移动式制氮装置设计与安全风险管理探究

张昭兵   冯建勇

摘要：为提高移动式制氮装置运行效率，改善设备运行条件，本文对移动式分子筛制氮装置的结构设计加以分析，从生产实际出发，对设备运行过程中可能产生的触电风险、机械伤害、物体打击、高压气体伤害、高温灼伤、火灾及爆炸等安全隐患展开讨论，提出针对性安全风险管理措施，提高制氮装置安全运行效率。

关键词：移动式制氮装置；结构设计；安全风险

引言：移动式制氮装置在煤矿、油田开采中得到广泛应用，为能源增产提供了稳定的技术手段同时解决了部分生产问题。但同时，移动式制氮装置运行也暴露出一定的安全隐患，对现场安全生产带来威胁，提高安全事故发生率，并造成严重的财产损失。因此，有必要对移动式制氮装置优化设计与安全管理展开深入研究。

1移动式分子筛制氮装置的结构设计

移动式制氮装置为专用高纯度制氮设备，具有便于移动、操作灵活等特点[1]。该装置以以空气为材料，以碳分子筛为吸附剂，通过变压吸附原理进行空气选择性吸附，达到氧氮分别的目的。移动式制氮装置由三个部分组成，包括螺杆式空气压缩机、制氮机（膜分离制氮机或PSA制氮）以及活塞式压缩机，各设备运行均依靠380V电源驱动。移动式分子筛制氮装置有效实现了技术改造升级，优化制氮性能的同时提高设备可靠性，一定程度上降低了对操作人员的技术要求。

2移动式分子筛制氮装置的安全管理

移动式分子筛制氮装置虽取得了良好的应用成效，但在其运行过程中，仍面临一定的安全风险，常见的安全隐患问题主要包括触电风险、机械伤害、物体打击、高压气体伤害、高温灼伤、火灾及爆炸。

2.1触电风险

移动式分子筛制氮装置现场设备动力电压为380V，控制电压为220V和20V，具有很高的危险性，一旦出现触电伤害就会造成人体外部组织或器官损伤，甚至引发死亡。设备运行期间可能引发触电风险的因素包括：（1）制氮装置检修期间未关闭电源；（2）操作人员接触带电裸线或破旧导线；（3）接地装置接触不良；（4）安全防护措施不到位。

针对上述因素，移动式分子筛制氮装置运行过程中应落实完善的防触电措施：（1）操作人员在进行设备检修的过程中应注意先关闭电源；（2）生产作业期间应配备相应的安全防护用具，包括绝缘手套、绝缘胶鞋等；（3）一旦电线绝缘破损应及时停止使用并更换；（4）定期对电气设备接地装置连接情况进行检查；（5）注意推、拉电气开关动作的规范性，并佩戴规定要求的安全防护用具；（6）制氮装置安全检查与维修应由专人负责，其余人员不可擅自修理电气设备；（7）清理制氮装置电气设备时应避免沾湿设备；（8）可将10mm厚橡皮绝缘板放置在电气开关前；（9）操作实践中应保持足够的安全电气距离，确保安全生产。

2.2机械伤害

移动式分子筛制氮装置运行现场涉及到电机联轴器、传动轴、冷却风扇灯等多种旋转机械设备，一旦缺少安全管理就会造成严重的机械伤害。引发现场机械伤害的因素包括人员方面、设备方面以及管理方面。（1）人员方面。现场人员未树立科学的安全意识，存在违规操作行为，包括未配置安全装置、未在停机状态下进行设备清理检修，不按规定穿戴安全防护用品等。（2）设备方面。机械设备防护、保险、信号装置存在缺陷，场地环境存在安全问题。（3）管理方面。现场管理人员对设备安全管理不重视，设备设计、制造、安装环节管理不到位，人员安全培训不足。

为有效避免旋转机械设备机械伤害，首先应注重相关设备的合理布局，便于操作人员加工观察与检查维修。其次，旋转机械设备零部件安装强度应符合安全要求，降低故障发生率；再次，对于作旋转运动的零部件及机械设备应安装防护罩、防护挡板等安全防护装置，避免出现机械绞伤；最后，操作人员应树立科学安全意识，按规定在启动前点检设备，检查个人防护用品，保证严格遵守安全操作规程，防止设备运行期间对人员造成接触伤害。

2.3物体打击

移动式分子筛制氮装置运行现场包括起吊设备设施，且在生产作业过程中存在较多的有位差作业环境，若高位物体处置不当，易造成物体坠落打击安全事故，对操作人员安全造成严重威胁。

因此，在起吊设备运行、检修的过程中，应做好以下安全防护设施：（1）操作人员进入现场后应按规定配带安全帽等防护用具，同时上下出入通行应在生产作业安全要求的安全通道内；（2）安全通道上方应搭设相应的防护设施，采用强度、韧性较大的防护材料，避免高空坠物穿透防护设施；（3）在进行起吊设备运行、检修的过程中，除作业人员外还应设有专门的安全监护人员；（4）物品起吊前应点对绳索、滑轮等进行检查，保证牢固无损坏。

2.4高压气体

移动式分子筛制氮装置中的膜分离制氮设备由连接管路、阀门等构件组成，装置运行期间其压力要求在0.8MPa以上，整体设备工作压力最高可达140MPa。装置运行过程中，一旦螺栓紧固性不强，发生气体泄漏，就会造成螺栓拧断、高压气体喷出甚至管接头飞出等情况，导致安全事故的发生。

为避免高压气体损伤，操作人员在设备带压操作前需要先对各个管件、阀门连接情况进行检查，避免高压气体冲击引发安全事故。在开展设备检修维护时，应先断电停机，打开阀门将高压气体排出，同时做好氮气压力监控，当压力表示数为0时再开展检修工作[2]。一旦出现气体泄漏情况应做好安全防护准备，同时保证有安全员在场监护。

2.5高温灼伤

移动式分子筛制氮装置在运行过程中处于高温高压状态，设备外露的管线、气缸等部位温度甚至可以达到165℃，稍不注意就可能造成高温灼伤。为控制这一安全风险，操作人员应在装置设备外部设置安全防护措施，同时自身也应配备相应的安全用具，注意与处于高温状态下的设备保持安全距离。此外，应定期对制氮装置进行检查维护，确保设备正常运行。

2.6火灾及爆炸

移动式分子筛制氮装置运行现场具有多样的电气设备、易燃易爆物等，加上膜分离制氮装置周围氧气浓度较高，极易引发电气火灾、易燃物火灾以及爆炸等安全事故。一旦出现电气设备起火，操作人员应第一时间将膜分离制氮装置停机，降低氧气浓度，再根据具体的起火原因进行灭火。

结论：综上所述，移动式分子筛制氮装置的应用为煤矿、油田开采高纯度氮制备提供了便利条件，为提高设备运行效率、保证安全生产，现场人员应加强对制氮装置安全风险管理的重视，结合生产实际对可能出现的安全隐患提出针对性防护措施，从源头出发消除安全风险，促进移动式分子筛制氮装置安全效益的提升。

参考文献：

[1]樊佳怡.基于PLC的煤矿用移动式膜分离制氮装置的研究[J].机械管理开发,2022,37(05):252-253+256.

[2]王灵龙.制氮装置出厂检验平台监控系统设计与实现[J].煤矿机电,2021,42(06):68-72.