空分冷箱珠光砂爆炸事故的原因分析和预防

kongfen · 发表于 2011-10-1 16:00:59

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叶必楠（杭州深冷气体科技有限公司, 杭州市环城北路10号9楼F，310004）

内容摘要：本文对国内空分冷箱装卸珠光砂发生的事故进行了分析，找出产生事故的原因，并对原因进行剖析，提出了预防措施。

关键词：珠光砂、冷箱爆炸、原因剖析、预防措施。

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1  问题的提出

随着空分设备大型化，空分冷箱随之加大、升高，有的高达60余米。冷箱内充填的珠光砂容量随之增多，冷箱内珠光砂装卸的事故时有发生。

（1）1972年，连源钢厂在装珠光砂时，装珠光砂的人从装砂人孔掉入冷箱，经奋力抢救，但是，抢救出来的人已窒息死亡。

（2）1972年12月，鞍钢氧气厂在冷箱卸珠光砂时，珠光砂突然倾泄下来，其中1人被埋，抢救出来已窒息死亡。

（3）1984年4月，本钢氧气厂，抢修空分调阀的检修工，因被氮气窒息，后掉入珠光砂中死亡。

（4）1990年，某化工厂10000m3/n空分设备因漏液需停车检修。按正常操作规定进行排除液体、加温除，然后、卸珠光砂时，不是打开珠光砂卸砂专用孔，而是卸下冷箱最下部的检修用的冷箱人孔盖板，人孔板打开后没有多长时间，就听到一声巨响，珠光砂喷出约8m远，整只高40m的方冷箱变成圆冷箱，280号的工字钢、槽钢全部向外弯曲，鼓了出来。

（5）2000年8月21日，江西萍乡钢厂空分设备组织人员在扒珠光砂，另一台空分设备开着排放液氧，液氧随地沟汽化，由于电动机冒火花，引起爆炸，22人丧生。

（6）2001年某钢厂6000m3/h空分设备，液空进粗氩塔冷蒸发器调节阀严重漏液，大量液空进人冷箱内的珠光砂中。经停车、排液、加温后卸砂，从冷箱下部的珠光排放口卸砂，没有多久，一声巨响，板式冷箱顶盖全部掀开，方冷箱变成了圆冷箱。

（7）2005年10月，马钢2万m3/h空分设备冷箱内进行检修，冷箱中的珠光砂喷泄下来，造成1人死亡。

（8）2005年11月29日，西宁特钢6000m3/h空分塔漏液，卸沙检修中，突然喷沙，造成严重损坏，修理费损失120万元。

（9）2006年1月6日，水钢氧气厂3号空分设备在检修过程中，将塔内的珠光砂卸下来，突然“轰隆”一声，大量珠光砂劈头盖脸的喷射出来，27名在塔前装珠光砂的民工埋在砂堆中，经抢救20人命脱险，7名女工丧生。

（10）2007年1月2日，四川威远钢厂10000m3/h空分设备卸珠光砂中，突然喷砂，四周堆满珠光砂，在清点人数时，发现少1人，救出来时已死亡。

（11）2008年2月，江苏常州长宇实用气体有限公司3000m3/h液体空分设备在卸珠光砂时，突然发生爆炸，方冷箱变成圆冷箱，幸亏珠光砂喷出的方向在卸沙群的背面，未造成人员伤亡。

（12）2009年7月15日，江苏无锡新三洲特钢6000m3/h空分装置泄漏，外壳结霜，7月12日停车，12日当日排完液体，并进行了加温处理，7月15日在未确认冷箱内温度的情况下，未启用冷箱原有的卸砂孔，在旁边用气割刀切开了一个60×80×60㎝的U型口违规卸砂，7：30时发生大量珠光砂喷出，下塔、上塔、氩塔整体倒塌，造成11人被埋，其中3人死亡。直接损失近千万元。

上述的事故案例，充分告戒人们空分设备冷箱装卸珠光砂时存在的危险性，那么，造成装卸珠光砂危险的原因是什么？

2  发生空分冷箱珠光砂事故的可能的原因分析

2.1 介质隐藏的危险因素：

空分设备冷箱内充填的珠光砂，又名膨胀珠光岩，由玻璃质山岩经破碎及高温焙烧而成，呈圆珠松散颗粒，无毒、无味、不燃烧、不腐蚀。由于它具有极低的导热性和可靠的化学稳定性，有良好的充填流动性和极低的容重性；珠光砂粒度一般为0.05～1㎜,松散度45～80㎏/m3,由于珠光砂有优良绝热性能，广泛地应用于空分、制冷设备冷箱的绝热。但由于珠光砂很轻，易飞扬，粉末刺激喉头和眼鼻，很易吸入肺，引起咳嗽，人员落入其中，很快被淹没而窒息死亡。

2.2 在卸光砂过程中造成冷箱爆炸的原因综合起来有以下几种可能性：

空分塔内管道、容器泄漏，特别是低温液体的泄漏，使珠光砂中贮存了液体，未经彻底加温、汽化，卸沙时温度升高，流动速度很快，产生摩擦静电，导致液体急剧膨胀，气压升高，引起冷箱爆炸；

2.3 冷箱内珠砂加温不彻底的原因又存在以下几种可能：

2.3.1 空分塔冷箱珠光砂加温管通布置不合理或没有考虑整体珠光的加温；

a)空分塔冷箱总体设计时，只在珠光砂冷箱基础卸一个测温点，在冷箱底部四周设加温管，在容器底和主要液体未设加温管。有的空分塔只设污氮进冷箱充氮管，目的是控制冷箱内保持正压，防止防止大气吸入冷箱，使珠光砂变潮，在冷箱底部没有设珠光砂绝热层加温管道。

b)空分塔冷箱顶部没有设呼吸阀，或者顶部人孔布置不均匀，不能使加温气体均匀排出；

c)珠光砂层没有设置温度计，加温时充无法测定温度。

d)空分塔冷箱高度大于40m以上时，只有底层设卸沙孔，会引起卸砂时流动速度过快。

2.3.2 珠光砂加温方法不妥当：

a)加温时冷箱顶盖没有全部打开,使加温气体不能均匀的通过绝热层；

b)加温的时间不够，未加温到常温或接近常温。

2.3.3组织卸砂和参加卸砂的人员未经专业培训，由临时民工组织的包工头组织卸砂，只求卸砂速度快，把冷箱底部的人孔板打开或切开冷箱板违规卸砂。

2.3.4 冷箱内尚存珠光砂时，人员从冷箱底部进入冷箱，珠光砂结块层掉下伤。

2.3.5装卸珠光时缺少劳动保护措施，珠光砂充装口和各层平台人孔缺少安全防护栅网；

2.3.6装卸珠光砂时缺少有效的组织指挥人员和事故应急求援预案。

3  事故预防措施

从造成珠光砂冷箱爆炸和装卸珠光砂的人员伤亡事故可能的原因来看，有空分塔冷箱设计、安装、使用和管理上的问题，我们应从中吸取深刻的教训，并提出以下预防措施：

3.1 空分塔冷箱在设计上应采取的措施：

3.1.1 要充分考虑管道的热胀冷缩引起管道补偿问题，防止管道拉裂、拉断；

3.1.2 建设冷箱内的容器，管道是有可能产生液体部位的焊缝都要100%的无损探伤合格，必要时提高伤等级。

3.1.3 空分塔冷箱内低温管道、容器、连接尽可能采用焊接结构，尽可能避免法兰结构；

3.1.4 空分塔下塔座应设置基础，并用不锈钢制造支座和底脚螺钉，防止漏液时会使碳钢支座冻裂，使上下塔整体倒塌；

3.1.5 建议空分塔冷箱高度大于40m的应在20m左右设置珠光砂装卸口，装卸口不宜过大，也不宜过小，一般在0.3～0.4㎡。

3.1.6 空分塔冷箱顶盖应在四角和中间设600×600人孔，珠光砂加温时便于打开，使汽流均匀的通过珠光砂；

3.1.7 空分塔冷箱底部应装有供珠光砂加温的管道，有液体的容器，管道的下部应设置加温管道，便于漏液时，采用有效的加温措施。加温管道口径和小孔总面积应与加温液体的流量相适应。

3.1.8 空分塔冷箱底部、中部、上部的珠光砂层中设置有代表性的测温点；

3.1.9 在操作说明书上应增加珠光砂层加温的方法和合格的标准，装卸珠光砂的安全注意事项。

3.2 安装上预防措施：

3.2.1 确保安装质量，特别是液体管道必须制订施工方案，确保焊透和密封，在工艺确保不漏液、不漏气；

3.2.2 冷箱内管道焊接及探伤施工人员必须持证上岗，建立岗位责任制，每条焊缝都可以返踪；

3.2.3 冷箱内管道安装时要自然对中，严禁强接、硬扯，防止产生应力；

3.2.4 液体管道必须严格规定进行无损伤；

3.2.5 空分塔冷箱内气密性试验必须严格按规定试验，残漏率必须优于规定。

3.3 操作上的预防措施：

3.3.1 企业对空分塔冷箱珠光砂加温必须制订安全操作规程，并严格执行规程；

3.3.2 装填珠光砂人员应经专业培训，熟知装卸珠光砂的规定程序和安全注意事项，发生事故的安全撤离和应急求援措施。

3.3.3 装卸珠光砂场地，应隔离阻拦措施，与施工无关人员不得入内；

3.3.4 装卸珠光砂场地应设危险警戒标识，高空作业应设拦杆或拦绳，防止人员坠落的措施。

3.3.5 珠光砂装入口应设φ6～φ8钢筋焊制的方格形安全铁栅或专用安全网，防止人员或整袋珠光砂坠入的措施。

3.3.6 在无法采用安全铁栅和专用安全网的情况下，应用安全绳将装砂人固定在可靠的地方，绳的长度以人不会掉入冷箱为宜；

3.3.7 严格执行氧气站的动用规程，施工中需要动用时，必须办理动火许可手续，严格经有关审批权限的人员审批和有专人监视下，定人定时的动火；

3.3.8 装卸珠光砂所需的电器、电线绝缘必须良好，用电设备应装设漏电保护器并有接地保护。进入冷箱的照明灯电压低于12伏。

3.3.9 参加珠光砂装卸人员应佩戴披风帽、避风镜、口罩或防尘面具、头顶围好毛巾，身穿长袖衣裤，防止珠光砂人体直接接触的劳保用品；

3.3.10 准备好两套空气呼吸器，以提供应急救援人员抢救时使用。

3.4 组织管理措施：

3.4.1 有条件的企业尽可能采用机械输送法自动装卸珠光砂；

3.4.2 备足必需的珠光砂：一般根据冷箱的外形尺寸容量备料，冷箱内容器管道容积作后备系数，即充装过积的损失和运行后的补充；

3.4.3 确保珠光砂的质量；在订货应明确；珠光砂堆积密度　≦60kg/ m3; 珠光砂振实密度　≦75kg/ m3；含水率﹤0.5％；导热系数﹤0.0226w/m.k；对回用的珠光砂含水率应小于0.5%。

3.4.4 装卸珠光砂前一周应向当地气象咨询天气情况，应尽量避开湿度大于80%的天气，更不得在阴雨天装卸珠光砂。

3.4.5 与有安装资质的单位签订合同；

3.4.6 准备好吊机，上、下通道所用的工具应洁净，严禁油脂；

3.4.7 每个装卸口确定人数，一般一个装卸口2人为小组，根据搬运路线长确定搬运人数，搬运加装卸为一大组，若干大组为一班为马；装珠光砂是强体力活，由二班人马组成，一班干活时，另一班休息，每一个小时轮换一次。轮换班时由组长清点一次人数，并向现场指挥报告。

3.4.8 现场配备总指挥一人（一般由业主出任），副指挥若干名（安装单位出任）直协调业主和安装队之间关系，并指挥现场进度。

3.4.9 现场配备监控一人，在操作控制室，监视塔内压力。

3.4.10 现场配备应急求援人员两名，并在现场巡回检查，了解现场人员分布情况并制订出应急救援预案。

3.5 应急救援措施：

3.5.1 装卸中一旦发生冷箱爆炸，珠光砂淹没人群，或有人员掉入珠光砂中，发现人员或监控人员应立即与总指挥或应急求援人员报告，总指挥应立即启动应急救援预案。

3.5.2 应急救援人员平时应穿戴好劳保用品，一旦接到抢救住处应立即戴好空气呼吸器、防风镜等劳动保护用品抢救被困人员；

3.5.3 总指挥在现场指挥其它人员积极配合应急救援人员的抢救，未戴空气呼吸器人员严禁进入珠光砂中去抢救。

3.5.4 一旦人员解救出应首先转移到空气新鲜处，挖出口中珠光砂，用自来水冲刷眼中、口中珠光砂，若呼吸中止，应进行人工呼吸。同时打120电话来现场抢救。或者立即派车送往医院治疗。

3.5.5 安装中，若有人眼睛中进入珠光砂，首先要克制疼痛和难受，严禁用手去揉眼睛，应用清水冲洗，一般在洗眼器上冲洗15分钟以上，以除去眼中尘，必要时求助眼科医生。珠光砂无毒，但有的人皮肤接触珠光砂会产生过敏，应采用清水冲洗干净。

3.6 珠光砂充填程序和注意事项

3.6.1 检查1～5项的预防措施都已落实到位；

3.6.2 空分塔冷箱容器、管道已经吹刷干净、裸冷、结束、气密性试验合格；用来检查的肥皂水已用温水清洗干净；冷箱内的安装用工艺支架已拆除；基础上的积水已清除并烘干。具备装砂条件。

3.6.3 在空分塔容器管道内充入0.02MPa左右的氮气或空气，并有专人进行保压和监视，发现异常及时报告。

3.6.4 确认总指挥、副总指挥、安全监护人、装砂人员已到岗；并确认人数再次确认参加人员已经培训，劳动保护用品穿戴符合要求。其它无关人员已清出安装场地。

3.6.5 再次确认装珠光砂口防护栏栅或安全网安装牢靠。

3.6.6 珠光砂按按冷箱人孔自下而上的往上的装，最后从冷箱顶盖人孔倒入。

3.6.7 充填过程中要用木榔头或橡胶榔头敲打冷箱外壳，确保充填结实。

3.6.8 等每层珠光砂填满时，装好冷箱盖板，最后将冷箱顶盖封好；

3.6.9 充填珠光砂中应注意的问题：

a)参加装填珠光人员一般不得离开现场，需要离开时就向组长请假，允许后才能离开；组长要随时注意人员变化，一旦发现缺少时要查明原因。

b)上层开始装珠光砂时，下层不得有人工作，防止物品掉下伤人。

c)发现空分塔内压力突然降低时，应停止装珠光砂，查明原因后再装。

d)装填中发现珠光砂袋特别沉重的，应查明原因，防止杂物或潮湿的珠光砂倒入冷箱内。

e)装冷箱盖板时，应将盖板四周填好φ6的橡胶圈，防止大气漏入使珠光砂受潮。3.7 冷箱内珠光砂的卸出:

3.7.1 冷箱内珠光砂卸出的原因，往往是冷箱内管道的泄漏，从泄漏的气体中测定氧含量，结合泄漏部位，可能初步断定泄漏的部位，并记录在案。

3.7.2 根据泄漏量和发展情况，制订出检修计划，由技术负责人审批实施。

3.7.3 冷箱内加温步骤：

a)一旦确定停车、加温、卸沙检修，空分设备应按正常停车，排除液体，按正常步骤对塔内容器管道进行加温；

b)空分塔准备加温的同时，打开冷箱顶盖所有人孔盖，使加温的气体流通。

c)在空分塔内正常加温时，通入少量常温干燥空气，对珠光砂层进行加温，根据顶部人孔喷出珠光砂情况调节空气量，喷出珠光砂量小，增加空气量后喷砂无明显变化时，可以缓慢逐渐增加空气量，加速珠光砂层的加温，若喷出珠光砂过大时，可适当减少空气量。

d)当空分塔管道、容器吹除阀、仪表管口温度按近常温、干燥度达

-5℃左右，可认为加温结束；

e)检查珠光砂层的温度，基础层温度按近常温，经有关技术负责人确认时可确定加温结束。

3.7.4 卸砂的步骤：

a)按本节3.4.5有关条款做好卸沙准备工作，并在卸砂范围的四周拉好警戒线，设定堆场和安全撤离通道。

b)卸砂应有经验的人控制速度，打开卸砂孔，珠光砂流动速度很快时应关小卸砂孔，反之则开大一些。若有卸砂孔设计过小，卸不出来，可用人孔盖板替代，在盖板上两角盖板孔上装两颗长50㎜的螺钉，将其它盖板其余螺钉卸下，然后慢慢松开新装50㎜螺钉，调节放砂速度。

c)珠光砂卸出后的装袋、搬运由二人一小组，十人一大组有组织的进行；

d)装砂、搬运人员应在离出砂口2m以外工作，一旦发生砂爆可及时撤离；

e)卸砂工作应从冷箱上部开始，逐层往下，上层卸完后，再打开下层卸砂口，最后打开最底部的卸砂口。

f)珠光砂卸完后，人员进入冷箱前应测定冷箱内的含氧量是否在19.5～23%之间，否则应用空气置换，达到要求才能进入。

g)人员进入冷箱前，应先检查冷箱各个部位是否有板结的珠光砂滞留在冷箱空中，应设法清除后才能进入。

h)卸出后的珠光砂若是干燥的应装代后存放仓库内，有防止受潮措施；待下次备用。若发现已受潮的珠光砂，可另堆放，进行加温干燥处理，或埋地处理。

3.7.5 卸沙应注意的安全问题：

a)珠光砂层未加温至常温不得卸砂，特别有液体的情况下严禁卸砂；

b)卸沙过快是引起“砂爆”的主要原因之一，过快的因素是冷箱人孔盖开得过大和砂层过高，因此，必须从上至下分层卸砂，最大高度不要大于20m。用盖板螺钉控制速度。

c)卸砂时应分多口，人员不宜集中，并随时防止砂爆发生，通道保持畅通。

d)冷箱内珠光砂未清除，含氧未达到19.5～23%之间，人员不得进入冷箱。

上述的意见与分析，供有关人员参考。最后建汉有关部门组织制定《空分冷箱珠光砂装卸安全规程》，作强制性执行，从而确保装卸珠光砂规范化、标准化。保证人们的安全生产。