空分装置凝縮蒸発器の防爆安全対策

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空分装置は石炭化学分野において非常に重要な役割を果たしているため、その安全な運用には一層の注意が必要である。不完全な統計によると、20世紀70年代末から80年代初頭にかけて、国内の大型・中型の空気分離装置が30台以上爆発し、小型の空気分離装置も100台以上爆発しました。そして20世紀90年代半ば以降は、国内外で大型の空気分離装置の凝縮蒸発器（以下、主冷と略）が相次いで爆発し、甚大な被害が出ました。1996年、遼寧順エチレン化学工業会社の6000m3/hの主冷却装置が爆発し、空気分離塔が破壊され、4人が死亡した；1997年、マレーシアのピンタル・シェル石油会社で、80,000m3/時の能力を持つ空気分離装置が爆発しました。その結果、空気分離装置は完全に破壊され、12人が負傷しました。これにより、主冷却の防爆が空気分離装置の安全性において鍵となることがわかる。 　　一次冷却爆発のメカニズム　　1.危険物質　　a.可燃性成分：主にアセチレンなどの炭化水素で、中でもアセチレンが最も危険である。液体酸素中での溶解度は非常に低く（5.6×10-6mg/L）、容易に固体状態となって析出し、爆発を引き起こす。 　　b. 閉塞成分：主に二酸化炭素、水分、亜酸化窒素であり、特に亜酸化窒素はますます注目されている。これらが結晶化して析出すると、主冷却通路を閉塞させ、「乾燥蒸発」や「デッドエンド沸騰」を引き起こし、炭化水素の濃縮・蓄積・析出を招き、主冷却装置の爆発を誘発する。c. 強酸化剤：液体塩素は強酸化剤である。 　　2. 爆発の引き金となる要因　　a. 固体不純物粒子の機械的衝突による爆発（アセチレン粒子などの摩擦、液体酸素の衝撃）。 　　b. 静電気：二酸化炭素粒子が（200～300）×104ppmに達すると静電気が発生し、電圧は3kVにも達する。 　　c. 化学的に非常に敏感な物質（オゾンや窒素酸化物など）。 　　d. 気流の衝撃、圧力の衝撃、エロージョン現象によって生じる圧力パルスが温度上昇を引き起こし、爆発を誘発する。 　　二重冷却防爆対策　　1.原料空気の品質管理を強化する　　酸素製造エリアは常に上風側に位置させ、アセチレン発生所から300m以上離れた場所に設置し、有害ガスの発生源からも遠ざける。また、原料空気の品質管理を徹底し、汚染が深刻になった場合には適切な対策を講じる必要がある。 　　2.有害物質を除去し、炭化水素などの蓄積を防ぐ　　蓄積の主な要因は以下の通りである：　　a.液体窒素・液体酸素吸着剤がアセチレンなどの炭化水素を除去する機能を十分に発揮させ、定期的に吸着剤を交換し、加熱再生温度を厳格に管理することで、吸着効率を向上させる。 　　b. メイン冷却器から製品の液体酸素を1％排出し、炭化水素を除去する。 　　c. 熱交換器や蒸留塔内に残留した二酸化炭素や炭化水素系の不純物を除去するため、定期的に空気を高温で加熱する。d. 液酸素ポンプを長期間運転する場合、分子ふるいによる吸着方式を採用しているが、亜酸化窒素の吸着効果は良くないため、分子ふるい吸着器内に5A分子ふるいを1層追加することができる。 　　3. 高精度で先端の検出計器を使用し、オンラインおよびオフラインでの監視を実現する。この作業は定常的かつ制度化された形で定期的に行われるべきであり、環境が悪化した場合には、常に有効な措置を講じて有害物質を基準値以内に抑える必要がある。アセチレンは0.5、メタンは120、総炭素は155、二酸化炭素は4、一酸化二窒素は100（数量級10^-6）。 　　4. 操作液面の制御：液面が高く、循環倍率が大きいため、二酸化炭素や炭化水素系化合物が蓄積・濃縮されにくい。武鋼ガス工場では完全浸漬方式が採用されており、長年にわたる安全な運転の結果、すべてのプロセスパラメータは浸漬前と変わらず、十分な分離スペースも確保されている。また、熱交換面積も要求を満たしており、取り出される酸素にも気液の混入は見られない。したがって、主冷却装置での完全浸漬方式は有益であり、害はない。 　　5. 一時停止および防爆のための一時停止後の再起動においては、避けられないことながら一定時間、液面が低い状態での運転が生じる。この段階では炭化水素が局所的に濃縮されやすく、また再起動時には板式熱交換器の動作が一時的に正常でなくなり、自己清掃機能も十分に働かないため二酸化炭素が詰まることになる。さらに気流の衝撃が加わると、主冷却装置で微小爆発が起こる可能性がある。したがって、一時停止の回数をできるだけ減らすか、完全に液体を排出することを避け、主冷却装置に対して個別に加熱を行い、可能であれば全面的に加熱するべきである。 　　6. 定期清掃　運転2年またはそれ以上経過した場合、精留塔および液体酸素循環システムを清掃して脱脂処理を行う必要がある。主冷却ユニットは8時間浸漬し、清掃後に十分な圧力の空気で徹底的に吹き飛ばし、その後十分に加熱して乾燥させる。 　　7. 静電気の蓄積防止　液体酸素は単位抵抗が大きく、静電気が発生しやすい。接地されていない状態では数千ボルトもの静電気電圧が発生するため、空気分離装置は定期的に接地状態をチェックする必要がある。 　　8. 油の混入防止　空気分離装置に油が混入すると、吸着剤が汚染され、アセチレンの吸着に影響を与えるため、空気に油を混入しやすいロータリー風機は使用を中止し、膨張機の点検およびメンテナンスを強化する必要がある。 　　9.カーバイドスラグの管理強化　カーバイドスラグに残存するアセチレンは大気汚染の原因となり、特に雨の日にはさらに深刻であるため、厳格に管理し、できれば地中深くに埋めるべきである。 　　10. 操作、保守、管理の強化　操作面では、有害な不純物を除去する工程に細心の注意を払う必要があります。例えば、プレート式熱交換器の温度制御、主冷却装置の安定制御、有害物質の監視などです。 　　メンテナンスにおいては、監視用の計器や機器を定期的に校正し、検出結果の正確性を保つ必要があります；超周期運転は慎重に行い、タイムリーに停止して加熱・吹き出しを行う必要がある。 　　管理面では、工程規律を厳守し、設備管理を強化して無秩序な作業を根絶し、設備の良好率を維持するとともに、「四つの放棄しない」を厳格に実施しなければならない。 　　11. 技術研修を強化し、技術レベルを向上させる　毎年、定期的・不定期に研修を行い、防爆意識を高め、操作スキルを向上させる。 本文は中国圧縮機網からのものです