大型空分冷箱 “液爆与砂爆”及防范

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  型空分冷箱 “液爆与砂爆”及防范
摘要：针对大型空分设备空分冷箱发生多起“液爆与砂爆”的事故，从设计方、安装施工方、使用单位三方分析了其中原因；并就所存在的问题，结合一些实际情况，提出了相应的防范措施。
关键词：大型空分   冷箱    液爆与砂爆    珠光砂   
1.前言
随着我国空分设备国产化、大型化的发展趋势，对空分冷箱内的管道、容器以及空分冷箱等防爆提出了更高的要求。目前，我国对大型空分塔的化学性爆炸有一套完善的防范措施，增设了许多检测手段，有离线和在线分析仪如二氧化碳分析仪、气相色谱分析、油份分析、氧化亚氮分析等，但对空分塔的物理性爆炸则分析研究得较少，因此，相应的防范设施、措施也不多，近几年来，我国大型空分塔先后分别出现了多起因空分冷箱内漏液及由此而引起的 “砂爆与液爆”，就笔者所知的，很多空分厂在空分塔的运行或检修扒砂过程中先后都出现了“液爆与砂爆”，造成了冷箱鼓胀及冷箱内空分设备受不同程度的破坏，甚至直接危胁人的生命，机组直接停产，严重影响了企业正常生产秩序。因此，如何防范空分设备空分冷箱的“液爆与砂爆”，是大型空分设备确保安全运行所面临的一个新的研究课题。
2.空分塔发生“液爆与砂爆”的原因：
从以上所提及的各空分生产厂的事故现象来看，空分塔冷箱出现的“液爆和砂爆”可分为两种情况：一是空分冷箱正在运行中的喷砂，二是空分停车检修扒砂时的喷砂。
根据所了解的这几起事故分析情况分析，产生“液爆和砂爆”的主要原因就是空分冷箱内漏液或存有一定量的低温液体，而现在空分冷箱内的保温材料含水率低，流动性能好，通过保温材料比较,现在的保温材料体积小、重量轻、绝热性能好，流动性强，所以当冷箱内存有的这部分低温液体在密闭的空分冷箱内受热和受扰动后急剧气化，冷箱内压力急剧升高，冷箱中的保温材料珠光砂在低温液体急剧气化膨胀的作用下，随气流通过压力释放口喷出冷箱，从而形成了“液爆与砂爆”。当然，大型空分冷箱的进一步增高，也加大了砂爆的威力。
2.1空分冷箱正在运行中出现“液爆和砂爆”的原因分析：
空分冷箱在运行中出现“液爆和砂爆”，其根本原因是冷箱内出现了一定低温液体量的泄漏。这部分所漏的低温液体受空分管线、容器内的压力冲击进入冷箱，与珠光砂混合迅速气化产生高压而形成破坏作用。空分冷箱内漏液的原因有很多，但就从近几年几起空分冷箱的类似事故来看，漏点大多集中在液体管的调节阀进出口管道大小头的焊缝处及管道的裂缝上。从几起事故来看，明显存在空分冷箱内管道、阀门、容器焊接、安装不规范，管架、阀架等设置、制作不合理的情况，很多的管架、阀架未按图施工制作，管道配管和焊接也没有很好地按要求进行。所以，这就需要设计制造方、安装施工方、业主使用方就如何防止空分冷箱内漏液，在设计软件、制造工艺、新材料的应用、施工的质量管理、使用单位的现场监督及验收等各方面下功夫。
冷箱内管道断裂的原因主要有以下几个方面：
2.1.1材料供应把关不严，尽管材料标识名称与设计一致。如某厂“6000”空分设备改造为无氢制氩空分流程。原材料供应由用户自行采购，材料到厂后没有检验校核,结果设备投运后造成冷箱内管道多次泄漏。
2.1.2用户盲目强调工期，不切实际要求进度，造成施工企业疲劳作业、不按规范施工，不顾条件要求施工。
2.1.3施工单位为了节约成本或抢工程进度，导致管道焊接或阀架、管架安装不符合要求。如某厂的6500空分设备，在安装调试正常生产后不到一周的时间，就出现管道漏液的情况，被迫停机扒砂检修。
2.1.4空分设备制造厂设计部门还是采用传统的管道自补偿设计方法。采用球型补偿器，可以解决管道自补偿不足的问题。
2.1.5冷箱设计缺陷或密封气布置不合理，造成冷箱内珠光砂结块，管道挤压变形易断裂。
1.2空分冷箱停车扒砂过程中出现“液爆和砂爆”的原因分析：
空分冷箱停车扒砂过程中出现“液爆和砂爆”，主要原因之一也是冷箱保温材料内存有一定数量的液体。当需要扒砂检修时，往往检修人员会先打开冷箱下部人孔，此时，珠光砂就顺势而出，热的空气就必然会进入冷箱，使冷箱内空气对流，加上珠光砂的流动磨擦，导致存留在珠光砂内的低温液体急剧气化，冷箱内压力迅速升高，聚集的能量从卸砂人孔口释放，产生砂爆。空分冷箱内所存有的一定数量的液体主要是空分冷箱内漏液，再就是空分运行中冷箱内进空气，形成氧组分冷凝产生液体。冷箱内漏液的原因，很多前面已有说明，而空分冷箱气体的冷凝也是存在的，空分冷箱内气体冷凝现象，大致在冷箱内气体中氧含量达15%左右时就开始发生，而一旦冷箱内气体中氧含量达到20%以上，则气体冷凝现象肯定发生。所以，应保证足够的冷箱密封气。
空分冷箱停车扒砂过程中出现“液爆和砂爆”原因之二，就是针对大型空分冷箱的扒砂技术和规范要求，大家认识不够、研究不多，目前还没有形成一套较为完整的空分冷箱扒砂的技术规范。所以，在扒砂过程中，有的生产企业为了抢时间，采取取消或缩短了空分冷箱保温材料的加温时间，或直接将冷箱底部的人孔打开、或擅自加大加温气量、或未将冷箱顶部的装料口以及冷箱安全阀打开等不科学做法，从而酿成不该发生的事故。
3.防止空分冷箱发生“液爆与砂爆”的防范措施：
由于空分设备的大型化、复杂化，和近几年全精馏制氩及内压缩流程的出现，冷箱的设备也更高更大，使冷箱内管道布置、阀门的安装更加复杂，要求更高了。冷箱内管道、阀门可以说是空分塔的血脉，其畅通与否直接关系到空分的正常运转，而在设计、压力计算和安装验收的任何一个环节出现问题都会导致冷箱内管道的严重变形，拉裂，泄漏，甚至拉坏容积设备等导致冷箱扒砂的重大事故。
为了防止空分冷箱发生“液爆和砂爆”，作为空分设备设计制造单位、安装施工单位、空分设备使用单位，都应认真、细致、深入地进行研究。
3.1.做好设计制造、安装施工中的各项把关措施。
3.1.1近几年来，设计制造方从国外引进或购买了许多冷箱内管道的布置设计软件如PDMS三维工厂模型设计系统，从而应用计算机软件实现了空分设备配管三维设计，二维出图的新模式，在管道应力分析计算方面，也引进了一些新的分析软件如CAESARⅡ，AUTOPIPE，Simplex等，确保了冷箱内管道有足够的柔性以及管架的合理布置，保证了空分的安全运转。但设计制造方在冷箱的设计上应考虑更全面，冷箱上的安全防爆阀也应设计得更科学合理，以便在冷箱出现“液爆与砂爆”时，能及时从安全阀释放能量，从而防止冷箱的鼓胀事故。因此，设计制造方和设备使用方应加强信息和技术的交流，以达到冷箱防爆技术的更加完善。
3.1.2安装施工方在安装过程中，应严格遵守工艺纪律，加强质量控制。做好管道的配管、焊接和无损检测等管理工作，如对大小管道采用不同的材质，如某厂10000空分设备就是因为管架、阀架制作安装不规范，V1阀进口缩接小头处断裂，造成冷箱“液爆与砂爆”，并且冷箱鼓胀。
3.1.3空分设备使用单位在设备的安装过程中，应积极主动介入，加强对施工过程中的质量监控，认真做好施工后的验收工作。
3.2.做好正常运行中空分冷箱的防范措施。
3.2.1冷箱的密封工作要做好，若密封不严就会在冷箱内产生负压而将冷箱外的空气吸入。
3.2.2确保冷箱密封气的正常供应，从而阻止外界空气侵入。
3.2.3经常注意冷箱内压力和分析冷箱内气体成分，从而判断是否有空气进入冷箱内，冷箱内富氧管道、设备是否发生泄漏，还可由此判断出冷箱内是否已发生气体冷凝现象。
3.2.4增加冷箱内基础温度测量点，将冷箱密封气压力指示显示引入DCS系统中。加强对空分冷箱的各基础温度和密封气压力的点检、巡查工作。
3.2.5加强对空分冷箱外表的点检工作，检查冷箱板是否存在冒汗、结霜、结冰现象，是否有珠光砂从阀门橡皮套中漏出，冷箱内是否有异响等。
3.3.做好停车检修扒砂过程中空分冷箱的防范措施。各单位应制定严密的空分冷箱检修扒砂方案，在此，笔者提出一些相关方案，供大家参考。
3.3.1停车排液，在排液过程中，操作一定要缓慢，防止低温液体冻伤和氧气、氮气、氩气浓度的聚集，防爆防窒息。排放液体时，按先后顺序对液空、液氧、液氮、液氩进行高空排放，排放时，冷箱周围25米严禁动火和有明火。
3.3.2分馏塔进行加温，严格执行设备操作规程，特别是冷箱内漏液体时，更要高度重视，加温时间要确保。加温时，冷箱内密封气的量要适当控制，不得加大。如某钢厂的3200空分设备就是在加温时，冷箱密封气量开得过大，冷箱内液体急剧气化，冷箱出现“液爆与砂爆”，造成冷箱鼓胀，严重受损的重大事故。
3.3.2.1加温前，打开冷箱顶部所有的人孔盖和冷箱上的防爆板。
3.3.2.2关闭所有的排液阀。
3.3.2.3先通少量分子筛后的空气进入冷箱内设备、管道。
3.3.2.4视冷箱密封气压力和冷箱所开人孔喷砂情况决定通入冷箱设备、管道内空气量。
3.3.2.5通气一段时间后，视情况缓慢通入冷箱密封气，加温珠光砂。
3.3.2.6当塔内所有设备、管道上的检测温度及出冷箱人孔密封气温度达到常温时，加温结束。
3.3.2.7加温过程中，应密切注意冷箱的密封气压力，冷箱是否有珠光砂流出，视具体情况调整加温气源压力和加温气流量。
3.3.2.8加温时操作人员在操作阀门时应缓慢进行，防止操作过快导致加温气量和操作压力过大。
3.3.2.9加温期间，操作人员应密切注视冷箱内的声音是否正常。
3.3.2.10测量冷箱内气体含量，其含量应小于20%氧含量，加温结束后，关闭冷箱的密封气，直至冷箱密封气压力指示为零。
3.4.扒砂前应制定周密、详细的扒砂方案。做好扒砂前的各项准备工作，冷箱周围设警戒线，并有在紧急情况下的安全撤离通道。
3.4.1扒砂作业人员一定要穿戴好防护用品。
3.4.2扒砂应从上部开始，上部设置有珠光砂排放口，应从排放口排放。
3.4.3冷箱上部珠光砂扒完后，再打开底部人孔放砂，当打开底部人孔时，人孔的开度应加以控制，控制排砂速度。
3.4.4扒砂过程中，作业人员应密切注意安全，有的空分冷箱喷砂是在扒砂进行到一定时，突然出现的，所以要有安全撤离路线。
3.4.5扒砂时，可借助铲车进行施工，将流出的珠光砂铲到一边进行装袋，以防止装砂人员在卸砂口作业时突然喷砂而无法撤离。
4.结语：
近几年空分行业先后出现的几起空分冷箱“液爆与砂爆”，笔者感触很深，主要有以下几点：
4.1.空分设备制造厂在重视空分流程开发的同时还要重视冷箱、冷箱上的安全防爆系统、管道等设施、部件的设计，制定更加详细、完善的一些操作技术规范。
4.2.作为施工企业单位，应加强与业主使用方的沟通，学习消化制造厂的相关技术资料，加强施工中的质量控制，科学合理安排施工周期。
4.3.生产使用单位要加强日常空分设备维护，重视冷箱安全阀，呼吸筒，冷箱用密封气的管理，保证空分设备长期安全稳定顺行。
4.4.同行业相互之间信息交流太少，随着无氢制氩技术的应用与空分设备规模不断提高，冷箱高度有的可达60米以上，对出现的新的空分设备，针对大的特点，而没有提高相应的认识，大家还是以中小型空分设备操作、维护等管理经验来对待大型空分设备。行业间出现的一些事故，也积累了一些经验教训，但大家没有认真去相互交流，这一、二年大型空分设备连续出现几起类似的冷箱“液爆与砂爆”事故，就说明了这一点。

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