六千制氧機的兩次事故處理

祁廣旭，師曉霞

(西寧特殊鋼股份有限公司能源分廠，西寧柴達木西路52號810005)

西寧特鋼現(xiàn)有的KDON-6000/6000-4型空分設(shè)備，是中國冶金建設(shè)集團包頭鋼鐵設(shè)計研究總院設(shè)計，設(shè)備及安裝是由開封空分設(shè)備廠提供及安裝的，該制氧機采用常溫分子篩吸附，增壓透平膨脹機，規(guī)整填料上塔和全精餾無氫制氬技術(shù)，氧氮產(chǎn)品外壓縮流程。2000年10月建成投產(chǎn)。

該設(shè)備自投產(chǎn)以來，氧氣、氮氣和氬氣的產(chǎn)能都能達到設(shè)計值，但因安裝質(zhì)量、材料質(zhì)量及設(shè)計等問題，至今共造成13次扒砂處理，可以說運行極不穩(wěn)定。本文就該制氧機發(fā)生的液空管道斷裂及V3閥后泄漏問題的處理過程做一簡述，以供同行參考。

1 液空管道斷裂事故及處理

1.1 事故經(jīng)過

2013年1月10日凌晨4:50，制氧機中控室操作人員突然聽到一聲沉悶的巨響，其后發(fā)現(xiàn)進塔空氣量由30 200 m3/h最高到35 000 m3/h，然后開始下降，下塔壓力由0.43 MPa下降到0.36 MPa，然后開始上升，下塔液空液位由450 mm，下降到350 mm然后開始上升，V1閥(液空去上塔控制閥)由正常運行的60%左右開度，已降到5%左右開度，上塔主冷液位由2500 mm已下降到2000 mm，同時發(fā)現(xiàn)整個制氧機院子到處飄揚著珠光砂，冷箱頂部及32 m處的安全泄壓閥處還在朝外噴珠光砂。操作工按突發(fā)事故預(yù)案操作，立即停運空壓機、增壓透平膨脹機、氧氣壓縮機、氮氣壓縮機等設(shè)備。

筆者5:40趕到現(xiàn)場時發(fā)現(xiàn)整個珠光砂的噴濺距離最遠達到了500 m左右，冷箱頂部及32 m處的安全泄壓閥處還在朝外噴珠光砂，冷箱頂部及32 m處冷箱壁北側(cè)、西側(cè)、南側(cè)等處大面積掛霜。隨即調(diào)取微機參數(shù)，并安排操作工分析冷箱底部、冷箱15 m平臺、冷箱32 m及冷箱頂部氧氣純度，分析結(jié)果如下:

冷箱底部:20%O2;冷箱15 m平臺:20%O2;冷箱32 m:32%O2;冷箱頂部:40%O2。

1.2 原因判斷

造成此次事故應(yīng)是下塔去上塔的液空管道嚴重破裂所致，可以判斷破裂管道位于V1閥后，排除氧氣管道破裂的可能，因整個塔內(nèi)氧氣濃度低于40﹪O2，正是液空管道突然破裂造成下塔液空液位下降、下塔壓力下降、進塔空氣量大幅提高、主冷液位下降，之后因V1閥連鎖關(guān)閉，下塔壓力、液位開始上升及進塔空氣量開始下降﹙因電網(wǎng)波動造成空壓機波動，故一直未投運氬系統(tǒng)，故氬系統(tǒng)未在考慮之中﹚。

1.3 扒砂

為盡快使該制氧機復(fù)產(chǎn)，保證公司生產(chǎn)所需氣體介質(zhì)的供應(yīng)，公司要求盡快扒砂、處理、復(fù)產(chǎn)。但現(xiàn)實的問題是因液空管道破裂，造成大量液空泄漏并侵入珠光砂中，如果貿(mào)然扒砂將會出現(xiàn)嚴重噴砂的災(zāi)難性后果，因在放砂過程中，珠光砂間的摩擦生熱會造成侵入珠光砂中的液空氣化急劇膨脹、同時隨著排砂熱空氣的進入也會造成侵入珠光砂中的液空氣化急劇膨脹發(fā)生噴砂或崩塔事故，屆時可能會造成進一步的設(shè)備傷害及人員傷害。該冷箱在2005年12月2日排砂過程中就曾發(fā)生過崩塔事故，當時情況是因塔內(nèi)液氧吸附器泄漏，停車開始扒砂，打開了冷箱下部的人孔放砂，在排砂過程中突然一聲巨響，冷箱15 m平臺以上的北側(cè)兩層塔板從中部爆開，冷箱內(nèi)的珠光砂瞬間涌出(見圖1)，珠光砂最遠噴射距離超過100 m，幸運的是沒有傷到人員，那次噴射造成冷箱內(nèi)設(shè)備、管道、閥門、冷箱壁嚴重受損，處理了43 d才徹底處理完成。

為保證此次排砂的安全、順利進行，特制定如下方案:

1.打開冷箱頂部的人孔及呼吸閥。

2.大幅提高冷箱密封氣的壓力，0.02 MPa提高到0.06 MPa，甚至更高以不外溢砂為準。

3.將冷箱內(nèi)珠光砂升溫加熱2 d。

4.具體排砂工作:

1)制作直徑為800 mm、長35 m的帆布桶;

2)在32 m人孔處做一個漏斗，并將帆布桶連接在漏斗上，以便于排砂及裝砂;

3)在32 m人孔蓋板處做一個人孔蓋板的水平滑道，這樣可以根據(jù)珠光砂流速隨時關(guān)閉，以避免噴砂或崩塔事故發(fā)生;

4)同理，在15 m平臺及塔底人孔處也做一個蓋板的水平滑道。帆布桶直徑為800 mm、長15 m;

5)在排砂時封閉冷箱頂部所有人孔及呼吸閥;

6)在轉(zhuǎn)入15 m平臺放砂時封閉32 m處的排砂人孔;

7)扒砂到15 m平臺處不能放砂后結(jié)束;

8)在排砂過程中派人24 h值守此放砂孔，專門控制放砂流速;

9)值守放砂孔的人員需佩戴安全帶及口哨，安全帶掛在冷箱頂部;

10)裝砂人員如聽見連續(xù)的口哨響，應(yīng)立即停止裝砂并按撤離路線快速逃離，對此還專門組織所有裝砂人員進行了演練。

注:在實際排砂過程中，珠光砂因侵入大量液空，排出來后液空氣化急劇膨脹，現(xiàn)場一片噼里啪啦的輕微爆炸聲，同時在排砂過程中正如我們所分析的，排砂孔稍一開大，珠光砂排泄流量隨即加大，大量空氣就會進入冷箱，隨即便有輕微噴砂情況發(fā)生，現(xiàn)場人員立即關(guān)閉排砂孔，排砂被有效控制。

圖1 六千制氧機崩塔照片F(xiàn)ig.1 Six thousand oxygenerator tower collapse

1.4 問題處理及復(fù)產(chǎn)

1.4.1 冷箱內(nèi)檢查情況

4 d后扒砂工作安全順利完成，進塔檢查發(fā)現(xiàn)液空進上塔Ф159管道斷裂，現(xiàn)場具體情況為:有一塊0.5 m3左右的珠光砂冰塊壓在液空水平進上塔的管道上，管道扭曲下彎約30°，液空管道在豎直轉(zhuǎn)為水平處斷裂，同時水平管道的三角支架脫落為不受力狀態(tài)。

1.4.2 原因分析

1.液空管道支架設(shè)計不合理及焊接質(zhì)量不合格。該支架應(yīng)設(shè)計為彈性支架，而非硬性支架。液空管道從下塔到上塔的垂直距離約為40 m，根據(jù)計算該管道從常溫到低溫狀態(tài)有近12 cm的管道收縮，故在制氧機正常生產(chǎn)時支架一直處于超負荷受力狀態(tài)，同時該4 cm左右的管道收縮力主要集中在了彎頭管道連接處。

2.珠光砂冰塊應(yīng)該在液空水平管道上方形成，并隨著每天的震動逐漸下移﹙因六千制氧機西北側(cè)100 m處為鍛鋼車間，該車間生產(chǎn)時對六千制氧機影響較大﹚，當珠光砂冰塊下移且全部重量都壓在水平管道上，隨著一次較大的振動，因瞬時重力加速度造成支架受力脫落，繼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變形，管道的垂直結(jié)構(gòu)被破壞，在管道彎頭處產(chǎn)生一個切向力導(dǎo)致管道斷裂。

1.4.3 處理措施

1.封閉液空管道彎頭的入口，在液空管道直管部分連接水龍帶并引到塔頂，以防止在吹除下塔漏進的珠光砂時，因灰塵過大造成液空管道的二次污染。

2.啟動空壓機、預(yù)冷系統(tǒng)、純化系統(tǒng)等，打開下塔空氣吹除閥，通過多次間歇開關(guān)進塔空氣大閥對漏進下塔的珠光砂進行爆破式吹除。

3.為防止同類事故的發(fā)生，將硬性支架改為彈性支架，數(shù)量由一個增加為兩個。

4.在液空管道直管段上再次增加了兩個三角抱箍支架。

1.4.4 復(fù)產(chǎn)

對問題徹底處理完成后，經(jīng)過保壓檢查、裸冷檢查、珠光砂回裝、系統(tǒng)吹掃、啟動膨脹機壓氧等工序后，于2013年1月24日六千制氧機恢復(fù)正常工作。

2 V3閥后法蘭泄漏處理

2.1 事情經(jīng)過

2013年8月經(jīng)過電網(wǎng)改造等措施，六千制氧機空壓機波動問題處理好，工段決定啟動六千制氧機的氬系統(tǒng)，操作工發(fā)現(xiàn)每當打開V3閥后，在該閥下部冷箱板便開始結(jié)霜，該閥開的時間越長冷箱板結(jié)霜距離就越長，有時甚至影響到基礎(chǔ)溫度，關(guān)閉該閥后結(jié)霜現(xiàn)象便逐漸消失，同時V3閥開度必須開到14°以上，否則粗氬塔底部幾乎不產(chǎn)生液體。

2.2 原因判斷

因只有在打開V3閥后才出現(xiàn)該問題，故可以初步判斷問題就在V3閥去粗氬冷凝器的液空管道上，同時經(jīng)過試驗無論V3閥開度多大，結(jié)霜部位永遠在V3閥偏下部位置，根據(jù)以上現(xiàn)象基本判斷問題很可能是V3閥后法蘭泄漏所致。

2.3 問題處理

該制氧機剛于年初扒砂，如此次因該閥的問題再次扒砂，不僅工程浩大，而且也對公司不好交代。于是工段決定不扒砂，停機處理該問題。經(jīng)查有關(guān)圖紙獲取信息如下:在該閥所處位置高度從DN150液空管道分支出一條DN25的液空管道垂直到塔皮處后水平朝西經(jīng)過V3閥后變徑為DN150管道后，再到西側(cè)塔皮前豎直向上去粗氬塔。根據(jù)該情況工段制定如下的處理方案。

1.加大冷箱密封氣壓力，0.02 MPa 提高到0.04 MPa，持續(xù)加熱3 d;

2.以V3閥為圓心，半徑80 cm的范圍內(nèi)鉆5個孔，進行氧氣純度分析;

3.用4 mm的鐵板制作1000 mm×200 mm的鐵條若干;

4.利用V3閥上部的冷箱支架將閥門用繩索固定;

5.現(xiàn)場準備好滅火器及大量的去油衣物;

6.首先在V3閥上部70 cm的地方用角向砂輪開一條長為90 cm的縫，并不斷地將鐵條插入，插入深度為80 cm左右;

7.其次在V3閥左右50 cm的地方用角向砂輪各開一條高為60 cm的縫，并不斷地將鐵條插入，插入深度為80 cm左右(見圖2);

8.最后用角向砂輪將用鐵條包圍內(nèi)的冷箱板一塊一塊的取下，每取一塊應(yīng)將準備好的衣物及時塞進冷箱，以防珠光砂大量泄漏。

隨著冷箱板大面積被切割下來及衣物的使勁填入，V3閥徹底暴露經(jīng)檢查是由于閥后法蘭墊片開裂造成漏液，隨后更換墊片處理，在恢復(fù)被切割冷箱板時本著從下向上的原則一層一層恢復(fù)，并不斷將填充的衣物取出，為保證此處冷箱板的強度，還用角鋼焊接了兩根人字形斜筋。

圖2 V3閥處開孔示意圖Fig.2 valve opening sketch

3 結(jié)束語

液空進上塔管道斷裂處理中需要扒砂，但有大量的液空已侵入珠光砂中，安全扒砂是此次檢修的重點環(huán)節(jié)，理論上只要對珠光砂加熱足夠長的時間就可以實現(xiàn)安全扒砂，但由于公司生產(chǎn)的原因，又沒有充足的加熱時間。工段制定的分層扒砂，且控制珠光砂的流量的措施，可以說很好地規(guī)避了扒砂的風險。同時在對V3閥泄漏的處理中，大膽采用不扒砂、插鐵條、塞衣物等的方法既處理了問題，又極大的降低了檢修費用及時間，并為同行處理同類問題提供了一個比較成功的經(jīng)驗，最后建議建造制氧機時冷箱內(nèi)的閥門應(yīng)使用焊接閥門，而非法蘭閥門。