3、大型特大型空分内压缩液氧泵管系燃爆事故防治
3.1 事故及原因
近年来，10000m3/h、40000 m3/h、48000 m3/h、60000 m3/h空分液氧泵管系燃爆事故，均有发生。设备破坏严重，经济损失巨大，甚至造成人员伤亡，教训惨重。煤化工空分属高压内压缩流程，危险性更大，必须引起充分重视。现将近期两起事故简介如下，引为借鉴。
3.1.1 40000 m3/h大型空分液氧泵管系燃爆事故及原因分析
陕西某气体公司新上气体项目，40000 m3/h大型空分二台，内压缩流程，氧压8.2MPa。液氧泵为引进法国Cryostar产品，参数为流量40000 m3/h，出口压力9.5MPa。2013年1月26日14：34左右，1#40000 m3/h空分在基建基本完工投运试生产过程中，发生一起内压缩液氧泵管系燃爆事故。简单经过如下：当天先用1#液氧泵试车，发现入口过滤器法兰漏液氧，遂换2#液氧泵试车，在加负荷升压过程中发生入口波纹管（波纹补偿器）燃烧爆炸，有巨响和火光，约10分钟后被岗位及消防人员灭火。紧急停车后检查，2#液氧泵内部烧损，管道系统内有炭黑，管道断口有90°脆性断口，是典型的化学性爆炸。由于灭火停车及时，控制事故扩大与蔓延。此次事故造成2#液氧泵入口波纹管烧毁，泵内烧损，管系破坏较大外，还烧毁两台液氧泵电机风扇、4台配电箱、60余米电缆。所幸未造成人员伤亡和重大财产损失。
这次事故发生在空分试生产过程中，1#空分2#液氧泵试运行，在加负荷升压过程中发生燃爆，引燃点为液氧泵入口波纹管，因其多次拆装产生漏泄液氧。该波纹管为不锈钢材质，厚仅1mm，外缠不锈钢丝，多次施工拆装损坏，先微漏后大漏，是个薄弱环节。液氧外泄是强氧化剂，尤其是复热后由液体变气体，体积膨胀800倍，在小冷箱内压力温度骤升，吹动珠光砂摩擦撞击液氧泵管系，波纹管很快磨穿大漏，小冷箱“砂爆”，很快引燃波纹管、2#液氧泵体及管系，形成燃爆事故。由于环境富氧，引燃烧毁了两台液氧泵的电机风扇、4台配电箱和60余米电缆等。从燃爆三要素分析，液氧及复热后的高压纯氧是强氧化剂；在这种环境氛围中，不锈钢含有70%以上的铁素体是可燃的；液氧气化升温升压，试车加负荷升压，珠光砂强烈摩擦、撞击，管道内异物高速摩擦撞击等为引燃的激发能源。
这次事故教训很多：
①由于用户是化工企业，氧气内压缩氧压高达8.2MPa，但氧气（液氧）管系设计配置水平偏低，作为“撞击场合”和危险薄弱部位的液氧泵入口波纹管、氧气过滤器均为不锈钢材质，宜提高标准。
②液氧泵入口截止阀为手动，事故燃爆时无法靠近切断，造成事故扩大，宜改为气动遥控阀门。
③施工质量欠佳。液氧泵入口波纹管，由于施工单位多次拆装和未按技术标准操作，造成损坏泄漏。试车过程中对氧气过滤器进行过5-6次清扫，发现不少杂质，说明施工不洁，留下隐患，应引以为戒。
3.1.2）60000m3/h特大型空分液氧泵管系燃爆事故及原因分析
山西某合资公司，因生产需要，新建60000m3/h特大型空分两台，分别命名为7#、8#空分，引进空分设备，内压缩流程，氧压3.0MPa，液氧泵为法国Cryostar产品，参数为流量60000m3/h，出口压力3.0MPa。2013年3月22日14：05，7#60000m3/h特大型空分在基建完工投运试车过程中，发生了一起内压缩液氧泵管系燃爆事故。简单经过如下；2013年3月21日7#60000m3/h空分B#液氧泵完成电机检修。2013年3月22日10：00 B#液氧泵预冷，冷备车。14：00下达操作指令，准备开启B#液氧泵手动进、出口阀。14：05两名操作工（其中一人为班长）在现场开启出口阀门时发生燃烧爆炸。液氧泵小冷箱炸开，7#空分大冷箱破裂，大量珠光砂外泄，液氧外漏，两名操作工被淹埋。3月23日至24日，事故现场搜索清理，发现两名操作工被烧焦尸体，尸骨不全，惨不忍睹。此次燃爆事故威力巨大。B#液氧泵管系基本损毁，手动出口蝶阀、逆止阀、旁通阀等从内向外燃爆严重。泵进口管系是由外向内烧，整个管系是出口向进口烧。设备损坏严重，直接经济损失与间接经济损失巨大。根据事故烧伤人员指证，多个现场监控摄像头录像和空分DCS记载，确认事故发生时间为2013年3月22日14：05，有两响两爆，间隔仅0.2秒，均为桔红色火焰，碳氢化合物燃烧特征，第二爆比第一爆威力更大。管道多处烧熔过火，有炭黑，爆破口有90°脆性断口特征，现场还发现铝粉屑异物。这次事故被确认为典型的化学性燃爆事故。
此次事故确认为两响两爆。第一次燃爆发生在B#液氧泵出口蝶阀阀套与阀杆之间上部，有声响，发生桔红色火光，具有碳氢化合物燃烧特征，B#液氧泵小冷箱上部被炸开，两名操作工就站在上面开启出口蝶阀被炸死。按燃爆三要素分析：出口蝶阀阀杆与阀套之间串有的高压氧气是强氧化剂；阀杆与阀套之间存在的与氧不兼容的矿物质油脂是低燃点易燃物，在纯氧氛围下更是如此（按设计，阀门制造商认定此处应为与氧兼容的Oxigonoex S4油脂，不知为何被矿物质油脂污染，属阀门的制造商Mapag美卓责任，有油脂分析报告说明。B#液氧泵出事故已无法查找油脂情况，但由7#空分A#液氧泵和8#空分A#、B#液氧泵解体检查得以证实。这是关键与要害！）；出口蝶阀开启时造成的摩擦、挤压和高压氧气的撞击、冲刷，可能还有金属铝粉末的摩擦、冲击（后检查发现管道系统内有铝粉铝屑）都是激发能源。第二次燃爆发生在B#液氧泵小冷箱内出口蝶阀、逆止阀、旁通阀、回流管等管系，声响更大，距第一响仅差0.2秒，仍是具有碳氢化合物燃爆特征的桔红色火光。B#液氧泵小冷箱下部大开口，珠光砂几乎全喷出，空分主冷箱豁口漏砂，威力巨大。按燃爆三要素分析：第一次燃爆后大量漏泄的液氧和气化的氧气是强氧化剂；在这种高纯高压氧的氛围中，不锈钢管系是可燃物；第一次燃爆的巨大能量直接引发了威力更加巨大的第二次燃爆，而不是一般的激发能源。
这次事故教训深刻：
①氧气禁油这是常识，这次事故恰好是因为B#液氧泵出口蝶阀阀杆阀套间出现了与氧不兼容的矿物油，直接导致这次恶性事故的发生，可说是犯了大忌！对于关键设备的选型、定货、监制、安装检查、脱脂处理、安全投用等都要严格按规定办理，就是国际名牌产品也不能掉以轻心，不要迷信，不可“免检”，要对已负责，对安全尽心。管系设计、材质选择、设备选型、标准采纳等均要以安全第一为前提，再适当考虑经济适用，节约投资。
②液氧泵进、出口蝶阀均设计为手动操作，似为不妥。启闭阀门容易产生摩擦、冲刷、挤压、撞击等激发能源，引发事故，这已有多次事故案例，此次事故就是血的教训。GB16912《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》8.5.2就明文规定“经常操作的公称压力大于或等于1.0MPa且公称直径大于或等于150mm口径的氧气阀门，宜采用气动遥控阀门”。应慎重全面考虑。
③经事故后检查，氧气管系发现金属铝粉铝屑和一些杂质，说明不洁，留下安全隐患，应引以为戒。
3.2 防燃爆措施
（1）设计是前提——严格安全标准
设计包括设备供应商的制造设计和用户的工厂设计，此处主要指的是后者。但用户也应根据自身情况，针对性对设备制造供应商提出安全技术要求。对于煤化工的大型特大型空分更应如此，因为它们是要满足煤化工用户要求的个性化空分，而不是一般通用设备。设计阶段留下的缺陷、隐患，将是先天性的，很难整改，容易引发各种事故，尤其是燃爆事故，不可忽视。严格执行各种安全标准，包括设备制造、建筑设计防火、防震、通风、配电、照明、防雷防静电、压力容器、压力管道、气瓶、特种设备安全、脱脂、低温液体贮运、各种材料、氧气站设计、氢气站设计等一系列安全规范标准。我们要强调的是GB16912《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》，安全以此为纲。在氧气管道安全方面，以该规程第8章为依据。
氧气管道布置及安全间距，在GB16912第8章有较详细规定。氧气管道内氧气流速是一个有关安全的重要参数，要根据氧气管道材质、氧气压力和是否“撞击场合”（使氧气流动方向突然改变或产生漩涡的位置，从而引起氧气中夹带颗粒对氧气管壁的撞击，这样的位置称“撞击场合”）等条件来决定，应按规定严格执行，因氧气超速引起的燃爆事故很多。氧气管道材质的选择也是一个安全要害问题，与氧气压力和所处位置是否容易产生激发能源有直接关系，不能降低标准要求，往往由于节约资金，降低用材标准，酿成事故，得不偿失。氧气管道上管件的选用往往不重视，弯头、变径管、三通、法兰、螺纹填料都有严格规定，否则引发事故。尤其对氧气过滤器要引起重视，对壳体、滤网材质、滤网孔径等都有严格规定。要求定期清洗，否则这个氧气管系的安全装置将因杂物积聚不能及时清理而引发燃爆事故，成为安全隐患，必须严格遵守，因氧气过滤器长期不清洗，而引发燃爆事故多起，要引以为戒。氧气阀门的选用更是有关安全的关键话题，氧气阀门要用专用氧气阀门，不能随意替代。氧气阀门的材质、型式、操作方式等都与氧气压力、口径、操作频繁程度有关，必须严格执行。高压大口径氧气阀门价格昂贵，为了节约而降低标准是不可取的，是以牺牲安全为代价，氧气阀门燃爆事故较多，必须遏制。煤化工高压大口径氧气阀门应用较多，更要引起关注。
对于各种安全法规、规范、规程、标准，尤其是强制性标准和条款，必须不折不扣严格执行。安全标准的要求对安全而言是最低要求，不执行是违规，要负责任，因此而出事故要被处理，甚至负法律责任。条文规定往往有一个范围，对氧压高的（如煤化工空分高压内压缩流程）应往上限靠，为了节约而往下限靠是危险的，不可取。对于液氧管道以往注意不够，认为温度低，管道用不锈钢耐低温就行，危险性不大。但是当液氧管道发生漏泄，情况大变，液氧变气氧体积膨胀800倍，压力剧增，同时温度上升，是很危险的，这两次事故就是启示，应该改变观念。在液氧管道材质选择上应根据实际要求和具体情况提高标准。要精细、完善、严格、安全设计，消除先天隐患，加强设计审查，提高设计质量。强化设备选型、专业订货和设备监制，对用户而言这是重要的设计后续工作，必须跟上。选择设计经验丰富，多种设计资质齐全的设计单位至关重要。委托熟悉煤化工行业、原直属化工部的北京、西安、宁波、武汉等知名大设计院进行设计是明智的。
（2）施工是关键——加强施工监理
氧气管道、阀门、管件等在安装前要进行严格检查，符合安全要求，尤其是除锈、脱脂干净。需要说明的是脱脂剂不能用以往常用的四氯化碳，因其破坏大气臭氧层，环保不允许，现一般用无机非可燃清洗剂、二氯乙烷、三氯乙烯、脱脂后需经检查合格。脱脂后碳钢管道应立即进行钝化处理或充入干氮保护，封口防污染。氧气管道焊接安装施工要严格按标准执行，碳钢管和不锈钢管要先用氩弧焊打底，防止焊渣进入管道。焊缝要用射线探伤（x射线或γ射线）检验，检验比例和焊缝质量等级与氧气压力有关，按规定执行，留据备查。一般不采用超声检验。氧气管道安装后，交工验收前应进行压力（强度）试验和泄漏性（气密性）试验。具体做法、要求和试验标准，按规定执行。氧气管道安装完毕投入使用前，应将管内水份、铁锈、焊渣、杂物等用无油干燥氮气或干燥空气吹扫干净，并在吹扫口用靶板检查，吹扫速度不小于20m/s，且不低于氧气管道设计最大流速。严禁用氧气吹扫管道。
氧气管道施工安装实际情况是脱脂不净、焊接质量低下、压力及泄漏性试验不严格、管道吹扫马虎不干净时有发生，甚至还有图简便用氧气吹扫管道，氧气管道投用后燃爆事故屡见不鲜，造成人员伤亡和重大经济损失。上述两起燃爆事故，都与施工安装质量不佳有关，焊接不良、管系漏泄、野蛮施工、设备损坏、管系不洁，发现不少金属铝粉铝屑、焊渣焊瘤、机械杂质等。而事故均发生在基建完工刚开始试生产过程中，发人深思，值得警惕。必须加强施工监理，强化对监理工作的监督与管理，杜绝马虎作业与野蛮施工，做到严格按标准施工、清洁与精细化作业，杜绝因施工造成的一切事故。选择经验丰富、资质齐全的施工单位和监理单位，用户必须慎重考虑。对于大型特大型高压内压缩煤化工空分而言，更应如此。
（3）运行是保障——完善运行管理
氧气管道交工验收后，要做到安全、稳定、连续、经济运行对用户是一个考验，尤其是安全要由用户负责与保障，必须完善运行管理，加强安全技术培训教育，健全安全管理规章制度，指导安全运行操作、维护与检修。大型特大型煤化工空分发展迅速，从业人员技术水平、操作技能与综合素质一下跟不上，更应加强培训提高。手动氧气阀门应缓慢开启，非调节氧气阀门不能作调节用。建立氧气管道技术档案实行专业管理，氧气管道作业人员应经培训持证上岗。氧气管道进行动火作业和重大作业时，要制定详细的动火作业方案并严格执行。氧气管道应定期进行吹扫，对管壁测厚，尤其对阀门、过滤器、波纹补偿器、弯头等撞击场合要检查处理。氧气管道严格禁油，安全阀、压力表等安全装置要定期检验一年一次。氧气过滤器应定期清扫，防止杂物积聚引发事故等。由于对动火作业重视不够，马虎对待，没有完善的动火作业方案，未进行氧气和可燃气体检验监督，动火作业不受控，动火时发生火灾和燃爆事故多起。有的用氧单位对氧气过滤器要定期清扫不明确，有的长期不管，酿成燃爆事故。这些都应该通过安全培训教育，提高认识与操作技能，完善各种规章制度并严格执行来解决。杜绝事故，确保安全。
