膜式主冷与安全防爆

黑鹰

1 什么是膜式主冷，它有什么优点
' p% T3 x" K" c2 G/ A　　膜式主冷又被称为降膜式冷凝蒸发器或下流再沸器（downflow reboiler）。它与普通的液浸式主冷（又称浴式主冷）完全不同，下流的液氧在主冷换热器表面即被蒸发，换热器并不浸没在液氧中。为了防止液氧的干蒸发，流程中设置了循环液氧泵，循环液氧量是蒸发量的2.5倍左右。由于液氧泵的存在，这种流程被设计成上下塔分开的形式（类似于粗氩塔被分成Ⅰ塔和Ⅱ塔，中间用液氩泵连接），这样可使空分冷箱高度降低。使安装难度也就降低了，同时也避免了液空、液氮打不上不去的问题。
! t' a9 z2 O2 B; a1 [$ R    更重要的优点是，主冷换热器表面蒸发时，消除了液浸式主冷液氧液位引起的蒸发温度升高，这样可下塔的冷凝压力进一步降低。如山莱芜钢铁公司的12000空分设备（林德公司产品），其空气压缩机排气压力为0.41Mpa。这是空分能耗下降的又一重大突破。

4 Q8 K2 X( p$ }. b; _0 Y: N2 一起空分主冷的恶性爆炸及其原因
　　1997年12月25日，由法国液化空气公司（简称法液空）设计制造，安装在事故。这次爆炸始于主冷凝蒸发器，并扩大到塔身，爆炸的碎片崩飞到周围100米。飞出的金属还击破了石脑油和煤油储罐而引起大火，无人员死亡。
6 T" A' ?* F, Q2 u# b3 B5 p" M7 |　　该空分流程与山东莱钢12000空分流程一样，都是具有膜式主冷的流程。现有分析认为，引起爆炸事故发生的根源是氧化亚氮的浓缩与析出。陈智浩等在《12000M3制氧机预防氧化亚氮危害的改造》一文中认为，“空气中含有微量的氧化亚氮，……在空分设备中约80～95%被13X分子筛吸附，其余进入装置并溶解在液氧中。在冷凝蒸发器中部分液氧汽化，成为产品，而氧化亚氮并未蒸发，浓度提高，甚至析出成为晶体，附着在通道壁上，可能堵塞通道。对于降膜式冷凝蒸发器，氧化亚氮晶体堵塞通道，就会使液氧通道内液氧中的碳氢化合物不断浓聚，引发爆炸。”杭氧液空有限公司总经理乔治·拉斐尔的《对一套大型空分设备爆炸原因的调查分析》一文中，就点到了“初次发现主冷中可能会有一氧化二氮的积聚，而一氧化二氮的积聚很可能会增加碳氢化合物积聚的风险”。《林德公司对空分设备业主和操作者的安全忠告》一文中，也提到了“日益工业化造成的氧化亚氮”的积聚，“局部堵塞会削弱冷凝器的安全功能”。
; G/ w) b3 h/ x" a" z+ H　　氧化亚氮不属于易燃易爆组分，仅有氧化亚氮的存在不会引发重大安全事故，但它沸点高、挥发度低、溶解度小，属于堵塞组分，一旦以固体状态析出后，极易形成“干蒸发”或“死端沸腾”，而造成碳氢化合物的聚集，从而引发安全问题。这种风险在膜式主冷中尤为突出。
# @, I9 g/ k  l, a5 p　　国内使用膜式主冷的空分设备也出现了不同程度的问题，宝钢72000空分设备的膜式主冷和膜式粗氩塔冷凝器在一九九八年八月发生了氧化亚氮的聚集与堵塞；莱钢12000空分设备主冷也发现有氧化亚氮固体析出现象。
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; ~* u; W+ a% R" |5 R3    林德公司的安全忠告
　　《林德公司对空分设备业主和操作者的安全忠告》发表在1998年第5期《深冷技术》上，针对“1997年5月16日，抚顺某化工厂法液空6000空分的爆炸和马来西亚滨图鲁壳牌石油公司的73000m3/h空分设备发生了空前的恶性爆炸”主要提出了三项安全忠告：①无论如何把（液氧）排放比例提高到不低于空气量的0.2%；②对于通常的冷凝器液面保持在最小值80%～100%之间；③（空气中其它杂质可能会以固体的形式在主冷中析出，）在这种情况下，我们忠告装置解冻。
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# q2 J8 B+ H! [* a1 L) D4    正在运行的膜式主冷如何改进
　　山东莱钢已经成功地进行了改造，增加了液氧吸附器两只，装填了林德公司研究开发的W型专用吸附剂。单筒工作时间680小时，再生时间10小时。程序控制自动切换。设置了氧化亚氮在线分析仪自动监测液氧中的氧化亚氮含量，利用原装置中碳氢化合物分析仪，在线自动监测碳氢化合物含量。

5 结论
　　任何一项新技术的诞生，不可避免地带来一些问题。膜式主冷的发明应用，同样也带来一些不安全因素。我们有理由相信，在找到了不安全因素的处理方法之后，膜式主冷还将会被广泛使用。

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