制氧機(jī)砂爆事故的分析及塔內(nèi)進(jìn)砂的清理

韓彩云

（承德燕山氣體公司，河北 承德 067002）

去年，國(guó)內(nèi)某冶金企業(yè)大型制氧機(jī)空分設(shè)備冷箱內(nèi)出現(xiàn)液氧管道漏液，漏液后主冷箱板由于承受液態(tài)氧的低溫而脆裂，最終造成空分主冷箱與主板式換熱器冷箱連接天橋部位凍裂并伴隨冷氣外泄。漏液后，機(jī)組隨即計(jì)劃停機(jī)搶修。在停機(jī)后空分設(shè)備復(fù)溫過程中發(fā)生一起砂爆事故，事故導(dǎo)致主冷箱板撕裂，部分空分管線受損、大量珠光砂進(jìn)入塔內(nèi)[1]。

1 泄漏及砂爆原因分析

1.1 間接原因

一方面事故機(jī)組珠光砂的松散容重超行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（45kg/m3—60kg/m3）45.9kg/m3—77.3kg/m3。由于珠光砂松散容重過大，導(dǎo)致珠光砂滲透性及透氣性差，引起冷箱充氮密封效果下降，形成珠光砂凍塊。制氧機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)主冷箱內(nèi)產(chǎn)生珠光砂凍塊：另一方面該制氧機(jī)冷箱充氮保護(hù)系統(tǒng)時(shí)正壓時(shí)負(fù)壓、無法將四壁及頂部絕對(duì)密封，造成空氣進(jìn)入，空氣中的水份遇低溫析出結(jié)冰，形成珠光砂凍塊。另外，由于主冷凝蒸發(fā)器液位計(jì)儀表管管徑細(xì)，相應(yīng)其角閥銅管焊縫處會(huì)薄弱。當(dāng)機(jī)組開車、加溫過程中塔器開始向上伸展并向常態(tài)逐漸恢復(fù)，連帶泄漏儀表銅管上升（正常應(yīng)力變化）產(chǎn)生向上的力，而此處有珠光砂凍塊，阻礙儀表銅管上行，導(dǎo)致該管線焊縫薄弱處受損并導(dǎo)致漏液[2]。

1.2 直接原因

泄漏的液氧積聚在珠光砂內(nèi)，成為導(dǎo)致此次冷箱砂爆事故的能量爆發(fā)源。

停機(jī)后冷箱復(fù)溫過程中，由于溫度差引起的熱交換使漏入砂內(nèi)的液體汽化，發(fā)生極速物理膨脹，壓力撐鼓冷箱體，撕裂箱體鋼板，拉斷內(nèi)部管道，造成冷箱鋼板飛出，大量珠光砂噴出冷箱外的同時(shí)部分珠光砂進(jìn)入塔器內(nèi)部，發(fā)生空分主冷箱砂爆事故。

2 塔內(nèi)進(jìn)砂的處理

此次事故導(dǎo)致本套制氧機(jī)部分冷箱板嚴(yán)重鼓包變形，冷箱北側(cè)2帶板撕裂，同步引起下塔壓力氮管道在塔體器壁處拉斷、下塔液氮回流管道在出下塔至V11閥門之間的管道焊口處裂開，下塔內(nèi)部進(jìn)入大量珠光砂[3]。

2.1 進(jìn)砂情況檢查

本次，珠光砂檢查工作中，該廠采取人工與電子設(shè)備相結(jié)合的檢查方法，極大地提高了工作效率：1）首先沿原對(duì)接處斷開與下塔相連的管道、割開下塔頂部人孔，通過肉眼觀察或手摸可查范圍內(nèi)進(jìn)砂量，切口處沒有珠光砂的地方。2）對(duì)于塔器內(nèi)視線外的地方，利用電子內(nèi)窺鏡進(jìn)行360℃窺視，確定盲區(qū)內(nèi)進(jìn)砂狀況。

2.2 清砂方案及實(shí)施

鑒于下塔進(jìn)入珠光砂較多、工期緊張、事故地區(qū)氣溫極低的因素，該次清砂采用動(dòng)力風(fēng)機(jī)吸砂的方案：首先對(duì)下塔切開的壓力氮、液空出口、排液口等處用潔凈紗布做好防塵保護(hù)，其次在與塔體相連的兩個(gè)高壓液空進(jìn)口處連接羅茨鼓風(fēng)機(jī)，最后向塔內(nèi)沖入干燥空氣，羅茨鼓風(fēng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)力將充入塔內(nèi)的空氣吸出至塔外；同時(shí)，由于珠光砂松散、顆粒小、質(zhì)量輕的特性，在空氣被吸出塔體的過程中塔板內(nèi)珠光砂被同步攜帶至塔外。

對(duì)于液空進(jìn)口槽下面溢流斗及下層塔板上的溝、槽部位的積砂，采取在下塔與液空進(jìn)料口標(biāo)高相同的塔壁上用手槍鉆破開兩個(gè)操作人孔，在人孔處將兩臺(tái)工業(yè)用的大功率吸塵器探入塔內(nèi)進(jìn)行清砂作業(yè)。清砂結(jié)束后，焊接專業(yè)專家對(duì)下塔開孔部位進(jìn)行密封：首先對(duì)塔體用厚壁管焊接，然后用管帽密封接管。

對(duì)于出過冷器至V2閥門之間的污液氮管道，及出上塔的低壓氧管路，及與這些管線相連的上塔及其管道，人工能夠進(jìn)入的地方采取人工清砂，人員無法觸及的采用將中壓干燥氮?dú)鉁p壓至～0．08MPa后，從下至上分步間歇性反復(fù)吹掃的方法清理。

清砂結(jié)束后，對(duì)下塔及相關(guān)管道、設(shè)備進(jìn)行了嚴(yán)格的氣壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)。按照J(rèn)B/T4730.1-2005《承壓設(shè)備無損檢測(cè)-通用要求》對(duì)焊接接頭做了無損檢測(cè)；按照J(rèn)B/T4730.5-2005《承壓設(shè)備無損檢測(cè)-滲透檢測(cè)》要求對(duì)焊縫進(jìn)行了100%著色滲透檢測(cè)。所有檢測(cè)結(jié)果達(dá)I級(jí)合格。

93天后，制氧機(jī)空分系統(tǒng)全部搶修結(jié)束，機(jī)組啟動(dòng)后排放下塔、主冷液體查看未發(fā)現(xiàn)珠光砂粉末等雜質(zhì)。后經(jīng)過一個(gè)月考核，機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)穩(wěn)定各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)事故前水平。

3 制氧機(jī)砂爆事故的預(yù)防

借鑒此次砂爆事故教訓(xùn)，建議行業(yè)制氧機(jī)用戶在空分冷箱的日常管理中一是要加強(qiáng)冷箱充氮管理，100%時(shí)間內(nèi)保持冷箱氮壓為正值，冷箱外殼不泄露；二是冷箱內(nèi)有管道泄漏時(shí)要立即停機(jī)，停機(jī)后空分設(shè)備要靜置一段時(shí)間，讓泄漏至珠光砂的液體、及塔內(nèi)低溫液體自然氣化。機(jī)組靜置時(shí)間段內(nèi)，值班人員要密切監(jiān)視冷箱壓力，禁止擅自加大冷箱保護(hù)氮?dú)馔ㄈ肓?；裝置靜止時(shí)間、排液時(shí)機(jī)視漏液量大小、塔內(nèi)溫度決定，嚴(yán)格禁止在冷箱溫度在零度以下時(shí)扒砂檢修。三是要制定《空分冷箱珠光砂裝卸安全規(guī)程》，作強(qiáng)制性執(zhí)行，確保裝卸珠光砂規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。四是要求制定嚴(yán)格的操作規(guī)程，防止塔內(nèi)碳?xì)浠衔铩⒁胰矚獾木奂?。五是在新砂裝填、舊砂回填之前均進(jìn)行松散容重、含水量等指標(biāo)的檢測(cè)，檢測(cè)合格的珠光砂進(jìn)行裝填。

4 結(jié)語

隨著空分設(shè)備大型化，空分冷箱隨之加大、升高，冷箱內(nèi)充填的珠光砂容量隨之增多，如果對(duì)冷箱內(nèi)珠光砂的管理不當(dāng)，就會(huì)發(fā)生砂爆事故。砂爆事故不但會(huì)使設(shè)備受到嚴(yán)重?fù)p害，而且嚴(yán)重危及人員生命安全。為了嚴(yán)防空分冷箱砂爆事故的發(fā)生，在珠光砂質(zhì)量管理、空分冷箱充氣、珠光砂裝卸等方面都要制訂嚴(yán)格的操作標(biāo)準(zhǔn)，并要求員工強(qiáng)制性執(zhí)行，從而確?？辗掷湎涔芾淼囊?guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，保證安全生產(chǎn)。