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如何在設計上確保大型液氧、液氮貯罐安全？除了我們熟知的可靠的強度設計、周密的絕熱設計、完善的安全設施儀控設計外，在6月24日結束的中國空分裝置安全運營(yíng)大會(huì )上，中國氣體安全技術(shù)委員會(huì )副主任委員馬大方給出了建議。



液氧貯罐管路保溫工程是保證裝置經(jīng)濟安全的重要環(huán)節。圖為浙江一家聚氨酯噴涂公司為寧波海軍液氧貯罐實(shí)施保溫工程。 （寧海 攝）

　　“內罐排液口必須設置重錘式快速切斷閥?！边@是馬大方給出的第一個(gè)建議。
　　他先給記者講述了兩起事故。事故一，2007年11月17日，江西某鋼鐵公司氧氣廠(chǎng)，由400m3液氧貯罐向50m3液氧貯罐用液氧泵倒液氧后，在關(guān)閉液氧泵前真空管道上的進(jìn)口閥時(shí)，閥門(mén)由于自身設計制造缺陷（絕熱材料可燃且液氧滲入）發(fā)生化學(xué)性燃爆。大量液氧外泄，操作者被炸傷凍傷致殘。所幸另一操作者將貯罐下的排液閥門(mén)關(guān)閉，防止了事故擴大。如果這個(gè)排液閥來(lái)不及關(guān)，后果將更加嚴重。 
　　事故二，2010年12月5日，湖北某鋼氣體公司，一外來(lái)購買(mǎi)液氧的槽車(chē)在充裝完液氧后，未卸下輸液氧管道接頭就將槽車(chē)開(kāi)動(dòng)，將輸液氧管道拉斷，閥門(mén)損壞，約700m3液氧全部外泄。事故造成一死一傷，3000余居民被疏散，經(jīng)濟損失巨大。如果內罐排液口有快速切斷閥，且能就地和遠程遙控操作，大量液氧就不會(huì )外泄，事故就不會(huì )進(jìn)一步擴大。 
　　“目前國內大多數大型液氧、液氮貯罐均未設置該閥，業(yè)內設計、制造、使用單位尚未形成共識，但在國外已是成熟經(jīng)驗?！瘪R大方介紹說(shuō)，大型液氧、液氮貯罐排液，一般在內罐底靠中心處設置兩個(gè)排液口，可在排液口設置兩個(gè)重錘式快速切斷閥，關(guān)閉靠自身重力，開(kāi)啟靠垂直牽引的鋼繩。重錘式快速切斷閥和牽引鋼繩均為不銹鋼材質(zhì)，抗低溫液體冷凍。兩個(gè)重錘式快速切斷閥配兩個(gè)排液通道，雙保險，如果一個(gè)有故障，不影響正常使用。 
　　馬大方表示，設置兩個(gè)重錘式快速切斷閥，除了正常工藝功能外，最重要的是其安全功能。當貯罐排液管線(xiàn)或閥門(mén)發(fā)生事故時(shí)，可通過(guò)現場(chǎng)儀表盤(pán)緊急關(guān)閉按鈕或主控室遠程操作，將該閥門(mén)緊急快速關(guān)閉，防止低溫液體大量外泄，避免事故擴大。 
　　據悉，武鋼氣體公司現有2000m3液氧、液氮貯罐共12臺，均在內罐底部排液口設有重錘式快速切斷閥兩個(gè)，全由德國引進(jìn)，最早投用的至今已超過(guò)10年，功能完好，運行安全。目前國內尚沒(méi)有企業(yè)生產(chǎn)這種重錘式切斷閥。


　　“貯罐頂蓋宜設計為薄弱結構，以便發(fā)生爆炸事故時(shí)泄壓，減小損失。國外已有這種設計理念與實(shí)踐?！边@是馬大方給出的第二個(gè)建議。 
　　他舉例說(shuō)，2002年某日傍晚，安徽某鋼鐵公司氣體廠(chǎng)400m3液氧貯罐，停用一年多未排空，再投用時(shí)未采取安全措施，裝槽車(chē)時(shí)突然發(fā)生典型的化學(xué)性燃爆，罐頂全掀，內存100多m3液氧全部爆破汽化，貯罐全毀，但內罐底未泄漏。2011年1月11日，石家莊某氣體公司，3000m3/h全液體空分停產(chǎn)檢修一個(gè)月后復產(chǎn)，配套約400m3液氮貯罐已基本恢復常溫，往里送液氮時(shí)操作過(guò)急，液氮汽化超壓，放空不及，發(fā)生物理性超壓爆破，頂蓋爆裂掀翻，貯罐報廢，內外罐底及基礎尚好。 
　　以上兩起事故有一個(gè)共同特點(diǎn)：貯罐內、外頂蓋全掀飛，內存低溫液體均全部爆破汽化，而內罐底部尚完好，無(wú)液氧或液氮在下部外泄。這給人們一個(gè)啟發(fā)，大型液氧、液氮貯罐頂蓋可以設計成薄弱結構，在發(fā)生爆炸事故時(shí)泄壓，避免大量低溫液體外泄而造成更大的災難性事故。 
　　馬大方解釋說(shuō)，由于貯液靜壓和防風(fēng)載的需要，大型液氧、液氮貯罐通常設計成下強上弱，所以才會(huì )出現上述兩起事故時(shí)掀頂而底部尚完好的情況。如果設計者在此基礎上有意識地在內、外罐頂蓋作薄弱設計，如頂蓋某處厚度更薄或增加爆破膜安全裝置等，發(fā)生爆炸事故時(shí)可靠泄壓是可能的。這不僅不會(huì )造成大量低溫液體底部外泄產(chǎn)生更大災害，而且事故后貯罐也不會(huì )報廢，更換或修復頂蓋的損失要小得多。 
　　他強調，對于大型液氧貯罐，這個(gè)設計更有必要。因為液氧中有乙炔等碳氫化合物，會(huì )引發(fā)化學(xué)性爆炸，如上述第一起事故，比物理性爆炸更可怕。而且化學(xué)性爆炸是連鎖、支連鎖化學(xué)反應，速度非?？?，諸如安全閥、呼吸閥、放空閥等安全裝置是來(lái)不及動(dòng)作的。如能設計在內、外罐頂蓋某個(gè)部位為薄弱部位爆破泄壓，保住罐體，液體不在底部大量外泄，只是向上汽化損失，確是安全、經(jīng)濟、合理的措施。


　　據馬大方介紹，在GB16912-2008《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規程》國家標準修訂中，曾有人提出液氧是超低溫氧化劑，液氮汽化是超低溫窒息性氣體，大型貯罐四周應像大型油罐一樣設置安全圍堰，圍堰內容積應容下最大貯罐滿(mǎn)罐泄漏量。隨后，修訂人員進(jìn)行了廣泛的調研和咨詢(xún)，認為大型液氧、液氮貯罐區可不設防泄漏安全圍堰，故在GB16912修訂中未提出設置安全圍堰的要求。 
　　天津“8·12”事故后，北京市某區安監局向北京市某鋼鐵公司氧氣廠(chǎng)提出了安全隱患整改意見(jiàn)，要求大型液氧、液氮貯罐的罐區增設防止泄漏安全圍堰。該鋼鐵公司于2015年底，特邀中國安全科學(xué)研究院、北京科技大學(xué)、北京化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì )、中國工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會(huì )、冶金工業(yè)氣體安全技術(shù)協(xié)會(huì )、中冶京城工程技術(shù)公司、山東鋼鐵日照公司等單位有關(guān)專(zhuān)家學(xué)者，在北京開(kāi)會(huì )研討，最終統一意見(jiàn)，認為可不增設防泄漏安全圍堰。 
　　到底大型液氧、液氮貯罐灌區是否需要設置安全圍堰？馬大方的觀(guān)點(diǎn)是“可不設置”。他給出了如下解釋。 
　　一是液氧是強氧化劑，只助燃，本身不是可燃物。液氮汽化是窒息性氣體，還能滅火。而且，他們均為超低溫液體，標準狀態(tài)下的沸點(diǎn)是分別為-183℃和-196℃，泄漏后會(huì )很快汽化，一般不會(huì )留存，不必設安全圍堰。 
　　二是貫徹“安全第一、預防為主、綜合治理”的安全生產(chǎn)方針，提高貯罐的設計、制造、施工和運行質(zhì)量，特別是在內罐底部排液口設置重錘式快速切斷閥和頂蓋設計為薄弱結構事故泄壓，防止液氧、液氮大量外泄事故是有保證的。 
　　三是大型液氧、液氮貯罐區經(jīng)常有低溫液體槽車(chē)進(jìn)出。由于低溫液體極易汽化，槽車(chē)必須靠近貯罐，若設安全圍堰，這些作業(yè)將很難甚至無(wú)法進(jìn)行，嚴重影響生產(chǎn)運行。 
　　四是罐區圍堰占地面積很大，會(huì )給氧站總圖布置帶來(lái)很大困難，而且極不經(jīng)濟。 
　　五是根據國內外生產(chǎn)實(shí)際，大型液氧、液氮貯罐設置安全圍堰，方案還不成熟。特殊情況下要求罐區作安全圍堰，或者考慮在液體外泄時(shí)向安全的低處導流避害等具體情況，要區別對待，但不應納入設計規范執行。 
　　對于已經(jīng)投入運行的大型液氧、液氮貯罐增設安全圍堰，馬大方說(shuō)，業(yè)界專(zhuān)家的基本共識是“幾乎不可能”，他也認為如此。原因是總圖布置已定型，圍堰無(wú)處可加；液氧、液氮超低溫圍堰，目前尚無(wú)建造規范與實(shí)踐，無(wú)法實(shí)施；可能有安全負面影響，若圍堰內存滿(mǎn)一大貯罐超低溫液氧或液氮，將會(huì )凍壞貯罐支架、基礎和地基等設施，造成貯罐坍塌的災難性事故；停產(chǎn)施工，成本昂貴。