轉(zhuǎn)載。閆長嶺

空分裝置是大型化工企業(yè)最基礎(chǔ)且必備的公用裝置，負(fù)責(zé)為全廠各個裝置和設(shè)施，提供各種公用設(shè)施，包括蒸氣、循環(huán)水、壓縮空氣、儀表風(fēng)、氮氣等，是保障裝置正常運行的必備條件。無論是大型化工企業(yè)還是小型化工企業(yè)，對公用設(shè)施都是必需要求提供的，稍微的區(qū)別就是，大型化工企業(yè)用量大，求大求穩(wěn)，故一般都是自己單獨建一套空分裝置，對于一些小型化工企業(yè)來說，一般用量小，且不穩(wěn)定，故通常外購公用介質(zhì)來維持生產(chǎn)需要，還有的企業(yè)購買一個撬裝設(shè)施來實現(xiàn)自給自足，更為方便一些。

而本次事故單位，是典型的大型化工企業(yè)，其空分裝置也是單獨建設(shè)的一套系統(tǒng)，空分裝置雖然不含易燃易爆類介質(zhì)，但是其風(fēng)險仍然不容小覷，因為液化氣體、低溫氣體帶來的物理風(fēng)險還是比較大的，更不用說液氧、液氮等這類強(qiáng)氧化性、低溫窒息性氣體的存在了。雖然本次事故的直接原因還有待進(jìn)一步調(diào)查，但是事故發(fā)生的情景現(xiàn)狀“低壓氮氣球罐下部撕裂”，還是為我們提供了較為明確的事故原因?qū)?。下邊呢，我就重點淺析一下低壓氮氣球罐為什么會撕裂。

在空分裝置中，氮氣的分離和儲存是較為重要的一環(huán)，空分裝置的基本工藝原理仍然是利用了空氣中各組分氣體的沸點不同，通過低溫精餾來實現(xiàn)物理分離。因為常溫下已經(jīng)是氣相的混合物了，所以只能先深冷液化，利用各組分在不同溫度下的沸點差異進(jìn)行分離。在分離過程中，空氣被壓縮并冷卻至液態(tài)，然后通過分餾塔進(jìn)行分離。由于氮氣的沸點（-195.8°C）低于氧氣（-183°C），在分餾塔中可以先獲得液氮。這種技術(shù)確保了所提取的液氮具有極高的純度，通?？蛇_(dá)到99.999%以上。

液氮分離出來之后，先進(jìn)入液氮儲槽或液氮儲罐，然后再送往下游。我們知道生產(chǎn)裝置中用到的氮氣都是氣相的，所以呢，需要先將液氮儲槽或儲罐內(nèi)的氮氣轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的氮氣，怎么轉(zhuǎn)化呢，工業(yè)實踐中通常利用溫升來實現(xiàn)氣化，我們常說的氣化器就是用來實現(xiàn)液氮氣化的撬裝設(shè)施。

氣化后的氮氣并不是直接就送往廠區(qū)裝置的氮氣管網(wǎng)，而是先進(jìn)入調(diào)壓，根據(jù)下游用途的不同，可以將氣化的氮氣通過調(diào)壓閥來調(diào)成低壓氮氣和中壓氮氣，然后再通過管網(wǎng)輸送至裝置區(qū)利用。但是這種直接調(diào)壓后輸送下游裝置區(qū)的氮氣系統(tǒng)并不穩(wěn)定，如果裝置比較多，且用氮需求不穩(wěn)定，就需要在中間設(shè)置一個氮氣緩沖罐，為什么中間要搞一個緩沖罐呢，因為廠區(qū)裝置的用氮設(shè)備要求氮氣壓力和流量保持穩(wěn)定，如果沒有緩沖罐，會造成氮氣管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力波動，并且波動會很大，且流量也不穩(wěn)定，會嚴(yán)重影響到廠區(qū)裝置的使用，另外如果廠區(qū)某裝置需要停車檢修，短時間內(nèi)形成對氮氣的大量需求，如果沒有緩沖罐，是無法滿足的。所以液氮經(jīng)過氣化器變成氮氣后，有時候需要進(jìn)入到緩沖罐暫存（或者備用），然后再進(jìn)入生產(chǎn)裝置的氮氣管網(wǎng)，供應(yīng)氮氣。

本次事故發(fā)生的設(shè)備“低壓氮氣球罐”，就是氮氣緩沖罐，氮氣緩沖罐按照儲存氮氣壓力的不同，分為低壓氮氣儲罐、中壓氮氣儲罐，低壓氮氣儲罐的氮氣壓力一般在0.5MPa~0.8MPa之間，中壓氮氣儲罐一般在1.0MPa~3.0MPa之間。液氮的儲存和發(fā)散系統(tǒng)如下圖所示：

針對事故通報中提到的“低壓氮氣球罐下部突然撕裂”，這很明顯就是設(shè)備本體也就是球罐發(fā)生了破裂，球罐本體發(fā)生破裂可以說在國內(nèi)外化工事故史上都是比較罕見的，既往的涉及球罐的火災(zāi)爆炸事故，都是因為跟球罐相連的管線發(fā)生泄漏或者球罐管口法蘭發(fā)生泄漏等引起的火災(zāi)爆炸，很少或者幾乎沒有出現(xiàn)球罐本體破裂事故的。所以該起事故非常值得我們研究探討，這個事故類型絕對是一個先例。

那么我們就要進(jìn)一步深入探討一下，球罐本體為什么突然撕裂了呢？但凡是撕裂或者破裂，一般都是內(nèi)壓超過了球罐罐壁材質(zhì)的承受能力，而發(fā)生的強(qiáng)度失效現(xiàn)象。綜合分析一下，我列舉了以下幾個可能的原因：

（1）如果內(nèi)壓沒有超出球罐的設(shè)計壓力的話，只能是罐壁材質(zhì)厚度腐蝕減薄嚴(yán)重，大大降低了許用壓力，導(dǎo)致破裂。

（2）如果罐壁材質(zhì)厚度沒有減薄或者減薄量在允許范圍內(nèi)，只能是球罐內(nèi)部壓力突然增大，超過了球罐的設(shè)計壓力，從而導(dǎo)致破裂。

（3）如果罐壁既沒有減薄或者減薄量在允許范圍內(nèi)，且球罐內(nèi)壓也沒有超過設(shè)計壓力的話，只能是球罐本體溫度急劇下降，發(fā)生低溫脆性破裂。

那么以上三種原因，究竟哪一種更符合本起事故的特征呢？結(jié)合通報中的措詞“球罐下部突然撕裂”，帶有突然二字，我個人的意見基本上原因（1）首先排除，理由如下：

第一：球罐是特種設(shè)備之一，屬于第三類壓力容器，其使用中需要定期接受強(qiáng)制檢驗，包括壁厚測量、焊縫檢測、壓力試驗等等，來確保其結(jié)構(gòu)和功能的完整性，并且特檢院會出具最終的檢驗報告，報告結(jié)論中會明確球罐性能現(xiàn)狀以及能否繼續(xù)使用等，且會注明下次檢驗日期。所以球罐本體帶病運行的可能性微乎其微。

第二：氮氣球罐的腐蝕減薄，不像其他設(shè)備或管道的腐蝕減薄，既受到外部環(huán)境的腐蝕（土壤、雨水、保溫層下腐蝕等等），又受到內(nèi)部環(huán)境的腐蝕（酸堿、氯離子、應(yīng)力腐蝕、硫化氫等等）?？辗盅b置的氮氣球罐，其外表面一般都有三層防腐涂層，包括底漆、中間漆和面漆，且沒有保溫，日常的風(fēng)吹日曬雨淋，對球罐外壁的腐蝕是非常小的，偶然也只是沿著焊縫發(fā)生銹蝕，所以球罐從外壁發(fā)生腐蝕減薄的可能性微乎其微。

第三：氮氣球罐，由于其內(nèi)部的存儲介質(zhì)是氮氣，為惰性氣體，幾乎沒有任何腐蝕性，所以球罐內(nèi)壁的腐蝕不像液化烴球罐那樣，會發(fā)生氧化及電化學(xué)腐蝕。

基于上述的三個理由，我們可以推斷，本次事故中球罐的設(shè)備完整性應(yīng)該不是主要原因，并且從公開的網(wǎng)上資料得知，平煤神馬集團(tuán)尼龍科技的空分裝置建設(shè)時間不早于2014年，距今最多11年，所以也并不屬于老舊裝置。

我們接著再來看原因（2），原因（2）的主要因素是球罐內(nèi)部超壓，這種可能性大不大呢？我們知道，球罐罐頂上是必須配備安全閥的，且至少應(yīng)當(dāng)配雙安全閥，每個安全閥的泄放量都必須滿足球罐超壓的額定泄放計算量，況且兩個安全閥都是同時開啟狀態(tài)，并且根部和球罐相連的管口尺寸都是增大一個等級的，所以如果純粹的球罐內(nèi)部超壓，那么安全閥是可以完全泄放掉的。有人可能會問：如果高壓串低壓呢，就是中壓氮氣串入到低壓氮氣球罐內(nèi)，這種超壓會不會引起球罐破裂呢？我的觀點依然是不會，因為中壓串入低壓球罐，也是通過工藝管道串入的，即使壓力很大，那么從管道（直徑一般DN100~DN200之間）進(jìn)入到500~1000立方的球罐內(nèi)，并不會引起球罐壓力的急劇上升，也就是說，球罐內(nèi)部的氣相壓力上升速度是緩慢的，所以兩個安全閥完全可以及時響應(yīng)這種超壓，并泄放掉。那么什么情況下，安全閥也無法阻止球罐的超壓呢，只有一種工況，那就是火災(zāi)。1984年墨西哥球罐爆炸事故、2010年國內(nèi)7.16爆炸事故，以及1998年西安LPG球罐爆炸事故，都是火災(zāi)工況下球罐溫度急劇上升，發(fā)生的物理化學(xué)爆炸。

所以原因（2）的概率是極低的，但不能完全排除這種原因，因為凡事總會有意外的。

我們接著看原因（3），也就是球罐本體狀態(tài)沒有問題，且內(nèi)部壓力也沒有超壓，但是球罐溫度急劇下降，達(dá)到了罐壁材質(zhì)的韌脆轉(zhuǎn)變溫度（Ductile-to-Brittle Transition，DBT），結(jié)果造成材料冷脆，最后發(fā)生低溫脆性破裂。這種我個人猜測是最符合本起事故的原因的，因為脆性破裂一般都是突然發(fā)生的，事前沒有任何征兆，也無法事前預(yù)警，壓力聯(lián)鎖、液位聯(lián)鎖、氣體報警、緊急切斷等統(tǒng)統(tǒng)都不起作用。那么這種低壓氮氣球罐為什么會發(fā)生了冷脆呢？唯一的解釋就是液氮或者低溫氮氣溜進(jìn)了氮氣球罐，然后大大降低球罐的本體溫度，降到韌脆轉(zhuǎn)變溫度以下時，在壓力作用下發(fā)生脆性破裂。那么液氮或者低溫氮氣又是怎么溜進(jìn)氮氣球罐里呢?可能的原因大概有這么兩個：

第一，氣化器由于某種故障，導(dǎo)致氣化能力不足，沒有完全把液氮氣化到某一個溫度臨界點之上，導(dǎo)致氣化器出口出來的是液氮或者低溫氮氣，因為從空分裝置分離出來的液氮一般溫度在-196℃左右，所以對氣化器的能力要求是很高的，如果不能實現(xiàn)液氮氣化的功能，那么就容易造成液氮進(jìn)入到氮氣緩沖球罐內(nèi)，這種零下一百多度的氮氣，很容易造成球罐罐壁材質(zhì)冷脆；

第二，如果氣化器沒有故障，但是液氮系統(tǒng)的管路閥門發(fā)生內(nèi)漏或者氣化器旁路閥門內(nèi)漏等等，都有可能造成液氮進(jìn)入到低壓氮氣球罐內(nèi)，造成低溫冷脆。

結(jié)合上述三種原因的分析，我個人傾向于原因（3），因為原因（3）是最能解釋事故現(xiàn)象情景的合理原因，他能解釋為什么球罐在安全閥沒有起跳的情況下，發(fā)生了毫無征兆的突然撕裂現(xiàn)象。