??????? 2.1制氧行業(yè)的發(fā)展
工業(yè)上制取氧氣的方法很多，常見的有電解水法（同時制取氫氣和氧氣）和分離空氣制取氧氣法兩種。電解水制氧的方法由于耗電量大，只有在使用氫氣的企業(yè)考慮綜合利用?？辗种蒲跤袃煞N分離方法，一是全低壓吸附工藝，二是深度冷凍法分離空氣同時制取氧氣和氮?dú)狻？諝馍疃壤鋬龇蛛x法生產(chǎn)工藝按壓縮空氣壓力的高低又分為：高壓流程（10～20MPa），多是小型；中壓流程（2～2.5MPa），多是中小型；高低壓流程（0.6、10、20MPa），多是大中型；全低壓流程（0.6MPa），多是大型。
空分裝置是以空氣為原料制備氧氣和氮?dú)饧皻鍤獾榷栊詺怏w的分離裝置?？辗謾C(jī)組制備氧氣、氮?dú)?、惰性氣體（如氬氣）使用的主要原料就是充斥于大氣層的空氣。通過對空氣進(jìn)行壓縮、膨脹制冷，進(jìn)而使空氣液化，利用分餾裝置精餾提純，在空氣中分離出氧氣、氮?dú)夂投栊詺怏w（如氬氣）等產(chǎn)品。生產(chǎn)中使用的原料空氣不需要特殊開發(fā)過程，可以在生產(chǎn)地隨意獲得。目前空分行業(yè)是屬于化工產(chǎn)業(yè)的一個分支行業(yè)。根據(jù)空分行業(yè)自身發(fā)展趨勢來看，目前空分行業(yè)的發(fā)展具有以下特點(diǎn)：
第一，裝備規(guī)模大型化。目前隨著化工、冶金產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)裝置的大型化，對于氧氣、氮?dú)?、惰性氣體（如氬氣）等工業(yè)氣體的需求也相應(yīng)增加，這就要求與之匹配的空分設(shè)備具有更大的生產(chǎn)能力。經(jīng)過多年的技術(shù)積累，我國空分設(shè)備的制造水平不斷提高。目前國內(nèi)制造的最大空分裝置（杭氧制造）已經(jīng)達(dá)到60000Nm3/h空分的規(guī)模。
第二，自動化水平不斷提高。目前國內(nèi)制造的空分裝置普遍采用DCS集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了空分生產(chǎn)的自動控制。大大降低了勞動強(qiáng)度，減少了人員配置。
第三，工藝更先進(jìn)，可靠性、安全性更高。目前空分裝置普遍采用全低壓分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機(jī)制冷、規(guī)整填料上塔及全精餾無氫制氬等新工藝、新技術(shù)。在氬提取的過程中不再使用危險(xiǎn)性高的氫氣，大大提高了可靠性和安全性。
??????? 2.2空分制氧工藝流程
??????? 原料空氣在空氣吸入過濾器中去除了灰塵和機(jī)械雜質(zhì)后，進(jìn)入空氣透平壓縮機(jī)中，借助中間冷卻器進(jìn)行中間冷卻，將空氣壓縮至約0.62MPa(A)，然后進(jìn)入空氣冷卻塔中冷卻。
空氣在直接接觸式空氣冷卻塔中與水進(jìn)行熱質(zhì)交換，降溫至～10℃，然后進(jìn)入交替使用的分子篩吸附器。用于冷卻空氣的水有兩部分：一部分為常溫水，由泵加壓后進(jìn)入空冷塔中部；另一部分稱為冷凍水的則是來自循環(huán)水網(wǎng)，先進(jìn)入渾水器中，而后經(jīng)過水泵加壓進(jìn)入冷水機(jī)組，降溫后進(jìn)入空冷塔的頂部。
出空冷塔空氣進(jìn)入分子篩吸附器，分子篩吸附器為立式雙床層，用來清除空氣中的水份、二氧化碳和一些碳?xì)浠衔?，從而獲得干凈而又干燥的空氣。兩臺吸附器交替使用，即一臺吸附器吸附雜質(zhì)，另一臺吸附器則由污氮?dú)膺M(jìn)行再生。
??????? 凈化后的加工空氣分成兩路:一路被稱作膨脹空氣，首先經(jīng)過一個精細(xì)過濾器濾去機(jī)械雜質(zhì)，而后進(jìn)入膨脹機(jī)增壓端增壓，增壓后的空氣首先在增壓機(jī)后冷卻器中被冷凍水冷卻，然后進(jìn)入主換熱器中的膨脹氣通道，被相鄰?fù)ǖ乐械姆盗鳉饫鋮s后，再從主換熱器中部抽出，進(jìn)入透平膨脹機(jī)中膨脹，膨脹后的空氣進(jìn)入上塔中部參加精餾；另一路空氣直接進(jìn)入主換熱器被冷卻至露點(diǎn)溫度進(jìn)入下塔。
已冷卻的空氣進(jìn)入下塔參加精餾。進(jìn)入下塔的空氣通過塔板上的篩孔使塔板上的液體蒸發(fā)，由于氧、氮、氬的沸點(diǎn)間的差異，使更多的氮?dú)鈴囊后w中蒸發(fā)出來，同時經(jīng)過塔板的空氣中更多的氧組分被冷凝下來。最終在下塔底部獲得含氧38%的富氧液空，而在下塔頂部獲得純氮。
??????? 下塔頂部的氮?dú)饨?jīng)過冷凝蒸發(fā)器，與來自上塔底部的液氧進(jìn)行熱交換，液氧被蒸發(fā)，而氮?dú)獗焕淠?，一部分冷凝液氮再回到下塔作回流液，另一部分液氮，在過冷器中進(jìn)行過冷，然后送入上塔頂部作為上塔的回流液。從下塔底部抽出富氧液空，在過冷器中過冷，其中一部分富氧液空提供給粗氬塔冷凝器作為冷源，另一部分送入上塔中部參加精餾。
??????? 以不同狀態(tài)進(jìn)入上塔的各物料：液空、液氮、來自粗氬塔冷凝器的液空蒸汽和膨脹空氣，通過上塔的進(jìn)一步分離，在上塔底部獲得純度為99.6%的氧氣，經(jīng)主換熱器復(fù)熱至～12℃后出冷箱，作為氧產(chǎn)品送出。
??????? 從上塔的上部抽出污氮?dú)?，?jīng)過冷器、主換熱器復(fù)熱后部分去純化系統(tǒng)作再生氣，另一部分去水冷塔。從上塔頂部抽出的氮?dú)?，?jīng)過冷器、主換熱器復(fù)熱后分成兩股，一股作為產(chǎn)品氮?dú)獠⑷牍芫W(wǎng)，另一部分送入預(yù)冷系統(tǒng)的水冷塔。
從上塔的中部抽取一定量的氬餾份送入氬塔，氬塔在結(jié)構(gòu)上分為兩段，兩段之間由液氬泵連接，第二氬塔底部的回流液經(jīng)液氬泵送入第一氬塔頂部作為回流液，經(jīng)過氬塔精餾，在塔上部獲純氬，并送入液氬貯存系統(tǒng)。
??????? 2.3 主要生產(chǎn)設(shè)備、設(shè)施
??????? 在空分系統(tǒng)的裝置中，主要包含空氣預(yù)冷系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、增壓透平膨脹機(jī)系統(tǒng)、空氣分餾系統(tǒng)、液體儲存系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)等。
空氣預(yù)冷系統(tǒng)主要包含的設(shè)備有：自潔式空氣過濾器、空氣壓縮機(jī)、空冷塔（填料塔）、水冷塔（填料塔）、水過濾器、冷水機(jī)組等。
分子篩純化系統(tǒng)包含的設(shè)備有：分子篩吸附器、電加熱器、放空消音器等。
增壓透平膨脹機(jī)系統(tǒng)包含：增壓透平膨脹機(jī)組、增壓機(jī)后冷卻器。
空氣分餾系統(tǒng)包含：分餾塔、主換熱器單元、上塔、下塔、冷凝蒸發(fā)器、主冷板式單元、過冷器單元、液氧蒸發(fā)器、液氧蒸發(fā)器板式單元、粗氬塔、粗氬冷凝器、粗氬冷凝器板式單元、純氬塔、純氬冷凝器、純氬冷凝器板式單元、純氬蒸發(fā)器、純氬蒸發(fā)器板式單元等。
液體儲存系統(tǒng)包含：液氧儲槽、液氬儲槽、液氮儲槽、水浴式液氧汽化器等。
循環(huán)水系統(tǒng)由冷卻塔、全自動過濾裝置、軟化水處理裝置等組成。
??????? 第3章 ?危險(xiǎn)有害因素辨識與分析
危險(xiǎn)因素是指能對人造成傷亡或?qū)ξ镌斐赏话l(fā)性損壞的因素。有害因素是指能影響人的身體健康，導(dǎo)致疾病或?qū)ξ镌斐陕該p壞的因素。
在新鮮原料空氣中，主要成分是氮?dú)饧s為78.0%，其次是氧氣約為20.9%，氬氣等惰性氣體約為0.93%，二氧化碳約為0.03%，還有水蒸氣、臭氧及痕量的污染物如甲烷、乙炔、二氧化硫、二硫化碳、氧化氮及塵粒等。
除了空氣中的氮、氧成分作為原料外，乙炔、甲烷、二氧化硫、二硫化碳等污染物對工藝安全有重要的影響。
為了能較為全面、準(zhǔn)確地辨識空分制氧過程中潛在的各種危險(xiǎn)有害因素，下面從涉及的危險(xiǎn)化學(xué)品、工程裝置正常生產(chǎn)過程中危險(xiǎn)有害因素等方面進(jìn)行分析。
??????? 第3章主要危險(xiǎn)物質(zhì)的危險(xiǎn)有害特性
《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例》所稱危險(xiǎn)化學(xué)品，包括爆炸品、壓縮氣體（易燃?xì)怏w、不燃?xì)怏w和有毒氣體）和液化氣體、易燃液體、易燃固體、自燃物品和遇濕易燃物品、氧化劑和有機(jī)過氧化物、有毒品和腐蝕品等。根據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品名錄》（國家安監(jiān)局[2003]第1號公告），制氧工程中涉及的危險(xiǎn)化學(xué)品主要有：氧氣、氮?dú)夂蜌?，它們均為?.2類不燃?xì)怏w。另外，壓縮空氣在《危險(xiǎn)化學(xué)品名錄》（國家安監(jiān)局[2003]第1號公告）中也屬第2.2類不燃?xì)怏w，助燃，并且壓縮空氣具有一定壓力，其危險(xiǎn)有害特性可參考氧氣。
表3-1 ?裝置中存在的主要危險(xiǎn)化學(xué)品一覽表
危險(xiǎn)化學(xué)品名稱 | 危險(xiǎn)化學(xué)品分類 | 危規(guī)號 | CAS | UN |
氧 | 第2.2類不燃?xì)怏w（助燃） | 22001 | 7782-44-7 | 1072 |
氮 | 第2.2類不燃?xì)怏w（窒息性） | 22005 | 7727-37-9 | 1066 |
氬 | 第2.2類不燃?xì)怏w（窒息性） | 22011 | 7440-37-1 | 1006 |
壓縮或液化空氣 | 第2.2類不燃?xì)怏w（助燃） | 22003（22004） | ? | ? |
?
表3-2 ?主要危險(xiǎn)化學(xué)品的有毒有害特性及防護(hù)、應(yīng)急措施表
物質(zhì)名稱 主要特性?? | 氧氣 | 氮?dú)?/div> | 氬 |
危險(xiǎn)性類別 | 第2.2類?不燃?xì)怏w | 第2.2類?不燃?xì)怏w | 第2.2類?不燃?xì)怏w |
理化特性 | 無色無臭氣體。 相對密度（水=1）：1.14（-183℃） 相對密度(空氣=1):1.43 飽和蒸氣壓（kPa）：506.62（-164℃） 熔點(diǎn)（℃）：-218.8 沸點(diǎn)（℃）：-183.1 臨界溫度（℃）：-118.4 臨界壓力(MPa):5.08 溶解性：溶于水、乙醇 | 無色無臭氣體。 相對密度（水=1）：0.81（-196℃） 相對密度(空氣=1):0.97 飽和蒸氣壓（kPa）：1026.42（-173℃） 熔點(diǎn)（℃）：-209.8 沸點(diǎn)（℃）：-195.6 臨界溫度（℃）：-147 臨界壓力(MPa):3.40 溶解性：微溶于水、乙醇 | 無色無臭的惰性氣體。 相對密度（水=1）：1.40(-186℃) 相對密度（空氣=1）：1.38? 飽和蒸氣壓（kPa）：202.64（-179℃） 熔點(diǎn)（℃）： -189.2 沸點(diǎn)（℃）：-185.7 臨界溫度（℃）：-122.3 臨界壓力(MPa):4.86 溶解性：微溶于水 |
健康危害 | 常壓下，當(dāng)氧的濃度超過40%時，有可能發(fā)生氧中毒；吸入40%～60%的氧時，嚴(yán)重時會發(fā)生肺水腫，吸入氧濃度在80%以上時，會出現(xiàn)眩暈、心動過速、虛脫、繼而呼吸衰竭而死亡。長期處于氧分壓60-100kPa（相當(dāng)于吸入氧濃度40%左右）的條件下，可發(fā)生眼損害，嚴(yán)重者可失明。液氧易引起低溫凍傷。 | 空氣中氮?dú)夂窟^高，人吸入后血氧飽和度下降，人會因缺氧而窒息，以至死亡。工業(yè)場所空氣中氧的體積百分?jǐn)?shù)不應(yīng)小于19%（GB/T3862《氮》）。液氮可引起低溫凍傷。 | 普通大氣壓下無毒，高濃度時，使氧分壓降低而發(fā)生窒息。氬濃度達(dá)到50%以上，引起嚴(yán)重癥狀；75%以上時，可在數(shù)分鐘內(nèi)死亡。當(dāng)空氣中氬濃度增高時，先出現(xiàn)呼吸加速、注意力不集中、供濟(jì)失調(diào)。繼之，疲倦乏力、煩躁不安、惡心、嘔吐、昏迷、抽搐，以致死亡。 皮膚接觸液化本品，可致凍傷，眼部接觸可引起炎癥。 |
燃爆特性 | 氧超過23%的氣氛有著火的危險(xiǎn)（GB/T3862）。氧可助燃，是易燃物、可燃物燃燒爆炸的基本要素之一。能氧化大多數(shù)活性物質(zhì)；與易燃物（如乙炔、甲烷等）形成爆炸性混合物。 | 本品不燃。若遇高熱，本品容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險(xiǎn)。 | 本品不燃。若遇高熱，本品容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險(xiǎn)。 |
