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(dá)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(tuán)包頭鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院設(shè)計(jì)，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(jī)采用常溫分子篩吸附，增壓透平膨脹機(jī)，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?dú)夂蜌鍤獾漠a(chǎn)能都能達(dá)到設(shè)計(jì)值，但因安裝質(zhì)量、材料質(zhì)量及設(shè)計(jì)等問題，至今共造成13次扒砂處理，可以說運(yùn)行極不穩(wěn)定。本文就該制氧機(jī)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(jī)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(jìn)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(yùn)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(jī)院子到處飄揚(yáng)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(yùn)空壓機(jī)、增壓透平膨脹機(jī)、氧氣壓縮機(jī)、氮?dú)鈮嚎s機(jī)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(yuǎn)達(dá)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(jī)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(yán)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(jìn)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(jìn)塔空氣量開始下降﹙因電網(wǎng)波動造成空壓機(jī)波動，故一直未投運(yùn)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(jī)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(shí)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(yán)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(jìn)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(jìn)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(dāng)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(yuǎn)噴射距離超過100 m，幸運(yùn)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(yán)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(jìn)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(zhǔn)。

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(jìn)行了演練。

注:在實(shí)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(jìn)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(jī)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(jìn)塔檢查發(fā)現(xiàn)液空進(jìn)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(jìn)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(jì)不合理及焊接質(zhì)量不合格。該支架應(yīng)設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)正常生產(chǎn)時支架一直處于超負(fù)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(jī)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(jī)影響較大﹚，當(dāng)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(jìn)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(jī)、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(jìn)塔空氣大閥對漏進(jìn)下塔的珠光砂進(jìn)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(jī)壓氧等工序后，于2013年1月24日六千制氧機(jī)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(jī)空壓機(jī)波動問題處理好，工段決定啟動六千制氧機(jī)的氬系統(tǒng)，操作工發(fā)現(xiàn)每當(dāng)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(yàn)無論V3閥開度多大，結(jié)霜部位永遠(yuǎn)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(jī)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(jī)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(jìn)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(zhǔn)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(zhǔn)備好的衣物及時塞進(jìn)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(qiáng)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(jìn)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(diǎn)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(shí)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(fēng)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(fèi)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(yàn)，最后建議建造制氧機(jī)時冷箱內(nèi)的閥門應(yīng)使用焊接閥門，而非法蘭閥門。