六千制氧机的两次事故处理

祁广旭，师晓霞

(西宁特殊钢股份有限公司能源分厂，西宁柴达木西路52号810005)

西宁特钢现有的KDON-6000/6000-4型空分设备，是中国冶金建设集团包头钢铁设计研究总院设计，设备及安装是由开封空分设备厂提供及安装的，该制氧机采用常温分子筛吸附，增压透平膨胀机，规整填料上塔和全精馏无氢制氩技术，氧氮产品外压缩流程。2000年10月建成投产。

该设备自投产以来，氧气、氮气和氩气的产能都能达到设计值，但因安装质量、材料质量及设计等问题，至今共造成13次扒砂处理，可以说运行极不稳定。本文就该制氧机发生的液空管道断裂及V3阀后泄漏问题的处理过程做一简述，以供同行参考。

1 液空管道断裂事故及处理

1.1 事故经过

2013年1月10日凌晨4:50，制氧机中控室操作人员突然听到一声沉闷的巨响，其后发现进塔空气量由30 200 m3/h最高到35 000 m3/h，然后开始下降，下塔压力由0.43 MPa下降到0.36 MPa，然后开始上升，下塔液空液位由450 mm，下降到350 mm然后开始上升，V1阀(液空去上塔控制阀)由正常运行的60%左右开度，已降到5%左右开度，上塔主冷液位由2500 mm已下降到2000 mm，同时发现整个制氧机院子到处飘扬着珠光砂，冷箱顶部及32 m处的安全泄压阀处还在朝外喷珠光砂。操作工按突发事故预案操作，立即停运空压机、增压透平膨胀机、氧气压缩机、氮气压缩机等设备。

笔者5:40赶到现场时发现整个珠光砂的喷溅距离最远达到了500 m左右，冷箱顶部及32 m处的安全泄压阀处还在朝外喷珠光砂，冷箱顶部及32 m处冷箱壁北侧、西侧、南侧等处大面积挂霜。随即调取微机参数，并安排操作工分析冷箱底部、冷箱15 m平台、冷箱32 m及冷箱顶部氧气纯度，分析结果如下:

冷箱底部:20%O2;冷箱15 m平台:20%O2;冷箱32 m:32%O2;冷箱顶部:40%O2。

1.2 原因判断

造成此次事故应是下塔去上塔的液空管道严重破裂所致，可以判断破裂管道位于V1阀后，排除氧气管道破裂的可能，因整个塔内氧气浓度低于40﹪O2，正是液空管道突然破裂造成下塔液空液位下降、下塔压力下降、进塔空气量大幅提高、主冷液位下降，之后因V1阀连锁关闭，下塔压力、液位开始上升及进塔空气量开始下降﹙因电网波动造成空压机波动，故一直未投运氩系统，故氩系统未在考虑之中﹚。

1.3 扒砂

为尽快使该制氧机复产，保证公司生产所需气体介质的供应，公司要求尽快扒砂、处理、复产。但现实的问题是因液空管道破裂，造成大量液空泄漏并侵入珠光砂中，如果贸然扒砂将会出现严重喷砂的灾难性后果，因在放砂过程中，珠光砂间的摩擦生热会造成侵入珠光砂中的液空气化急剧膨胀、同时随着排砂热空气的进入也会造成侵入珠光砂中的液空气化急剧膨胀发生喷砂或崩塔事故，届时可能会造成进一步的设备伤害及人员伤害。该冷箱在2005年12月2日排砂过程中就曾发生过崩塔事故，当时情况是因塔内液氧吸附器泄漏，停车开始扒砂，打开了冷箱下部的人孔放砂，在排砂过程中突然一声巨响，冷箱15 m平台以上的北侧两层塔板从中部爆开，冷箱内的珠光砂瞬间涌出(见图1)，珠光砂最远喷射距离超过100 m，幸运的是没有伤到人员，那次喷射造成冷箱内设备、管道、阀门、冷箱壁严重受损，处理了43 d才彻底处理完成。

为保证此次排砂的安全、顺利进行，特制定如下方案:

1.打开冷箱顶部的人孔及呼吸阀。

2.大幅提高冷箱密封气的压力，0.02 MPa提高到0.06 MPa，甚至更高以不外溢砂为准。

3.将冷箱内珠光砂升温加热2 d。

4.具体排砂工作:

1)制作直径为800 mm、长35 m的帆布桶;

2)在32 m人孔处做一个漏斗，并将帆布桶连接在漏斗上，以便于排砂及装砂;

3)在32 m人孔盖板处做一个人孔盖板的水平滑道，这样可以根据珠光砂流速随时关闭，以避免喷砂或崩塔事故发生;

4)同理，在15 m平台及塔底人孔处也做一个盖板的水平滑道。帆布桶直径为800 mm、长15 m;

5)在排砂时封闭冷箱顶部所有人孔及呼吸阀;

6)在转入15 m平台放砂时封闭32 m处的排砂人孔;

7)扒砂到15 m平台处不能放砂后结束;

8)在排砂过程中派人24 h值守此放砂孔，专门控制放砂流速;

9)值守放砂孔的人员需佩戴安全带及口哨，安全带挂在冷箱顶部;

10)装砂人员如听见连续的口哨响，应立即停止装砂并按撤离路线快速逃离，对此还专门组织所有装砂人员进行了演练。

注:在实际排砂过程中，珠光砂因侵入大量液空，排出来后液空气化急剧膨胀，现场一片噼里啪啦的轻微爆炸声，同时在排砂过程中正如我们所分析的，排砂孔稍一开大，珠光砂排泄流量随即加大，大量空气就会进入冷箱，随即便有轻微喷砂情况发生，现场人员立即关闭排砂孔，排砂被有效控制。

图1 六千制氧机崩塔照片Fig.1 Six thousand oxygenerator tower collapse

1.4 问题处理及复产

1.4.1 冷箱内检查情况

4 d后扒砂工作安全顺利完成，进塔检查发现液空进上塔Ф159管道断裂，现场具体情况为:有一块0.5 m3左右的珠光砂冰块压在液空水平进上塔的管道上，管道扭曲下弯约30°，液空管道在竖直转为水平处断裂，同时水平管道的三角支架脱落为不受力状态。

1.4.2 原因分析

1.液空管道支架设计不合理及焊接质量不合格。该支架应设计为弹性支架，而非硬性支架。液空管道从下塔到上塔的垂直距离约为40 m，根据计算该管道从常温到低温状态有近12 cm的管道收缩，故在制氧机正常生产时支架一直处于超负荷受力状态，同时该4 cm左右的管道收缩力主要集中在了弯头管道连接处。

2.珠光砂冰块应该在液空水平管道上方形成，并随着每天的震动逐渐下移﹙因六千制氧机西北侧100 m处为锻钢车间，该车间生产时对六千制氧机影响较大﹚，当珠光砂冰块下移且全部重量都压在水平管道上，随着一次较大的振动，因瞬时重力加速度造成支架受力脱落，继而管道在自重及管道液空重力作用下下沉，造成水平液空管扭曲变形，管道的垂直结构被破坏，在管道弯头处产生一个切向力导致管道断裂。

1.4.3 处理措施

1.封闭液空管道弯头的入口，在液空管道直管部分连接水龙带并引到塔顶，以防止在吹除下塔漏进的珠光砂时，因灰尘过大造成液空管道的二次污染。

2.启动空压机、预冷系统、纯化系统等，打开下塔空气吹除阀，通过多次间歇开关进塔空气大阀对漏进下塔的珠光砂进行爆破式吹除。

3.为防止同类事故的发生，将硬性支架改为弹性支架，数量由一个增加为两个。

4.在液空管道直管段上再次增加了两个三角抱箍支架。

1.4.4 复产

对问题彻底处理完成后，经过保压检查、裸冷检查、珠光砂回装、系统吹扫、启动膨胀机压氧等工序后，于2013年1月24日六千制氧机恢复正常工作。

2 V3阀后法兰泄漏处理

2.1 事情经过

2013年8月经过电网改造等措施，六千制氧机空压机波动问题处理好，工段决定启动六千制氧机的氩系统，操作工发现每当打开V3阀后，在该阀下部冷箱板便开始结霜，该阀开的时间越长冷箱板结霜距离就越长，有时甚至影响到基础温度，关闭该阀后结霜现象便逐渐消失，同时V3阀开度必须开到14°以上，否则粗氩塔底部几乎不产生液体。

2.2 原因判断

因只有在打开V3阀后才出现该问题，故可以初步判断问题就在V3阀去粗氩冷凝器的液空管道上，同时经过试验无论V3阀开度多大，结霜部位永远在V3阀偏下部位置，根据以上现象基本判断问题很可能是V3阀后法兰泄漏所致。

2.3 问题处理

该制氧机刚于年初扒砂，如此次因该阀的问题再次扒砂，不仅工程浩大，而且也对公司不好交代。于是工段决定不扒砂，停机处理该问题。经查有关图纸获取信息如下:在该阀所处位置高度从DN150液空管道分支出一条DN25的液空管道垂直到塔皮处后水平朝西经过V3阀后变径为DN150管道后，再到西侧塔皮前竖直向上去粗氩塔。根据该情况工段制定如下的处理方案。

1.加大冷箱密封气压力，0.02 MPa 提高到0.04 MPa，持续加热3 d;

2.以V3阀为圆心，半径80 cm的范围内钻5个孔，进行氧气纯度分析;

3.用4 mm的铁板制作1000 mm×200 mm的铁条若干;

4.利用V3阀上部的冷箱支架将阀门用绳索固定;

5.现场准备好灭火器及大量的去油衣物;

6.首先在V3阀上部70 cm的地方用角向砂轮开一条长为90 cm的缝，并不断地将铁条插入，插入深度为80 cm左右;

7.其次在V3阀左右50 cm的地方用角向砂轮各开一条高为60 cm的缝，并不断地将铁条插入，插入深度为80 cm左右(见图2);

8.最后用角向砂轮将用铁条包围内的冷箱板一块一块的取下，每取一块应将准备好的衣物及时塞进冷箱，以防珠光砂大量泄漏。

随着冷箱板大面积被切割下来及衣物的使劲填入，V3阀彻底暴露经检查是由于阀后法兰垫片开裂造成漏液，随后更换垫片处理，在恢复被切割冷箱板时本着从下向上的原则一层一层恢复，并不断将填充的衣物取出，为保证此处冷箱板的强度，还用角钢焊接了两根人字形斜筋。

图2 V3阀处开孔示意图Fig.2 valve opening sketch

3 结束语

液空进上塔管道断裂处理中需要扒砂，但有大量的液空已侵入珠光砂中，安全扒砂是此次检修的重点环节，理论上只要对珠光砂加热足够长的时间就可以实现安全扒砂，但由于公司生产的原因，又没有充足的加热时间。工段制定的分层扒砂，且控制珠光砂的流量的措施，可以说很好地规避了扒砂的风险。同时在对V3阀泄漏的处理中，大胆采用不扒砂、插铁条、塞衣物等的方法既处理了问题，又极大的降低了检修费用及时间，并为同行处理同类问题提供了一个比较成功的经验，最后建议建造制氧机时冷箱内的阀门应使用焊接阀门，而非法兰阀门。