如何在設(shè)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(shè)計、周密的絕熱設(shè)計、完善的安全設(shè)施儀控設(shè)計外，在6月24日結(jié)束的中國空分裝置安全運營大會上，中國氣體安全技術(shù)委員會副主任委員馬大方給出了建議。
內(nèi)罐排液口：必須設(shè)快速切斷閥
“內(nèi)罐排液口必須設(shè)置重錘式快速切斷閥。”這是馬大方給出的第一個建議。
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，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口閥時，閥門由于自身設(shè)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關(guān)閉，防止了事故擴大。如果這個排液閥來不及關(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，一外來購買液氧的槽車在充裝完液氧后，未卸下輸液氧管道接頭就將槽車開動，將輸液氧管道拉斷，閥門損壞，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(nèi)罐排液口有快速切斷閥，且能就地和遠程遙控操作，大量液氧就不會外泄，事故就不會進一步擴大。
“目前國內(nèi)大多數(shù)大型液氧、液氮貯罐均未設(shè)置該閥，業(yè)內(nèi)設(shè)計、制造、使用單位尚未形成共識，但在國外已是成熟經(jīng)驗。”馬大方介紹說，大型液氧、液氮貯罐排液，一般在內(nèi)罐底靠中心處設(shè)置兩個排液口，可在排液口設(shè)置兩個重錘式快速切斷閥，關(guān)閉靠自身重力，開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。兩個重錘式快速切斷閥配兩個排液通道，雙保險，如果一個有故障，不影響正常使用。
馬大方表示，設(shè)置兩個重錘式快速切斷閥，除了正常工藝功能外，最重要的是其安全功能。當(dāng)貯罐排液管線或閥門發(fā)生事故時，可通過現(xiàn)場儀表盤緊急關(guān)閉按鈕或主控室遠程操作，將該閥門緊急快速關(guān)閉，防止低溫液體大量外泄，避免事故擴大。
據(jù)悉，武鋼氣體公司現(xiàn)有2000m3液氧、液氮貯罐共12臺，均在內(nèi)罐底部排液口設(shè)有重錘式快速切斷閥兩個，全由德國引進，最早投用的至今已超過10年，功能完好，運行安全。目前國內(nèi)尚沒有企業(yè)生產(chǎn)這種重錘式切斷閥。
貯罐頂蓋：宜設(shè)計為薄弱結(jié)構(gòu)
“貯罐頂蓋宜設(shè)計為薄弱結(jié)構(gòu)，以便發(fā)生爆炸事故時泄壓，減小損失。國外已有這種設(shè)計理念與實踐。”這是馬大方給出的第二個建議。
他舉例說，2002年某日傍晚，安徽某鋼鐵公司氣體廠400m3液氧貯罐，停用一年多未排空，再投用時未采取安全措施，裝槽車時突然發(fā)生典型的化學(xué)性燃爆，罐頂全掀，內(nèi)存100多m3液氧全部爆破汽化，貯罐全毀，但內(nèi)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)檢修一個月后復(fù)產(chǎn)，配套約400m3液氮貯罐已基本恢復(fù)常溫，往里送液氮時操作過急，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(nèi)外罐底及基礎(chǔ)尚好。
以上兩起事故有一個共同特點：貯罐內(nèi)、外頂蓋全掀飛，內(nèi)存低溫液體均全部爆破汽化，而內(nèi)罐底部尚完好，無液氧或液氮在下部外泄。這給人們一個啟發(fā)，大型液氧、液氮貯罐頂蓋可以設(shè)計成薄弱結(jié)構(gòu)，在發(fā)生爆炸事故時泄壓，避免大量低溫液體外泄而造成更大的災(zāi)難性事故。
馬大方解釋說，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(shè)計成下強上弱，所以才會出現(xiàn)上述兩起事故時掀頂而底部尚完好的情況。如果設(shè)計者在此基礎(chǔ)上有意識地在內(nèi)、外罐頂蓋作薄弱設(shè)計，如頂蓋某處厚度更薄或增加爆破膜安全裝置等，發(fā)生爆炸事故時可靠泄壓是可能的。這不僅不會造成大量低溫液體底部外泄產(chǎn)生更大災(zāi)害，而且事故后貯罐也不會報廢，更換或修復(fù)頂蓋的損失要小得多。
他強調(diào)，對于大型液氧貯罐，這個設(shè)計更有必要。因為液氧中有乙炔等碳氫化合物，會引發(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(yīng)，速度非�？�，諸如安全閥、呼吸閥、放空閥等安全裝置是來不及動作的。如能設(shè)計在內(nèi)、外罐頂蓋某個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。
貯罐罐區(qū)：不設(shè)置安全圍堰
據(jù)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(guī)程》國家標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)像大型油罐一樣設(shè)置安全圍堰，圍堰內(nèi)容積應(yīng)容下最大貯罐滿罐泄漏量。隨后，修訂人員進行了廣泛的調(diào)研和咨詢，認為大型液氧、液氮貯罐區(qū)可不設(shè)防泄漏安全圍堰，故在GB16912修訂中未提出設(shè)置安全圍堰的要求。
天津“8·12”事故后，北京市某區(qū)安監(jiān)局向北京市某鋼鐵公司氧氣廠提出了安全隱患整改意見，要求大型液氧、液氮貯罐的罐區(qū)增設(shè)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、中國工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會、冶金工業(yè)氣體安全技術(shù)協(xié)會、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)專家學(xué)者，在北京開會研討，最終統(tǒng)一意見，認為可不增設(shè)防泄漏安全圍堰。
到底大型液氧、液氮貯罐灌區(qū)是否需要設(shè)置安全圍堰？馬大方的觀點是“可不設(shè)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的沸點是分別為-183℃和-196℃，泄漏后會很快汽化，一般不會留存，不必設(shè)安全圍堰。
二是貫徹“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的安全生產(chǎn)方針，提高貯罐的設(shè)計、制造、施工和運行質(zhì)量，特別是在內(nèi)罐底部排液口設(shè)置重錘式快速切斷閥和頂蓋設(shè)計為薄弱結(jié)構(gòu)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(qū)經(jīng)常有低溫液體槽車進出。由于低溫液體極易汽化，槽車必須靠近貯罐，若設(shè)安全圍堰，這些作業(yè)將很難甚至無法進行，嚴重影響生產(chǎn)運行。
四是罐區(qū)圍堰占地面積很大，會給氧站總圖布置帶來很大困難，而且極不經(jīng)濟。
五是根據(jù)國內(nèi)外生產(chǎn)實際，大型液氧、液氮貯罐設(shè)置安全圍堰，方案還不成熟。特殊情況下要求罐區(qū)作安全圍堰，或者考慮在液體外泄時向安全的低處導(dǎo)流避害等具體情況，要區(qū)別對待，但不應(yīng)納入設(shè)計規(guī)范執(zhí)行。
對于已經(jīng)投入運行的大型液氧、液氮貯罐增設(shè)安全圍堰，馬大方說，業(yè)界專家的基本共識是“幾乎不可能”，他也認為如此。原因是總圖布置已定型，圍堰無處可加；液氧、液氮超低溫圍堰，目前尚無建造規(guī)范與實踐，無法實施；可能有安全負面影響，若圍堰內(nèi)存滿一大貯罐超低溫液氧或液氮，將會凍壞貯罐支架、基礎(chǔ)和地基等設(shè)施，造成貯罐坍塌的災(zāi)難性事故；停產(chǎn)施工，成本昂貴。
