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空分及氧气站的安全监管

（武廷魁）

1、概述

1.1空分原理简述

空分即空气分离，将空气中21%的氧气和78%的氮气及1%的氩气等惰性气体分离开。空分的方法主要有变压吸附法、膜分离法及常用的低温法。

变压吸附法是利用分子筛对空气中氧气、氮气组份的选择性吸附而将其分离。此法制氧的回收率为60~70%，因氧气与氩气无法分离，故所制的氧气纯度只达到93~95%。

膜分离法是利用有机聚合膜的渗透选择性，从空气中分离出富氧气体，其氧气纯度可达40~50%。

低温法即目前大部分空分装置所采用的空气分离方法，该法首先将空气压缩、冷却使之液化，利用氧气、氮气沸点不同（大气压下氧气沸点90°K即-183℃，氮气沸点77°K即-196℃），在精馏塔中使气液相进行质热交换，高沸点的氧气不断从气相中冷凝为液相，低沸点的氮气不断转化为气相，从而达到二者分离。因不论空气液化或精馏都在120°K即-153℃以下温度条件进行，故称低温法空气分离。

氩气的沸点在氧气与氮气之间，在精馏上塔中部含量最高称为氩馏分，将其抽出进一步分离提纯可制得副产品氩气。

1.2空分装置现状

目前世界上空分装置即制氧机容量已向15万m3/h等级发展，单位制氧电耗（制氧单耗）降至0.37KW·h/m3。我国生产的6万m3/h级空分设备具有较强竞争力，制氧单耗已由0.6KW·h/m3降至0.4KW·h/m3，氧提取率由80%提高至97~99%，氩提取率由24%提高至80~90%。

空分流程按空气压缩机压力分为高压流程（＞5Mpa）、中压流程（1~5Mpa）、全低压流程（≤1Mpa）。高、中压流程通常用于中小型装置和液体产品，全低压流程用于大型空分装置，一般800m3/h以上空分均为全低压流程。特点是采用常温分子筛吸附净化、增压透平膨胀机、规整填料上塔、全精馏制氩以及DCS控制的工艺流程。

1.3空分装置与氧气站的区别

钢铁、冶金、化工行业大型企业因对氧气的大量需求，大都建设配套的大型全低压流程的空分装置，其设计和监管应执行《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）和现行的相关行业标准。而氧气站的空分能力一般不大于300m3/h且基本采用高中压流程。近年新建氧气站大都采用液氧分装方式，原有小型空分装置也因电耗等成本问题逐渐被淘汰。氧气站的设计和监管应执行《氧气站设计规范》（GB50030-91），该规范第1.0.2条规定：“本规范适用于下列新建、改建、扩建的工程：一、单机产氧量不大于300m3/h或高压、中压流程的，用深度冷冻空气分离法生产氧、氮等空分气态或液态产品的氧气站设计；二、氧、氮等空分液态

3.1总图布置的安全要求

液氧分装的氧气站，主要由液氧贮罐、液氧泵、气化器等室外设备及灌氧站瓶库等室内设备组成。有些氧气站还经营液态惰性气体（液氩、液氮、液态二氧化碳）的分装，其布置与液氧分装相同。

氧气站属乙类建筑，与各类建筑之间的防火间距应执行《氧气站设计规范》（GB50030-91）表2.0.3的相关规定。按其注⑤规定液氧贮罐以1m3液氧折合800m3标准状态气氧计算，≤1000m3气氧贮罐相当于低于1.25m3液氧贮罐，1001~50000m3气氧贮罐相当于1.25~62.5m3液氧贮罐，＞50000m3气氧贮罐相当于62.5m3以上液氧贮罐。目前各氧气站液氧贮罐容积均在1.25~62.5m3之间，其与其他各建筑物和设施的防火间距应为12m。站内一、二类耐火等级的灌氧站房和瓶库等建筑物与其他各建筑物和设施的防火间距，均应执行表2.0.3的相关规定。不难发现与周边生产建筑物、民用建筑、明火或散发火花地点的防火间距、液氧贮罐比氧气站建筑物的要求更远，说明液氧贮罐的危险性更大。

需要说明的是，表中“其他各类生产建筑物”是指不属于氧气站内的其他各类站外生产建筑物（按该表注⑿规定，其他甲类生产建筑物应增加2m），液氧贮罐与站内灌氧站房的防火间距不执行“12m”的数据，应按注⑹“氧气贮罐（含液氧贮罐）、惰性气体贮罐（含液态惰性气体贮罐）、室外布置的工艺设备，与其制氧厂房（含灌氧站房）的间距，可按工艺布置要求确定，即无防火间距的要求。注⑼中液氧贮罐的所属使用建筑物是指焊接切割厂房或医院等使用氧气的建筑物，并非灌氧站房等氧气站内的建筑物。

3.2工艺布置的安全要求

（1）灌氧站房内氧气实瓶的贮量不应超过3400个。

（2）当空瓶、实瓶设在同一房间时，二者必须分开存放。

（3）液氧贮罐（及液态惰性气体贮罐）宜布置在室外，当确需布置在室内时，宜设置在单独的房间内（并非独立建筑物），且液氧的总贮量不应超过10m3。

（4）空瓶间、实瓶间应设置气瓶的装卸平台，其宽度为2m，高度0.4~1.1m。

（5）灌瓶间、空瓶间、实瓶间均应有防止倒瓶的措施。

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