空分設(shè)備中存在在著包括爆炸，燃燒，窒息，低溫等等許多危險(xiǎn)，具體地如冷箱泄漏倒塌、主冷凝蒸發(fā)器燃爆、氧氣管道燃爆、氮?dú)庵舷?，低溫冷脆，低溫凍傷等，而這些危險(xiǎn)存在于空分各個(gè)系統(tǒng)中， 特別是冷箱管道和結(jié)構(gòu)，冷箱精餾系統(tǒng)，液體后備系統(tǒng)等等；這些危險(xiǎn)分布在空分生命周期中的各個(gè)階段，如設(shè)計(jì)，制造，檢驗(yàn)，安裝，運(yùn)行等等。

空分設(shè)備中的這些危險(xiǎn)，有的可能性大很常見，如低溫凍傷；有的后果非常嚴(yán)重往往造成災(zāi)難性事 故如近年來發(fā)生的“7.19”義馬事故。

針對這些危險(xiǎn)，空分設(shè)備的設(shè)計(jì)需要采取相應(yīng)的安全設(shè)計(jì)措施?？辗衷O(shè)備的安全設(shè)計(jì)，重點(diǎn)不能放在事故發(fā)生后的應(yīng)急措施上或者被動(dòng)防范上，而首先要從源頭上減少事故發(fā)生的概率以及嚴(yán)重性，即在設(shè)計(jì)階段，就要依據(jù)空分工藝系統(tǒng)的特性，設(shè)計(jì)出具有固有或本質(zhì)安全特征的生產(chǎn)過程，以保障空分生產(chǎn)過程穩(wěn)定運(yùn)行、不易發(fā)生事故。

歐盟在塞維索II指令的指導(dǎo)文件中有提到“需借由固有安全技術(shù)的應(yīng)用，盡可能的避免或降低危險(xiǎn)的發(fā)生”。美國化學(xué)工程師協(xié)會(huì)發(fā)布了自己的本質(zhì)更安全技術(shù)“IST” 定義：本質(zhì)上更安全技術(shù) (IST)，也稱為本質(zhì)上更安全設(shè)計(jì) (ISD)，永久消除或減少危險(xiǎn)，以避免或減少事故的后果。

因此空分設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)和管理是以風(fēng)險(xiǎn)控制為基準(zhǔn)，采用本質(zhì)安全化的思路，減少或消除固有危險(xiǎn)，從降低危險(xiǎn)的可能性和嚴(yán)重性二個(gè)維度進(jìn)行設(shè)計(jì)與控制，將空分設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)控制在低風(fēng)險(xiǎn)綠色區(qū)域 ，如以下的風(fēng)險(xiǎn)控制矩陣所示（圖1）。

由于空分設(shè)備有許多系統(tǒng)，本文著重探討冷箱和平底儲(chǔ)罐本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)。

空分冷箱的主要危險(xiǎn)是主冷爆炸和冷箱噴砂及倒塌，它們將引起災(zāi)難性事故。主冷爆炸與可燃雜質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)聯(lián)；而冷箱噴砂倒塌與管道柔性設(shè)備強(qiáng)度，冷箱密封氣，檢修扒砂程序和冷箱鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算關(guān)聯(lián)，并且與可燃雜質(zhì)也相關(guān)。因此探討空分冷箱的危險(xiǎn)，需要探討可燃雜質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)控制和管道柔性設(shè)備強(qiáng)度等風(fēng)險(xiǎn)控制。

（一）可燃雜質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)控制

探討空分設(shè)備可燃雜質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，也就是探討碳?xì)浠衔锏娘L(fēng)險(xiǎn)。

我們首先從氧化劑、可燃物、激發(fā)能量的燃燒3要素說起?？辗衷O(shè)備的產(chǎn)品氧氣就是氧化劑，它幫助燃燒并且加速燃燒，世界上幾乎所有物質(zhì)都可以在氧氣中燃燒，并且火焰在液氧中的傳播速度比氣氧快，比空氣中更是快得多；可燃物主要指可燃雜質(zhì)，如碳?xì)浠衔镆约颁X翅片等；激發(fā)能量是個(gè)值得研究的問題。

空分設(shè)備中碳?xì)浠衔锏娜急饕l(fā)生在冷凝蒸發(fā)器和主換熱器。冷箱內(nèi)冷凝蒸發(fā)器和主換熱器的 燃爆過程和危險(xiǎn)消除方法如圖2所示

針對這個(gè)燃爆過程，風(fēng)險(xiǎn)控制的手段就是采取相應(yīng)的防范措施阻止這個(gè)過程內(nèi)其中一個(gè)環(huán)節(jié)的發(fā)生。對于初始點(diǎn)火能量，有許多推測和假設(shè)，至今為止沒有定論，因此沒有相應(yīng)有效的防范措施。對于點(diǎn)燃鋁翅片，目前所有的防范措施都是基于同一個(gè)目標(biāo)，就是防止碳?xì)浠衔镌诶淠舭l(fā)器內(nèi)沉積濃縮，使其含量不超過臨界值，從而防止鋁被點(diǎn)燃。對于點(diǎn)燃污染的鄰近通道，由于鋁在液氧中燃燒的后果太嚴(yán)重，沒有經(jīng)濟(jì)、有效的被動(dòng)防范措施。

空分設(shè)備碳?xì)浠衔镲L(fēng)險(xiǎn)控制或危險(xiǎn)消除，應(yīng)當(dāng)系統(tǒng)地從各個(gè)方面進(jìn)行控制（如圖2所示），主要包括：技術(shù)方面的措施，如設(shè)計(jì)與制造、主換熱器設(shè)計(jì)；蒸發(fā)器運(yùn)行控制方面的措施，如全浸操作控制與防濃縮排液控制；安裝調(diào)試方面的措施；進(jìn)入冷箱雜質(zhì)的監(jiān)測；加溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；以及其他等等。

由于篇幅有限，下面僅探討進(jìn)入冷箱雜質(zhì)監(jiān)測和蒸發(fā)器的運(yùn)行控制包括全浸操作控制與防濃縮排液控制。

1.進(jìn)入冷箱雜質(zhì)監(jiān)測控制

空分中的可燃雜質(zhì)是碳?xì)浠衔铮饕獊碜源髿?，包括如甲烷，乙炔，丙烷等等，另外還有危險(xiǎn)的堵塞性氣體如二氧化碳，氧化亞氮等等，因此本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)主動(dòng)監(jiān)測和控制進(jìn)入空分冷箱內(nèi) 的這些大氣雜質(zhì)。

空分中的大氣雜質(zhì)一般最后都聚集在主冷凝蒸發(fā)器中，浴式液氧蒸發(fā)器中碳?xì)浠衔锏入s質(zhì)含量最大允許控制值可以參考深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程等文獻(xiàn)。

內(nèi)壓縮流程中，液氧在主換熱器中蒸發(fā)，碳?xì)浠衔锏某练e與主換熱器液氧蒸發(fā)壓力有關(guān)，因此碳 氫化合物等雜質(zhì)含量的控制也與主換熱器的壓力相關(guān)：氧化亞氮含量應(yīng)被控制在（3～30）×10-6之間 ，總碳含量（不包括甲烷)應(yīng)被控制在（1～12）×10-6之間，丙烷含量應(yīng)被控制在（0.3～4）×10-6。文獻(xiàn)要求空分液氧中總碳含量＜100×10-6，不夠全面，值得商榷或需要修訂；而且由于理論上乙炔被分子篩吸附器100%吸附，并且乙炔在液氧中的溶解度是（4～6）×10-6，因此，文獻(xiàn)[2]要求空分液氧中乙炔含量＜0.1×10-6也是值得探討或需要修訂。

2.蒸發(fā)器的運(yùn)行控制

可燃雜質(zhì)的濃縮或積聚程度，隨液氧的蒸發(fā)越來越嚴(yán)重，到了液氧干蒸發(fā)時(shí)達(dá)到最高值，如非常低的蒸發(fā)器液位，存在液氧盲端死角點(diǎn)等。另外，通道被固體雜質(zhì)（如二氧化碳固體或氧化亞氮沉積物）或氣溶膠或其他雜質(zhì)（如珠光砂）等堵塞時(shí)，會(huì)使可燃雜質(zhì)的濃縮加劇。

保證蒸發(fā)器安全運(yùn)行的主要措施是全浸操作控制與防濃縮排液控制,而全浸操作是最重要的安全措施。100%主冷板式浸沒操作優(yōu)先于其他任何安全措施，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先于液體產(chǎn)品抽取和防濃縮排液控制。

所以，應(yīng)當(dāng)設(shè)置防低液位安全保護(hù)回路。對液氧蒸發(fā)器，需要設(shè)置2個(gè)獨(dú)立的液位測量回路（如圖3所示），即獨(dú)立的測量儀表管加上專用邏輯控制器和2個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；對富液氧蒸發(fā)器，安全保護(hù)回路僅需要1個(gè)液位測量儀表管、常規(guī)DCS控制和1個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；而上層蒸發(fā)器僅僅需要設(shè)置安全報(bào)警功能即可。

安全措施中必須限制濃縮倍率以避免蒸發(fā)器中雜質(zhì)濃度過高。濃縮倍率是相關(guān)蒸發(fā)器池中不完全揮發(fā)的雜質(zhì)濃度與其在進(jìn)入冷箱內(nèi)空氣中的濃度之比。在浴式蒸發(fā)器中，液氧排放率越高，濃縮倍率就越低，最大濃縮倍率由最小液氧排放流量確定。

對于濃縮倍率的計(jì)算應(yīng)當(dāng)考慮所有相關(guān)管線，即包括富液氧蒸發(fā)的每個(gè)位置和所有可能的操作模式。應(yīng)當(dāng)采用相應(yīng)的安全保護(hù)回路，來防止防濃縮排液量過低。

（二）冷箱倒塌風(fēng)險(xiǎn)控制

冷箱鋼結(jié)構(gòu)噴砂倒塌產(chǎn)生的原因有很多，存在于空分設(shè)備的各個(gè)階段，如設(shè)計(jì)，建造，運(yùn)行，檢維修等等，它們又互相纏繞，使得問題復(fù)雜多變，冷箱倒塌原因分析見圖4。

冷箱結(jié)構(gòu)倒塌也就是冷箱鋼構(gòu)梁柱失效，引起的主要原因有基礎(chǔ)傾斜，內(nèi)部設(shè)備倒塌，碳鋼冷脆，珠光砂產(chǎn)生的砂爆，管道設(shè)備泄漏引起的超壓以及腐蝕。

無論從安全性或可靠性角度，內(nèi)部設(shè)備倒塌是一個(gè)非常嚴(yán)重的事故，因此必須徹底杜絕，法液空的本質(zhì)安全設(shè)計(jì)原則是所有冷箱內(nèi)主要設(shè)備必須直接支承在混凝土基礎(chǔ)上或不銹鋼支架上，除非通過專門的風(fēng)險(xiǎn)分析，使得它們由于冷脆而倒塌的可能性為零。

冷箱基礎(chǔ)傾斜，碳鋼構(gòu)件冷脆，噴砂或砂爆，超壓都直接或間接都與冷箱內(nèi)管道設(shè)備泄漏有關(guān)，冷箱內(nèi)管道設(shè)備泄漏是引起空分冷箱風(fēng)險(xiǎn)的主要原因，它是低溫，窒息，富氧危險(xiǎn)的主要來源，其中造成這個(gè)問題的環(huán)節(jié)有設(shè)計(jì)，建造，運(yùn)行，維修或其他損壞。

針對泄漏危險(xiǎn)，本質(zhì)化更安全設(shè)計(jì)方法首先是管道設(shè)備的強(qiáng)度計(jì)算以及相應(yīng)的材質(zhì)選擇問題，另外就是設(shè)置相應(yīng)的泄漏檢測儀表，監(jiān)測冷箱內(nèi)部運(yùn)行情況，預(yù)報(bào)不正常工況，提前采取行動(dòng)措施消除危險(xiǎn)。

設(shè)計(jì)計(jì)算選材是指正確地進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，包括冷箱結(jié)構(gòu)和管道柔性應(yīng)力計(jì)算。鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)當(dāng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行恒載，活載以及偶然載荷的計(jì)算校核。管道設(shè)備的強(qiáng)度計(jì)算或柔性設(shè)計(jì)計(jì)算，

具體要求是包括幾何尺寸的正確性，管道支架位置和形式，荷載的假設(shè)合理性（包括各種壓力，溫度，流量工況），以及應(yīng)力校核，設(shè)備管口推力校核的正確性。

材料選擇是根據(jù)各個(gè)管道設(shè)備和支架的設(shè)計(jì)應(yīng)力和工況，選擇合適的材料，一般從本質(zhì)安全化角度，冷箱內(nèi)設(shè)備管道應(yīng)當(dāng)采用低溫材料，并且冷箱內(nèi)管道盡量少用鋁合金，因?yàn)殇X合金強(qiáng)度差或硬度 低更容易斷裂破壞（如更容易產(chǎn)生珠光砂氣割或氣鋸現(xiàn)象），另外鋁合金更容易與氧燃燒反應(yīng)（點(diǎn)燃溫度低，燃燒熱高）。

根據(jù)有關(guān)研究和文獻(xiàn)，珠光砂結(jié)冰后的靜載重量可以達(dá)到干燥時(shí)的10倍以上，不均勻珠光砂流動(dòng)的動(dòng)荷載將接近20倍左右，而低溫液體突然蒸發(fā)產(chǎn)生的砂爆壓將近高達(dá)數(shù)百倍以上，本質(zhì)化更安全設(shè)計(jì)措施是監(jiān)測冷箱內(nèi)部運(yùn)行情況，提前采取行動(dòng)防止這些事故的發(fā)生，而采用被動(dòng)的防范措施，理論上或經(jīng)濟(jì)上都是不可行的。

通過設(shè)置冷箱內(nèi)部壓力監(jiān)測，氣體成分變化監(jiān)測，溫度監(jiān)測，隨時(shí)了解冷箱內(nèi)部管道設(shè)備泄漏情況，一旦發(fā)現(xiàn)不正常情況或事故苗頭，立即采取相應(yīng)的措施，防止事件惡化和事故發(fā)生。

在監(jiān)測參數(shù)正常的情況下，保證冷箱內(nèi)干燥是非常重要的本質(zhì)安全化措施，它防止空氣和潮氣侵入冷箱，避免造成空氣低溫冷凝成富氧低溫液體和珠光砂結(jié)冰，前者可能使得碳鋼冷脆，后者使得靜載一次應(yīng)力增加并使得管道無法自由活動(dòng)（二次應(yīng)力增大）。

運(yùn)行檢維修程序也是非常重要的本質(zhì)安全化的重要手段，包括平常的巡檢程序和珠光砂充填扒砂程序，用來防止由于腐蝕，局部結(jié)冰或扒砂引起的事故。

空分工程上一般采用低溫平底儲(chǔ)罐儲(chǔ)存大于400立方米的大量低溫液體，如液氧、液氮、液氬，而200噸以上液氧根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB18218-2018《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》屬于重大危險(xiǎn)源。

平底罐倒塌或大量低溫液氧，液氮液體等泄漏及泄漏后產(chǎn)生的相應(yīng)低溫云霧將產(chǎn)生許多重大危害，它們分別為：人員的低溫凍傷，碳鋼結(jié)構(gòu)的冷脆，由于霧或能見度降低引起的交通等事故，液氮及液氬缺氧云霧引起的窒息和液氧富氧云霧引起的火災(zāi)，行業(yè)內(nèi)也有許多重大事故報(bào)道，比如今年最近發(fā)生的某公司“5.6”液氮平底罐事故以及“7.19”義馬事故。

因此分析低溫平底儲(chǔ)罐的失效模式，針對其失效機(jī)理，采取相應(yīng)防護(hù)措施，對低溫平底儲(chǔ)罐的本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)是非常重要的。

低溫液體平底儲(chǔ)罐的主要部件及典型結(jié)構(gòu)如圖5所示。

它的主要危險(xiǎn)是低溫液體大量泄漏，引起的原因是內(nèi)筒破裂、液體管道破裂或倒塌，其失效模式如 圖6所示

根據(jù)圖6的主要失效模式，下面對低溫液體平底儲(chǔ)罐的失效機(jī)理及防護(hù)措施進(jìn)行分析研究

（一）內(nèi)容器本質(zhì)安全化

1. 內(nèi)容器的失效機(jī)理

內(nèi)壓使內(nèi)容器產(chǎn)生向上的抬升力，當(dāng)抬升力超過地腳錨帶的極限時(shí)，可能產(chǎn)生失效，其后果是內(nèi)容器地腳徹底斷裂，底板撕裂，筒體被推向上，大量液體隨之泄漏(如圖3所示）

2.本質(zhì)安全化措施

第一，內(nèi)容器本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)。采用奧氏體不銹鋼材料建造內(nèi)容器，保證它的低溫韌性；結(jié)構(gòu)上采用筒體與壓環(huán)全焊透，自支撐式拱形頂蓋。罐頂設(shè)計(jì)成先于其他部分破裂的薄弱點(diǎn)——易碎罐頂，采用爆破片實(shí)現(xiàn)所謂的薄弱易碎罐頂。石墨爆破片安裝于內(nèi)容器頂部人孔。按照以上設(shè)計(jì)原則，根據(jù)潛在影響后果，注重強(qiáng)弱順序，按可能的后果及其試驗(yàn)方法，對不同部件采用不同的安全系數(shù)，在各個(gè)壓力段范圍內(nèi)提供確實(shí)的安全余量，如操作壓力范圍、安全泄放裝置壓力范圍及相應(yīng)機(jī)械強(qiáng)度極限的壓力范圍，所有部件的設(shè)計(jì)參數(shù)均以爆破片的爆破壓力作為基準(zhǔn)。

第二，地腳系統(tǒng)本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)。內(nèi)容器地腳采用錨帶錨板結(jié)構(gòu)；錨帶用與筒體相同材料的標(biāo)準(zhǔn)扁鋼制成；地腳錨帶預(yù)埋于儲(chǔ)罐混凝土底板內(nèi)，錨帶均勻分布于內(nèi)容器圓周上并且每個(gè)埋地處用鋼筋 加強(qiáng)。混凝土底板中的筒體地腳錨帶和拱頂與筒體的連接部件均應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是壓力容器的一部分。也就是說，地腳錨帶也應(yīng)當(dāng)按容器設(shè)計(jì)、制造規(guī)程進(jìn)行壓力試驗(yàn)，確保建造質(zhì)量。在固定筒體之前，根據(jù)需要，對一定數(shù)量的地腳錨帶(一般最少4個(gè))逐個(gè)進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)力大于等于錨帶最大設(shè)計(jì)應(yīng)力值，用以檢驗(yàn)錨帶埋于混凝土底板的連接強(qiáng)度。它是低溫平底儲(chǔ)罐與土建結(jié)構(gòu)兩個(gè)專業(yè)之問的關(guān)鍵交接點(diǎn)，拉拔試驗(yàn)用于驗(yàn)證這個(gè)交接點(diǎn)是整個(gè)儲(chǔ)罐系統(tǒng)的最強(qiáng)部分。

第三，超壓安全控制回路的設(shè)計(jì)。超壓安全控制回路由壓力檢測、控制系統(tǒng)及執(zhí)行閥門組成，按設(shè)定的安全邏輯進(jìn)行控制動(dòng)作，如報(bào)警、壓力高時(shí)關(guān)閉所有進(jìn)液閥門、壓力低時(shí)關(guān)閉所有出液閥等。

（二）液體管道本質(zhì)安全化

1. 液體管道失效機(jī)理

低溫平底儲(chǔ)罐內(nèi)部管道失效除溫差引起的二次應(yīng)力外，還有端點(diǎn)位移引起的二種失效模式：第一個(gè)是內(nèi)容器壓力向上的抬升力超過管道與內(nèi)容器連接處的許用應(yīng)力；第二個(gè)絕熱夾層壓力使外容器產(chǎn)生向上的抬升力超過管道與外容器連接處的許用應(yīng)力。這兩種情況可能的失效后果是內(nèi)容器地腳變形或局部破裂、內(nèi)容器或外容器與管道相對變形位移、管道局部破裂以及液體泄漏，如圖8所示。

低溫平底儲(chǔ)罐外部管道失效機(jī)理：柔性不夠，碳?xì)浠衔锓e聚爆炸以及外部荷載沖撞或泵火災(zāi)引起的多米諾效應(yīng)。

2.本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)措施

合理的絕熱夾層內(nèi)管線設(shè)計(jì)：管道布置自補(bǔ)償，不允許有位于夾層內(nèi)的管道膨脹節(jié)。管道穿外容器 壁設(shè)計(jì)：從混凝土底板穿出，而一般不從外容器側(cè)壁穿出。如必須側(cè)壁穿出時(shí)需要特殊設(shè)計(jì)，從而避免外容器對管道的影響。液體抽出管安全設(shè)計(jì)：安裝自動(dòng)切斷閥用以緊急切斷響應(yīng)；配備用于維修的自動(dòng)閥和位于上游的手動(dòng)切斷閥；在靠近自動(dòng)閥的高點(diǎn)設(shè)置氣封，用以改善維修閥門時(shí)的可靠性及安全性；液氧管道配置防碳?xì)浠衔锓e聚的熱虹吸管；自動(dòng)閥后管道加設(shè)大剛度的固定點(diǎn)；管道系統(tǒng)需要好的柔性。設(shè)置安全閥和翻板裝置作為夾層超壓安全保護(hù)裝置。

（三）相關(guān)危險(xiǎn)防范措施

1. 溢流防范措施

（1）失效機(jī)理

如果沒有溢流保護(hù)系統(tǒng)或它不起作用，液體就可能到達(dá)內(nèi)容器頂部，并且可能再上升到達(dá)安全閥底，導(dǎo)致罐頂向上抬升的靜壓很大，一般可以達(dá)到設(shè)計(jì)壓力的幾倍，而內(nèi)容器罐頂?shù)陌踩y卻不會(huì)動(dòng) 作，所以罐頂?shù)陌踩y不能作為溢流的防護(hù)措施(如圖9所示)

圖9 溢流危險(xiǎn)

（2）本質(zhì)安全化安全防護(hù)措施

配備實(shí)質(zhì)物理上的真正溢流管，并且在溢流管上配置溢流安全閥，并且設(shè)置防溢流安全保護(hù)回路，它由兩個(gè)獨(dú)立的液位檢測、控制系統(tǒng)及執(zhí)行閥門組成，按設(shè)定的安全邏輯進(jìn)行控制動(dòng)作。

2. 氣相超壓防范措施

（1）失效機(jī)理

氣相超壓可能發(fā)生在當(dāng)蒸發(fā)和閃蒸的流量大于放空閥排放流量的時(shí)候。由于罐頂連接強(qiáng)度一般大于地腳錨帶，所以超壓主要影響內(nèi)容器地腳系統(tǒng)。

（2）安全防護(hù)措施

如前所敘的合理內(nèi)容器設(shè)計(jì)及合理的地腳系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并且設(shè)置多層超壓安全控制及泄放裝置，它們分別是放空閥、安全閥和爆破片。配置壓力控制閥，至少2個(gè)安全閥，其設(shè)置應(yīng)當(dāng)保證儲(chǔ)罐運(yùn)行中至少有1個(gè)安全閥作用，能排放100％的安全泄放流量，即使有一個(gè)發(fā)生故障或維修時(shí)也應(yīng)當(dāng)保證1個(gè) 安全閥工作。超壓安全控制回路按前所敘。

3. 地震防范措施

（1）失效機(jī)理

橫向地面運(yùn)動(dòng)引起筒體及液體諧振，有兩個(gè)主要破壞作用：水平荷載引起液體晃動(dòng)；垂直荷載產(chǎn)生傾復(fù)力矩，液體晃動(dòng)可能損壞頂蓋和頂部筒體。兩個(gè)作用均影響地腳系統(tǒng)，當(dāng)然液位高時(shí)可能影響頂蓋。典型的地震破壞是筒壁屈曲，即所謂的“象腿”。

（2）安全防護(hù)措施

采用合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、混凝土底板設(shè)計(jì)及地腳系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并采用高強(qiáng)度的絕熱泡沫玻璃磚；經(jīng)有資質(zhì)的土建工程師審批基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及地震計(jì)算。

4. 其他失效模式防范措施

（1）頂部壓環(huán)破壞和頂部連接破裂

它的失效模式是突然氣體卸壓、氣體及珠光砂泄漏噴射，可能無液體泄漏。合理的內(nèi)容器設(shè)計(jì)是其安全防護(hù)措施。

（2）負(fù)壓防范措施

真空負(fù)壓可能發(fā)生于：儲(chǔ)罐筒體冷卻太快或充裝過冷液體時(shí)；排液過快時(shí)；液壓試驗(yàn)后排液沒有將放空閥或人孔打開時(shí)；排液時(shí)增壓系統(tǒng)有問題時(shí)；充裝時(shí)氣體冷凝時(shí)；裝填珠光砂時(shí)。合理的夾層保護(hù)設(shè)計(jì)和防真空安全裝置是其安全防護(hù)措施。

夾層保護(hù)設(shè)計(jì)：用干燥氮?dú)獠粩喑淙藠A層以驅(qū)趕潮氣及防止罐體最初冷卻時(shí)的真空。配備氣源調(diào)壓器及背壓調(diào)壓器，2個(gè)調(diào)節(jié)器可用二級壓力調(diào)節(jié)器替代，氣源調(diào)壓器信號(hào)由背壓調(diào)壓器反饋，用轉(zhuǎn)子流量計(jì)監(jiān)測流量，以保證夾層空間壓力正常；安裝壓力變送器，當(dāng)夾層空間超出壓力范圍時(shí)向操作員報(bào)警。

（3）溢流區(qū)及溢流監(jiān)測

為保證不可避免的液體泄漏，如少量排液、充車管道等，應(yīng)當(dāng)設(shè)置溢流區(qū)，使低溫液體流向非敏感設(shè)備或區(qū)域，如電器儀表等區(qū)域。溢流區(qū)體積按安全等級設(shè)定為儲(chǔ)罐體積的百分比(最少5％）。溢流探測安全控制回路由低溫液體探測儀及溫度探測儀等組成。設(shè)置急停按鈕用于儲(chǔ)罐緊急安全隔離。

本文介紹探討了液空集團(tuán)冷箱和平底罐本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)，希望能夠?qū)π袠I(yè)安全做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)。空分設(shè)備作為鋼鐵，化工，煤化工或石油化工企業(yè)重要的公輔設(shè)施，它的長期可靠安全運(yùn)行對于全企業(yè)的安全生產(chǎn)具有顯著影響。因此，在設(shè)計(jì)階段充分辨識(shí)各個(gè)工藝和設(shè)備中潛在的危險(xiǎn)及其失效機(jī)理，針對性地采用風(fēng)險(xiǎn)控制手段，是實(shí)現(xiàn)空分本質(zhì)安全化或更安全設(shè)計(jì)的關(guān)鍵或根本手段。