吴 午
中国石油哈尔滨石化分公司动力车间
摘 要：珠光砂在空分保冷中有着重要的应用,但随着今年来由于珠光砂而造成的事故越来越多,使人们逐渐关注保温材料在使用中的安全注意事项,本文就是围绕此类问题,开展讨论研究.
关键词：空分分馏塔；珠光砂；人身伤害；装卸珠光砂
2019年7月19日，河南省三门峡市河南煤气集团义马气化厂（以下简称义马气化厂）C套空气分离装置发生爆炸事故，造成15人死亡、16人重伤。这起严重的化工厂生产事故，将空分这一在化工厂中不被人重视的装置推到了风口浪尖的位置，也将珠光砂这种保温材料推到了人们的眼前。
珠光砂又称膨胀珍珠岩 具有低堆积密度和良好的隔热性能，在低温工业上主要用于精馏设备冷箱、贮槽和管道的绝热保温。尤其随着石化、液化天然气 (LNG)、炼钢和煤化工的快速发展，空分设备规模向大型化发展，空分设备冷箱的装砂容量也增至 5000m3以上。高填充量也带来了新的不安全因素，如不能正确认识其自身的特性所带来的潜在危险，很容易造成安全事故发生。国内空分行业发生与珠光砂有关的设备、人身事故已非鲜见。
（1）1972 年 12 月，鞍钢氧气厂在冷箱卸珠光砂时，珠光砂突然倾泄下来，其中 1 人被埋，抢救出来已窒息死亡。
（2）1984 年 4 月，本钢氧气厂，抢修空分调阀的检修工，因被氮气窒息，后掉入珠光砂中死亡。
（3）1990 年，某化工厂 10000m3/n 空分设备因漏液需停车检修。排除液体、加温除，然后、卸珠光砂时，用冷箱下部人孔卸珠光砂，导致爆炸，珠光砂喷出约 8m 远，整只高 40m 的方冷箱变成圆冷箱，280 号的工字钢、槽钢全部向外弯曲。
（4）2001 年某钢厂 6000m3/h 空分设备，液空进粗氩塔冷蒸发器调节阀严重漏液，大量液空进人冷箱内的珠光砂中。在停工检修从冷箱下部卸珠光砂时，发生爆炸，板式冷箱顶盖全部掀开，方冷箱变成了圆冷箱。
（5）2005 年 10 月，马钢 2 万 m3/h 空分设备冷箱内进行检修，冷箱中的珠光砂喷泄下来，造成 1 人死亡。
（6）2005 年 11 月 29 日，西宁特钢 6000m3/h 空分塔漏液，卸沙检修中，突然喷沙，造成严重损坏，修理费损失 120 万元。
珠光砂的物理特性珠光砂作为绝热材料，具有传热系数小，堆积密度小，隔热、吸音、无毒、无味、无刺激、不霉烂及不燃烧等特性。珠光砂吸收水分后会逐渐使隔热层失效。低温状态下珠光砂吸水量可达其本身质量的2-9倍，堆积密度越小，吸水率越高。为克服其强吸水缺点，市场上已出现了憎水珠光砂，主要通过添加有机硅获得。由于憎水珠光砂相对普通珠光砂价格略高，通常情况下，空分设备较多使用的为普通散料珠光砂。
低温行业珠光砂使用时的安全问题
一、低堆积密度的安全问题
低堆积密度珠光砂在保温效果上有一定的优势，由于单位体积质量轻，热导率更低，低温保冷效果好，可降低设计用量，减小冷箱体积。低堆积密度珠光砂可以降低因堆积高度所产生压强对冷箱内部管道的影响。但由于质量小，在扒装低堆积密度珠光砂时，更容易飘散，易飞扬，粉末刺激喉头和眼鼻，很易吸入肺，引起咳嗽，人员落入其中，很快被淹没而窒息死亡，同时损耗量也会增加，并引起一定环境污染问题。
此外由于珠光砂质量较小，对人体呼吸系统和视觉系统会形成伤害。长期直接接触会对肺部造成慢性损伤。如果人体陷入珠光砂堆，会对鼻腔、肺部形成严重伤害，抢救不及时，将导致呼吸困难甚至窒息死亡。因而在生产、装卸和扒填珠光砂时人员必须穿戴防护用品，如口罩、眼罩和用大块透明纱巾包头，如有专用防护用具，安全性更佳。
二、强吸水性的安全问题
由于珠光砂具有强吸水性，珠光砂一旦受潮，隔热效果降低，空分设备冷损加大，低温液体产品产量降低，严重的会影响到精馏塔的正常精馏，造成工况不稳定甚至无法正常生产。通常情况下，容易受潮的部位大多集中在冷箱顶部，主要是因为冷箱顶部设计有呼吸阀，潮湿空气容易侵入。加上冷箱顶部仓盖有时密封不严，会造成潮气侵入。正常情况下，由于空分设备冷箱都进行充氮保护，潮气不容易进入冷箱。但如果空分设备跳车或在停车情况下，对于那些使用自身生产的氮气作为密封气源的设备，停车后充氮气源中断，潮空气很容易侵入冷箱。地处南方的空分设备更容易遇到此类问题，且侵入量更多。
潮气一旦侵入，顶部被冷透的珠光砂会迅速使水蒸气凝结，并导致顶部珠光砂板结，时间越长，板结量越大，在低温冷却作用下，板结硬度增加。如果遇空分设备大修扒砂，会难以正常流淌，至扒砂后期仍会大量篷聚并积存于顶部，造成清理困难。在清除过程中，破碎后的坚硬的板结碎块往往会坠落并砸坏冷箱下部设备，尤其是较细的仪表管路等设备。
当空分塔内管道、容器泄漏，特别是低温液体的泄漏，使珠光砂中贮存了液体，未经彻底加温、汽化，卸沙时温度升高，流动速度很快，产生摩擦静电，导致液体急剧膨胀，气压升高，将引起冷箱爆炸等更严重的事故。
三、小粒度的安全问题
通常情况下，大多数人认为珠光砂只要保温效果好，粒度大小无关紧要。但事实上粒度过大，缝隙大，冷箱充氮后更容易将冷量带出，反而影响保温隔热，因而冷箱大小一旦固定，保温效果势必降低，只能以增大冷箱体积弥补不足。粒度过小，珠光砂透气性差，冷箱充氮的作用范围会减小。同时，粒度小更容易板结。此外粒度小的珠光砂，单体接触面积增加，流动摩擦阻力大，流动性差。空分设备如进行冷箱内检修扒砂，珠光砂不能均匀地放出。如果冷箱中上部分珠光砂受潮，珠光砂会篷集在中上部，不能正常流出，往往下部珠光砂放完掏空，而上部珠光砂仍在淤积篷聚。一旦淤积珠光砂松动，会迅速坠落并从下部冷箱扒砂口涌出，形成喷砂，对扒砂人员造成人身伤害；同时下坠珠光砂会对冷箱内管路形成强力冲击，损坏设备。
此外，最值得注意的是，低粒度珠光砂由于透气性差，一旦空分设备发生低温液体泄漏，低温液体积存并滞留在珠光砂的时间更长，空分设备排液加热后，汽化气体会不易散发，造成冷箱压力升高，会形成顶部喷砂。若加热不彻底就开始扒砂，外部空气会迅速与珠光砂中低温液体接触换热。珠光砂中液体迅速汽化，造成冷箱内压急剧升高，会使冷箱鼓胀变形，发生严重喷砂事故，甚至爆炸。
当前对粒度的生产要求，行业标准为最大颗粒筛余比例和最小颗粒细筛通量，范围仍较宽松。对于冷箱较高的空分设备最好选用中型颗粒，粒度在l一3mm，并要求粒度均匀。
四、强吸附性能的安全问题
珠光砂的多孔结构决定了珠光砂具有很强的吸附性能。对于水而言，它具有强吸水性。对于低温液体的吸附，其能力也不差。被吸附在珠光砂内的低温液体，遇外界空气后，迅速在珠光砂颗粒内部汽化膨胀，将珠光砂颗粒胀裂，并发出噼啪响声。喷砂事故发生数小时后化验堆积珠光砂上方的空气氧含量，其氧含量仍在26％。因而如果发生冷箱内低温液体泄漏，针对珠光砂的低温吸附特性，一定要在冷箱设备加热回温后方能扒砂。
喷砂事故成因及危害
出现喷砂事故，一般存在下列几种情况：①珠光砂放散速度过快；②珠光砂部分受潮，放砂过程中存在珠光砂中部篷聚；③珠光砂温度低，甚至含有一定量的低温液体；④扒砂时冷箱内压力较高，加速喷涌速度，主要是由于顶仓盖未及时打开、密封氮气压力过高、冷箱内有较大漏点和未停止加热就安排扒砂等；⑤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。对于恶性喷砂事故，尽管产生因素多，但一般出现此类事故，必然存在两个诱导因素，一是低温液体存在于珠光砂内；二是冷箱内压力升高过快，无法泄压或泄压速度远低于汽化速度。前者大多与冷箱内设备存在泄漏有关，后者主要与操作控制程序有关。
对于珠光砂的生产及施工中的预防措施
从造成珠光砂冷箱爆炸和装卸珠光砂的人员伤亡事故可能的原因来看，有空分塔冷箱设计、安装、使用和管理上的问题，我们应从中吸取深刻的教训。
空分塔冷箱在设计上应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，必要时应提高伤等级。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。塔座应设置基础，并用不锈钢制造支座和底脚螺钉，防止漏液时会使碳钢支座冻裂，使上下塔整体倒塌。
当塔冷箱高度大于 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 ㎡。
选用珠光砂要严格，除堆积密度、热导率适宜外，对粒度要提出要求，尤其是冷箱较高情况下，粒度要适宜。同时应使用憎水珠光砂。
如果冷箱内存在管路泄漏，为防止珠光砂从漏点侵入，对漏点位应采取隔离式管路切断，并通加热气源，小气量低压保压。排放珠光砂时，原则上要从翻板式放砂口放砂。
【作者简介】：
吴 午 ,男，黑龙江省哈尔滨市人，工程师， 电邮 wuwuhpc@petrochina.com.cn