空分装置冷箱如何在设计过程中做好“砂爆”的安全预防
摘要：从珠光砂的特性出发, 介绍了珠光砂在空分设备中使用时的安全问题; 详细分析了空分设备“砂爆”事故的成因及危害, 并提出了在设计过程中预防“砂爆”事故的预防的措施; 最后就空分行业安全使用珠光砂提出了建议。
关键词：空分装置珠光砂冷箱安全
中图分类号: TQ 055.8 文献标识码: A
Security Protection of Perlite Spray in Air Separation Unit Coldbox Design
Zhu MingYanPeng DeLong
Air Liquide (HangZhou) Co.,Ltd , HangZhou 310012, China
Abstract: Based on perlite’s characteristics, security issues of perlite usage in air separation units are introduced. After a detailed analysis of accident reason and harm, the precautions for perlite spray accident during design ofair separation unit are proposed. Proposals for safe usage of perlite in air separation industry are also presented.
Keywords: Air separation unit ; Perlite; Cold box; Security
前言
膨胀珍珠岩( 珠光砂)具有低堆积密度和良好的隔热性能, 是空分装置中冷箱的首选绝热保冷材料。特别是现代空分装置愈来愈向大型化方向发展, 空分设备冷箱的装砂容量也增至6000㎡以上, 甚至更多。这么高的珠光砂填充量也带来了新的不安全因素。如近几年来，我国大型空分设备冷箱先后出现了多起因冷箱内设备和管道漏液引起的“砂爆”事件，造成了多起人身伤亡事件，严重影响了企业的正常生产秩序和工作人员的生命安全。因此，在空分装置设计时，如何防范空分冷箱的“砂爆”事件是确保大型空分设备安全运行和保障工作人员生命安全的重要安全保障。
1. 空分装置冷箱发生“砂爆”的成因分析
空分装置冷箱出现的“砂爆”可分为两种：一是空分设备正在运行时发生的喷砂；二是空分设备停车检修扒砂时发生的喷砂。出现喷砂主要原因是由于珠光砂
的特性决定的，由于珠光砂具有低堆积密度，强吸水性及小粒度等自身安全问题，故一般有以下几种情况会直接导致“砂爆”:
珠光砂放散速度过快;
放砂过程中存在珠光砂中部篷聚;
珠光砂温度低, 甚至含有一定量的低温液体;
扒砂时冷箱内压力较高, 加速喷涌速度;
冷箱内有较大漏点和未停止加热就安排扒砂等;
珠光砂透气性太差, 主要是由于粒度过小或珠光砂受潮板结;
2.爆砂的事故危害
2.1一般喷砂事故
小规模喷砂, 影响较小, 只会造成周围一定范围内环境污染问题。大多是因为放散过快以及冷箱内珠光砂篷聚流动不畅, 突然坍塌引起。这种情况下, 设备的损害程度轻, 仅对部分仪表管线形威胁, 对人员有一定的侵害, 珠光砂散落范围小,
2.2较重喷砂事故
低温液体汽化压力导致冷箱面板发生鼓胀变形。反复多次喷泄形成的作用力将冷箱上爬梯、平台与冷箱的连接部拉开, 平台隔栅变形。冷箱鼓胀应力使内部钢梁、框架变形, 塔器的定位拉架断裂, 部分管道断裂。珠光砂现场散落范围较大。
2.3严重喷砂事故危害
冷箱面板发生严重鼓胀变形, 甚至开裂, 冷箱内钢结构变形, 冷箱上爬梯、平台与冷箱的连接部位被拉开, 人员无法上下爬梯进行操作, 平台隔栅严重变形; 冷箱内框架变形, 固定塔器的定位拉架断裂, 塔体倾斜, 管道变形断裂, 珠光砂进入设备, 修复周期长; 有人员伤亡; 珠光砂散落范围广, 可回收量少。
2.4特大喷砂事故
发生爆炸事故, 冷箱严重开裂变形, 塔内塔器严重倾斜, 管路大量损坏变形, 难以修复或修复周期很长; 并出现群体性伤亡事故。珠光砂散落范围较广, 可回收量少。
3.预防”砂爆”的安全设计
3.1 对于空分设备冷箱充氮压力的监测
在冷箱设计时应给予高度重视。建议在冷箱顶部设置冷箱内压超压泄放安全装置；同时大家还需注意随着内压缩流程的发展, 液氧、液氩返流和板翅式换热器隔箱内压力监控也是很必要的。
3.2 冷箱内基础温度的测点应多点平衡布置
因为这是检测冷箱内微量低温液体泄漏的重要手段, 所以一定要布置。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，采取有效的加温措施。加温管道口径和小孔总面积应与加温液体的流量相适应。
3.3 重视空分设备放砂设计
应向机械化、工程化方向发展, 利用抽吸式机械从上到下逐层放砂, 这样更安全、更环保。利用人工放砂, 不安全因素太多, 易造成事故；
3.4 科学合理设计放砂口
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㎡。
3.5 进行管道柔性分析
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；引入科学的工程设计方法保证管道运行状态安全可靠。比如采用管道柔性计算的设计方法。
3.6 提高焊缝探伤技术要求
建议在冷箱内的容器，管道等有可能产生液体泄漏部位的焊缝都要100%的无损探伤合格，必要时提高探伤等级。
3.7 避免冷箱内管道法兰连接
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；
3.8 优化结构支撑设计
空分塔下塔座应设置基础，并采用304不锈钢材料制造支座和底脚螺钉，防
