特大制氧事故案例分析

特大制氧事故案例分析

制氧机主要应用于钢铁企业和石化企业，它的安全运行对于企业的生产经营起着极为重要的作用。以下就五起事故，简要地进行原因分析，并提取可吸取的经验和教训。

一.从表一可以看出这五起特大事故，主要分两大类：

(一)是空气透平压缩机事故：

1.97年2月28日，湖南湘潭钢铁公司一万四制氧机刚刚检修完毕，第一次启动过程中，突然发生一声巨响，高速旋转的一级叶轮破碎，飞出的碎片打穿了空压机的蜗壳，并使在场的两位同志受伤。事故发生后，各方专家到现场进行勘察，但对事故的具体原因，未能达成一致意见。有人认为是空压机制造质量问题，也有人认为是空压机的检修质量问题。

2.98年5月1日，湖南涟源钢铁公司一万制氧机正在稳定运行中，突然发生一声巨响，操作工立即进行停车，发现低速轴在齿轮根部断裂，一级蜗壳破碎，轴瓦严重损坏，机座变形，压缩机组除冷却器尚能使用外，其它机体部分，需全部更新。到目前为止，还没有看到具有权威性的分析结果。

(二)是空分设备爆炸事故：

1.96年3 月2 日凌晨3：44，江西新余钢铁公司6000制氧机在不发现异常征兆的情况下，空分塔突然发生爆炸，空分塔保冷箱被炸开，并且整体倒向主操作室厂房，将厂房局部损坏。事故没有造成人员伤亡。

2.97年5月16日9：05，抚顺石化公司进口6000制氧机空分塔发生剧烈爆炸，空分塔保冷箱钢结构框架倾斜，冲击波波及方圆500米，造成4人死亡，31人受伤。

3.97年12月25日，马来西亚滨鲁图壳牌石油公司从法国进口的73000制氧机发生爆炸，爆炸碎片崩飞到周围100米，爆炸声传播200公里，5公里以内的门窗玻璃被震碎，事故没有造成人员死亡，受伤情况不详。

对以上情况的分析，作为使用单位需要吸取以下经验教训：

1.一定要严把检修质量关，对高速运转机械转子，若要进行动平稳校验，一

定要找具有校验的资格的单位。

2.空压机启动时，振动联锁是不能投入的，否则空压机就不能正常启动；但

正常运行时，有些单位害怕振动值的偶然跳动引起停车，联锁也不投，这就使得出现异常时，不能联锁停车，往往使得事故扩大。

3.空分装置的爆炸，主要原因是液氧中的碳氢化合物含量超标。碳氢化合物

含量超标的原因又有以下几个：①空气中的碳氢化合物含量高，这主要是空压机的吸气口离碳氢化合物污染源太近引起；② 空分系统中的防爆

设施没有投入运行；③ 分析检测手段不齐全，或检测手段齐全，但不严

格执行安全标准。

针对这三条原因，分别应采取的措施是，若在空压机吸气口附近存在碳氢化合物污染源，应让其搬迁。空分系统中的防爆设施主要有百分之一的液氧喷射和循环吸附器，这些设施都应正常运行。加强分析检测，超过报警值时，应及时采取措施，超过停车值时，应停车排放全部液体后，重新开车。万不可存有侥幸心理。近年来国内外大中型制氧设备特大事故记录表

(表一）

二.制氧厂违规操作致重大责任事故

2000年8月21日，某钢铁有限责任公司制氧厂1号1500m3制氧机发生燃爆，死亡22人，受伤24人，其中重伤7人，直接财产损失320多万元。

事故经过

从2000年8月21日0时起，该公司以炼钢转炉除尘设备改造、连铸机高效化改造为中心进行为期4～5天的全面检修，安排制氧厂3台制氧机同步分别检修。8月20日23时40分，指挥人员安排1号1500m3机组停机并排放液氧。21日0时，公司扒珠光砂人员26人及检修人员10人陆续进入检修现场，加上已在现场当班的17人（因检修需要，空压机运行），现场共有53人。当时，制氧厂2名维修人员正在拆空分塔人孔螺丝（还剩6只没拆完），公司项目经理指挥劳务人员对空分塔周边的缝用编织袋填塞。在1号制氧机操作室指挥的副厂长，电话通知3200 m3制氧机停止运行外排液氧。21日零时10分，当维修人员拆人孔螺丝还剩2只时，突然火光一闪，随即一声巨响发生爆炸事故。燃爆伤害到在场的5工人，致死亡22人，受伤24人。同时，使厂房不同程度倒塌，设备严重受损。

事故原因

这是由于有关人员违反国家有关法规、规章酿成的重大责任事故。

直接原因

1、经勘查，1号1 500 m3室内制氧机燃爆事故现场，同时具备助燃物、可燃物及着火源三要素燃爆条件。其中，助燃物为操作不当、排放液氧速度过快所造成空气富氧；可燃物为膨胀机、空压机油箱的油雾及油；着火源为1号空压机电机油浸纸动力电缆端头爬电火花。由电火花引燃油浸纸和可燃物，继而燃爆富氧空气。

间接原因

1、安全生产规章制度不够完善，安全生产责任制不够落实，安全教育内容有欠缺，劳动力管理不够严格。检修前，制氧厂没有及时按规定制定和报审《检修安全报告书》，致使安全措施不落实，对员工安排等没有提出具体的技术和安全要求。

2、该型制氧机空分设备同类设备的使用寿命为15～20年。该厂制氧机已使用23年，明显是超期服役。室内空分的油箱设在膨胀机、空压机旁，油浸绝缘纸电缆和液氧排放方式，都是落后的装备和工艺，留下了潜在隐患。

3、检修现场组织指挥不严密，扒珠光砂人员没有按照在液氧排净，人孔螺丝拆完后才进入现场操作程序，过早进入现场。

防范措施

1、强化安全教育，严格遵守操作规程。层层落实安全生产责任制，形成严密的安全生产责任制网络，防患于未然。

2、对全厂设备进行一次全面“诊治”，登记造册。更新超期服役老旧设备。严格实行设备管理责任制，所有设备使用、维修的责任都要落实到人。

3、全面加强安全管理，重点是设备管理和现场管理。堵塞管理漏洞，清除事故隐患。无论是检修现场还是生产现场，都要做到井然有序，严禁“交叉作业”。

三.一起国外氮气管线爆裂事故

PRAXAIR加利福尼亚的WILMINGTON有两套空分装置T1和T2、一套液化装置MPL，当氮气量不足时，液氮经水浴式汽化器汽化补充。1995年3月31日3:00

左右，T1装置停车后，启动液氮汽化系统向外供应氮气，致使部分液氮进人外网管线，造成氮气管线爆裂，影响所有管线用户，经济损失惨重。

1．氮气化系统工作原理

氮气化系统由一个VCCN1200液氮罐、一个汽化器和两个冷水泵组成，冷水泵把空分装置回水加压后，送至汽化器，冷却水用作汽化器热源，氮气化系统设计水温为16℃，当氮气管线压力低或汽化器进口温度低时，就自动启动一台冷水泵，而当水量低时，则会启动第二台冷水泵。

2．氮气管线爆裂经过

大约在事故发生前4天，氮气化控制系统的一个低温保护控制器出了故障。在处理此问题时，判断此控制器坏了，且确认没有备件。经研究决定将氮化系统放在备用状态并订购适当的部件。由于多年来系统改变及改进未能备案，现有的工艺仪表图及电气图不能准确地给予参考，于是根据判断及所拥有的图纸，在旁边安装了一个气动旁路控制器，此不准确图纸表明此旁路的安装将仅取代一个低温保护控制器，而实际上也使另一低温保护控制器完全失去作用。1995年3月30日．夜间，生产人员启动T2装置，T2装置于两天前停车加热氩换热器，到22:00，装置开车很成功，且产品纯度合格。液化装置MPL供应T1和T2两个空分塔，由于操作人员在一个装置开车时分配液氮的经验不足，两塔都有些不稳定。22:45，MPL因电柜跳闸而停车，生产人员重新启动MPL。在建立MPL工况和分配液体的过程中，T1装置在1995年3月31日2:00，由于主冷液位低而停车，而T1装置的停车又迫使氮气化系统的启动。生产人员在通知有关人员的同时，开始重新启动T1装置，生产人员调查后发现，Texaco氮气管线爆裂且从地下喷出一片蒸汽云，同时由于仪表压力低(都来自备用氮系统)，所有设备都开始停车。

3．爆裂事故原因分析

(1)一个汽化器冷水泵单向阀未能打开，这可能是因为机械故障或阀下游水压过高。通常情况下，汽化系统在使过程中，开始结霜时，水量就减少，然后触发第二台水泵启动。可能由于霜的形成，系统压力已升至使第二台水泵的单向阀关闭，从而引起流向汽化器的水量不足，不能满足汽化系统的要求。

(2)由于低温保护控制器被旁通，不能起作用及报誓，汽化器温度继续下降，直至水侧结厚厚的冰，最终将液氮带进氮管线，造成其冷脆爆裂。

4．防范措施及教训

(1)确认所有关键系统的图纸，尤其是氨备用系统图纸。

(2)开发一整套通用的低温保护控制器及旁通程序，包括电动、气动、机械等。

(3)修订操作规程，增加低温保护控制器及旁通的规定。

(4)向全球的有关气体公司通告，以引起注意，从而避免类似事故的发生。

四.人体放电爆炸

1．事故概要

从内贴聚乙烯衬里的桶中，连续把氰尿酰氯通过人孔投入丙酮槽，操作工穿着刚洗过的聚乙烯工作服，带着氯乙烯手套，穿着橡胶长筒鞋，正在操作时发生了爆炸。

2．原因分析

操作工穿的是聚乙烯工作服，带着氯乙烯手套，当人体运动、手工操作时聚乙烯工作服和氯乙烯手套因摩擦带电，且由于穿的是橡胶长筒鞋，静电不易泄漏，故引起静电积聚。在人孔投料时，人体对人孔放电，火花引燃了人孔附近的甲醇蒸汽而爆炸。

五.哈尔滨气化厂1万m3空分主冷爆炸事故分析

(一)、事故经过

1996年7月18日，哈尔滨气化厂空分分厂当班人员听到一声闷响，接着主冷凝器（以下简称“主冷”）液位全无、下塔液位上升，氧、氮不合格，现场有少量珠光砂从冷箱里泄了出来。断定为主冷爆炸。后经主冷生产厂家切开主冷发现上塔塔板全部变形，主冷四个单元中有一个单元局部烧熔，爆炸切口有碳黑，另一个单元发生轻微爆炸，下塔有一块塔板变形。

(二)、有关情况

该套空分设备1993年投入生产，产量和纯度都达到要求。该套设备是采用全低压板式换热器净化流程，设液空、液氧吸附器。爆炸前工艺指标未发现异常，主冷液位控制在2500~2900mm，主冷处于全浸操作，当时气相色谱分析仪带病运行，每周分析1次。造气、净化、甲醇三个分厂距离空分较近，化验分析碳氢化合物超标3倍多，有乙炔出现。

(三)、事故分析

1.空气污染

空气分厂与造气、甲醇、净化分厂较近，这三个分厂不正常排放对空分生产造成了威胁。主冷液氧中碳氢化合物超标时有发生。在爆炸前几天风向和气压都对空分生产不利，造成原料空气碳氢化合物含量上升。

2.碳氢化合物在主冷中积累

碳氢化合物经过液空吸附器和液氧吸附器吸附后，部分被排除，另一部分在液氧中积聚，使其在液氧中浓度升高。乙炔在液氧中局部浓缩而析出危险的固体乙炔，吸附器倒换周期长，液氧泵时开时停，导致碳氢化合物不能被及时排出，又未采取大量排液手段，导致超标。

3.操作不当

在吸附器操作过程中，不按规程精心操作导致硅胶破碎，致使硅胶粉末进入主冷。

4.液氧中硅胶和二氧化碳颗粒随液体运动产生静电，是乙炔起爆的点火源。

(四)、教训和建议

1.空分设备吸风口应该远离碳氢化合物杂质散发源，加强对空气监测。

2.防止硅胶和二氧化碳进入分馏塔，加强操作管理，缩短吸附器倒换周期，

液氧泵24小时运行，增大膨胀量集中排放大量液氧。

3.空分设备运行12个月，停车全面加温，彻底清除碳氢化合物和油脂。

. 4.对设备进行及时维护修理，防止带病运行。

5.加强分析管理，严格控制碳氢化合物不超标。

附:20世纪70年代末至80年代初，据不完全统计，国内大中型空分设备爆炸30余台次，小型空分爆炸100余台次。鞍钢、包钢、武钢、兰化等单位均发生过多次事故，1986年7月27日，北京燕山石化3200m3／h空分设备大爆炸比较典型。1987年2月12日，安阳钢铁公司6000m3／h空分主冷也发生局部爆炸。1996年3月2日，江西新余钢铁厂6000m3／h空分主冷爆炸，空分塔报废。1997年5月16日，辽宁抚顺乙烯化工公司6000m3／h空分主冷爆炸，空分塔毁损，死亡4人。尤其是1997年12月25日圣诞之夜，马来西亚宾特鲁壳牌石油公司80000m3／h空分主冷爆炸，空分设备全毁，伤12人，损失惨重，世界震惊。该设备为法国液化空气公司制造，分子筛吸附，降膜式主冷，外压缩流程。事故的直接诱因是印度尼西亚森林大火，环境严重污染，分子筛前端净化已无能为力，大量碳氢化合物、

二氧化碳、氧化亚氮等可燃组分和堵塞组分穿透分子筛吸附器进入空分没备，未及时采取停机措施。当时膨胀机存在故障，未排液体。降膜式主冷液氧循环倍率设计偏小，易“干蒸发”。大量二氧化碳、氧化亚氮堵塞膜式主冷氧通道，形成“死端沸腾”；大量碳氢化合物浓缩、析出、积聚，与液氧形成爆炸性混合物后引爆。之后，再引起铝材与液氧混合物的威力更大的“二次燃爆”，从而造成严重后果。这次事故后，有四个问题引起了空分行业的关注：①降膜式主冷的安全性受到质疑；②氧化亚氮在主冷浓缩析出，堵塞氧通道，容易引起碳氢化合物的“干蒸发”与“死端沸腾”，造成主冷爆炸；③浸入液氧中的铝材“二次燃爆”(这是法国液化空气公司与美国气体化工产品公司的观点，德国林德公司不赞同)；④严格空分操作与管理。由以上论述可知，大型空分主冷防爆，是空分设备安全的关键与要害，是第一要务。

2 主冷防爆机理

2. 1 燃爆三要素分析

(1) 可燃组分与堵塞组分

可燃组分主要是乙炔等碳氢化合物.乙炔最危险，乙炔在液氧中的溶解度很低(5．6×10-6)，很容易以固态析出并引爆。

堵塞组分主要是二氧化碳、水分和氧化亚氮等，它们本身虽不可燃，但结晶析出后易堵塞主冷通道，造成主冷“干蒸发”和“死端沸腾”，进而造成乙炔等碳氢化合物可燃组分浓缩、积聚、析出，引发主冷燃爆事故。尤其是氧化亚氮的危害，日渐引起关注。

(2) 主冷内的大量液氧，是强氧化剂。

(3) 引爆源有多种因素构成：①爆炸性杂质固体微粒的机械撞击引爆，如液氧中析出的固

态乙炔微粒互相摩擦、与器壁摩擦、受液氧冲击等；②静电放电引爆，液氧中含有的微量冰粒、固态二氧化碳会产生静电荷，二氧化碳含量提高到(200~300)×10-6时，产生静电压可达3000V；③化学敏感性特强的物质(如臭氧和氮的氧化物等)引爆；④气流冲击、压力冲击、气蚀现象引起的压力脉冲，造成局部压力升高而温度升高引爆。

2. 2 主冷防爆原则

清除和防止乙炔等碳氢化合物可燃组分和二氧化碳、水分、氧化亚氮等堵塞组分的积聚，消除激发能源即多种引爆因素，是主冷防爆的原则。

3 主冷防爆措施

总结以往事故教训。结合近期国内外研究成果，参考与德国林德公司、美国气体化工产品公司、液空(杭州)公司、俄罗斯深冷机械公司关于引进武钢60000m3／h空分技术谈判与交流资料，特对大型空分主冷防爆提出如下简要措施

3．1 氧站总图位置和空分设备周边环境的安全

氧站应在工厂的常年上风向，距乙炔发生站300米以上，远离有害气体源。加强原料空气质量监控，一旦污染严重要采取措施。空气中部分有害杂质允许的最大含量(×10-6) 标准杂质。

3．2 加强前端净化，采用分子筛吸附

对于大型空分设备，目前都采用前端净化分子筛吸附流程。分子筛吸附器为双层床，第一层床氧化铝(Al203)，主要吸附水分，保护第二层床；第二层床为分子筛，完全吸附二氧化碳、乙炔等碳氢化合物，部分吸附氧化亚氮、乙烯、丙烷等，基本不吸附甲烷、乙烷等。原料空气通过双层床分子筛吸附器后，基本上完全清除了水分、二氧化碳和乙炔等碳氢化合物。一般在吸附器出口设置二氧化碳、水分在线监测，超过1×10-6报警，立即倒换吸附器。近些年来对氧化亚氮的堵塞危害引起了充分重视，而分子筛对氧化亚氮只能部分吸附。为了减少其危害，国外对氧化亚氮吸附剂进行了研究，并取得了成果和应用。在分子筛吸附器内加上氧化亚氮吸附剂，或加一层5A分子筛，均能达到良好效果。若氧化亚氮进入冷箱内，则需靠液空吸附器或液氧吸附器来清除。

3．3 必要时设置液氧循环吸附器

(1)非分子筛前端净化流程，必须设置液空吸附器和液氧吸附器。

(2)分子筛前端净化流程，采用浸浴式主冷，一般可不设液氧吸附器(环境恶劣例外)。

3. 4 采用高、精、尖、新检验检测仪表，实现在线与离线监测，重点为主冷液氧

(1)为了测量极微量组分，甚至用到了ppb级(10-6)精度的带放电离子化鉴定器气相色谱仪。

为了大型空分设备各个重要环节(特别是主冷)的安全控制，实现在线连续和离线定时监测。

(2)原料空气监测。这个工作要正常化、制度化，定期进行。若环境有恶化，需随时进行，

并采取有效措施。

(3)前端净化分子筛吸附器后二氧化碳和水分的监测。在线连续监测，控制标准：吸附器后

原料空气中二氧化碳和水分含量均小于1×10-6，基本为无。

注：目前，欧洲国家多半参照欧洲工业气体协会(EIGA)标准

(4)主冷液氧监测。这是重点，在线监测与离线监测并举。超过标准要迅速分析原因，采取措施，排放液氧或提前大加热。

3．5 主冷设计制造防堵塞，改善液氧流动和严格接地,

(1)主冷板翅式单元设计时，翅片翅距要稀疏一些，以防止运行时液氧中可燃组分与堵塞组

分结晶，可能产生堵塞。主冷板翅式单元制造时，环境要清洁，防止机械杂质进入通道，造成流道不畅或堵塞，埋下重大隐患。

(2)大型主冷液氧的进出，设计时要考虑均衡布置的双口或多口，改善主冷液氧的流动性与混合，避免产生死角，防止有害杂质在局部沉积。

(3)主冷要严格接地，防止静电积聚。其接地电阻应低于10Ω。

3．7 浸浴式主冷的特殊要求

(1)全浸操作，使主冷完全淹没在液氧中，杜绝“干蒸发”，防止燃爆，这是浸浴式主冷安全

操作的真谛。

(2)大型空分设备浸浴式主冷，一般设置双液位计，全面准确掌握液氧液面高度，确保全

浸操作。当一个液位计故障时，也能保证安全运行。

(3)主冷连续排放大于氧产量的百分之一的液氧量，防止乙炔等碳氢化合物浓缩积聚，这是

有效的安全措施。

3．8 设备选定后，主冷操作是关键

空气净化方式、空分工艺流程、主冷结构型式、在线离线监测等因素按上述要求确定后，只是创造了一个良好的先决条件。但是，诸如各种吸附器的倒换，空气和液氧中有害杂质的监控，主冷液氧循环倍率的调节，主冷全浸操作及液氧排放，空分操作工况的稳定，异常情况的判断与处置，甚至大量排放液氧或提前大加热等，这都是要通过人的操作来实现的。因此，在设备选定后，抓好人员技术培训，提高人员综合素质，遵章守制，强化空分及主冷操作，是主冷安全防爆的关键。