黃劍平，張興(中國石化金陵分公司化工一部，江蘇 南京 210033)

1 裝置簡介

某公司56000Nm3/h O2空分裝置為水煤漿制氫裝置配套裝置，由液化空氣(杭州)有限公司(Air Liquide)提供，裝置采用立式分子篩前端凈化，液氧、液氮雙泵內(nèi)壓縮，全精餾無氫制氬流程。裝置設(shè)計(jì)6.5MPa氧氣產(chǎn)量56000Nm3/h，4.2MPa高壓氮?dú)猱a(chǎn)量30000Nm3/h，2.2MPa中壓氮?dú)猱a(chǎn)量5000Nm3/h，0.125MPa低壓氮?dú)猱a(chǎn)量30000Nm3/h，裝置配建500m3、1000m3液氮槽，未配建液氧槽。

2019年7月19日17時(shí)45分左右，河南省三門峽市河南煤氣集團(tuán)義馬氣化廠(以下簡稱義馬氣化廠)C套空氣分離裝置發(fā)生爆炸事故，造成15人死亡、16人重傷。事故發(fā)生后，空分裝置生產(chǎn)和安全管理面臨更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求，本裝置針對(duì)裝置主要風(fēng)險(xiǎn)及相關(guān)預(yù)防措施完善程度開展了深度排查。

2 空分裝置主要風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防

2.1 冷箱泄漏導(dǎo)致設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防

冷箱泄漏是指冷箱內(nèi)設(shè)備、管線、儀表等設(shè)施發(fā)生泄漏。泄漏一般由超溫、超壓、設(shè)備腐蝕、振動(dòng)、設(shè)計(jì)制作缺陷等因素引起。冷箱泄漏危害極大，液體管線在冷箱內(nèi)泄漏后劇烈氣化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成砂爆甚至是液氧爆炸等安全事故。義馬事故發(fā)生的直接原因就是冷箱泄漏導(dǎo)致砂爆，最終引起設(shè)備倒塌和液氧爆炸。

即使冷箱輕微泄漏對(duì)裝置生產(chǎn)也有極大影響。本裝置2016年5月6日17時(shí)，冷箱內(nèi)液體管線發(fā)生泄漏，主冷箱5層與6層間鋼板凍裂，珠光砂飄出。后續(xù)的扒砂查漏檢修工作導(dǎo)致裝置停產(chǎn)長達(dá)25天。消漏完成重新開工后，空分裝置精餾塔壓力異常升高。上塔壓力由原來的30kPa左右升高至40kPa，純化器再生氣及水冷塔污氮量明顯減少，裝置生產(chǎn)負(fù)荷無法維持。原因?yàn)橹爸楣馍巴ㄟ^斷裂的管線進(jìn)入污氮出塔管線，從而導(dǎo)致主污氮通道堵塞，不得不再次停工并對(duì)相應(yīng)管線進(jìn)行反吹后裝置生產(chǎn)才恢復(fù)正常。

為預(yù)防冷箱泄漏造成事故，空分裝置冷箱基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)測溫點(diǎn)，宜設(shè)置低報(bào)警值。夾層充壓的干燥氮?dú)鈶?yīng)正常投用；夾層氣壓力應(yīng)配備監(jiān)測儀表，并設(shè)置高報(bào)警值。發(fā)生泄漏時(shí)能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)異常。冷箱夾層應(yīng)配備在線氧含量分析儀，并設(shè)置高報(bào)警值；一旦冷箱內(nèi)發(fā)生泄漏導(dǎo)致超標(biāo)后應(yīng)及時(shí)停車處置。

在日常生產(chǎn)和管理中應(yīng)定期檢查確認(rèn)冷箱呼氣閥及泄放設(shè)施保持完好。需密切關(guān)注冷箱箱體外腐蝕、結(jié)露或掛霜有無突然擴(kuò)大的異常情況。冷箱內(nèi)泄漏會(huì)造成夾層壓力異常升高及波動(dòng)，現(xiàn)場巡檢時(shí)應(yīng)注意檢查冷箱現(xiàn)場壓力表有無異常波動(dòng)，冷箱附近是否有珍珠巖散落；注意冷箱外管線有無異常振動(dòng)現(xiàn)象。完善冷箱附近的現(xiàn)場視頻監(jiān)控，確保泄漏發(fā)生及擴(kuò)大時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理。

2.2 純化系統(tǒng)異常導(dǎo)致主冷烴類聚集風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防

碳?xì)浠衔镌谥骼湟貉踔蟹e聚，使其在液氧中濃度升高。特別是乙炔在液氧中局部濃縮可能析出危險(xiǎn)的固體乙炔，如果碳?xì)浠衔锊荒鼙患皶r(shí)排出，會(huì)導(dǎo)致濃度超標(biāo)，嚴(yán)重時(shí)在沖擊磨擦或靜電等引爆源作用下發(fā)生爆炸。此外，液氧、液氮、液氬常溫下會(huì)急劇氣化膨脹，在體積得不到充分釋放的情況下，壓力急劇上升，可引起設(shè)備、管道因超壓而產(chǎn)生物理爆炸。大量泄漏的氧氣與可燃物質(zhì)相遇又可引起燃燒或化學(xué)爆炸，比氣態(tài)純氧危險(xiǎn)性更大。

空氣中的烴類等易燃易爆組分主要靠分子篩純化器除去，純化系統(tǒng)還可以清除空氣中的水和二氧化碳等易結(jié)冰組分，防止冷箱設(shè)備和管道冰堵。純化系統(tǒng)一旦無法正常工作，發(fā)生如二氧化碳穿透等異常工況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致冷箱內(nèi)低溫設(shè)備冰堵，生成負(fù)荷無法維持，主冷內(nèi)烴類聚集的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)大大增加。

為防止主冷烴類聚集爆燃事故發(fā)生，首先需保證空分裝置預(yù)冷純化單元正常運(yùn)行，確保純化器吸附效果。生產(chǎn)中循環(huán)水溫度不宜過高，盡量控制進(jìn)純化器的空氣溫度，降低其含水量，避免分子篩吸水負(fù)荷過大導(dǎo)致二氧化碳及烴類無法及時(shí)吸附發(fā)生穿透。

為防止冷凝蒸發(fā)器局部干蒸發(fā)，需加強(qiáng)全浸式冷凝蒸發(fā)器液位監(jiān)控，確保全浸操作。為防止冷凝蒸發(fā)器的靜電感應(yīng)引起因乙炔和碳?xì)浠衔餄饪s所造成的爆炸事故，冷凝蒸發(fā)器必須采取接地措施。主冷凝蒸發(fā)器及液氧槽等碳?xì)浠镆拙奂牟课恢袘?yīng)設(shè)置在線碳?xì)浠衔锉O(jiān)測儀表，并定期手工監(jiān)測。同時(shí)應(yīng)對(duì)空壓機(jī)吸入口空氣中碳?xì)浠衔锏冉M分含量按要求定期分析，超標(biāo)時(shí)及時(shí)停車處理，避免事故發(fā)生。

2.3 涉氧設(shè)備及管道爆燃風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防

氧經(jīng)壓縮后，在輸送的過程中，涉氧設(shè)備及輸送氧氣的管道內(nèi)，如存有油脂、溶劑、橡膠等可燃物質(zhì)，隨著氣流運(yùn)動(dòng)與管壁或機(jī)體發(fā)生磨擦、撞擊，會(huì)產(chǎn)生大量磨擦熱，導(dǎo)致氧氣管道、機(jī)器迅速燃燒。而氧氣管道內(nèi)，若存在鐵銹、焊渣或其他高危雜質(zhì)，在氣流的作用下，雜質(zhì)與管道發(fā)生磨擦，會(huì)產(chǎn)生高溫而發(fā)生爆燃。爆燃的危險(xiǎn)性與雜質(zhì)的種類、粒度和氧氣流速有直接關(guān)系。雜質(zhì)的粒度越細(xì)，氧氣流速越大，越易爆燃。在一定條件下，許多金屬都能在純氧中燃燒。如輸送氧氣的鋼管，由于管道中閥門急驟打開，可能因氧氣流速過大，使管道或閥門燃燒，將鋼管燒熔。當(dāng)引火或給以一定力量的撞擊時(shí)，則會(huì)發(fā)生爆炸事故。

為防止涉氧設(shè)備火災(zāi)或爆炸，設(shè)計(jì)建造時(shí)氧氣管道的閥門應(yīng)選用專用氧氣閥門，閥門密封填料應(yīng)采用四氟乙烯或柔性石墨材料。貯存和輸送氧氣或液氧的設(shè)備、管道、閥門及其他管件，其內(nèi)壁應(yīng)光滑無毛刺。用于輸配的多級(jí)離心液氧泵以及外送管線閥門組區(qū)域應(yīng)設(shè)防護(hù)墻或防護(hù)罩與周圍隔離。涉氧設(shè)備、部件檢修時(shí)，應(yīng)在檢修方案中明確清潔處理的方法、標(biāo)準(zhǔn)及檢查內(nèi)容。氧管道在安裝、檢修后或長期停用后，投用前應(yīng)按要求將管內(nèi)殘留的水分、鐵屑、鐵銹焊渣等雜物用無油干燥空氣或氮?dú)獯祾吒蓛?。使用前必須進(jìn)行脫脂處理，去除易燃易爆物。應(yīng)嚴(yán)格控制管道輸送氧的流速，氧氣閥門開關(guān)盡量緩慢；前后管線一定要均壓。

2.4 低溫介質(zhì)導(dǎo)致設(shè)備冷脆及人員凍傷風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防

低溫脆性是金屬材料的重要特性之一。在溫度極低的環(huán)境下，部分金屬材料如碳鋼等會(huì)發(fā)生由韌變脆的現(xiàn)象。斷裂前無明顯塑性變形，突然發(fā)生，斷口齊平，裂紋起源于材料組織中的缺陷或構(gòu)件應(yīng)力集中處，并快速擴(kuò)展。設(shè)備及管道的冷脆破壞無法預(yù)告和控制，危害性極大，一旦發(fā)生，瞬間崩潰。管道脆裂后裝置中液氧、液氮、液空等介質(zhì)發(fā)生泄漏，接觸人體會(huì)造成低溫凍傷。另外，即使未發(fā)生泄漏，裝置中低溫設(shè)備(管線)如保冷不良，人體接觸后，也可能造成低溫凍傷。

為預(yù)防低溫冷脆事故發(fā)生，出主換熱器管線、液體后備系統(tǒng)送出管線等可能發(fā)生低溫影響的設(shè)備和碳鋼管線應(yīng)設(shè)置低溫保護(hù)，設(shè)置溫度測量報(bào)警和緊急事故聯(lián)鎖。同時(shí)要設(shè)置多點(diǎn)測溫，防止測溫點(diǎn)故障而影響正常運(yùn)行。為防止人員凍傷，空分裝置現(xiàn)場液體排放區(qū)域應(yīng)設(shè)有圍擋和警示標(biāo)示，人員巡檢時(shí)也應(yīng)穿戴好相關(guān)防護(hù)裝備。

3 裝置風(fēng)險(xiǎn)排查及改進(jìn)措施

3.1 分子篩純化系統(tǒng)

排查中發(fā)現(xiàn)空分裝置存在分子篩純化器頻繁穿透現(xiàn)象。設(shè)計(jì)環(huán)境二氧化碳體積含量為550×10-6。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，附近的水煤氣凈化裝置放空的CO2導(dǎo)致吸入口二氧化碳濃度高于正常值。同時(shí)本裝置夏季循環(huán)水溫偏高，導(dǎo)致分子篩純化器入口空氣溫度較高，也增加了穿透風(fēng)險(xiǎn)。例如2014年12月27日環(huán)境CO2持續(xù)在4000×10-6以上，純化器穿透，管線冰堵停工。

空分裝置針對(duì)二氧化碳穿透現(xiàn)象已聯(lián)系后序裝置更改二氧化碳放空口緩解純化器壓力，但夏季循環(huán)水溫過高現(xiàn)象始終存在。未來生產(chǎn)中將降低循環(huán)水溫度，同時(shí)對(duì)預(yù)冷系統(tǒng)中空冷塔、水冷塔噴淋管進(jìn)行清理，并更新兩個(gè)設(shè)備的填料，提升其換熱效果。降低純化器進(jìn)口空氣溫度和含水量，確保純化器吸附效果。

3.2 冷箱區(qū)域

冷箱內(nèi)氧含量現(xiàn)為現(xiàn)場手動(dòng)分析，缺少冷箱內(nèi)氧含量在線分析儀，冷箱附近的現(xiàn)場視頻監(jiān)控需完善。冷箱區(qū)域設(shè)備及管線標(biāo)識(shí)較少，設(shè)備無中文名稱標(biāo)識(shí)，部分管線介質(zhì)走向指示不清。主副冷箱過橋處跑冷及腐蝕情況較為嚴(yán)重；冷箱部分接地線存在腐蝕現(xiàn)象；冷箱夾層壓力測點(diǎn)只有主冷箱頂部一個(gè)。

未來裝置將進(jìn)一步完善冷箱區(qū)域標(biāo)識(shí)及監(jiān)控設(shè)施，增加進(jìn)出冷箱相關(guān)管線標(biāo)識(shí)。進(jìn)一步檢查冷箱接地、基礎(chǔ)溫度測量探頭、基礎(chǔ)加熱器等設(shè)施的完好性，盡快落實(shí)腐蝕較嚴(yán)重區(qū)域的防腐工作。增設(shè)冷箱氧含量在線分析儀，增設(shè)冷箱壓力測點(diǎn)，主、副冷箱分別設(shè)置頂部、底部夾層壓力測點(diǎn)。加強(qiáng)對(duì)冷箱泄漏風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)控。

3.3 氧氣外送系統(tǒng)

氧氣外送防護(hù)墻入口正對(duì)通道，有傷害行人的風(fēng)險(xiǎn)；氧氣管道上壓力表根部閥設(shè)置在防護(hù)墻內(nèi)，壓力表故障時(shí)需人員進(jìn)入防護(hù)墻檢修；防護(hù)墻外手輪及壓力表無位號(hào)標(biāo)識(shí)。

空分裝置將進(jìn)一步完善氧氣外送閥門組區(qū)域管理，氧氣外送防護(hù)墻改為迷宮式入口，避免入口正對(duì)人員通道；相關(guān)壓力表根部閥盡可能布置在防護(hù)墻外，同時(shí)進(jìn)一步完善防護(hù)墻外相關(guān)閥門標(biāo)識(shí)，降低操作風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 后備液氮儲(chǔ)槽區(qū)域

液氮貯槽外送管線溫度有低報(bào)警無低聯(lián)鎖。貯槽及液氮泵之間僅設(shè)置手閥，無緊急切斷閥；現(xiàn)場泵體無保溫，存在結(jié)冰跑冷現(xiàn)象；后備系統(tǒng)無低溫殘液排放坑，水泥地面存在凍裂風(fēng)險(xiǎn)。液氮槽復(fù)熱器蒸汽調(diào)節(jié)閥老舊，歷史上曾出現(xiàn)故障全關(guān)導(dǎo)致氮?dú)夤芫€溫度過低等故障，存在冷脆風(fēng)險(xiǎn)。裝置其余儀表控制設(shè)備也存在老化現(xiàn)象。

裝置將進(jìn)一步加強(qiáng)后備系統(tǒng)安全管理，增設(shè)后備液氮槽外送管線溫度點(diǎn)，由1取1變更為3取2，并將該點(diǎn)設(shè)置低聯(lián)鎖。降低外送管線冷脆風(fēng)險(xiǎn)。在液氮貯槽合適區(qū)域設(shè)置低溫殘液排放坑，避免低溫液體排放時(shí)凍裂水泥地面。增設(shè)緊急切斷閥，確保一旦儲(chǔ)槽或管線發(fā)生泄漏，可快速切斷。增設(shè)后備泵箱并在泵箱內(nèi)裝填珠光砂或礦渣棉，減少冷損。同時(shí)需做好關(guān)鍵儀表閥門的預(yù)防性維修，在安排檢修計(jì)劃時(shí)對(duì)裝置儀表控制系統(tǒng)及閥門進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，對(duì)使用年限較長的以及易出問題關(guān)鍵儀表設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維修，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備進(jìn)行提前更換。

4 結(jié)語

空分裝置高壓、低溫，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，高危風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)眾多，操作條件苛刻。日常生產(chǎn)中工藝波動(dòng)、違規(guī)操作、使用不當(dāng)、維護(hù)維修不到位等均可能導(dǎo)致事故發(fā)生?？辗盅b置將針對(duì)可能引發(fā)事故的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)一步認(rèn)真排查并制定整改計(jì)劃，確裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)。