制氧機(jī)氧氣管道凍裂事故分析及處理

方 亮

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424)

1 引言

貴溪冶煉廠動(dòng)力(制氧)車(chē)間KDOAr－25000/5000/1200制氧機(jī)籌建于2006年，2007年7月正式投產(chǎn)，投產(chǎn)初期氧氣流量及純度均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于氬提取裝置設(shè)計(jì)上存在缺陷，導(dǎo)致液氬產(chǎn)品產(chǎn)量和設(shè)計(jì)量相差較大，經(jīng)2008年12月份改造后，液氬產(chǎn)品產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計(jì)值。制氧機(jī)組由四川空分設(shè)備(集團(tuán))有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)成套，采用氮水預(yù)冷系統(tǒng)、分子篩吸附凈化流程、冷、熱端增壓透平膨脹機(jī)、規(guī)整填料塔和全精餾無(wú)氫制氬技術(shù)以及DCS控制系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)有氧氣內(nèi)壓縮流程，同時(shí)向用氧單位供送壓力為30KPa的低壓氧氣和壓力為0.8MPa的中壓氧氣，低壓氧設(shè)計(jì)流量18000Nm3/h，中壓氧設(shè)計(jì)流量7000Nm3/h。

2 事故發(fā)生經(jīng)過(guò)

2013年5月29日，貴冶動(dòng)力車(chē)間 KDOAr－25000/5000/1200制氧機(jī)按計(jì)劃安排停機(jī)檢修，10:00左右停機(jī)完畢，按操作規(guī)程關(guān)閉所有需要關(guān)閉的閥門(mén)，主冷凝蒸發(fā)器及液氧蒸發(fā)器保持高液位靜置，下午15:23，當(dāng)班班長(zhǎng)發(fā)現(xiàn)低壓氧氣管道壓力急速上升，高達(dá)130KPa，比正常供氧時(shí)的壓力高了將近100KPa，氧氣流量更是達(dá)到了流量計(jì)量程上限(50000Nm3/h)，同時(shí)氧氣溫度快速下降至0℃以下［1－2］。于是迅速打電話向工段匯報(bào)，分管領(lǐng)導(dǎo)及正副工段長(zhǎng)等人聞?dòng)嵹s至?xí)r，發(fā)現(xiàn)制氧機(jī)空分塔冷箱周?chē)教幎际前酌Ｃ５睦錃?，便攜式測(cè)氧儀顯示周?chē)h(huán)境氧氣濃度高報(bào)警，仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)出冷箱氧氣管道上間隔有裂縫并不斷有液體噴出，安全員迅速組織人員拉好警戒線，疏散人群，并聯(lián)系安全環(huán)保部和保衛(wèi)部封鎖附近馬路，安排消防車(chē)輛做好消防準(zhǔn)備。同時(shí)，工段組織人員對(duì)空分塔進(jìn)行排液，并啟動(dòng)空壓機(jī)向空分塔通氣復(fù)熱、置換，聯(lián)系檢修隊(duì)伍落實(shí)檢修方案［3－4］。

3 原因分析

3.1 事故背景

制氧機(jī)停機(jī)檢修的當(dāng)天，計(jì)控車(chē)間計(jì)劃利用停機(jī)機(jī)會(huì)對(duì)該制氧機(jī)空分塔上的一些氣動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行檢查維護(hù)，在取得當(dāng)班班長(zhǎng)同意之后，儀表人員于下午14:00開(kāi)始在 DCS上操作計(jì)劃維護(hù)的氣動(dòng)閥門(mén)。

3.2 原因分析

事故發(fā)生之后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況判斷，可以判定有液氧進(jìn)入氣氧供氧管道，造成管道凍裂。至于液氧的來(lái)源，初步分析原因?yàn)?液氧蒸發(fā)器液氧液位不斷上漲，最后滿出液氧蒸發(fā)器并溢流進(jìn)其出口氧氣管道，常溫氧氣管道在低溫液體進(jìn)入后驟冷，應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致凍裂［5］。繼而通過(guò)查看DCS趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，制氧機(jī)停機(jī)后液氧蒸發(fā)器液氧液位已經(jīng)處在較高位置3400mm(正常工作液位為 2800mm)，而在14:26時(shí)迅速漲至液位3600mm，也即是液氧蒸發(fā)器的最大量程;液氧蒸發(fā)器壓力則是在15:21急速上漲，出塔氧氣管道的氧氣溫度也是在同一時(shí)間開(kāi)始急速下降至－90℃(正常為15℃ －20℃)。分析認(rèn)為，如果是因?yàn)橹骼淠舭l(fā)器液氧進(jìn)液氧蒸發(fā)器閥門(mén)5LICA5關(guān)閉不嚴(yán)造成液氧蒸發(fā)器液位不斷上漲而引發(fā)氧氣管道凍裂的話，那就應(yīng)該不會(huì)在14:26才出現(xiàn)液氧蒸發(fā)器液氧液位急速上漲現(xiàn)象(制氧機(jī)在上午10:00即已停機(jī)靜置)，同時(shí)也不會(huì)在隔了將近一小時(shí)之后才突然發(fā)生氧氣管道壓力急速上升現(xiàn)象，所以我們將事故原因鎖定為14:26和15:20左右人為操作了相關(guān)氣動(dòng)閥門(mén)所致。通過(guò)查看DCS操作記錄發(fā)現(xiàn)，分別在14:25和15:20有工藝液氧泵回流閥5PIC3全開(kāi)及液氧蒸發(fā)器頂部氧氣回上塔閥門(mén)5HC5全開(kāi)的操作記錄，而這段時(shí)間儀表人員恰在對(duì)空分塔上部分氣動(dòng)閥門(mén)做動(dòng)維護(hù)。和我們所推斷的結(jié)論相吻合。制氧機(jī)空分系統(tǒng)簡(jiǎn)要流程如圖1所示:

圖1 空分系統(tǒng)氧氣管路流程簡(jiǎn)圖

(1)機(jī)組停機(jī)后，雖然工藝液氧泵停運(yùn)，但是泵后液氧管道存在殘留液氧自蒸發(fā)，所以管道里保留有將近0.7MPa的壓力，當(dāng)儀表人員將液氧泵回流閥5PIC3打開(kāi)時(shí)，板式換熱器中殘留的液氧在管道壓力的作用下回流至液氧蒸發(fā)器內(nèi)，造成了液氧蒸發(fā)器液氧液位在14:26時(shí)的突然上漲。

(2)機(jī)組停機(jī)后，隨著下塔液空打回上塔和上塔上升蒸汽壓的降低，塔板上的液體會(huì)逐漸流回至主冷凝蒸發(fā)器，導(dǎo)致主冷凝蒸發(fā)器液位超出正常工作液位，滿過(guò)了液氧蒸發(fā)器頂部氧氣回上塔管道的進(jìn)口，當(dāng)儀表人員在15:20打開(kāi)閥門(mén)5HC5時(shí)，主冷凝蒸發(fā)器液氧在位勢(shì)差壓的作用下隨著該管道流至液氧蒸發(fā)器，隨著液氧蒸發(fā)器液位的上漲，逐漸滿出并溢進(jìn)了氧氣管道，導(dǎo)致了塔外氧氣管道凍裂事故的發(fā)生。

(3)儀表人員對(duì)制氧工藝不了解，在操作閥門(mén)時(shí)未及時(shí)告知制氧崗位人員，制氧崗位人員也未跟蹤監(jiān)控，且操作完后未按規(guī)程要求對(duì)閥門(mén)及時(shí)復(fù)位是造成此次事故的直接原因。

4 事故處理及整改措施

4.1 事故處理

事故發(fā)生后，工段迅速做好消防安全措施，立即組織人員對(duì)主冷凝蒸發(fā)器和液氧蒸發(fā)器進(jìn)行排液處理。當(dāng)天晚上22:00啟動(dòng)空壓機(jī)向空分塔通氣置換，由于生產(chǎn)用氧緊張，沒(méi)有足夠的時(shí)間對(duì)空分塔做徹底的復(fù)熱，所以計(jì)劃在空分塔及氧氣管道置換徹底后即進(jìn)行停機(jī)檢修，5月30日下午13:00，經(jīng)多次測(cè)量空分塔各吹除口及氧氣管道出口氧含量達(dá)到檢修要求(20.9%)后，即停機(jī)安排檢修，為進(jìn)一步確保檢修時(shí)動(dòng)火作業(yè)的安全，同時(shí)避免空分塔負(fù)壓倒吸潮氣引起管道堵塞，我們向空分塔內(nèi)通入了少量低壓氮?dú)?，氣源為另一套正在運(yùn)行的制氧機(jī)提供(如圖2示)，控制氧氣管道內(nèi)壓力在1－2KPa，6月1日晚23:00，空分塔外凍裂管道更換完畢，遂重新開(kāi)啟空分系統(tǒng)進(jìn)行吹掃、冷卻、積液、調(diào)純，6月2日晚18:30順利送出合格氧氣，制氧機(jī)生產(chǎn)恢復(fù)正常［6］。

圖2 空分塔通氣保壓流程簡(jiǎn)圖

4.2 為避免此類(lèi)事故再次發(fā)生，我們商討指定出如下整改措施

(1)如遇檢修并需停運(yùn)機(jī)組時(shí)，在停運(yùn)機(jī)組后，迅速全關(guān)空分塔所有液體和對(duì)外氣體閥門(mén)，并安排人員到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)閥門(mén)動(dòng)作到位。

(2)閥門(mén)5HC5本為調(diào)整氬系統(tǒng)餾分含量所設(shè)計(jì)，但是在實(shí)際操作中并無(wú)效果，而且該閥門(mén)所在管道至上塔的入口離主冷全浸液面高度僅800mm，為避免停機(jī)后主冷液氧上漲隨該管道流進(jìn)液氧蒸發(fā)器，所以在系統(tǒng)停機(jī)時(shí)必須確保該閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。

(3)儀表人員需要檢修閥門(mén)需通過(guò)正常程序和制氧工段負(fù)責(zé)人聯(lián)系，并出具詳細(xì)檢修計(jì)劃，獲得制氧工段同意后，方可進(jìn)行檢修，檢修期間制氧工段需安排人員密切跟蹤;DCS嚴(yán)禁儀表人員操作，如有需要，應(yīng)由制氧工段崗位人員協(xié)助完成。

5 結(jié)語(yǔ)

制氧機(jī)生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)步驟都離不開(kāi)儀控系統(tǒng)，關(guān)鍵閥門(mén)的動(dòng)作都是靠?jī)x表系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵參數(shù)也都是通過(guò)儀表系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，只有在儀表程序正常的前提下，制氧機(jī)才能正常運(yùn)行。因此，在進(jìn)行儀表系統(tǒng)的檢修錢(qián)必須要先對(duì)其可能引發(fā)的后果進(jìn)行嚴(yán)密的分析，并做好詳細(xì)的應(yīng)急處理方案，并在實(shí)施檢修的過(guò)程中，安排專(zhuān)人對(duì)DCS控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全程監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即終止檢修，并做好處理工作。否則，就可能會(huì)引發(fā)大的設(shè)備乃至人身安全事故。

［1］ 馬大方.氧氣管道安全措施［J］.深冷技術(shù)，2009(6):49－58.

［2］ 楊秉彪.氧氣管道放散管底部開(kāi)裂和氧氣閥門(mén)泄漏的處理［J］.工業(yè)氣體安全，2009(3):22 －23.

［3］ 劉平，宋玉輝，閆長(zhǎng)松.氧氮液化設(shè)備低溫液體泄漏的原因分析與處理［J］.深冷技術(shù)，2009(6):8－9.

［4］ 周家建，張斌.空分設(shè)備冷箱內(nèi)漏液的處理［J］.工業(yè)氣體安全，2009(3):20－21.

［5］ 林知望.一起空分設(shè)備常溫空氣管道凍裂事故分析［J］.深冷技術(shù)，2009(7):61－63.

［6］ 湯學(xué)忠，顧福民.新編制氧工問(wèn)答［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2001.