4 000 Nm3/h 空分制氮生产装置的风险分析及管控对策

王永法，王毓明

(1.罗庄区应急救援指挥服务中心，山东 临沂 276017； 2.山东省临沂市三丰化工有限公司， 山东 临沂 276017)

0 引言

分子筛空分制氮工艺的自动化程度比传统工艺高、制气速度快、生产流程简便、能耗较低，产品纯度容易调节，操作人员易上手、维修保养便捷、具有明显的成本优势等特点，成为工业用氮的常见生产工艺。由于其生产和储存过程中需使用压力容器、压力管道等设备，如果操作不当容易引发安全生产事故[1]。临沂市罗庄区某公司现有2 套空分制氮生产装置，其中一套产能为2 000 Nm3/h 氮气、副产170 L/h 液氧；另一套产能为2 000 Nm3/h 氮气(含50 L/h 液氮)。根据企业生产实际情况，对其进行安全风险分析，并提出改进的意见。

1 工艺流程描述

1.1 空分工艺

空气经过滤器进入空气压缩机，压缩至0.75 MPa后在预冷机组进行初步预冷却，氟利昂蒸发器中压缩空气被冷却至5～8 ℃，由于5～8 ℃的空气饱和含水量少于40 ℃时的空气含水量，这时候，绝大部分的空气中水蒸汽被冷却成液体析出。压缩空气经过水分离器后分离排出大量水分，含水量的减少将减轻下级纯化设备的工作状况，并且可以增加吸附剂对水及CO2吸附能力[2]。

压缩空气在预冷机组冷却排水后流入纯化设备，在吸附筒里剩余的少量二氧化碳和水蒸汽被分别在分子筛里被吸附脱除。

深度消除二氧化碳及水分后的压缩空气分为两股：一股在膨胀机经过增压端的增压后进入冷箱；另一股直接进入冷箱。其余小部分作为膨胀机的轴承气、密封气，以及在冷箱加温时的加温气源。压缩空气与流出的富氧空气、氮气经过主换热器进行热量交换后可以被冷却至液化。出主换热器后空气分成两股，一股经节流后进入高压塔的底部作为上升气流进行分离；另一股空气送入低压塔下部参加精馏，塔底富氧液空蒸发后作为塔底上升蒸汽流，上升蒸汽与下流液体在每块塔板上进行热交换，最后在低压塔顶部得到纯氮气，低压塔底部得到富氧液空。高压塔塔底液空抽出后送至过冷器过冷，然后经节流阀进入高压冷凝蒸发器，低压塔塔底物料被抽出来以后，输送到过冷器，经过节流阀调节压力后到低压冷凝蒸发器，冷凝蒸发器氮通道中纯氮气和富氧液空进行热交换，富氧液空同氮气由于压力和饱和温度不一样，因此可以使富氧液空气化，纯氮气被冷凝成液氮成为精馏塔的回流液参与到精馏过程。纯氮气在低压塔塔顶被抽出后分两股，一股在低压冷凝蒸发器液化成为液氮，另一股同冷凝蒸发器塔顶的富氧空气，成为返流气体，流经过冷器、主换热器，回收冷量后，复热到常温以后流出冷箱外。自冷箱出来的纯氮气，经过在线分析合格后送下游客户使用。

1.2 液氧装车工艺

罐车就位后连接静电接地，连接软管，关闭放空阀，打开吹除阀，用气相介质将软管内的空气吹除干净，吹扫完成后将吹除阀关闭。工作人员按操作规程缓慢将储罐根部阀和罐车进液阀打开，再将槽罐车的溢流阀打开，开始送氧。充装过程中注意观察液位与压力。完成后关闭储罐阀门、罐车进液阀，打开吹除阀，将软管内的残液排净，静置后拆除管线和接地线。

1.3 液氮卸车

该装置停车检修期间，外购液氮卸车至液氮储槽，液氮汽化后经缓冲罐后通过管道供给下游企业使用。

2 安全风险分析

该装置生产与储存的原辅材料、中间产品、产品中涉及的危险物质有液氧、液氮等。该装置涉及的危险化学品主要有氮[液化的或压缩的]、氧[液化的或压缩的]、R22(一氯二氟甲烷)。可能出现的事故危险风险主要是中毒窒息、容器爆炸等。

2.1 中毒窒息

气体物质在生产、储存过程中，因击打管道、法兰等部位引发设备故障，设备密封不严等因素造成气体物质外泄，均可能发生中毒窒息事故。中毒窒息的主要原因有检修中违章进入设备，员工睡岗等遭泄漏气体致害等。作业人员进入精馏塔、储罐等设备内进行检维修作业，如果未进行彻底的清洗置换，没有履行作业审批程序，作业人员在作业过程中易发生中毒窒息事故；进入设备的人员中毒，救护人员不采取防护措施，容易使事故扩大。另一个需要注意的设备就是冷箱，由于冷箱中的珠光砂是松散放置，且数量大，作业人员如果不慎掉入很容易被淹没，严重者会导致窒息。当车间内通风设备工作异常产生故障情况时，会导致车间内有毒有害物质浓度升高，也会造成人员中毒窒息事故。预冷机组使用R22(一氯二氟甲烷，无色，略带有轻微的发甜气味，毒性较低，对大气臭氧层有极强破坏力)为制冷剂时，如在封闭厂房内因设备维护保养不当、违反操作规程、外力作用等原因造成R22 释出，会造成周边作业人员刺激中毒。

2.2 火灾、爆炸

纯氧是制氮的主要副产物，由于氧有很强的氧化性，能让碳钢、不锈钢等在激发能源作用下，与其发生剧烈的燃爆。液氧中乙炔等碳氢化合物浓度超限会局部结晶，激发能源之后会产生剧烈的化学反应而产生爆炸，破坏力巨大。中控室、在线分析室，高低压配电室、变压器室等电气设备出现故障时易引发火灾。精馏过程出现异常也会产生爆炸。当原料空气净化不彻底而掺杂其他物质，杂物被带入空压机、或者膨胀机的润滑油脂热裂解物生成等原因，也会使液氧中聚集乙炔等化合物或轻馏分，当其过量时就容易导致爆炸。

2.3 容器物理爆炸

该装置的主要设备有热交换器、净化器、精馏塔、储罐等。介质为压缩的空气或从空气中分离出来的液氧、液氮。以上设备大部都是属一类压力容器，输送物料的也大部分为压力管道。这些压力容器、压力管道出现异常时可能会发生物理爆炸。液氧设备和储槽，或液氮设备或管道如果出现绝热失效的异常问题又没有及时被发现或紧急处置，液氧或液氮就是就会大量汽化，严重时会导致物理爆炸。

2.4 触电

空分变配电室、配电室、电气线路等出现异常时，会有导致人员触电的可能。在电气设备长期使用但缺少必要的检维修保养，会进一步导致致使电气设备老化，严重时可能会造成漏电、过热、短路等隐患，也会有导致人员触电的可能。没有符合规定的防护措施，比如缺少安全保护接零、缺少重复接地、缺少漏电保护器、缺少隔离保护装置、缺少等电位连接，电工和其他作业人员的没有按照操作规程作业，或者冒险作业时可能会导致触电事故。

2.5 机械伤害

空气压缩机、各种输送泵、风机与电动联轴器、皮带轮等旋转运动是该套装置导致机械伤害概率最大的地方。存在着多种具有相对旋转或相对往复运动的固定机械设备(如各种泵等)，以及在检修时工具直接与人体接触引起的夹击、碰撞等，这类事故在化工行业也属于多发事故，造成该类事故发生的原因多是由于防护罩缺失(或防护不当)，设备布置不当，空间窄狭，操作失误，警示信号不灵所引起。

2.6 物体打击

该装置的液氧、液氮贮槽高度均在2 m 以上，工艺操作人员或者维修工在检维修或者巡检时，爬上空分塔、冷却塔等设施的高处平台时，如果此时出现失误，导致零件等物品工具坠落，就可能造成物体打击，造成地下的人员受伤。

2.7 灼烫、冻伤

输送空分制氮装置中的液氧、液氮的泵、阀门、风机、压力管道等，如果密封损坏、设备有裂纹，可能会发生泄漏，如果泄漏的液体喷溅到工人身体上时，会导致被喷溅的人体组织冻伤。这是因为低温环境会导致人体低温伤害、体温下降，严重时可能会导致人员死亡。化学分析工在取样或者化验液体空气、液氧、液氮时，如果操作不当也有可能导致低温伤害事故。

2.8 噪声与振动

空压机、风机、水泵等运转设备运转时会产生噪音，高压气体放散产生时也会产生噪音。长期接触噪声对听觉系统产生损伤，可引起头痛、头晕、耳鸣、心悸和睡眠障碍等神经衰弱综合征，导致操作工作业时的注意力、灵敏性、协调性出现明显的下降，增大发生事故的概率。

2.9 淹溺

该公司设有循环水池，如水池缺少防护栏，或制作安装不规范，在看不清或地面有水、油污等，不小心的情况下有可能发生人员淹溺的危险。

2.10 坍塌

该装置坍塌有如下几种类型：车间和杂物间坍塌，其原因包括荷载设计错误、地基基础不牢、结构不合理，计算上发生错误，结构强度、刚度严重不足；砂浆、混凝土标号低于设计标号要求，材料没有达到有关规定的要求；钢材强度不足，长期受腐蚀、热辐射、震动影响；施工质量低劣；地震等外力作用。

2.11 车辆伤害

液氧和液氮需要用化学品车辆进行运输，如果运输车辆的安全装置损坏、驾驶司机的个人违规驾驶、无证驾驶，场地过窄、视野不足、照明过暗、场地缺少安全标志等安全隐患，可能会造成人员车辆伤害事故。

3 风险管控措施

3.1 建立健全安全管理制度

建立包括负责人和一线员工在内的全员安全生产责任制，将安全责任根据设备、生产工艺细分到每个人身上，通过人人有责的安全责任制来压实每一个 人的安全责任。公司设置独立的安全科，在负责人的直接领导下管理全场的日常安全生产工作。安全科对于一些不按规定操作或者存在不安全行为的员工要及时做出经济处罚，通过经济处罚来不断夯实安全生产考核制度，将安全制度真正落实到实际生产管理当中，真正起到人人都是安全第一责任人的作用。

3.2 多方式开展安全知识教育培训

为确保每一名从业人员能够具备岗所要求的安全知识，熟悉安全规章制度和安全规程，掌握的所要求的安全操作技能。企业近几年还通过外聘专家授课、班组集体学习、购买网络课程等方式，通过举办安全生产月知识竞赛活动、线上实名考试、安全金点子等各种手段，对员工进行生产作业安全生产理论知识和操作技能进行培训和测试，确保每一个员工都能胜任岗位所要求的安全能力，培训学时不足或者考试不合格的职工被严禁上岗。

3.3 安全风险隐患排查全覆盖

企业根据《安全生产法》等法律法规的规定开展安全分级管控工作，按照生产工艺流程，结合空分制氮的特点，分析可能发生亡人事故的风险，确定风险点，并对每一个风险点制定风险管控措施，并全面开展各类风险管控措施进行排查，确保风险措施都能有效。如果排查出安全措施失效，就应该及时地消除隐患，这样就能逐步建立起“安全风险分级管控和隐患排查治理”双重预防机制体系，双重预防机制体系的建立将提高空分装置的安全管理水平，提升事故防控能力。

3.4 加强设备维护保养和严格管理检维修作业

建立设备管理工作标准，并形成完整的制度体系。公司要求操作人员每天记录设备的各项参数，掌握设备的实际运行数据，及时对有问题的设备进行维修或保养。公司对每台设备固定专人进行检修，要求他们定期对生产设备进行检查和保养，必要时要求检修人员形成检查分析报告存档，以此来促进设备管理的水平。定期开展全厂的设备维修表彰大会，以此来维修人员的责任心和荣誉感，从而提升全厂的设备管理水平[3]。

3.5 制定应急预案并提高应急处置能力

按照《生产安全事故应急预案管理办法》的规定，根据空分制氮装置的现有情况，学习先进企业的应急管理经验，建立健全空分制氮企业的应急预案体系。明确事前、事发、事后全过程的责任车间科室和有关人员的责任，明确信息报告、预警响应、应急处置、疏散路线、可调用物资等。涉及需要与所在地政府联合应急处置的，向当地人民政府相关部门进行备案，并定期组织演练，提高员工应急处置能力。

4 结语

通过空分制氮生产装置生产过程的详细分析，该企业采取针对性的管控措施，消除各类安全隐患，提高安全管理能力，风险将更加可控，从而确保生产的安全性和稳定性。