空分设备具有更大的生产能力。经过多年的技术积累，我国空分设备的制造水平不断提高。目前国内制造的最大空分装置(杭氧制造)已经达到60000Nm3/h空分的规模。第二，自动化水平不断提高。目前国内制造的空分装置普遍采用DCS集散控制系统，实现了空分生产的自动控制。大大降低了劳动强度，减少了人员配置。第三，工艺更先进，可靠性、安全性更高。目前空分装置普遍采用全低压分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、规整填料上塔及全精馏无氢制氩等新工艺、新技术。在氩提取的过程中不再使用危险性高的氢气，大大提高了可靠性和安全性。2.2空分制氧工艺流程原料空气在空气吸入过滤器中去除了灰尘和机械杂质后，进入
5、空气透平压缩机中，借助中间冷却器进行中间冷却，将空气压缩至约0.62MPa(A)，然后进入空气冷却塔中冷却。空气在直接接触式空气冷却塔中与水进行热质交换，降温至10，然后进入交替使用的分子筛吸附器。用于冷却空气的水有两部分：一部分为常温水，由泵加压后进入空冷塔中部;另一部分称为冷冻水的则是来自循环水网，先进入浑水器中，而后经过水泵加压进入冷水机组，降温后进入空冷塔的顶部。出空冷塔空气进入分子筛吸附器，分子筛吸附器为立式双床层，用来清除空气中的水份、二氧化碳和一些碳氢化合物，从而获得干净而又干燥的空气。两台吸附器交替使用，即一台吸附器吸附杂质，另一台吸附器则由污氮气进行再生。净化后的加工空气分成
6、两路:一路被称作膨胀空气，首先经过一个精细过滤器滤去机械杂质，而后进入膨胀机增压端增压，增压后的空气首先在增压机后冷却器中被冷冻水冷却，然后进入主换热器中的膨胀气通道，被相邻通道中的返流气冷却后，再从主换热器中部抽出，进入透平膨胀机中膨胀，膨胀后的空气进入上塔中部参加精馏;另一路空气直接进入主换热器被冷却至露点温度进入下塔。已冷却的空气进入下塔参加精馏。进入下塔的空气通过塔板上的筛孔使塔板上的液体蒸发，由于氧、氮、氩的沸点间的差异，使更多的氮气从液体中蒸发出来，同时经过塔板的空气中更多的氧组分被冷凝下来。最终在下塔底部获得含氧38%的富氧液空，而在下塔顶部获得纯氮。下塔顶部的氮气经过冷凝蒸发器
7、，与来自上塔底部的液氧进行热交换，液氧被蒸发，而氮气被冷凝，一部分冷凝液氮再回到下塔作回流液，另一部分液氮，在过冷器中进行过冷，然后送入上塔顶部作为上塔的回流液。从下塔底部抽出富氧液空，在过冷器中过冷，其中一部分富氧液空提供给粗氩塔冷凝器作为冷源，另一部分送入上塔中部参加精馏。以不同状态进入上塔的各物料：液空、液氮、来自粗氩塔冷凝器的液空蒸汽和膨胀空气，通过上塔的进一步分离，在上塔底部获得纯度为99.6%的氧气，经主换热器复热至12后出冷箱，作为氧产品送出。从上塔的上部抽出污氮气，经过冷器、主换热器复热后部分去纯化系统作再生气，另一部分去水冷塔。从上塔顶部抽出的氮气，经过冷器、主换热器复热后分
8、成两股，一股作为产品氮气并入管网，另一部分送入预冷系统的水冷塔。从上塔的中部抽取一定量的氩馏份送入氩塔，氩塔在结构上分为两段，两段之间由液氩泵连接，第二氩塔底部的回流液经液氩泵送入第一氩塔顶部作为回流液，经过氩塔精馏，在塔上部获纯氩，并送入液氩贮存系统。2.3 主要生产设备、设施在空分系统的装置中，主要包含空气预冷系统、分子筛纯化系统、增压透平膨胀机系统、空气分馏系统、液体储存系统和循环水系统等。空气预冷系统主要包含的设备有：自洁式空气过滤器、空气压缩机、空冷塔(填料塔)、水冷塔(填料塔)、水过滤器、冷水机组等。分子筛纯化系统包含的设备有：分子筛吸附器、电加热器、放空消音器等。增压透平膨胀机系
9、统包含：增压透平膨胀机组、增压机后冷却器。空气分馏系统包含：分馏塔、主换热器单元、上塔、下塔、冷凝蒸发器、主冷板式单元、过冷器单元、液氧蒸发器、液氧蒸发器板式单元、粗氩塔、粗氩冷凝器、粗氩冷凝器板式单元、纯氩塔、纯氩冷凝器、纯氩冷凝器板式单元、纯氩蒸发器、纯氩蒸发器板式单元等。液体储存系统包含：液氧储槽、液氩储槽、液氮储槽、水浴式液氧汽化器等。循环水系统由冷却塔、全自动过滤装置、软化水处理装置等组成。第3章 危险有害因素辨识与分析危险因素是指能对人造成伤亡或对物造成突发性损坏的因素。有害因素是指能影响人的身体健康，导致疾病或对物造成慢性损坏的因素。在新鲜原料空气中，主要成分是氮气约为78.0%
10、，其次是氧气约为20.9%，氩气等惰性气体约为0.93%，二氧化碳约为0.03%，还有水蒸气、臭氧及痕量的污染物如甲烷、乙炔、二氧化硫、二硫化碳、氧化氮及尘粒等。除了空气中的氮、氧成分作为原料外，乙炔、甲烷、二氧化硫、二硫化碳等污染物对工艺安全有重要的影响。为了能较为全面、准确地辨识空分制氧过程中潜在的各种危险有害因素，下面从涉及的危险化学品、工程装置正常生产过程中危险有害因素等方面进行分析。第3章 主要危险物质的危险有害特性危险化学品安全管理条例所称危险化学品，包括爆炸品、压缩气体(易燃气体、不燃气体和有毒气体)和液化气体、易燃液体、易燃固体、自燃物品和遇湿易燃物品、氧化剂和有机过氧化物、有
11、毒品和腐蚀品等。根据危险化学品名录(国家安监局2003第1号公告)，制氧工程中涉及的危险化学品主要有：氧气、氮气和氩，它们均为第2.2类不燃气体。另外，压缩空气在危险化学品名录(国家安监局2003第1号公告)中也属第2.2类不燃气体，助燃，并且压缩空气具有一定压力，其危险有害特性可参考氧气。表3-1 装置中存在的主要危险化学品一览表危险化学品名称 危险化学品分类 危规号 CAS UN氧 第2.2类不燃气体(助燃) 22001 7782-44-7 1072氮 第2.2类不燃气体(窒息性) 22005 7727-37-9 1066氩 第2.2类不燃气体(窒息性) 22011 7440-37-1 1
12、006压缩或液化空气 第2.2类不燃气体(助燃) 22003(22004)表3-2 主要危险化学品的有毒有害特性及防护、应急措施表物质名称主要特性 氧气 氮气 氩危险性类别 第2.2类 不燃气体 第2.2类 不燃气体 第2.2类 不燃气体理化特性 无色无臭气体。相对密度(水=1)：1.14(-183)相对密度(空气=1):1.43饱和蒸气压(kPa)：506.62(-164)熔点()：-218.8沸点()：-183.1临界温度()：-118.4临界压力(MPa):5.08溶解性：溶于水、乙醇 无色无臭气体。相对密度(水=1)：0.81(-196)相对密度(空气=1):0.97饱和蒸气压(kPa
13、)：1026.42(-173)熔点()：-209.8沸点()：-195.6临界温度()：-147临界压力(MPa):3.40溶解性：微溶于水、乙醇 无色无臭的惰性气体。相对密度(水=1)：1.40(-186)相对密度(空气=1)：1.38饱和蒸气压(kPa)：202.64(-179)熔点()： -189.2沸点()：-185.7临界温度()：-122.3临界压力(MPa):4.86溶解性：微溶于水健康危害： 1）常压下，当氧的浓度超过40%时，有可能发生氧中毒;吸入40%60%的氧时，严重时会发生肺水肿，吸入氧浓度在80%以上时，会出现眩晕、心动过速、虚脱、继而呼吸衰竭而死亡。长期处于氧分压6
14、0-100kPa(相当于吸入氧浓度40%左右)的条件下，可发生眼损害，严重者可失明。液氧易引起低温冻伤。 空气中氮气含量过高，人吸入后血氧饱和度下降，人会因缺氧而窒息，以至死亡。工业场所空气中氧的体积百分数不应小于19%(GB/T3862氮)。液氮可引起低温冻伤。 普通大气压下无毒，高浓度时，使氧分压降低而发生窒息。氩浓度达到50%以上，引起严重症状;75%以上时，可在数分钟内死亡。当空气中氩浓度增高时，先出现呼吸加速、注意力不集中、供济失调。继之，疲倦乏力、烦躁不安、恶心、呕吐、昏迷、抽搐，以致死亡。2）皮肤接触液化本品，可致冻伤，眼部接触可引起炎症。3）燃爆特性 氧超过23%的气氛有着火的
15、危险(GB/T3862)。氧可助燃，是易燃物、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)形成爆炸性混合物。 本品不燃。若遇高热，本品容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。 本品不燃。若遇高热，本品容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。二：物质名称主要特性： 氧气 氮气 氩工程控制：密闭操作，提供良好的自然通风条件。呼吸系统防护：一般不需要特殊防护，当作业场所空气中氧气浓度低于18%时，必须佩戴空气呼吸器、氧气呼吸器或长管面具。眼睛防护：一般不需要特殊防护。身体防护：穿一般工作服。手防护：戴一般作业防护手套其它：避免高浓度吸入。进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业，须有人监护 工程控制：密闭操作，提供良好的自然通风条件。呼吸系统防护：一般不需要特殊防护，当作业场所空气中氧气浓度低于18%时，必须佩戴空气呼吸器、氧气呼吸器或长管面具。灭火方法： 用水保持容器冷却，以防受热爆炸，急剧助长火势。迅速切断气源，用水喷淋保护切断气源的人员，然后根据着火原因选择
