Sprengschutzmaßnahmen für Kondensations- und Verdampferanlagen in Lufttrennungsanlagen

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Die Rolle der Lufttrennungsanlagen im Bereich der Kohlechemie ist äußerst wichtig, weshalb auf ihren sicheren Betrieb besondere Aufmerksamkeit gelegt werden muss. Laut unvollständigen Statistiken kam es Ende der 1970er und Anfang der 1980er Jahre im Inland zu mehr als 30 Explosionen bei großen und mittelgroßen Lufttrennungsanlagen. Bei kleinen Lufttrennungsanlagen gab es wiederum mehr als 100 Explosionen. Ab Mitte der 1990er Jahre traten weltweit immer wieder Explosionen in den Kondensations- und Verdampferanlagen dieser großen Lufttrennungsanlagen auf – mit katastrophalen Folgen. Im Jahr 1996 kam es bei der Liaoning Shunyi Vinylchemiegesellschaft zu einer Explosion im Hauptkühlsystem mit einer Kapazität von 6000 m³/Stunde. Dadurch wurde auch der Sauerstoffscheiderturm zerstört. Vier Menschen kamen ums Leben ； Im Jahr 1997 kam es bei der Shell Oil Company in Petronas, Malaysia, zu einer Explosion des Hauptkühlsystems mit einer Kapazität von 80.000 m³/Stunde. Dadurch wurde die gesamte Ausrüstung zur Lufttrennung zerstört; 12 Menschen wurden verletzt. Daraus geht hervor, dass die Explosionsschutzmaßnahmen bei der Kühnung von zentraler Bedeutung für die Sicherheit von Lufttrennungsanlagen sind. 　　Mechanismus einer explosionsartigen Kälteentwicklung
1. Gefährliche Stoffe
a. Brennbare Bestandteile: Hauptsächlich Kohlenwasserstoffe wie Acetylen. Acetylen ist am gefährlichsten – seine Löslichkeit in flüssigem Sauerstoff ist sehr gering (5,6×10-6 mg/L). Dadurch kann Acetylen leicht in fester Form ausfällen und so eine Explosion auslösen. 　　b. Verstopfungsstoffe: Hauptsächlich handelt es sich um Kohlendioxid, Feuchtigkeit und Stickstoffmonoxid. Insbesondere Stickstoffmonoxid erregt zunehmend Aufmerksamkeit. Wenn dieses Substanz kristallisiert und ausfällt, wird der Hauptkühlkanal verstopft. Dadurch kommt es zu einer „trockenen Verdampfung“ sowie zu einem „toten Punkt der Verdampfung“. Dies führt zur Anreicherung und Ansammlung von Kohlenwasserstoffen, was wiederum zu Explosionen im Hauptkühlsystem führen kann. c. Starke Oxidationsmittel: Flüssiges Chlor ist ein starkes Oxidationsmittel. 　　2. Einige Zündfaktoren 　　a. Zündung durch mechanischen Aufprall von festen Verunreinigungen (Reibung von Acetylenpartikeln usw., Aufprall von flüssigem Sauerstoff). 　　b. Elektrische Statik: Wenn die Konzentration an Kohlendioxid-Partikeln bei (200–300)×104 ppm liegt, kann es zu elektrischer Statik kommen – dabei kann eine Spannung von bis zu 3 kV entstehen. 　　c. Stoffe mit sehr hoher chemischer Empfindlichkeit (z. B. Ozon und Stickoxidverbindungen). 　　d. Druckimpulse, die durch Luftströmungen, Druckschwankungen oder Kavitation entstehen, führen zu einer Temperaturerhöhung, die wiederum zu Explosionen führt. 　　Zwei Maßnahmen zur Explosionsschutz in der Kälteverarbeitung
1. Verbesserte Kontrolle der Qualität der Rohstoffluft
Die Bereiche zur Herstellung von Sauerstoff sollten stets im Aufwind liegen, mindestens 300 Meter von den Acetylen-Generierungsanlagen entfernt sein und außerdem von Quellen schädlicher Gase ferngehalten werden. Es muss eine strenge Kontrolle der Qualität der Rohstoffluft gewährleistet werden. Falls es zu einer erheblichen Verschmutzung kommt, müssen entsprechende Maßnahmen ergriffen werden. 　　2. Beseitigung schädlicher Stoffe, um eine Ansammlung von Kohlenwasserstoffen usw. zu verhindern. Die Hauptfaktoren für eine solche Ansammlung sind:
a. Vollständige Nutzung der Funktionen der Flüssigluft- und Sauerstoffadsorber zur Beseitigung von Kohlenwasserstoffen wie Acetylen. Dabei muss die Ersetzung der Adsorber regelmäßig erfolgen, außerdem muss die Temperatur bei der Wärmerückgewinnung streng kontrolliert werden, um die Adsorptionsleistung zu verbessern. 　　b. 1 % des flüssigen Sauerstoffs aus dem Hauptkühlsystem ablassen, um Kohlenwasserstoffe zu entfernen. 　　c. Regelmäßige intensive Erwärmung der Lufttrennungsanlage, um verbleibenden Kohlendioxid sowie Kohlenwasserstoffverunreinigungen in Wärmeaustauschern und Destillationskolonnen zu entfernen. d. Bei der langfristigen Nutzung von Sauerstoffpumpen, bei denen zur Adsorption Molekularsiebe verwendet werden, ist die Adsorptionswirkung gegenüber Stickoxid unzureichend. In dem Molekularsieb-Adsorber kann daher eine Schicht aus 5A-Molekularsieb eingefügt werden. 　　3. Verwendung hochpräziser Messgeräte zur Online- und Offline-Überwachung. Diese Arbeit muss standardisiert und systematisch sowie regelmäßig durchgeführt werden. Sollte sich die Umweltverschlechterung verschärfen, müssen umgehend wirksame Maßnahmen ergriffen werden, um schädliche Stoffe innerhalb der zulässigen Grenzwerte zu halten: Acetylen bei 0,5, Methan bei 120, Gesamtkohlenstoff bei 155, Kohlendioxid bei 4 sowie Stickoxid bei 100 (im Bereich von 10-6). 　　4. Kontrolle der Flüssigkeitsebene: Bei hoher Flüssigkeitsebene und hohem Zirkulationsverhältnis kommt es nicht zu einer Anreicherung von Kohlendioxid sowie Kohlenwasserstoffverbindungen. Die Gasmotorenfabrik von Wuhan Iron and Steel verwendet einen vollständig untergetauchten Betriebsmodus. Nach vielen Jahren des sicheren Betriebs bleiben alle Prozessparameter unverändert – genauso wie vor dem Einsatz dieses Betriebsmodus. Zudem gibt es ausreichend Platz für die Trennung der Stoffe, und die Wärmeaustauschoberfläche erfüllt ebenfalls die Anforderungen. Beim entnommenen Sauerstoff tritt kein Gemisch aus Gas und Flüssigkeit auf. Daher ist der vollständig untergetauchte Betriebsmodus vorteilhaft und unbedenklich. 　　5. Bei vorübergehenden Stillständen sowie beim erneuten Start nach einem Sprengschutzstillstand kommt unweigerlich eine Zeit lang zu einer niedrigen Flüssigkeitsmenge im System. In dieser Phase kann es zu einer lokalen Konzentration von Kohlenwasserstoffen kommen. Zudem funktioniert der Plattenwärmetauscher während des Neustarts für eine Weile nicht richtig – dadurch entstehen Ablagerungen aus Kohlendioxid. Hinzu kommt noch der Druck durch den Luftstrom, wodurch in dem Hauptkühlsystem Mikroexplosionen auftreten können. Deshalb sollte die Anzahl der vorübergehenden Stillstände so weit wie möglich reduziert werden – oder zumindest sollte das vollständige Entleeren des Systems vermieden werden. Der Hauptkühler sollte separat beheizt werden; falls möglich, sollte er vollständig erhitzt werden. 　　6. Regelmäßige Reinigung 　　Nach 2 Jahren Betriebszeit oder länger sollten die Destillationskolonne sowie das Flüssigsauerstoff-Zirkulationsystem gereinigt und entfettet werden. Die Hauptkühlungseinheit sollte dabei 8 Stunden lang in Lösung eingetaucht werden. Nach der Reinigung muss sie mit Luft unter ausreichendem Druck gründlich ausgeblasen werden, anschließend vollständig erhitzt und getrocknet werden. 　　7. Verhinderung der Anreicherung von statischer Elektrizität
Flüssiger Sauerstoff weist einen hohen Widerstand auf, wodurch leicht statische Elektrizität entsteht. Ohne Erdung kann eine statische Spannung von mehreren Tausend Volt entstehen. Deshalb müssen die Luftaufbereitungsanlagen regelmäßig auf ihre Erdung überprüft werden. 　　8. Verhinderung des Eindringens von Öl 　　Falls Öl in die Sauerstofferzeugungsanlage gelangt, wird es den Adsorptionsstoff verunreinigen und die Adsorption von Acetylen beeinträchtigen. Deshalb sollten Rotationsläuferventilatoren, die dazu neigen, Öl in die Luft zu bringen, vermieden werden. Zudem sollte die Wartung und Instandhaltung der Expander verbessert werden. 　　9. Verbesserte Verwaltung von Kalkschlacke
Der im Kalkschlamm verbleibende Acetylen stellt eine erhebliche Belastung für die Luft dar – insbesondere an regnerischen Tagen. Es ist daher notwendig, diese Substanz streng zu kontrollieren; am besten sollte sie tief unter der Erde begraben werden. 　　10. Verbesserung der Bedienung, Wartung und Verwaltung 　　Bei der Bedienung muss man sorgfältig vorgehen, wenn es um die Beseitigung schädlicher Verunreinigungen geht – beispielsweise bei der Temperaturregelung von Plattenwärmeübertragern, bei der Stabilisierung der Kühlleistung sowie bei der Überwachung schädlicher Stoffe. 　　Bei der Wartung müssen die zur Überwachung verwendeten Geräte und Instrumente regelmäßig kalibriert werden, um die Genauigkeit der Messergebnisse zu gewährleisten ； Bei überzyklischem Betrieb ist Vorsicht geboten; es muss rechtzeitig gestoppt werden, um zu erhitzen und abzublasen. 　　In der Verwaltung muss streng auf die Prozessvorschriften geachtet werden, die Verwaltung der Ausrüstung muss verbessert werden, um unsachgemäße Arbeitsweisen zu vermeiden. Zudem muss die Funktionsfähigkeit der Ausrüstung gewährleistet werden. Die Grundsätze „Vier Nichts“ müssen strikt befolgt werden. 　　11. Stärkung der technischen Ausbildung zur Verbesserung des technischen Niveaus: Regelmäßige sowie unregelmäßige Schulungen im Laufe des Jahres, um das Bewusstsein für Sprengstoffgefahren zu stärken und die Bedienerfähigkeiten zu verbessern. Dieser Artikel stammt von China Compressor Network