充车泵后液氧真空管道燃爆事故分析及防范

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低温液体真空管道尤其是充装真空管道燃爆、爆炸事故虽然时有发生， 但是由于此类事故大多具有无人员伤亡、 经济损失小、 恢复快的特点， 所以容易诱发侥幸心理而未引起高度重视。笔者近期参加了一起充车泵后液氧真空管道燃爆事故的调查，在此共享， 谨以为鉴。

1 事故经过和损坏情况

    2014 年 3 月 10 日 11 : 14， 某单位 300 m 3 液氧贮槽下充车泵附近传来一声巨响， 随即大量低温液体外漏， 白雾弥漫， 紧急关闭贮槽排液阀后现场渐渐清晰， 是液氧充车泵后真空管道发生了爆炸。事故没有造成人员伤亡。

    液氧充车泵后真空管道夹层炸裂， 外部不锈钢套管变形为扭曲、 堆叠在一起的海带状， 连同从焊根拔起的内管道安全阀一起掉落在距离原管道约2 m 的遮雨棚立柱处。外部不锈钢套管碎片最远的出现在距离现场约 100 m 处。真空管道夹层填充物( 如玻璃丝布、 铝箔、 石棉纤维等) 碎片四散， 碎

片最远出现在距离现场 200 m 处。

真空管道内管裸露且分裂成东、 西两段， 管道脱开处各有高约 30 mm 的凸缘， 从脱开处向各自管段内部看， 各有长约 1 m 的燃烧残余黑色粉末，粉末分布情况为从内管脱开处向各自管段内部逐渐减少。西侧管段依然和充车泵出口相连， 残余内管长约 2. 5 m， 其上残留安全阀开孔处的孔洞。管段外壁从脱开处向西有长约 1. 5 m 的黑色燃烧痕迹，距离脱开处约 20 cm 的外壁上部有长度约 30 cm 的蜂窝状凹坑， 相应的套管内侧也有蜂窝状凹坑。管段脱开处紧挨凸缘有黄豆大小的穿孔， 内大外小，说明该穿孔由 内部向外发展而成。东侧管段长约2. 5 m 的内管和出口真空阀 ( 真空绝热层有少量残余， 基本为裸阀， 阀杆弯曲， 阀柄飞离现场 20 m远)跌落在距离原位置 2 m 远的地面上。管段南侧地面上有清晰的两道半圆形、 深度约 1 cm 的凹坑以及大片黑色冲击波的痕迹; 管段凸缘内侧有两处长约 3 mm、 深约 1 mm 的凹坑， 但并未穿透。

2 事故调查

液氧充装系统工艺流程如图 1 所示， 真空管段工作压力为 0. 8 MPa ( G， 下同) 。

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2014 年 3 月 10 日， 事故发生前共充装了两车液氧， 第一车充装时间为 08 : 00—09 : 10， 第二车充装时间为 为 09 : 25—10 : 10。第二车充装完毕后， 监装工接到电话通知第三辆液氧槽车马上到， 所以只是停运充车泵， 关闭 了 出 口 阀 V1717后就离开了现场， 直至 11 : 14 事故发生后才急速返回现场， 关闭进液阀 V1711。销售部门立即通知此时尚未到达现场的第三辆液氧槽车返回。

2014 年 3 月 10 日 的监控录像较为完整地记录了事故的全过程。在第一辆槽车充装完毕后， 事故真空管段外侧泵后安全阀 V1714 处向东开始有大

约 30 cm 的结霜段， 10 : 10 第二辆槽车充装完毕后， 结霜段已经向东扩大到约 60 cm 长， 但并未到达事故发生后内管分裂处。在等待第三辆槽车的过程中， 结霜段继续向东扩展， 直至 10 : 40 整个事故管段外侧已经全部被霜覆盖; 10 : 53 真空管段外侧所结的霜开始慢慢由 东向 西消融， 直至 11 :03 全部消失， 11 : 14 : 03 真空管段突然燃爆， 伴随大量黄黑色浓烟和火光， 随即浓烟和火光消失。整个过程发生在 3 秒之内。

事故之前的监控记录显示: 从 2014 年 3 月 1日开始， 在槽车充装完毕之后， 该真空管段安全阀东侧下部即出现小块结霜。随着时间的推移， 每次充装作业完毕后该真空管段结霜面就逐渐向东扩大。2014 年 3 月 8 日， 雨， 进行了 3 次时间间隔较短的充装作业， 在第三次充装完毕之后， 从监控录像上看不清楚阀门的具体操作情况， 但是可以清晰看到该真空管段的结霜面已经较大， 和事故当天第二辆槽车充装完毕之后的结霜长度相当， 在接下来的 1 小时里， 该管段也先完全被霜覆盖， 然后霜层慢慢消失， 其后并无异常， 内管安全阀也没有启跳。2014 年 3 月 9 日， 晴， 该天只充装了一辆槽车， 作业完毕后该真空管段只是出现长度未及一半的结霜段， 慢慢消失后无任何异常发生。

真空管道内管分裂处为膨胀节， 事故后该膨胀节没找到。校验事故真空管道上的内管安全阀， 启跳压力为 0. 92 MPa， 动作正常。化验液氧贮槽中

碳氢化合物含量， 在正常范围内。

3 事故分析

( 1) 真空管道外壁最开始结霜的位置在安全阀东侧， 并且随着时间的推移充装作业后结霜面越来越向东扩大。而真空管外壁结霜有两种可能: 一种是夹层真空度下降， 绝热效果变差所致; 另一种是内管泄漏， 低温液体进入夹层所致。不同的是前者不会发生燃爆事故， 而后者可能发生， 所以判断这次真空管段外壁的结霜是由内管泄漏而引起， 并且该泄漏点出现在安全阀焊根东侧， 随着时间的推移， 焊缝泄漏量逐步加大。

( 2) 事故前两天与事故当 天， 均进行了多 次充装作业。充装作业完成后管道静置期间， 均出现了真空管外壁结霜面渐渐向东扩散至铺满整根管道， 随后结霜又全部消失的现象。不同的是事故前两天未发生异常， 事故当天则燃爆。真空管道静置期间， 出现外壁结霜面积逐步扩大， 直至满管， 说明管内有残液不断向夹层泄漏。稍后结霜又慢慢全部消失， 则是随着漏入夹层低温液体的汽化， 夹层压力不断升高， 最后阻止了液体的泄漏或者最后夹层与内管压力达到一种平衡。随着与环境的热交换， 管道外壁的结霜慢慢消失， 夹层压力会继续升高， 但是升高到何种程度就有两种可能: 一种是内管残液较少， 漏入夹层的液体量也较少， 夹层液体汽化后虽然造成压力升高， 但是并未超过其耐压极限， 这应该是事故前两天未发生任何异常的原因所在;另外一种是内管残液较多， 夹层压力升高至超过外管耐压极限， 会引发物理爆炸。此次事故海带状堆叠的外管就是很好的例证。

( 3) 事故中产生的黄黑浓烟、 消失的内管膨胀节、 内管膨胀节凸缘处的穿孔及凹坑、 内管内侧的黑色粉状物以及内管外侧的炭黑痕迹等， 充分说明同时发生了化学爆炸和燃烧。这是由于夹层超压后引发外管路破裂， 高流速氧气与夹层填充物如铝箔等发生摩擦并产生了火花。

( 4) 管段西侧内管外侧及外管内侧蜂窝状凹坑， 则认为是夹层物理爆炸后的能量引发不锈钢管局部燃烧所致。

4 经验教训

( 1) 务必严格遵守操作规程， 绝不能有侥幸及懒惰心理。充装作业完成停泵后， 应立即关闭进液阀， 打 开 吹除 阀 排 净 残 液， 静 置 一 段 时 间 后

加温。

( 2) 发现真空管道外壁结霜后， 要立即停用并分析原因和处理。

( 3) 对充车泵后等频繁间断使用的管段， 建议采用除真空绝热外的泡沫玻璃砖或聚异氰脲酸酯( PIＲ) 等其他现场保温绝热方式。这些绝热方式与真空绝热相比虽然汽化率稍高， 但是由于用充车泵作业时间短， 汽化率相对较低，并且可以完全避免类似燃爆事故的发生。

( 4) 建议真空管道生产厂家在真空套管上加装安全膜片等装置， 使内管泄漏时夹层压力可以及时释放， 从而避免真空夹层漏液事故后果进一步扩大。

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