制氧机砂爆事故的分析及塔内进砂的清理

韩彩云

（承德燕山气体公司，河北 承德 067002）

去年，国内某冶金企业大型制氧机空分设备冷箱内出现液氧管道漏液，漏液后主冷箱板由于承受液态氧的低温而脆裂，最终造成空分主冷箱与主板式换热器冷箱连接天桥部位冻裂并伴随冷气外泄。漏液后，机组随即计划停机抢修。在停机后空分设备复温过程中发生一起砂爆事故，事故导致主冷箱板撕裂，部分空分管线受损、大量珠光砂进入塔内[1]。

1 泄漏及砂爆原因分析

1.1 间接原因

一方面事故机组珠光砂的松散容重超行业标准（45kg/m3—60kg/m3）45.9kg/m3—77.3kg/m3。由于珠光砂松散容重过大，导致珠光砂渗透性及透气性差，引起冷箱充氮密封效果下降，形成珠光砂冻块。制氧机长时间运转主冷箱内产生珠光砂冻块：另一方面该制氧机冷箱充氮保护系统时正压时负压、无法将四壁及顶部绝对密封，造成空气进入，空气中的水份遇低温析出结冰，形成珠光砂冻块。另外，由于主冷凝蒸发器液位计仪表管管径细，相应其角阀铜管焊缝处会薄弱。当机组开车、加温过程中塔器开始向上伸展并向常态逐渐恢复，连带泄漏仪表铜管上升（正常应力变化）产生向上的力，而此处有珠光砂冻块，阻碍仪表铜管上行，导致该管线焊缝薄弱处受损并导致漏液[2]。

1.2 直接原因

泄漏的液氧积聚在珠光砂内，成为导致此次冷箱砂爆事故的能量爆发源。

停机后冷箱复温过程中，由于温度差引起的热交换使漏入砂内的液体汽化，发生极速物理膨胀，压力撑鼓冷箱体，撕裂箱体钢板，拉断内部管道，造成冷箱钢板飞出，大量珠光砂喷出冷箱外的同时部分珠光砂进入塔器内部，发生空分主冷箱砂爆事故。

2 塔内进砂的处理

此次事故导致本套制氧机部分冷箱板严重鼓包变形，冷箱北侧2带板撕裂，同步引起下塔压力氮管道在塔体器壁处拉断、下塔液氮回流管道在出下塔至V11阀门之间的管道焊口处裂开，下塔内部进入大量珠光砂[3]。

2.1 进砂情况检查

本次，珠光砂检查工作中，该厂采取人工与电子设备相结合的检查方法，极大地提高了工作效率：1）首先沿原对接处断开与下塔相连的管道、割开下塔顶部人孔，通过肉眼观察或手摸可查范围内进砂量，切口处没有珠光砂的地方。2）对于塔器内视线外的地方，利用电子内窥镜进行360℃窥视，确定盲区内进砂状况。

2.2 清砂方案及实施

鉴于下塔进入珠光砂较多、工期紧张、事故地区气温极低的因素，该次清砂采用动力风机吸砂的方案：首先对下塔切开的压力氮、液空出口、排液口等处用洁净纱布做好防尘保护，其次在与塔体相连的两个高压液空进口处连接罗茨鼓风机，最后向塔内冲入干燥空气，罗茨鼓风旋转动力将充入塔内的空气吸出至塔外；同时，由于珠光砂松散、颗粒小、质量轻的特性，在空气被吸出塔体的过程中塔板内珠光砂被同步携带至塔外。

对于液空进口槽下面溢流斗及下层塔板上的沟、槽部位的积砂，采取在下塔与液空进料口标高相同的塔壁上用手枪钻破开两个操作人孔，在人孔处将两台工业用的大功率吸尘器探入塔内进行清砂作业。清砂结束后，焊接专业专家对下塔开孔部位进行密封：首先对塔体用厚壁管焊接，然后用管帽密封接管。

对于出过冷器至V2阀门之间的污液氮管道，及出上塔的低压氧管路，及与这些管线相连的上塔及其管道，人工能够进入的地方采取人工清砂，人员无法触及的采用将中压干燥氮气减压至～0．08MPa后，从下至上分步间歇性反复吹扫的方法清理。

清砂结束后，对下塔及相关管道、设备进行了严格的气压试验和气密性试验。按照JB/T4730.1-2005《承压设备无损检测-通用要求》对焊接接头做了无损检测；按照JB/T4730.5-2005《承压设备无损检测-渗透检测》要求对焊缝进行了100%着色渗透检测。所有检测结果达I级合格。

93天后，制氧机空分系统全部抢修结束，机组启动后排放下塔、主冷液体查看未发现珠光砂粉末等杂质。后经过一个月考核，机组各项运行指标稳定各项指标达事故前水平。

3 制氧机砂爆事故的预防

借鉴此次砂爆事故教训，建议行业制氧机用户在空分冷箱的日常管理中一是要加强冷箱充氮管理，100%时间内保持冷箱氮压为正值，冷箱外壳不泄露；二是冷箱内有管道泄漏时要立即停机，停机后空分设备要静置一段时间，让泄漏至珠光砂的液体、及塔内低温液体自然气化。机组静置时间段内，值班人员要密切监视冷箱压力，禁止擅自加大冷箱保护氮气通入量；装置静止时间、排液时机视漏液量大小、塔内温度决定，严格禁止在冷箱温度在零度以下时扒砂检修。三是要制定《空分冷箱珠光砂装卸安全规程》，作强制性执行，确保装卸珠光砂规范化、标准化。四是要求制定严格的操作规程，防止塔内碳氢化合物、乙炔气的聚集。五是在新砂装填、旧砂回填之前均进行松散容重、含水量等指标的检测，检测合格的珠光砂进行装填。

4 结语

随着空分设备大型化，空分冷箱随之加大、升高，冷箱内充填的珠光砂容量随之增多，如果对冷箱内珠光砂的管理不当，就会发生砂爆事故。砂爆事故不但会使设备受到严重损害，而且严重危及人员生命安全。为了严防空分冷箱砂爆事故的发生，在珠光砂质量管理、空分冷箱充气、珠光砂装卸等方面都要制订严格的操作标准，并要求员工强制性执行，从而确保空分冷箱管理的规范化、标准化，保证安全生产。