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90年代空分塔爆炸伤亡事故及教训

安全技术

90年代空分塔爆炸伤亡事故及教训α

顾福民

(杭州制氧机研究所行业情报室,浙江杭州东新路90号 310004)

摘要:介绍了90年代6次空分塔爆炸造成人员伤亡的简况及原因,侧重介绍了空分塔爆炸事故的思考与教训,提出了相应的安全措施。

关键词:空分设备;空分塔;爆炸;伤亡;原因;教训;安全措施

中图分类号:TB65717 文献标识码:B 文章编号:100727804(2002)0120033204

Explosion Acc iden ts of A ir Separa tion Colu mn i n

90th and The ir L esson s

GU Fu2m in

(H angzhou A ir Separati on P lant R esearch Institute,H angzhou310004,Ch ina)

Abstract:Si m p le conditi on and causes of six exp lo si on accidents of air separati on co lum n in90th are illustrated, though t and L esson of the exp lo si on accidents is described m ainly.Co rresponding safety m easures are p resented. Key W ords:air separati on p lant;air separati on co lum n;exp lo si on;casualty;causes;lesson;safety m easures

20世纪90年代,国内外相继发生了几起较大的空分塔爆炸伤亡事故,震惊世界。为吸取教训,下面仅将了解到的、有伤亡的、重大的空分塔爆炸事故以时间先后汇列一起,供行业同仁引以为鉴。因收集有限,可能有遗漏的,所列述的供参考,如不对请批评指正。

1 90年代空分塔爆炸伤亡事故

111 兰州石油化工机器厂“150”空分塔爆炸1992年11月1日,兰州石油化工机器厂氧气站1号150m3 h空分塔爆炸,造成一人死亡,分馏塔报废。爆炸中心部位为主冷凝蒸发器,属化学性爆炸。分析发现有油脂、乙炔,空分设备役龄长、老化、危险物品积聚所致。

112 金川有色金属公司“150”空分塔爆炸1993年7月25日,金川有色金属公司机械厂制氧车间,150m3 h空分塔主冷发生粉碎性爆炸,当场炸死一位操作工,空分塔报废。原因为5L空压机油多;吸附器自制容量偏小,空气净化不彻底,碳氢化合物增多,带进塔内。爆炸前4h未作记录。113 新余钢铁厂“6000”空分主冷爆炸,空分塔报废

1996年3月2日凌晨3时44分,江西新余钢铁厂6000m3 h空分设备在未发现异常征兆的运行状态下,突然发生板翅式主冷凝蒸发器爆炸事故。两个主冷单元飞出塔外十余米远,其中一个主冷单元炸成两半,空分塔部分冷箱被炸开,最大一块塔皮(约2t重)飞出20余m,上塔中心筒一块铝板飞出500多m远处,空分塔整体倒向主操作室厂房,将厂房局部损坏。上塔全部炸毁并塌落。爆炸产生的冲击波将周围工业建筑物部分玻璃损坏。因事故发生在夜间,未伤人。此次事故爆炸能量较大,经专家调查分析,为化学性爆炸。主冷爆炸区可能存在液氧流动不畅,乙炔与其它碳氢化合物在该区浓缩积聚。分析碳氢化合物的仪器,由于质量问题未投用。液空吸附器一直正常运行,但生产中1%液氧未连续排放,而为间断排放。液氧泵与液氧吸附器未连续使用,只是间断运行。分子筛吸附器的吸附及再生周期有些偏长。分析也有可能是二氧化碳及硅胶粉末堵塞主冷通道而致爆。

爆炸后,杭州制氧机厂紧急赶制一台6000m3

第20卷第1期低温与特气V o l120,N o11 2002年02月L ow T emperature and Specialty Gases Feb1,2002 α

h空分塔,新钢吸取教训后加强防范措施,已安全运行至今。

114 抚顺乙烯化工有限公司“6000”空分塔爆炸1997年5月16日9时05分,抚顺乙烯化工有限公司6000m3 h空分塔(1988从法国法液空引进, 1991年投运)发生恶性爆炸,造成4人死亡(其中一人是在200m外被飞来的冷箱钢板击中头部致死的)、4人重伤、27人轻伤;上塔被粉碎性炸毁,冷箱全部被炸,损坏静设备12台、动设备(水泵)4台,直接经济损失460余万元。事故原因:

11吸入大量碳氢化合物

因为事故当日凌晨2时30分同车间的环氧乙烷乙烯氧化装置停车排放气体,排放量400~500m3 h,其组分为:CH4约为50%、CO2约20%、C2H4约20%,8时左右排放完毕。该排气口距空分设备吸气口直线距离103m,两者均高30多m,且空分吸气口略低,当时刮西北风,正对空分吸气口,正好吸进排放气(法液空调查报告,气体组分为乙烯31%、甲烷48%、二氧化碳6%,其余为氧、氮。排放点高40m,空分吸气口高31m)。全厂区有5个化工生产车间,因此该套空分设备所处的大气环境不好。

21操作存在问题

53%左右(法液空调查报告,爆炸前9h主冷液位下降,换热单元的浸没率仅50%~60%),未全浸操作(说是设备规程规定);已有一年不取样分析液氧中乙炔的含量;有近50d未排1%的液氧,原本大气中碳氢化合物多,加上未连续排放,碳氢化合物就在液氧中积聚、浓缩。

因此,这次空分设备爆炸的主要原因是加工空气因大气条件不好,危险杂质碳氢化合物含量严重超标,日积月累,浓缩积聚;又未进行在线、离线监测,也不连续排放折合1%气氧产量的液氧;再加上主冷板式单元未全浸操作;而直接导火线就是爆炸之前连续6个多小时直接对口吸入含大量碳氢化合物的空气!

事故造成空分塔报废。1997年6月13日抚顺乙烯化工有限公司与开封空分设备厂签订合同,由开封空分设备厂突击赶制一台空分塔,11月8日新塔一次开车成功,次日抚化乙二醇车间恢复生产。

115 马来西亚壳牌石油公司“80000”空分塔爆炸1997年12月25日圣诞节之夜,马来西亚宾突鲁壳牌石油公司中间蒸馏工厂一套由法国液化空气公司设计制造、1993年投产的2800t d(81760m3 h)空分设备发生恶性爆炸。爆炸始于主冷凝蒸发器,并扩大到塔身,下塔压入地内;上塔和主冷被炸飞到750m以外;爆炸的碎片崩飞散落到周围100m,最远至212 km外;5km内窗框玻璃震碎,周围设备遭受很大破坏;飞出的金属击破了石脑油和煤油储罐而引起大火。据说,爆炸声距离150km也可听到。如此大的爆炸威力,有报道说相当于20t TN T炸药。由于爆炸发生在圣诞节之夜,工厂人少,只有12人受轻伤(包括液化天然气厂),无人员死亡。

事发后,法液空组织专门工作组到现场调查,还邀请美国A PC I、德国林德公司等专家协助分析,直接原因是当时印度尼西亚的森林大火,空分塔周围大气被烟气严重污染,当地大气能见度仅10m。据调查分析报告称,主冷的封闭单元中有碳氢化合物积聚,而这些碳氢化合物被未知的引燃机制点燃并燃烧爆炸。确认空气中的杂质(气体或颗粒状)是进入主冷的碳氢化合物的来源,而它们则源于当时印尼的森林大火。

在这次爆炸中,第一次发现主冷中可能会有一氧化二氮(也叫氧化亚氮,N2O)积聚,而一氧化二氮的积聚很可能会增加碳氢化合物积聚的风险,而这种风险主要出现在膜式主冷中。这就引出了对空分设备来说是一个“相当新的问题”,因为过去从未对N2O有足够的关注。近年,发现我国莱钢、宝钢引进的空分设备有氧化亚氮,并已检测到。爆炸引出新问题,应引起我们行业人士的关注!

法液空的调查报告结论是:事故起源于侵入的碳氢化合物以悬浮微粒形式经空气纯化系统,加上由于氧化亚氮结晶造成可能的主冷结污,促使可燃沉淀物在闭式循环单元中积聚,一旦引燃碳氢化合物,就导致铝燃烧而引发爆炸。爆炸释放的能量为019s中31×106kJ。

爆炸使2800t d(81760m3 h)整套空分设备彻底毁坏,马来西亚壳牌中间蒸馏合成公司邀请法液空公司给予重建。法液空已建造第二套3200t d (93440m3 h)空分设备提供马来西亚(杭氧液空有限公司制造分子筛纯化器),已于2000年5月投产。法液空第一套世界最大的3200t d空分设备,1998年4月在欧洲安特惠普港的BA SF公司现场投运,为内压缩(泵)流程,采用法液空自己的专利填料塔。

116 萍乡钢铁公司制氧厂“1500”空分车间爆炸2000年8月21日0时10分,江西萍乡钢铁公司制氧厂二车间1#1500m3 h制氧机检修现场发生燃爆事故。事故造成22人死亡,7人重伤,17人轻伤;厂房六跨三面砖砌墙体及二楼混凝土楼板坍塌;

43 低温与特气 第20卷

配电室及主控室内电气、仪表设施损坏;1#空压机电机、膨胀机及油箱等损坏;空分塔冷箱板骨架及上下塔支承部分断裂,冷箱板底部北面凹进。塔内设备基本完好,仅有部分倾斜。损失400余万元。

这次事故不是空分塔冷箱内设备(主冷凝蒸发器等)发生爆炸,而是主厂房内空分塔冷箱外发生的燃爆事故。事故原因为:

11空分塔安装在室内,主厂房地处凹地,北有挡土墙,液氧排放管置于厂房管沟内,引至厂房外附近明沟排放。因此排放方式落后,且排放速度偏快,当时风较小,氧气的比重较大,因而氧气积聚在厂房楼下,使一楼形成富氧空间,具备了助燃条件。

21膨胀机及空压机油箱在主厂房楼下,油系统冷却效果较差,油蒸气弥漫在一楼。从爆炸现场受损最严重的地方看,正是靠近膨胀机油箱处,也是大量油雾最集中的地方。这些油雾及油是这次爆炸的可燃物,且弥漫于一楼富氧空间中,形成隐患。

31当时空分设备虽停车,但空压机仍在运转,说是加压排液氧。空压机电机的供电电缆端部,有绝缘油渗出,使绝缘性能降低,接线端部有爬电现象,会引起小火花,在富氧气氛下就会引燃。从事故现场看,

象,这就有可能是这次事故的着火源。

这次燃爆事故前的情况是这样的:8月20日23时40分1#1500m3 h空分设备停车,并排放液氧。为了加压加速排液氧,空压机仍运转。21日零时扒珠光砂民工及检修人员46人进入现场,作施工准备,拆人孔盖板螺钉(事故后检查还剩3只)。到21日零时10分就发生燃爆。过去排液氧为1个多小时,这次只用了半个小时。

萍钢制氧厂二车间有两套1500m3 h制氧机,均为开封空分设备厂产品,1971年制造,1973年安装,1977年11月投产,一车间有一套3200m3 h制氧机,也是开封空分设备厂的产品,爆炸事故未伤及,但同车间的2#“1500”稍有损坏。为尽快恢复生产,萍钢请马鞍山钢铁设计研究院改进设计,2#“1500”于8月31日恢复投运。1#“1500”设计改为露天布置,冷箱由开封空分设备厂修复,于10月15日恢复运行。

2 空分塔爆炸事故的思考与教训从上面几起空分塔或制氧厂房爆炸事故来看,有好多方面值得我们思考,并可作为教训引以为戒。211 马来西亚80000m3 h空分设备一声爆炸,引出三个问题

11铝制规整填料的安全性问题

美国A PC I专家曾在国际制冷学术会议上指出,铝填料在氧浓度高的操作段是不安全的,宜采用铜填料。因此上塔下部接近主冷凝蒸发器的那段,要用铜填料,渡过高氧区后用铝填料。主冷爆炸后会在上塔高氧区引燃铝参与“二次爆炸”。这是A P2 C I的观点。而林德公司通过铝填料和铝筛板的引燃试验比较,证明铝是一种安全的填料材料,并限定填料金属表面润滑油最大残余量为50m g m2,结论是在空分设备上塔,完全可以用铝填料取代铝筛板而不存在其它风险。这是林德公司受压缩气体协会(CGA)的委托,通过试验得出的结论,并得到世界各大空分设备公司的认同。在抚顺乙烯化工有限公司“6000”空分塔爆炸后,法液空请法国SN PE国家级爆炸研究所的专家到现场勘察、计算,得到上塔在爆炸前的压力大于927kPa,约相当于2t TN T 当量的能量(1t铝+1t液氧可形成2t TN T的爆炸能量)。爆炸威力之大,其能量主要来源于铝燃烧(二次爆炸)。看来铝填料参与“二次爆炸”还是要引起我们高度警惕的。法液空调查报告,分析研究与计算结果是:化学能=8×106kJ,反应延迟时间=90m s,燃烧的铝量=1200kg,TN T当量=1750 kg。据了解,广州珠江钢厂从美国普莱克斯公司引进的10000m3 h空分设备,主冷液氧液面被告之不能过高,以免浸没铝填料。

21膜式主冷的安全性问题

法液空初次发现主冷中积聚氧化亚氮,而它的积聚会增加碳氢化合物积聚的风险,这种风险主要出现在膜式主冷中,因此,法液空建议暂停使用膜式主冷,正在设计的全部采用浴式主冷,已在用膜式主冷的要增加液氧吸附过滤器。林德公司亦注意到膜式主冷的安全问题,所采取的措施是:液氧泵后的液氧管路上设置100Λm筛网过滤器;防止出现干区,再循环泵使气液比(L V)达到215~3,使翅片上的液膜变厚;带热虹吸循环。美国普莱克斯公司在30000m3 h以下空分设备上不用膜式主冷。杭氧提供杭钢的6500m3 h空分设备主冷,采用了双层狭缝式板翅式主冷(西安交大与杭氧合作的新技术)。

31氧化亚氮的危害问题

对于空分设备来说,氧化亚氮(N2O)是“一个相当新的问题”。它在液氧中积累,因不能溶解,就

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第1期 顾福民:90年代空分塔爆炸伤亡事故及教训

会堵塞翅片通道,增加碳氢化合物浓缩积聚的危险性。在膜式主冷氧侧的堵塞可能引发板式的爆炸。林德公司认为,氧化亚氮是空分设备发生事故的主要原因,因为它使碳氢化合物累积。林德公司预防N2O的措施是:加液氧吸附器;加液空吸附器,;保持有足够的液体循环量;加N2O吸附器(一般的吸附器只除空气中N2O的5%~15%,在其顶部加一层10~100mm的5A分子筛,可提高对N2O的吸附能力)。

212 林德公司对空分设备业主和操作者的三点安全忠告

法液空两大空分设备爆炸后,林德公司流程工程合同部向空分设备业主和操作者,提出了三点安全忠告:11为避免碳氢化合物积聚,规定最低按参与精馏空气量的0102%的比例排放液氧,无论如何要把排放比例提高到不低于精馏空气量的012%; 21对通常的主冷凝器,要保证液面保持在最小值80%和最大值100%之间;31若上塔液氧槽里被固体堵塞(例如当分子筛吸附器超负荷时,CO2会进入冷凝器,以及日益工业化造成的氧化亚氮)时,装置要解冻。

213 法液空对运行空分设备(尤为配膜式主冷的空分设备)

法液空在马来西亚空分设备爆炸调查分析报告中提出,运行中的空分设备,尤为配膜式主冷的空分设备,必须加强对碳氢化合物侵入和积聚的监控。法液空的监控措施如下:11解冻时对杂质进行量化分析;21对二氧化碳、氧化亚氮及碳氢化合物进行分析;31跟踪检查主冷性能;41检查前端净化性能; 51密切注意现场环境条件;61根据以上结果调整解冻次数;71必要时增加液氧吸附过滤器。

214 防止碳氢化合物在空分塔中积聚的一些操作事项与措施

空分设备爆炸,大多为碳氢化合物积聚所致。处于化工区的空分设备,尤其要加强预防措施。实践中积累起来的一些防爆措施与操作事项,必须坚持,不能中断,如:要坚持从主冷底部连续排放折合1%气氧产量的液氧,以防止乙炔及其它碳氢化合物在液氧中积聚;主冷凝蒸发器要采取全浸式操作,以保证液氧的循环倍率;要坚持每8h分析一次乙炔和其它碳氢化合物的含量;要配备好分析仪表,完善监测手段,尽量配置在线监测仪表,以随时监测,并每天至少做一次离线检测;凡遇设备遭碳氢化合物与杂质堵塞时,装置要及时加温解冻,等等。

215 抚顺乙烯“6000”空分塔爆炸的一个特殊教训—化工区空分设备吸气问题

抚顺乙烯“6000”空分塔爆炸,最突出的教训就是化工区化工装置停车排放气体给空分设备的“致命伤”。看来化工装置要排放碳氢化合物含量高的气体时,空分设备也以停车为好。对于化工型空分设备,分子筛纯化器的余量要设计得大一些。空分设备吸气口,不能直对有害气体排放口;吸气口与危险杂质散发源的距离,应在1000m以上。216 萍钢“1500”空分车间爆炸的思考与教训萍钢“1500”空分车间“8121”重大爆炸伤亡事故,震惊中外,教训深刻,有好多方面令我们思考和必须改进:11大中型空分设备不宜室内布置,已在室内布置的应加强通风。21低温液体排放,室内地坑沟管排放危险,以引射式高空排放为好。这次马鞍山钢铁设计院给萍钢制氧厂的恢复设计,两套“1500”液氧排放均改为热空气引射高空排放。31液氧排放,带压快速,危险!41假如空压机当时也停车,那么空压机电机供电电缆端部不可能有爬电现象,也就不可能有引发燃爆的激发能源(着火源)产生。51停车排液到开始检修,要有间隔时间。据悉,国外一家气体公司对大小不同的空分设备间隔时间不一样。如果萍钢不是半夜停车就大队人马进场,而是到次日早上开始检修,液氧可慢慢排放,可能不致于会发生爆炸。所以不能拼设备,抢时间,急于求速。61空分设备使用年限问题。过去有人提出为15~20年,萍钢的这套空分设备已运行23年,设备陈旧,工艺落后,仍超期服役。液氧沟管地坑排放,燃爆“三要素”的存在,就酿成了这次惨剧,这对老设备单位应是一个很大的教训,空分设备也应有个年限规定,到时淘汰!71要特别注意氧氮泄漏,要警惕形成“富氧”(氮)空间”,是否要建立制氧车间内(尤为底层)空气组分的检测制度,因为富氧可助燃致爆,富氮可使人窒息。81制氧车间要禁油,地面要干净,不能弥漫油雾!91扒珠光砂,不宜一停车就开始,要有间隔时间,而且应先打开顶盖板与顶部所有人孔,以让漏入珠光砂层的液氧或液氮在间隔时间内自然挥发完。

217 小型空分设备,也要注意安全生产

对于小型空分设备,要注意空压机的油含量,尽可能采用无油润滑空压机;对油过滤器和分子筛纯化器,要确保加工空气净化彻底;要按工作周期加温解冻设备,尤其是役龄长的老设备,不要带病运行;要禁油禁火。

63 低温与特气 第20卷

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