空分冷箱珠光砂爆炸事故原因分析与预防培训

空分冷箱珠光砂爆炸事故原因分析与预防培训CONTENTS目录01空分冷箱珠光砂爆炸概述02砂爆现象形成机理03典型砂爆事故案例分析04砂爆事故关键诱因解析CONTENTS目录05预防控制技术措施06检修作业安全管理07应急处置与救援08安全管理体系建设01空分冷箱珠光砂爆炸概述砂爆定义与特性砂爆的定义

砂爆是空分装置运行及检修过程中因低温液体泄漏导致的安全事故现象，具体表现为保温层珠光砂内积存的低温液体受热急剧蒸发，产生高压气体撑裂冷箱外壳并夹带珠光砂喷发，又称液爆，属于物理爆炸范畴。砂爆的形成机理

当空分冷箱发生漏液时，液氧等低温介质渗入珠光砂保温层，在环境热量作用下迅速相变为气态。由于珠光砂的多孔特性，蒸发气体在密闭空间内形成高压，压力峰值可达0.3-0.6MPa。当压力超过冷箱外壳结构强度极限（通常≤60kPa）时，箱体爆裂产生高速喷射流，夹带珠光砂形成冲击波效应。砂爆的主要危害

砂爆可造成设备严重损毁，如冷箱膨胀变形、焊缝开裂、内部钢结构损坏等；还会导致人员伤亡，珠光砂抛射物可造成人体机械损伤，其粒径0.1-1mm的颗粒物易引发呼吸道阻塞，高温气体和低温液体可能导致灼伤或冻伤，2019年河南义马气化厂"7·19"重大爆炸事故即为典型砂爆案例，造成15人死亡、16人重伤。砂爆的常见领域

砂爆常见于空分设备冷箱，特别是在设备大型化发展趋势下，冷箱高度增加、容积扩大，珠光砂填充量增多，砂爆风险相应提高，在设备检修扒砂阶段尤为危险，因外界热量输入加速液体蒸发过程。砂爆事故危害表现

设备结构严重损毁冷箱外壳因内压超过结构强度极限（通常≤60kPa）而撕裂，压力峰值可达0.3-0.6MPa，导致箱体膨胀变形、钢结构弯曲，甚至整体倒塌。如2019年河南义马气化厂事故中C套空分冷箱整体撕裂，280号工字钢、槽钢全部向外弯曲。

人员伤亡风险突出高速喷射的珠光砂（气流速度可达120m/s）造成机械损伤，0.1-1mm粒径颗粒物引发呼吸道阻塞；低温液体泄漏导致冻伤，富氧环境下可燃物爆炸加剧伤亡。典型案例包括2019年河南义马事故致15人死亡，2009年江苏无锡冷箱倒塌致3死8伤。

二次灾害连锁反应砂爆可能引发液氧贮槽破裂，液氧外泄后与碳钢结构发生剧烈氧化反应，或与可燃物形成爆炸混合物。如2019年河南义马事故中，500m³液氧贮槽破裂引发周边可燃物爆炸燃烧，扩大事故后果。

生产系统全面瘫痪冷箱内塔器倾斜、管道断裂、珠光砂侵入设备内部，导致空分装置彻底损毁，修复周期长达数月至数年。历史数据显示，标准60000m³/h空分设备砂爆能量相当于200kgTNT当量，冲击波作用范围达80米，造成长期停产。典型砂爆事故统计

全球砂爆事故总体概况1961-2019年间，全球有15起空分事故涉及砂爆，其中8起发生在设备停车检修阶段，占比超过50%。

国内典型砂爆事故案例2019年河南义马气化厂“7·19”重大爆炸事故，因C套空分冷箱砂爆引发二次化学爆炸，造成15人死亡、16人重伤；2007年四川威远钢铁10000m³/h空分设备扒砂时发生砂爆，导致1人死亡，冷箱膨胀变形。

砂爆事故死亡人数统计据不完全统计，国内近50年来公开报道的砂爆事故已造成至少50人死亡，其中2000年江西萍乡钢厂空分设备检修爆炸事故死亡22人，为单起砂爆事故死亡人数最多案例。

砂爆事故设备损坏情况历史砂爆事故中，冷箱外壳撕裂、钢结构变形占比100%，塔器倾斜或移位占比70%，管道断裂占比65%，如1990年某化工厂10000m³/h空分冷箱砂爆导致40m高方冷箱变为圆冷箱，280号工字钢全部弯曲。02砂爆现象形成机理低温液体泄漏过程

泄漏源形成阶段冷箱内设备或管道因密封失效、焊接缺陷等导致液氧等低温介质泄漏，如阀门法兰密封不良、管道焊缝开裂等。

保温层渗透阶段泄漏的低温液体渗入珠光砂保温层，利用珠光砂多孔特性在内部积聚，形成低温区域，如四川威远钢铁空分设备漏液后珠光砂内积存低温液体。

热量交换蒸发阶段环境热量通过冷箱外壳传入，使保温层内低温液体迅速蒸发为气体，压力急剧升高，压力峰值可达0.3-0.6MPa。

压力突破喷射阶段当压力超过冷箱外壳强度极限（通常≤60kPa），冷箱爆裂，高压气体夹带珠光砂高速喷出，如2019年河南义马气化厂事故中喷发气流速度超120m/s。珠光砂层内相变机理

低温液体泄漏与珠光砂吸附当空分冷箱发生液氧等低温介质泄漏时，珠光砂因其多孔特性会吸附并积存低温液体，形成隐患。

环境热量输入与相变速率环境热量使珠光砂内低温液体迅速蒸发，检修扒砂阶段外界热量输入加速此过程，导致气体量急剧增加。

密闭空间压力积聚效应珠光砂层形成相对密闭空间，蒸发气体无法及时排出，压力可达0.3-0.6MPa，远超冷箱外壳≤60kPa的强度极限。

压力突破与喷砂现象当压力超过冷箱结构强度，箱体爆裂，高速喷射流夹带珠光砂形成砂爆，喷发气流速度可超过120m/s。冷箱压力积聚过程01低温液体泄漏与珠光砂吸附空分冷箱内液氧等低温介质因密封失效泄漏后，渗入珠光砂保温层。珠光砂多孔结构使其吸附并积存大量低温液体，形成潜在危险源。02环境热量输入与蒸发气化环境热量通过冷箱外壳传导至珠光砂层，使积存的低温液体受热迅速相变为气态。标准60000m³/h空分设备冷箱砂爆能量可达200kgTNT当量。03密闭空间压力持续攀升蒸发产生的高压气体在冷箱密闭空间内积聚，压力峰值可达0.3-0.6MPa。冷箱外壳结构强度极限通常≤60kPa，远低于爆炸前压力。04压力超过临界值引发爆裂当气体压力超过冷箱结构承载极限，箱体发生撕裂，高速喷射流夹带珠光砂形成冲击波。2019年河南义马气化厂事故中，喷发气流速度超过120m/s。爆炸能量释放特性

压力峰值范围低温液体在珠光砂层内蒸发形成的压力峰值可达0.3-0.6MPa，远超冷箱外壳结构强度极限（通常≤60kPa）。

喷射气流速度砂爆发生时喷发气流速度超过120m/s，可瞬间抛撒大量珠光砂并形成强烈冲击波。

能量当量对比标准60000m³/h空分设备冷箱砂爆能量相当于200kgTNT当量，冲击波作用范围可达80米。

二次爆炸风险喷溅的液氧与碳钢结构发生剧烈氧化反应，易引发二次化学爆炸，扩大事故后果。03典型砂爆事故案例分析2019河南义马气化厂"7·19"事故事故经过与后果2019年7月19日17时45分左右，河南义马气化厂C套空气分离装置冷箱发生"砂爆"，造成15人死亡、16人重伤。砂爆导致冷箱倒塌，引发附近500m³液氧贮槽破裂，液氧外泄后与可燃物反应引发爆炸燃烧。直接原因分析空分装置冷箱泄漏未及时处理，低温液体在珠光砂保温层内积聚。泄漏的液氧受热急剧蒸发，产生高压气体撑裂冷箱外壳，发生砂爆。泄漏最早于6月26日被发现，但未及时停车检修。间接原因与暴露问题企业安全意识淡薄，风险辨识能力差，装置带病运行；设备专业管理存在重大漏洞，备用空分系统设备不完好；工厂设计布局不合理，对空分装置安全生产重视不足。事故教训与警示必须树立"隐患就是事故"理念，严禁设备带病运行；加强设备专业管理和全要素安全管理；完善泄漏监测和应急处置机制，及时消除安全隐患。2007四川威远钢铁喷砂事故

事故经过概述2007年1月24日，四川威远钢铁动力厂制氧车间对10000m³/h空分设备冷箱进行扒珠光砂作业。20:35开始扒砂，20:40左右冷箱内出现闷响，随后底部人孔喷砂，几秒后连续异响，60m高冷箱内珠光砂从底部人孔喷出，造成1人死亡，冷箱膨胀变形、局部焊缝开裂。

直接原因分析1.珠光砂内含有低温液体：中修停车前两个月冷箱基础温度下降，表明设备存在漏液，低温液体积存在珠光砂中。2.排砂过快：同时打开底部两个人孔全速排砂，导致外界空气大量进入，与含低温液体的珠光砂强对流换热，冷箱内压力骤升。

间接原因分析1.冷箱加温不彻底：加温结束后珠光砂仍处低温状态，且未设置单独珠光砂加温系统。2.珠光砂受潮板结：冷箱顶部人孔盖密封不严，导致顶部珠光砂受潮板结（厚度达2-3m），造成冷箱内气流不畅通。3.安全措施不到位：作业场地狭窄，人员离卸砂人孔过近，无防喷砂设施。2009江苏无锡冷箱倒塌事故事故经过2009年7月15日上午7时30分许，江苏无锡惠山区前洲镇，河南威龙空分集团公司在为无锡新三洲特钢有限公司6000m³/h氧气站进行检修时，空分塔内珠光砂急剧膨胀，导致冷箱倒塌，大量珠光砂从冷箱口冲出，造成在场11名作业人员吸入珠光砂粉尘。事故伤亡与损失事故造成3人死亡，8人受伤。冷箱倒塌，设备损坏严重，生产被迫中断。直接原因分析检修时冷箱内珠光砂急剧膨胀，是导致事故发生的直接原因。珠光砂膨胀可能与冷箱内存在低温液体、加温不彻底或珠光砂受潮板结等因素有关，使得内部压力骤升，最终撑裂冷箱。事故教训该事故警示我们，在空分设备检修扒砂作业前，必须确保冷箱内液体完全排空、加温彻底，严格按照操作规程进行，加强作业现场安全管理和人员防护，防止类似事故重演。事故致因共性分析

设备密封失效与泄漏冷箱密封失效导致低温液体（如液氧）渗入珠光砂保温层，是砂爆事故的直接诱因。例如2019年河南义马气化厂事故中，冷箱泄漏未及时处理，液氧在珠光砂内积聚40小时后引发爆炸。

监测预警机制缺失泄漏监测滞后或压力监测系统不完善，无法及时发现冷箱内异常。如某化工厂空分设备漏液时，因未设置有效的冷箱压力监测（通常应在超过30kPa时启动应急预案），导致事故扩大。

操作不规范与应急处置不当检修扒砂时违规操作，如未彻底排空液体、未保持冷箱微正压，或排砂过快导致压力骤升。2007年四川威远钢铁空分设备事故中，全开底部人孔快速排砂，引发珠光砂喷发造成1人死亡。

安全管理与风险意识薄弱企业风险辨识能力不足，隐患排查不到位，甚至带病运行。义马气化厂在6月26日已发现氧泄漏却未停车检修，7月12日冷箱出现裂缝仍坚持生产，最终导致15人死亡的重大事故。04砂爆事故关键诱因解析冷箱密封失效因素焊接质量缺陷冷箱内容器、管道等连接部位焊缝若未进行100%无损探伤或探伤等级不足，易出现焊接裂纹、未熔合等缺陷，导致低温液体泄漏。建议对可能产生泄漏部位的焊缝提高探伤技术要求。法兰连接问题冷箱内采用法兰连接时，密封垫片老化、螺栓预紧力不足或不均匀等因素易导致密封失效。应尽量避免在冷箱内使用法兰结构，必须使用时需严格控制安装质量。管道热应力破坏管道设计未充分考虑热胀冷缩引起的热应力，未进行有效的柔性分析和补偿设计，可能导致管道拉裂、拉断，造成密封失效。需引入科学的管道柔性计算方法保证运行安全。材料低温脆化冷箱内部分结构件若使用普通碳钢等材料，在低温环境下易发生脆化，导致结构强度下降，出现裂纹和泄漏。如下塔座等关键部位应采用304不锈钢等耐低温材料制造。液体泄漏监测滞后问题

01监测系统响应延迟传统压力监测系统在冷箱内压力超过30kPa时才启动应急预案，但低温液体泄漏后，珠光砂内气体压力积聚至触发阈值往往需要数小时，存在响应滞后风险。

02基础温度监测局限性冷箱基础温度单点监测易受环境干扰，无法及时发现局部漏液。如某化工厂空分设备漏液前两个月已出现基础温度下降，但未引起足够重视，最终导致砂爆。

03人工巡检周期过长依赖每日定时巡检难以捕捉突发性泄漏，2019年河南义马气化厂从发现冷箱裂缝到发生砂爆间隔7天，期间未采取有效措施，暴露出人工巡检的时效性不足。

04传感器部署覆盖不足大型冷箱（高度超60米）若未在20米左右增设温度/压力监测点，易形成监测盲区。某案例中冷箱底部人孔开启后，因上部珠光砂板结导致气体流动不畅，监测数据失真。珠光砂装填质量缺陷填装密度不足珠光砂填装密度未达到≥45kg/m³的规范要求，导致保温性能下降，易形成气体积聚空间，增加砂爆风险。装填过程操作不规范装填时未保持冷箱微正压状态，或未采用分层振捣等工艺，可能导致珠光砂分布不均，局部出现空洞或密实度不足。珠光砂受潮板结冷箱顶部人孔盖密封不严等原因导致珠光砂受潮板结，板结厚度可达2-3m，阻碍气体流通，使蒸发气体无法及时排出。粒度过小影响透气性珠光砂粒度过小会降低其透气性，当低温液体泄漏蒸发时，气体难以通过孔隙释放，导致冷箱内压力急剧升高。检修操作不规范行为卸砂作业违规操作未使用专用卸砂孔而拆卸冷箱下部检修人孔盖板，导致珠光砂突然倾泄；同时开启多个底部人孔快速排砂，使外界空气大量进入形成强对流换热，造成冷箱内压力骤升。冷箱加温不彻底检修前未确认低温液体完全排空，加温结束时珠光砂仍处于低温状态；未设置单独的珠光砂加温系统，导致残留低温液体受热蒸发引发压力异常。安全防护措施缺失作业人员未佩戴正压式空气呼吸器等防护装备，且离卸砂人孔距离过近；工作场地未设置防喷砂设施，导致事故发生时人员无法有效防护。应急处置流程执行不到位发现冷箱基础温度异常等漏液征兆后，未及时启动应急预案；事故初期喷砂量不大时，未按规程有序疏散人员，导致二次喷爆造成伤亡扩大。05预防控制技术措施泄漏实时监测系统建设

冷箱压力监测体系在冷箱顶部设置压力超压泄放安全装置，当监测压力超过30kPa时立即启动应急预案，包括开启塔顶泄压口等操作，防止压力持续升高引发砂爆风险。

基础温度多点监测冷箱内基础温度测点应多点平衡布置，作为检测冷箱内微量低温液体泄漏的重要手段，及时发现因漏液导致的温度异常，为早期预警提供数据支持。

气体组分在线分析配置红外线气体检测仪和便携式气体分析仪，实时监测冷箱内气封气压力及组分，特别是氧含量变化，当氧含量异常上升时及时发出报警，提示可能存在泄漏。

智能化数据预警平台集成传感器数据至中央控制系统，通过算法识别异常波动趋势，提前预警潜在泄漏风险并生成处置建议日志，实现对泄漏情况的动态监测和智能分析。冷箱压力安全控制冷箱压力监测与报警阈值设定应在冷箱顶部设置压力监测点，当监测压力超过30kPa时需立即启动应急预案，包括开启塔顶泄压口等操作，防止压力持续升高引发事故。超压泄放安全装置设计冷箱顶部应设置超压泄放安全装置，确保在压力超过冷箱外壳结构强度极限（通常≤60kPa）前及时泄压，避免冷箱爆裂。冷箱微正压状态维持在珠光砂装卸作业期间，需保持冷箱微正压状态，防止外界空气大量进入与低温珠光砂形成强对流换热，导致内部压力急剧升高。压力异常应急处置流程发生压力异常时，应立即停止相关作业，疏散人员至安全区域，并采取开启泄压装置、氮气吹扫等措施降低冷箱内压力，严禁在压力未受控时进行操作。珠光砂规范操作流程

珠光砂填装前准备填装前需确认冷箱密封完好，检查人孔盖密封性能，防止后续受潮板结。按规范要求珠光砂填装密度应≥45kg/m³，确保保温效果与透气性平衡。填装作业安全要点填装过程中保持冷箱微正压状态，作业人员需站在安全位置，严禁从装砂人孔跌入。1972年连源钢厂曾发生装砂人员掉入冷箱窒息死亡事故，需严格执行监护制度。卸砂作业控制要求卸砂前必须确认冷箱内液体完全排空并彻底加温，严禁未通过专用卸砂孔而直接卸下冷箱下部检修人孔盖板卸砂。卸砂时应控制排放速度，避免外界空气大量快速进入引发压力骤升。特殊工况作业规范检修扒砂时应采用机械化抽吸式逐层放砂，冷箱高度超过40m时需在20m左右增设装卸口，尺寸控制在0.3～0.4㎡。作业期间必须佩戴正压式空气呼吸器，严禁使用铁质工具，防止产生火花。设备结构优化设计

科学设计装卸口与放砂系统建议冷箱高度大于40m时，在20m左右增设装卸口，单个装卸口面积控制在0.3～0.4㎡，采用机械化抽吸式逐层放砂，避免人工操作风险。

强化冷箱内压监测与泄放冷箱顶部设置超压泄放安全装置，实时监测冷箱内压，当压力超过30kPa时启动应急预案；对液氧、液氩返流管道及板翅式换热器隔箱内压力进行监控。

优化低温液体泄漏检测设计冷箱底部基础多点布置温度测点，及时发现微量低温液体泄漏；在存有液体的容器及管道下部设置加温管道，口径与小孔总面积适配加温液体流量。

提升管道与连接结构安全性对管道进行柔性分析，考虑热胀冷缩补偿，防止拉裂拉断；冷箱内低温管道、容器连接优先采用焊接结构，避免法兰连接；焊缝100%无损探伤，必要时提高探伤等级。

完善冷箱通风与支撑设计冷箱顶盖四角及中间设置600×600mm人孔和超压泄放装置，确保加温时气流均匀；下塔座采用304不锈钢支座和底脚螺钉，防止漏液冻裂导致塔体倒塌。06检修作业安全管理停车排液操作规范排液前系统状态确认停车前需确认主冷液位、下塔液位等关键参数处于正常范围，关闭相关液体产品输出阀，确保无液体持续产生。排液顺序与路径规划应按照从上至下、从高到低的顺序排放，优先排放液氧、液空等介质，通过专用排放管道引至高空汽化排放塔或指定安全区域。排放速率控制要求严禁快速全开排放阀，应缓慢开启阀门，控制排放速率，避免因压力骤降导致管道振动或低温液体剧烈汽化引发安全风险。排液过程安全监护排液时需设专人监护，佩戴正压式空气呼吸器等防护装备，监测排放口周围氧浓度，严禁明火及无关人员靠近，夜间排放需加强照明及警戒。排液后的残留检测排液结束后，通过分析冷箱基础温度、气相色谱检测等方式，确认系统内无残留低温液体，必要时进行氮气吹扫置换。冷箱加温处理标准加温前准备要求检修前必须确认冷箱内液体完全排空，采用氮气吹扫置换残余介质，确保无低温液体残留。加温系统配置规范冷箱底部应装有供珠光砂加温的管道，有液体的容器、管道下部应设置加温管道，加温管道口径和小孔总面积应与加温液体流量相适应。加温合格判定指标加温结束时需确保珠光砂温度恢复至环境温度，无局部低温区域，且冷箱内气体含氧量分析合格，避免低温液体残留导致后续风险。加温操作注意事项严禁未停止加热就安排扒砂，加温过程中应打开冷箱顶部人孔和超压泄放安全装置，使汽流均匀通过珠光砂，确保加温彻底。扒砂作业安全规程作业前准备与方案制定

作业前必须制定详细施工方案和应急预案，对参与人员进行安全教育和技术交底，明确危险因素及考前须知，配备合格的个人防护用品。冷箱加温与气体分析

确保冷箱内加温彻底，珠光砂温度符合安全要求，加温结束后打开冷箱顶部人孔和安全阀，分析冷箱内气体含氧量，合格后方可开始作业。扒砂操作规范

应采用从上到下逐层扒砂方式，严禁直接打开冷箱下部珠光砂排放口排砂；控制排放速度，避免外界空气快速大量进入引发压力升高。作业现场安全防护

作业场地设置明显警示标志，作业人员必须佩戴正压式空气呼吸器等防护装备，与卸装人孔保持安全距离，严禁使用铁质工具避免火花产生。应急处置与监护

作业过程中应有专人监护，密切关注冷箱压力、温度等参数变化，一旦发生异常情况立即停止作业，启动应急预案并组织人员疏散。作业人员防护要求

呼吸防护装备作业人员必须佩戴正压式空气呼吸器，防止吸入珠光砂粉尘及可能泄漏的低温气体导致窒息。低温防护装备接触低温液体或低温设备时，需穿戴专用低温防护手套、防寒服和护目镜，防止冻伤。防静电防护装备应穿着防静电工作服和导电鞋，避免产生静电火花引发危险，尤其在富氧环境中。头部与身体防护装备佩戴安全帽防止物体打击，穿着耐磨防护服，避免珠光砂喷射造成机械损伤。07应急处置与救援泄漏应急响应流程立即启动报警与隔离程序发生泄漏后，立即触发声光报警系统，通知相关人员；迅速设置警戒线，禁止无关人员进入泄漏区域，防止事态扩大。快速切断泄漏源根据泄漏物质性质，立即关闭相关阀门、停止设备运行，有效切断泄漏源，如关闭液氧、液氮输送管道阀门等。启动通风与气体控制在密闭空间泄漏时，强制启动防爆通风设备，降低气体浓度；对于氧气泄漏，可采用氮气吹扫降低氧浓度至安全水平。人员疏散与急救组织泄漏区域人员立即撤离至上风向安全区域，清点人数；对受伤人员进行初步急救，如冻伤、窒息等情况的紧急处理，并及时送医。泄漏物质处理与现场清理使用专用吸附材料（如防爆型吸附棉、沙土）覆盖或收集泄漏物质，避免污染扩大；待泄漏控制后，对现场进行彻底清理和检测，确保安全。人员疏散组织方案

01疏散触发条件当监测到冷箱压力超过30kPa，或发生严重泄漏时，需立即启动疏散程序。

02疏散范围与路线规划应在30分钟内完成半径200米范围的人员疏散，预先规划至少2条以上独立疏散路线，明确标识疏散通道和安全集合点。

03疏散指挥与职责分工成立疏散指挥小组，明确各成员职责，包括现场指挥、路线引导、人员清点、外部联络等，确保疏散有序进行。

04特殊人群疏散措施针对老弱病残等特殊人群，制定专人帮扶机制，优先安排疏散，确保不遗漏任何人员。

05疏散演练要求定期组织疏散演练，每年至少2次，检验疏散方案的可行性和人员应急响应能力，根据演练结果及时优化方案。现场应急处置措施

人员紧急疏散与撤离发生严重泄漏时，需在30分钟内完成半径200米的人员疏散，撤离至安全区域并清点人数。疏散时应向上风向移动，避免穿越泄漏区域。

泄漏源控制与隔离立即启动应急预案，开启塔顶泄压口降低冷箱内压力；切断相关设备电源，关闭上下游阀门以阻止低温液体继续泄漏。

个体防护装备使用处置人员必须佩戴正压式空气呼吸器，穿戴防低温手套、防寒服及护目镜，严禁使用铁质工具避免产生火花。

现场警戒与环境监测设置警戒线，禁止无关人员进入；使用便携式气体检测仪实时监测氧气、氮气浓度，氧浓度超过23.5%时需加强通风。

应急救援协调与报告立即向企业应急指挥中心和当地应急管理部门报告，说明事故类型、位置、泄漏量及人员伤亡情况，请求专业救援支援。事故调查与经验总结