设备背景:
原邢台钢铁公司制氧厂有开空产KDON-3200/3200-3型板式切换流程空分设备2套,1号2号空分装置于1995年7月投产;属于当时较为成熟设备,采用的是第四代板式切换式切换流程,自运行以来,由于其自身流程落后,运行效果较差,存在着设备落后,操作复杂,故障多,检修费用高,能耗高,产量低,当时这两套设备工况较好的冬季3150m3/h,夏季只能到2900m3/h。氧提取率只有70~75%,由于采用加氢制氩,其二期工程制氢站未能建设氩不能回收,运行周期短,加以施工质量低,事故隐患多,运行安全性能差,经常造成停产扒塔检修,影响生产。
流程背景:
开空产KDON-3200/3200-3型板式切换流程空分设备
【流程特点】
用切换式换热器取代早期石头蓄冷器后,由于用间壁式连续换热代替了蓄冷器的间歇换热,使温度场分布较为稳定,同时在气流通道中供水分和CO2冻结的空间也增大了,使切换周期可以延长,切换损失可由蓄冷器流程的4%下降到2%。采用了环流法来保证切换式换热器的不冻结性,可使空气和返流污氮气冷端温差由蓄冷器流程的3.5℃缩小到2.5℃,这是一种较为完整的不冻结性的方法,不再需要中抽气阀箱,CO2吸附器等附加设备,使流程简化。采用了体积小、重量轻、流通能力大的切换碟阀取代笨重的强制切换阀,使布置紧凑。配有液空、液氧吸附器除去乙炔等烃类化合物,保证主冷安全运行。加氢制氩等。
【流程缺点】
为了满足切换式换热器自清除要求,需要返流污氮气量较大,一般而言,污氮气量与总加工空气量之比不得少于55%,即纯氮产量只能达到总加工空气量的45%,这样,纯氮气和氧气产量之比最多只能达到1:1,无法满足用户对大量纯氮气需求。为满足切换式换热器的不冻结性要求,冷端要保证有一个最小温差,空分设备的启动要分成四个阶段来完成,以避免水分和CO2进入精馏塔内,因而启动操作要十分小心,比较麻烦。有兴趣可了解以下:
第一阶段
本阶段操作任务:发挥膨胀机的最大制冷量,集中全部气量冷却板式换热器,以最快的速度将板式冷端冷却到—60℃以下,度过水分冻结区,建立水分自清除工况。
操作要领:缩短切换时间(15秒),使用一台干燥器,走最短启动路线,操作上要突出一个快字。
结束标志:冷端正流空气降到—60℃以下。
本阶段操作注意事项:
a. 冷却过程要间断打开各部位的吹除阀,以带走内部热量及机械杂质和冷却过程凝结的冷凝水;
b. 随着温度的降低,要及时调整空压机排压稳定;
c. 密切注意膨胀机各部压力。
第二阶段
操作任务:利用膨胀机后—130℃以前无CO2析出的有利时机,对空分塔进行全面冷却,将空分塔内所有容器管道冷却到—100℃以下。
结束标志:膨胀机后温度低于—130℃。
操作要领:操作中要突出一个“均”字,使各部温度均匀下降,用环流调节机后温度在—130℃以上。本阶段不允许板式冷端温度高于—60℃以上,在机后温度低于—130℃无法控制时,转入第三阶段。到本阶段末切换时间逐渐延长到2分30秒。
本阶段操作步骤:
a. 按设备流程,先进行下塔及冷凝器的冷却。在下塔温度不断降低的情况下,逐步关小TG—103,逐步开大TG—102及环流阀,及时调节机前温度。
b. 上塔及氧氮管道的冷却;
c. 液氧吸附器及液氧泵冷却。
当板式换热器、上下塔和各部温度低于—100℃,机后温度低于—130℃不能控制时,本阶段结束,转入第三阶段。
第三阶段
操作任务:改变冷却路线,集中冷却板式换热器,将冷端温度尽快冷却至—168℃以下,建立板式CO2自清除工况。
结束标志:冷端温度冷却至—168℃以下。
操作要领:集中冷却板式换热器,以最短的时间度过CO2冻结区。当板式冷端温度降至—150℃时,全开TG—103,全关环流,切换时间10秒;当板式冷端降至—168℃时,二氧化碳冻结区操作结束。切换时间适当延长。
第四阶段
操作任务:发挥膨胀机最大制冷能力,继续冷却空分塔,使各部达到正常工作温度,积累液体,调整纯度和产量,建立正常精馏工况。
操作要领:在操作中冷端空气温度不允许回升到—165℃以上,膨胀机内不允许产生液体,操作中力求一个稳字。积液阶段要及时投入液化器。当下塔液面达50mm时,排放检查液体是否清洁;当下塔液面达到250mm时,送入上塔。当上塔液面达到50mm时,排放检查是否清洁。随着液面、阻力不断升高,及时调整节流阀开度;当上塔液面达到1800mm以上时,利用DX—111、JL—102、103进行调纯。直至正常工况。
事故过程:
由于时间久远具体的时间已经记不清了,大约是在2002年左右六月中,3200空分二号机。在日常点检过程中,发现切换阀、氧蝶阀、排水阀室冷箱与基础连接处上大约有30~40公分高处横向大约60~70公分的裂缝,有淡蓝色液体从中排除。以氧气含量测定确认为液空 泄露,在事故发生时,由于距计划检修,大约只有一星期多左右,领导决定加强设备维护,启动应急响应预案,加强人员巡逻,观察裂缝和泄漏是否有扩大直至按计划停车处理。
事故发生当天计划停车。凌晨6:00改变备用仪表气源。氧氮三通切换阀打至放空侧。
空压机放空,停主机运行,关闭空压机送气阀,关闭进空气装置的总进口阀。停水泵关进出口阀,关空冷塔液面调节阀前后截止阀。停膨胀机,关进出口阀和进气调节阀,喷嘴调节阀,停切换机构,关各节流阀。排放主塔内液氧、液空等液体。在这里需要强调的是这两台开空产KDON-3200/3200-3型空分没有配备液体储藏设备。液体排放也是地坑排放法。液体排放后大约7:00通知钳工打开塔上人孔。当塔上人员刚刚干完下撤至主控,突然一声闷响如下图冷箱自动阀箱上部开裂保温材料珠光砂大量喷出,冷箱膨胀变形。随后扒沙检修恢复损坏设备。又运行2~3年后1号2号空分拆除改造为杭氧生产的KDON-4500/9000分子筛全精馏制氩空分。
事故分析:
本次事故的发生原因,就是2号空分装置液空泄漏到珠光砂中,停车后液体排放完毕。冷箱复热残存液体急剧汽化,发生沙暴冲破箱体。
事故后闲话事故:
在日常工作中由于冷箱内容器管道众多,理论上任何地方都有可能发生泄漏,大多制
造商在使用说明书中不会给出泄露后的详细解决方案,对于液体泄漏,不管是否影响工况,那么你就要尽快的安排停机检修,如果是大量泄漏,就要立即停机检修。液体在冷箱中积聚过多事故难以避免。本次事故未演变成为2019年7月19日,河南省三门峡市河南煤气集团义马气化厂C套空气分离装置发生爆炸事故,造成15人死亡、16人重伤这样的恶性事故有以下几点幸运之处:
1、空分设备较小液体泄漏较小发生沙暴时,物理爆炸膨胀量小除冷箱外对设备破坏较小。
2、操作工人及时发现泄漏汇报,因涉及全厂计划检修只加强维护未果断处理。这既是幸运也是不幸。空分冷箱发生漏液,保温层珠光砂内就会存有大量低温液体,当低温液体急剧蒸发时冷箱外壳被撑裂,气体夹带珠光砂大量喷出。
3、前文提到停车液体排放,发生沙暴时液体仅是珠光砂中泄漏量设备破坏较小,附近又没有液体储槽。没有使事故扩大。
4、停车选在凌晨气温较低,液体排放进一步降低附近温度。钳工打开人孔降低液体膨胀带来能量,并在打开人孔后及时撤离。
最后提些相关:
在一些老设备当中没有通入冷箱的密封气体,一些九十年代产的设备当中只有一些基础温度等测温点。通常冷箱密封气使用的是污氮气(或纯氮气),冷箱密封气的入口一般在冷箱底部,入口处有就地压力表显示进冷箱的密封气压力,冷箱中部和顶部一般不设置密封气压力表。在笔者操作的设备有时顶部还有可能出现负压,人孔封闭不严,长期会将空气中的水分吸入并和珠光砂结成冰块,降低保温效果,扒砂时造成冰块结块过大珠光砂无法下落,处理后将管道砸变形或断裂。这事故其他时间另行讨论。