有害气体对空分设备安全运行的影响

童年

本帖最后由 chc1125 于 2009-8-18 16:20 编辑 资料共享 记得评分鼓励1 　概述世界工业经济迅速发展, 特别是化学工业、钢铁工业、电子工业、石化工业、化肥工业、塑料、制药和酿酒业等高速发展, 在工业生产过程中排放出的大量废气, 已对大气造成了严重污染。过去对空分设备安全运行构成威胁的有害气体主要有:CO2 、CO、N2O 以及C2H2 和CH4 等碳氢化合物(CmHn) , 而今构成大气污染的成分有: 电子气体、有机气体、无机气体和卤碳类气体等100 余种, 在这些气体中, 有的气体的理化特性近似于CO2 、CO、N2O、CmHn 等, 而有的气体可直接对设备产生腐蚀, 如含Cl - 和PO33 - 的气体、NH3 、HCl 、CH3SH、SO2 、NO2 和N2O3 等。它们对空分设备安全运行的威胁是: 在低温环境中, 析出结晶并沉淀, 使管道和通道堵塞并使碳氢化合物浓缩析出,形成“干蒸发”、“死端沸腾”, 造成爆炸隐患; 有的还参与设备内的电化腐蚀。在空分设备上使用的铝材中加入了少量镁、锰、铜等元素, 其表面与氧发生化学反应, 生成一层薄薄的氧化铝膜。这层膜可防止铝继续氧化, 也不怕水浸, 但是碱却能腐蚀它, 盐酸和稀硫酸也能腐蚀它。由于一些有害化学气体会与原料气体中的微量水结合形成弱酸或弱碱, 对设备形成电化腐蚀和化学腐蚀, 即原电池反应, 并产生氢气。这种原电池的电化学反应随时都可进行, 只要在弱酸形成的电解质情况下, 铝材材质之间的差异、铝材与焊材的差异、铝材与焊材中的锰、镁、硅等元素, 都可形成无数微小的原电池, 即一方作为负极失去电子而被氧化, 另一方作为正极得到电子而被还原,最后生成氢气并释放出来, 聚集在精馏塔内及冷箱中的一些部位, 严重危及空分设备安全运行。2 　有害气体对板翅式换热器安全的影响211 　有害气体对板翅式换热器的影响制造厂提供给用户的空分设备冷箱内的精馏塔、板翅式换热器和过冷器等都进行氮封, 但在安装中割开封盖打开氮封时, 部机内部直接暴露在空气里, 空气中的水分很快被吸附在这些部机的内壁上, 与空气中的SO2 、SO32 - 、Cl - 、PO33 - 、NO3- 、NH3 、H2S 和NO2 等反应并形成一层薄薄的弱酸液膜, 在部机内部表面尚未形成坚实的氧化铝膜时, 即可发生电化腐蚀, 产生氢气。因此在空分设备安装时, 特别要注意大气及周边环境出现的Cl - 、HCl 、SO2 、SO32 - 、PO33 - 、CO2 、CO32 - 、氮化物和卤化物。如某一台经除油、清洗、烘干和试压合格的板翅式换热器, 存放数日后发现换热器外板表面发热, 温度在70 ℃以上, 将试压阀打开后, 有气体排出。气体无色无味, 压力约10～20mmH2O , 为可燃气体。经现场测试分析, 燃烧火焰具有氢火焰特征, 并具有氢气燃烧时产生的典型爆鸣现象, 因此确定为氢气。212 　有害气体对板翅式换热器的影响原因分析在成品板翅式换热器内部产生氢气是电化腐蚀原电池反应的结果。(1) 板翅式换热器在除油、清洗时并没将残酸清洗干净, 虽经干燥, 残酸仍附着在内表面, 继续与吸附的微量水分进行电化腐蚀原电池反应, 形成的电解质溶液中氢离子得到电子而被还原, 生成氢气放出。(2) 氮封或使用吹扫的氮气不是纯氮或高纯氮, 而是普氮, 氮气中水分含量过高, 微量水分被吸附在内表面或死角里, 由于铝材与焊材的材质差异, 在有微量弱酸存在的条件下形成电解质溶液,即会发生电化腐蚀原电池反应, 同时释放出氢气,并能破坏换热器结构, 使气体窜通。因此, 为了保证空分设备安全运行, 所采用的氮封气和吹扫氮气, 必须是纯氮( 氮含量在99199 %以上) 干燥气体或经过干燥的氮气。此外,建议对进出设备的氮封气和吹除氮气做pH 值检验, 进出设备氮气的pH 值应一致。3 　有害气体对冷箱内其他设备安全的影响只要在大气中存在Cl - 、PO33 - 、SO32 - 、NO3- 或NH3 、HCl 、H2S、COS、SO2 、NO2 、CO和CO2 等有害气体以及湿空气, 在冷箱内的填料塔、管道和通道中都会发生电化腐蚀原电池反应,产生氢气, 给设备带来极大的安全隐患。对冷箱中精馏塔、换热器和管路等安全造成影响的因素, 可分为前期和后期两大类。311 　设备制造过程中的影响前期为设备制造过程中, 由于各部件在除油、酸洗、碱洗、清洗、吹扫和烘干等工艺过程中, 质量把关不严, 为电化腐蚀原电池反应创造了条件, 一旦有微量水存在, 就会与残留物形成弱酸或弱碱电解质液, 即刻进行电化腐蚀原电池反应和化学腐蚀。已经生产完毕的板翅式换热器在安装后会泄漏、气体会窜通的原因就是这个。实际上, 早在制造过程中换热器的内部已发生化学反应。同样, 填料塔内出现氢气,也是这种电化腐蚀原电池反应机理的结果。今后如果出现冷箱内有氢气, 就要考虑这个因素。312 　空分设备运行过程中的影响后期是空分设备安装运行后, 大气中的微量有害气体随着原料空气进入塔内。由于分子筛纯化系统不可能对大气中所有的有害气体进行吸附, 使一些有害气体进入板翅式换热器、过冷器、精馏塔和塔内管路等, 在低温环境中造成堵塞, 产生“干蒸发”、“死端沸腾”现象, 若进入塔内的碳氢化合物(饱和烃和非饱和烃) 析出, 就会形成爆炸隐患。这些碳氢化合物一旦发生摩擦、受到冲击、静电和压力脉冲等, 就会发生爆炸。根据特种气体单元高纯气体的分类, 有85 种电子气体可造成通道堵塞; 有61 种烷烃、炔烃及烯烃等有机气体可引起爆炸; 有35 种无机气体可污染原料空气, 其中29 种卤碳类气体已引起环保部门极大的注意。4 　结论随着工业的高度发展, 污染大气的有害气体也会越来越多, 污染程度也会越来越严重, 因此必须引起高度重视, 并采取相应措施, 防止恶性爆炸事故发生。