氧氣管道燃燒爆炸事故比較頻繁, 損失巨大, 血的教訓(xùn)很多。2008 年又發(fā)生了兩起比較典型的氧氣管道燃爆事故, 值得警覺。

     2008 年2月22日09 :00 ,某大型鋼鐵公司新建煉鋼廠2#300t 轉(zhuǎn)爐氧氣調(diào)壓室的氧氣調(diào)節(jié)閥及上游的氧氣過濾器和管道發(fā)生燃燒爆炸,有火焰，屬化學(xué)性燃爆。調(diào)節(jié)閥被燒出一個洞,過濾器毀損,設(shè)備損壞嚴(yán)重,幸未傷人。

    檢查另一臺轉(zhuǎn)爐的氧氣過濾器,發(fā)現(xiàn)大量鐵銹、焊渣、焊條頭。這些都是施工遺留物, 投產(chǎn)前未吹掃干凈, 全堵塞在氧氣過濾器前。這些異物在高純、高壓、高速的氧氣流中與鋼管摩擦、撞擊,成為燃爆的激發(fā)源。氧氣過濾器未定期清掃,大量異物堵塞、摩擦,也是燃爆誘因。可見，未處理干凈的氧氣過濾器因而成為安全隱患。此次事故發(fā)生時, 氧氣管道及閥門、管件先被引燃, 溫度急劇上升, 壁厚燒熔減薄, 強度迅速下降, 承受不了氧氣壓力而發(fā)生爆炸。

     2008年3月27日22:00左右,某鋼鐵公司氧氣廠在氧氣管網(wǎng)隨主體廠配套改造后, 向用戶送氧開閥門時發(fā)生一起氧氣閥門 (DN 300mm 球閥)及管道燃爆事故, 2 名閥門操作工當(dāng)場死亡。事故原因是:氧氣球閥在大壓差下(閥前壓力為1.9MPa ,閥后壓力為0)開啟過快（按規(guī)定應(yīng)在0.3MPa 壓差以下緩慢開啟), 而氧氣管道內(nèi)鐵銹、焊渣等異物較多, 因新老管道交錯、工期緊, 未吹掃干凈, 同時也沒有制定妥善的送氧方案, 開閥時高壓純氧氣流夾帶鐵銹、焊渣高速撞擊氧氣閥門和管道或與其摩擦, 將氧氣閥門和管道引燃, 發(fā)生爆炸。

氧氣管道燃爆機理

     從燃爆 “三要素” 的機理進(jìn)行分析, 氧氣管道材質(zhì)一般是碳素鋼或不銹鋼, 因含碳, 屬可燃性材料, 而且鐵素體燃燒時放熱量大, 升溫很快。氧氣管道內(nèi)輸送的高純、 高壓氧氣, 是極強的氧化劑, 純度愈高, 壓力愈高, 氧化性愈強, 愈危險。導(dǎo)致氧氣管道燃燒爆炸的激發(fā)能源有多種:

     1、閥門在高、 低壓段之間突然打開時, 低壓段氧氣急劇壓縮, 由于速度很快,來不及散熱, 形成所謂的 “ 絕熱壓縮” , 局部溫度猛升, 成為著火能源;

     2、啟閉閥門時, 閥瓣與閥座的沖擊、擠壓及閥門部件之間的摩擦;

     3、高速運動的物質(zhì)微粒 (如鐵銹、灰塵、焊渣和雜質(zhì)等)與管壁摩擦 , 相互沖擊和在閥門、 彎頭、分岔頭、變徑管及焊瘤等處的沖擊碰撞;

     4、加熱面、火焰、輻射熱等外部高溫;

     5、靜電感應(yīng) ;

     6、油脂引燃 ;

     7、鐵銹、鐵粉的觸媒作用等。

     在碳鋼、不銹鋼材質(zhì)的氧氣管道內(nèi)輸送高純、高壓氧氣,這是工業(yè)生產(chǎn)的實際需要。為了杜絕或減少氧氣管道燃爆事故, 在設(shè)計、制造、安裝、 使用和管理等各個環(huán)節(jié)采取必要措施, 以防止形成激發(fā)能源, 這是氧氣管道安全技術(shù)的關(guān)鍵。

氧氣管道流速控制

     氧氣管道中氧氣最高允許流速的控制, 是一個非常重要的安全問題。流速過大, 高壓純氧與鋼管壁的摩擦、 與雜質(zhì)顆粒間及其與鋼管壁的摩擦和碰撞, 會引起氧氣管道溫度升高, 進(jìn)而引發(fā)燃爆事故, 這已被事實驗證。        國外試驗報告說明, 碳鋼管道內(nèi)存有鐵粉或未完全氧化的氧化亞鐵粉末, 它們在純氧中的著火溫度僅為300 ℃～ 400 ℃, 并隨氧氣壓力增高和粒度減小而降低, 這些微粒的燃燒導(dǎo)致碳鋼管起火。不銹鋼雖然不產(chǎn)生銹蝕, 但它含有大量鐵元素和少量可燃的碳元素,且導(dǎo)熱性能差,只有碳鋼的 1/ 3 ,不易散熱, 當(dāng)有摩擦、撞擊等激發(fā)能源時仍能引燃。

     根據(jù) 《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》(GB  16912 —2008)的規(guī)定, 氧氣管道中氧氣的最高允許流速, 根據(jù)管道材質(zhì)、 工作壓力的不同, 不應(yīng)超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍 (見表 1)。

表 1 管道中氧氣最高允許流速 v

    注:(1) 最高允許流速是指管系最低工作壓力、最高工作溫度時的實際流速。

     撞擊場合和非撞擊場合:使流體流動方向突然改變或產(chǎn)生旋渦的位置, 從而引起流體中顆粒對管壁的撞擊, 這樣的位置稱為撞擊場合;否則稱為非撞擊場合。銅及銅合金 (含鋁銅合金除外)、 鎳及鎳銅合金,  在小于或等于 21.0M Pa 條件下,  流速在壓力降允許時沒有限制。

     1、管道中氧氣最高允許流速與工作壓力及管道材質(zhì)有關(guān)。流速均指管內(nèi)氧氣在一定工作狀態(tài)下的實際流速, 與工作狀態(tài)下的壓力、 溫度、 流量有關(guān)。最高允許流速是指管系最低工作壓力、 最高工作溫度時的實際流速。氧氣管道直徑的確定, 要在高峰負(fù)荷情況下滿足安全流速 (最高允許流速)的要求, 并留有余地, 確保安全。液氧管道一般采用不銹鋼管道或銅及銅合金管道, 由于為低溫狀態(tài), 液氧流速沒有嚴(yán)格限制。

     2、表 1 的設(shè)計與數(shù)據(jù)的選取, 不僅吸取了國內(nèi)近十年的設(shè)計及運行經(jīng)驗, 而且借鑒了美國、 德國、 法國、英國、 俄羅斯和日本等國的科研成果及資料, 尤其是歐洲工業(yè)氣體協(xié)會 (EIGA) 的大量科學(xué)試驗數(shù)據(jù)。歐洲工業(yè)氣體協(xié)會對氧氣管道不同 材質(zhì)處于不同氧氣壓力情況下, 做了大量著火試驗, 并結(jié)合其工程實踐經(jīng)驗, 編制了《氧氣管道系統(tǒng)》 標(biāo)準(zhǔn)。在 《氧氣管道系統(tǒng)》標(biāo)準(zhǔn)中, 將氧氣管道及元件科學(xué)地分為 “ 撞擊場合” 和 “ 非撞擊場合” , 然后根據(jù)大量試驗結(jié)果, 按氧氣壓力與管道材質(zhì)確定氧氣最高允許流速。該標(biāo)準(zhǔn)已被歐洲、 美國、 日本同行認(rèn)可。

     使氧氣流動方向突然改變或產(chǎn)生旋渦, 從而引起氧氣中夾帶的顆粒及異物對管壁的撞擊, 這樣的位置稱為撞擊場合。撞擊場合容易產(chǎn)生激發(fā)能源, 引起燃燒與爆炸, 是危險場合, 氧氣最高允許流速控制要嚴(yán)、要小。如壓制對焊三通 (氧氣從支管流向主管時)、螺紋變徑管、現(xiàn)場焊接三通, 短半徑彎頭 (彎曲半徑小于 1.5 倍管道直徑), 縮徑比大于 3 的變徑管 (氧氣從大端流向小端時), 斜接彎頭、放空閥和安全閥的出口管, 截止閥、針形閥、止回閥、 減壓閥、調(diào)節(jié)閥、旁通閥及其出口端 8 倍直徑的管道范圍內(nèi), 球閥或旋塞閥在開啟和關(guān)閉時, 蝶閥的閥板, 過濾器和孔板等, 均為撞擊場合。

     非上述位置即為非撞擊場合, 較安全, 氧氣最高允許流速控制較寬松。如直管段, 工廠制對焊三通 (氧氣從主管流向支管時), 長半徑彎頭(彎曲半徑大于或等于 1.5 倍管道直徑), 縮徑比小于或等于3 的變徑管, 球閥和旋塞在全開時, 均為非撞擊場合。

    3、氧氣工作壓力愈高, 危險性愈大, 最高允許流速愈小。表 1 將工作壓力區(qū)間劃分為 6 個:

     ①工作壓力p ≤0.1MPa  的氧氣, 著火危險性小,屬低壓氧氣管道, 其流速根據(jù)管道系統(tǒng)壓力降確定。

     ②0.1MPa

     ③1.0M Pa

    ④3.0M Pa

     ⑥p ≥15.0M Pa 區(qū)間, 主要用于鋼瓶充裝, 這種高壓氧氣更不允許采用碳鋼管, 采用奧氏體不銹鋼管道時, 不分撞擊場合或非撞擊場合, 氧氣最高允許流速定為 4.5m/ s,從嚴(yán)控制。氧氣管道材質(zhì)直接限定了氧氣最高允許流速。銅及銅合金 (含鋁銅合金除外, 它在特定條件下可燃)、鎳及鎳銅合金不含碳元素, 高溫只熔化,不會燃燒, 摩擦、 撞擊不起火, 屬不擴散燃燒材料, 火勢不蔓延, 安全, 故使用在高壓和危險部位, 流速可高 ;在壓力 p ≤21.0MPa 條件下, 氧氣流速在壓力降允許時無限制。碳鋼管燃燒溫度偏低, 燃燒速度快, 抗燃燒能力差, 氧氣最高允許流速小, 用于一般部位。奧氏體不銹鋼抗燃燒能力和燃燒速度介于銅和碳鋼之間, 且不生銹, 故氧氣最高允許流速較碳鋼管高、 較銅管低, 用于較重要、較危險和氧氣壓力較高的部位。部分金屬在氧氣中的燃燒溫度、 燃燒速度及抗燃燒能力見表 2 。

表 2 部分金屬在氧氣中的燃燒溫度、燃燒速度及抗燃燒能力

注:抗燃燒能力、燃燒速度一欄中數(shù)字 1 、2 、3 、4 為安全等級評價。

氧氣管道材質(zhì)選擇

     氧氣管道的材質(zhì)選擇是一個至關(guān)重要的安全因素。隨著氧氣管道工作壓力和流速的提高, 管道材質(zhì)也由碳鋼、不銹鋼發(fā)展到銅及銅合金或鎳及鎳合金。具體選用規(guī)定見表 3 (表3 引自 GB 16912  標(biāo)準(zhǔn))。

      1、表 3 將氧氣工作壓力分為4 個區(qū)間:

     ①p ≤0.6M Pa 的氧氣壓力管道, 屬一般低壓氧氣管道, 在多個行業(yè)均有應(yīng)用。

     ②0.6MPa  

     ③3.0MP a

     ④p >10M Pa 的氧氣壓力管道主要應(yīng)用于鋼瓶充裝和部分化工行業(yè), 氧氣壓力很高、 管道材質(zhì)更有嚴(yán)格限定。實踐證明, 分個壓力區(qū)間方便適用。

     2、表 3 將氧氣使用場所分為一般場所和非一般場所。非一般場所指分配主管上閥門頻繁操作區(qū)閥后, 干管閥門、 一個系統(tǒng)支管閥門、 車間入口閥門后 5 倍公稱直徑 (并不小于 1.5m)范圍, 調(diào)節(jié)閥組前后各5 倍公稱直徑 (各不小于 1.5m)范圍,氧壓車間內(nèi)部, 放散閥后, 濕氧輸送, 氧氣充裝臺, 匯流排等撞擊場合, 重要場所, 危險位置, 事故多發(fā)源, 高壓設(shè)施, 氧氣管道材質(zhì)選擇要從嚴(yán)。

表 3   氧氣管道材質(zhì)選用表

     3、氧氣管道材質(zhì)選用:表3 中各種材質(zhì)氧氣管道的特性在上節(jié)中已有闡述, 可參閱。

     ①碳鋼鋼板卷焊管宜用于工作壓力 p 小于0.1M Pa 且管徑超過現(xiàn)有焊接鋼管、 無縫鋼管產(chǎn)品管徑的情況下。

      ②焊接鋼管適用于 p ≤0.6MPa的一般場所。

      ③無縫鋼管適用于 p ≤3.0MPa的一般場所。

      ④不銹鋼焊接鋼管和不銹鋼板卷焊管均適用于p ≤3.0M Pa 的所有場所。對于不銹鋼板卷焊管,要求其內(nèi)壁焊縫磨光。

     ⑤不銹鋼無縫鋼管適用于 p≤3.0MPa 的所有場所, 適用于 p >3.0MPa的一般場所。p >10MPa 的氧氣管道, 基本用于鋼瓶充裝作業(yè), 高壓氧壓機或液氧泵出口至充裝臺的主干管是一般場所, 可用不銹鋼管, 且已有成熟的使用經(jīng)驗, 而大口徑銅合金或鎳合金管資源緊缺, 價格高, 很少用。對于充裝臺本身管道和氧氣匯流排管道, 應(yīng)該用銅合金或鎳合金管道。不銹鋼無縫管耐低溫且強度高, 適用于液氧管道。

     ⑥銅及銅合金擠制管 、銅及銅合金拉制管、鎳及鎳合金管, 由于具有優(yōu)良的抗燃爆和耐低溫特性, 均適用于 p ≤21M Pa 的所有場所和液氧管道。

      4、氧氣閥門后 5 倍公稱直徑 (并不小于1.5m)范圍內(nèi), 氣流紊亂, 沖擊劇烈;調(diào)節(jié)閥組前后各 5 倍公稱直徑 (各不小于 1.5m) 范圍內(nèi), 因氧氣調(diào)節(jié)閥通徑往往比管徑小1 ～ 2 個等級, 前后有變徑管, 閥口流速可達(dá)亞音速, 氣流沖擊非常劇烈, 摩擦生熱嚴(yán)重, 是燃爆事故多發(fā)源;氧壓車間內(nèi)部地位重要 ;放散閥后流速快, 是撞擊場合; 濕氧輸送管道易生銹, 是危險部位。以上這些非一般場所, 當(dāng)氧氣壓力 p ≤3.0MPa 時, 應(yīng)采用不銹鋼管 (焊接、 卷焊、 無縫均可)。當(dāng)氧氣壓力 p > 3.0M Pa 時, 則應(yīng)采用銅及銅合金或鎳及鎳合金管道。

     p ≤3.0MPa 的氧氣儲罐區(qū)屬于重要部位, 區(qū)內(nèi)氧氣管道宜采用不銹鋼管。p >3.0M Pa 氧氣管道采用的銅合金管不包括含鋁銅合金, 因其在特定條件下可燃。p <0.1MP a 的氧氣管道, 大口徑的可采用鋁合金管, 因其不生銹、 耐低溫, 宜用于空分設(shè)備與大型氧壓機入口之間的管道。

出氧氣廠 (站 、 車間)邊界閥門后、 氧氣主干管送往一個系統(tǒng)支管閥門后、 進(jìn)車間閥門后、 調(diào)節(jié)閥組前和調(diào)節(jié)閥前后的氧氣管道宜設(shè)阻火銅管段。當(dāng)氧氣調(diào)節(jié)閥組不單獨設(shè)置閥門室或防護(hù)墻時, 氧氣調(diào)節(jié)閥前后 8 倍調(diào)節(jié)閥公稱直徑的管道范圍內(nèi), 應(yīng)采用銅合金 (含鋁銅合金除外)或鎳合金材質(zhì)管道, 發(fā)生事故時可安全熔斷, 不使燃燒蔓延。

     耐低溫的不銹鋼無縫鋼管、 銅及銅合金管、 鎳及鎳合金管均可作為液氧管道。

氧氣管道管件選用

1、氧氣管道上彎頭、變徑管及三通的選用

     氧氣管道上彎頭、變徑管及三通均是容易發(fā)生氧氣流沖擊和劇烈摩擦的地方, 有的是撞擊場合, 是燃爆事故多發(fā)源, 應(yīng)選用內(nèi)壁光滑、 壁厚均勻、坡口規(guī)整的軋 (壓)制品, 以避免發(fā)生事故。

   （1）氧氣管道的彎頭嚴(yán)禁采用褶皺彎頭, 因褶皺處氧氣流紊亂, 沖擊摩擦劇烈, 是事故多發(fā)部位。當(dāng)采用冷彎或熱彎彎制碳鋼彎頭時, 彎曲半徑不應(yīng)小于公稱直徑的 5 倍,使氧氣流緩慢過渡轉(zhuǎn)向 ;彎管作業(yè)時不允許出現(xiàn)褶皺 , 以減少摩擦與沖擊。當(dāng)采用壓制對焊彎頭時, 宜選用長半徑彎頭, 即彎曲半徑大于或等于 1.5 倍管道公稱直徑, 成為危險性較小的非撞擊場合。對于工作壓力 p ≤0.1M Pa 的鋼板卷焊管, 由于壓力低、 危險性小, 允許采用斜接彎頭 (俗稱蝦米腰彎頭);90°彎頭應(yīng)采用中間為大于等于二段管制作的管件, 盡量使轉(zhuǎn)向平緩過渡, 彎頭內(nèi)壁應(yīng)平滑、 無銳邊、 毛刺及焊瘤, 以減少摩擦與沖擊。

  （2）氧氣管道的變徑管宜采用壓制對焊管件。當(dāng)采用焊接制作時, 變徑部分長度不宜小于兩端管外徑差值的3 倍, 以使氧氣流變化平和、 緩慢。變徑管內(nèi)壁應(yīng)平滑, 無銳邊、 毛刺及焊瘤, 以減少摩擦與沖擊, 防止燃爆事故發(fā)生。

  （3）氧氣管道的三通宜采用壓制對焊 。當(dāng)不能取得時, 應(yīng)在工廠或現(xiàn)場預(yù)制, 應(yīng)加工到無銳角、無突出部位及焊瘤, 以保證安全。不準(zhǔn)在現(xiàn)場開孔、 插接, 因為這樣很難做到使管內(nèi)無銳角、突出部位、焊瘤及焊渣, 容易引發(fā)事故。

2、氧氣管道上法蘭及其墊片的選用

氧氣管道上的法蘭要確保強度與加工精度, 嚴(yán)格按國家及行業(yè)有關(guān)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)選用。管道法蘭墊片忌用可燃物, 密封性要好。氧氣壓力愈高, 危險性愈高, 對墊片要求愈嚴(yán) (見表 4)。表4 引自 GB 16912 標(biāo)準(zhǔn)。

表 4 氧氣管道法蘭的墊片

     表 4 將氧氣工作壓力分為 4 個區(qū)間, 與表3 氧氣管道材質(zhì)選用的氧氣壓力區(qū)間一致, 科學(xué)合理, 方便適用, 互相配套。

     ①p ≤0.6MPa 的低壓氧氣管道, 其法蘭墊片可采用聚四氟乙烯墊片和柔性石墨復(fù)合墊片。

     ②0.6MP a

     ③3.0MPa

     ④ p > 10MPa, 該氧氣壓力多半用于鋼瓶充裝和少數(shù)化工部門, 壓力很高, 危險性大, 其管道只能采用退火軟化銅墊片或鎳及鎳合金墊片。

3、氧氣管道的連接

     氧氣管道的連接應(yīng)采用焊接, 連接牢固, 減少泄漏。但與設(shè)備、閥門連接處可采用法蘭或螺紋, 以方便連接。螺紋連接處, 應(yīng)采用聚四氟乙烯薄膜作填料, 嚴(yán)禁用涂鉛紅的麻、 棉絲或其他含油脂的材料作填料, 因為這些材料可燃, 泄漏氧氣時會引燃, 成為著火源。

4、氧氣過濾器

     氧壓機入口和氧氣調(diào)節(jié)閥前應(yīng)設(shè)置可定期清洗的過濾器。氧壓機入口設(shè)置過濾器是為防止銹渣、雜物、顆粒等進(jìn)入汽缸或機殼, 使設(shè)備損壞和引發(fā)火災(zāi)。氧氣調(diào)節(jié)閥前也應(yīng)設(shè)置過濾器。因調(diào)節(jié)閥口徑一般比管道口徑小 1 ～ 2 個等級, 氧氣節(jié)流, 流速高, 接近亞音速, 必須防止雜物、鐵銹、 顆粒高速流過調(diào)節(jié)閥時摩擦、 沖擊, 進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。氧氣過濾器應(yīng)定期清洗, 其周期由用戶根據(jù)實際運行情況確定。若不清洗, 鐵銹、 雜物、 顆粒等在過濾器中積聚, 阻力增加, 形成渦流, 發(fā)生摩擦、沖擊時發(fā)熱, 使濾網(wǎng)損壞, 引發(fā)燃爆事故。這類事故已發(fā)生多起。

     氧氣過濾器殼體應(yīng)用強度高、不生銹的不銹鋼或銅及銅合金材質(zhì), 過濾器內(nèi)件應(yīng)用摩擦、 沖擊時不起火的銅及銅合金。濾網(wǎng)除滿足過濾功能外, 還應(yīng)有足夠的強度, 以防濾網(wǎng)碎裂, 失去過濾功能; 而且濾網(wǎng)碎裂物也會影響氧壓機或調(diào)節(jié)閥的正常運行。濾網(wǎng)宜首選不起火且強度高的鎳銅合金 (即蒙乃爾合金) 材質(zhì), 其次為不起火的銅合金材質(zhì) (含鋁銅合金除外)。網(wǎng)孔尺寸宜為 60～ 80 目, 這是經(jīng)過實踐證明了的優(yōu)選數(shù)據(jù), 孔過大過濾效果不佳, 孔過小則金屬絲太細(xì), 強度低, 易碎裂。過濾器濾芯的有效過濾面積應(yīng)為管道截面積的 2 倍以上, 以保證濾芯在有部分堵塞的情況下能通過設(shè)計流量。

氧氣管道閥門選用

     氧氣管道閥門是氧氣管網(wǎng)上的重要關(guān)鍵設(shè)備, 也是事故多發(fā)源, 其選用應(yīng)慎之又慎。氧氣管道閥門應(yīng)選用專用氧氣閥門, 其專用性及特點體現(xiàn)在: 與氧氣接觸的閥體選用抗燃燒性能好, 摩擦、沖擊時不會產(chǎn)生火花的銅合金或鎳合金, 一般為硅黃銅

(氧壓低的可用不銹鋼 、鑄鋼或球墨鑄鐵);密封函選用難燃或阻燃材料, 如石墨化石棉、 聚四氟乙烯、 膨脹石墨等 ;閥門需經(jīng)嚴(yán)格脫脂并嚴(yán)密包裝, 防止污染, 并標(biāo)識 “氧氣專用” 字樣 ;閥門要經(jīng)過嚴(yán)格、規(guī)范的強度試驗和氣密性試驗, 防止泄漏; 大口徑氧氣閥門一般設(shè)置均壓小旁通閥, 以方便操作, 保證開閥安全。

     1、工作壓力 p >0.1MPa 的氧氣管道, 嚴(yán)禁采用閘閥。因閘板滑槽易積存鐵銹, 關(guān)閉不嚴(yán), 操作閥門時擠壓滑槽鐵銹, 易形成激發(fā)能源, 氣流夾帶鐵銹, 顆粒摩擦、 沖擊管壁,容易引發(fā)燃爆事故。這種事故教訓(xùn)已有很多。而且雙瓣閘閥還易掉鉈, 很不安全。

     2、公稱壓力 ≥1.0MPa 且公稱直徑 ≥150m m的手動氧氣閥門宜選用帶旁通的閥門。因為這種閥門已屬壓力較高、 口徑較大的氧氣閥門, 若無均壓小旁通閥, 開主閥容易過猛,大壓差造成閥門出口下游側(cè)氧氣壓力驟升, 高速氧氣流摩擦升溫, 形成絕熱壓縮, 引燃氧氣管道。若有均壓小旁通閥, 先緩慢開啟此小閥均壓, 出口下游側(cè)緩慢升壓, 減小與進(jìn)口側(cè)壓差, 避免流速過快、 溫升過高、 形成絕熱壓縮, 最終引發(fā)燃爆事故。當(dāng)主閥上、下游側(cè)壓差≤0.3M Pa 時, 再開啟主閥, 以確保安全。氧氣閥門壓力愈高, 口徑愈大, 愈危險, 愈應(yīng)選用帶均壓小旁通的閥門。這是安全要求, 歐、 美、 日等早已制定出規(guī)范, 也是我國的成功經(jīng)驗。

     3、氧氣閥門材料的選用 (見表5)既要考慮強度、 經(jīng)濟性, 更要考慮安全性。表 5 引自 GB 16912 標(biāo)準(zhǔn)。

表 5 閥門材料選用要求

     注:(1) 工作壓力為 0.1M Pa 以上的壓力或流量調(diào)節(jié)閥的材料, 應(yīng)采用不銹鋼或銅合金或以上 2 種的組合。

     (2) 閥門的密封填料, 應(yīng)采用聚四氟乙烯或柔性石墨材料。

表 5 將工作壓力分為 3 個區(qū)間:

     ① p ≤ 0.6M Pa , 氧氣壓力較低, 危險性較小, 閥體、閥蓋可采用可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵或鑄鋼, 閥桿、閥瓣等運動件要求較高, 采用不銹鋼。

     ②0.6M Pa

各行業(yè)均有涉及。要求高, 閥門材料采用不銹鋼、銅合金或不銹鋼與銅合金組合 (優(yōu)先選用銅合金)、鎳及鎳合金。不銹鋼不生銹, 銅合金、 鎳及鎳合金氧氣摩擦沖擊時不起火, 阻燃性好, 安全性高。氧壓愈高, 愈應(yīng)選用銅合金或鎳及鎳合金閥門。

     ③p>10M Pa , 屬高壓氧氣, 危險性大, 閥門材料只能選用銅合金、 鎳及鎳合金。工作壓力 p >0.1MP a 的壓力或流量調(diào)節(jié)閥,由于其節(jié)流、 膨脹工況屬撞擊場合, 危險性大, 故閥門材料最低要采用不銹鋼, 氧氣壓力較高時采用不銹鋼與銅合金組合, 氧氣壓力高則應(yīng)采用銅合金閥門。

閥門的密封填料應(yīng)采用難燃或阻燃的聚四氟乙烯或柔性石墨材料。

4、經(jīng)常操作的公稱壓力 ≥1.0MPa 且公稱直徑≥150mm 口徑的氧氣閥門, 已屬壓力較高、口徑較大的氧氣閥門, 宜采用氣動遙控閥門, 遠(yuǎn)距離操作, 避免出事故時傷人, 同時可以減輕操作人員的勞動強度。

氧氣管道施工要求

     氧氣管道的施工, 除應(yīng)嚴(yán)格遵循壓力管道施工有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)外, 還應(yīng)遵守其特殊的安全規(guī)定, 如管道嚴(yán)格除銹、 脫脂、 焊接、 探傷、 壓力及氣密性試驗、吹掃等, 施工完畢還應(yīng)嚴(yán)格驗收。這些環(huán)節(jié)若把關(guān)不嚴(yán), 將釀成氧氣管道燃爆事故, 損失巨大, 教訓(xùn)慘痛。

1、清潔度要求

     氧氣管道、閥門及管件等在安裝前除應(yīng)按照《工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范》 (GB50235)的要求進(jìn)行檢驗外 (氧氣按可燃流體類別對待),其清潔度還應(yīng)達(dá)到以下要求:

（1）碳鋼氧氣管道 、管件等應(yīng)嚴(yán)格除銹, 除銹可用噴砂、酸洗等方法。接觸氧氣的表面應(yīng)徹底除去毛刺、焊瘤、黏砂、鐵銹和其他可燃物, 保持內(nèi)壁光滑清潔。管道除銹時, 以出現(xiàn)金屬本色為止。

（2）氧氣管道、閥門等與氧氣接觸的一切部件, 安裝前、檢修后應(yīng)嚴(yán)格除銹、脫脂。

（3）氧氣管道 、閥門等與氧氣接觸的一切部件脫脂處理應(yīng)按 《脫脂工程施工及驗收規(guī)范》 (HG20202)的要求進(jìn)行 (包括所有組成件與流體接觸的表面)。如工程設(shè)計文件另有不同要求時, 則應(yīng)按工程設(shè)計文件的規(guī)定執(zhí)行。脫脂可用無機非可燃清洗劑、二氯乙烷、 三氯乙烯等溶劑, 并用紫外線檢查法、樟腦檢查法或溶劑分析法進(jìn)行檢查, 直到合格為止。

     脫脂后的碳素鋼氧氣管道應(yīng)立即進(jìn)行鈍化或充入干燥氮氣封閉管口。進(jìn)行水壓試驗的管道, 則脫脂后管內(nèi)壁應(yīng)進(jìn)行鈍化, 防止銹蝕。脫脂后的管道組件應(yīng)采用氮氣或空氣吹凈后封閉, 防止被再次污染, 并應(yīng)防止殘存的脫脂介質(zhì)與氧氣形成危險的混合物。

     在安裝過程中及安裝后應(yīng)采取有效措施, 防止氧氣管道受到油脂污染, 防止可燃物、銹屑、焊渣、砂土及其他雜物進(jìn)入或遺留在管內(nèi), 并應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格檢查。

2、管道安裝、焊接和施工、驗收要求

氧氣管道的安裝 焊接和施工、驗收除應(yīng)符合GB50235 標(biāo)準(zhǔn)、《現(xiàn)場設(shè)備、 工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范》 (G B 50236)的要求外, 還應(yīng)滿足下列要求:

     （1）焊接碳素鋼和不銹鋼氧氣管道時, 應(yīng)采用氬弧焊打底, 以利焊透和防止在管內(nèi)壁形成焊渣。

     （2）管道的切割和坡口加工應(yīng)采用機械方法 , 不允許氣焊切割和打坡口, 以保證加工精度, 有利焊接。

     （3）管道預(yù)制長度不宜過長, 應(yīng)能便于檢查管道內(nèi)外表面的安裝、 焊接、 清潔度質(zhì)量。

     （4）管道的焊縫檢查應(yīng)采用射線檢測, 當(dāng)采用水壓試驗時, 檢測的數(shù)量和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按相關(guān)要求執(zhí)行(見表 6)。表 6 引自GB 16912 標(biāo)準(zhǔn)。

表 6 氧氣管道焊縫檢測要求

     注:焊縫質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)為 《金屬熔化焊焊接接頭射線照像》(G B/ T 3323)。

     表 6 將設(shè)計壓力 p 分為 3 個壓力區(qū)間。壓力愈高, 危險性愈大, 焊接質(zhì)量要求愈高, 焊縫 Х 射線檢測比例愈大, 焊縫質(zhì)量等級要求愈高。

當(dāng)采用氣體做壓力試驗時, 危險性大, 焊縫的射線檢測比例要增加, 具體要求如下:設(shè)計壓力不大于 0.6MP a 時, 檢測比例不小于15%, 焊縫質(zhì)量等級不低于Ⅲ級;設(shè)計壓力大于 0.6M Pa 且小于或等于 4.0M Pa 時, 檢測比例為 100% , 焊縫質(zhì)量

等級不低于Ⅱ級。

（ 5）對未要求做無損檢測的焊縫, 質(zhì)檢人員應(yīng)對全部焊縫的可見部分進(jìn)行外觀檢查, 其質(zhì)量應(yīng)符合GB 50236 標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。

3、壓力及氣密性試驗要求

     氧氣管道安裝后應(yīng)進(jìn)行壓力及氣密性試驗, 以檢驗管道的強度及嚴(yán)密性。壓力及氣密性試驗要求應(yīng)符合以下規(guī)定:

  （1）氧氣管道的壓力試驗介質(zhì)應(yīng)用不含油的干凈水或干燥空氣、 氮氣, 嚴(yán)禁使用氧氣做試驗介質(zhì), 當(dāng)使用氮氣做試驗介質(zhì)時, 應(yīng)注意安全,防止發(fā)生窒息事故。當(dāng)氧氣管道設(shè)計壓力大于 4.0MPa時, 禁止用氣體做壓力試驗。因為氣壓試驗一旦爆破, 氣體急劇膨脹, 威力巨大, 夾帶管道碎片四處飛揚, 造成附近設(shè)備損壞, 人員傷亡, 危害極大。氧氣管道水壓試驗后, 應(yīng)及時進(jìn)行干燥處理,防止銹蝕。奧氏體不銹鋼管道水壓試驗時水中的氯離子含量不應(yīng)超過25g/ m3 。因為氯離子會引起奧氏體不銹鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。否則應(yīng)采取相應(yīng)措施,水放盡后用無油干燥氮氣吹干。

（2）管道試驗壓力以設(shè)計壓力作計算基準(zhǔn) 。

（3）管道做壓力試驗時, 水壓試驗壓力等于1.5倍設(shè)計壓力,  且埋地管道不得低于0.4M Pa;氣壓試驗壓力等于 1.15  倍設(shè)計壓力,  且不小于0.1MPa 。試驗的方法和要求應(yīng)符合GB 50235 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。強度試驗時, 達(dá)到試驗壓力后穩(wěn)壓 10 分鐘再降到設(shè)計壓力, 以壓力不降、 無滲漏為合格。

（4）氧氣管道壓力試驗合格后應(yīng)進(jìn)行氣密性試驗, 試驗用介質(zhì)應(yīng)是無油、 干燥、潔凈的空氣或氮氣, 試驗壓力等于管道設(shè)計壓力。氣密性試驗比以往對氧氣管道系統(tǒng)“ 通氣查漏” 更嚴(yán)格、 更科學(xué)、更安全。如果泄漏率達(dá)不到要求,必須查出漏點, 消除隱患, 確保安全。

氣密性試驗方法和要求除按GB 50235 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行外, 還應(yīng)進(jìn)行泄漏率計算。

     管道內(nèi)氣體壓力達(dá)到設(shè)計壓力后保持 24 小時, 對室內(nèi)及地溝管道的平均每小時泄漏率 A 應(yīng)不超過0.25 %(因氧氣泄漏在室內(nèi)或地溝不易擴散,危險性大, 故從嚴(yán)要求);對室外管道應(yīng)以不超過0.5%為合格 (因氧氣泄漏在室外, 通風(fēng)良好易擴散,危險性小, 故要求比以前低)。

泄漏率 A 按式 (1)、 (2)計算:當(dāng)管道公稱直徑 DN ≤0.3m 時:

4、氧氣管道投入使用前的要求

     氧氣管道在安裝、 檢修后或長期停用后再投入使用前, 應(yīng)將管道內(nèi)殘留的水分、鐵屑、 雜物等用無油干燥空氣或氮氣吹掃干凈, 直至無鐵銹、 塵埃及其他雜物為止。吹掃速度應(yīng)不小于 20m/s , 且不低于氧氣管道設(shè)計流速。流量要大, 流速要高, 以保證吹掃效果。在管口用白布或涂有白漆的靶板檢查, 無鐵屑、焊渣、鐵銹、灰塵 微粒、異物和水分為合格, 以確保送氧運行后的安全。因此項工作忽略或不到位而釀成燃爆事故, 已屢見不鮮, 損失巨大, 教訓(xùn)慘重。

     嚴(yán)禁用氧氣吹掃管道,  避免發(fā)生燃爆事故。氧氣管道 “ 爆破吹掃法” :當(dāng)大的吹掃氣源獲取困難或與生產(chǎn)互相干擾時, 可對氧氣管道進(jìn)行爆破吹掃。即在管道一端吹掃口設(shè)定爆破口, 固定爆破板 (根據(jù)壓力高低 , 可以是單層、多層橡膠石棉板或硬紙板等), 管內(nèi)充以無油干燥氮氣或空氣,升壓至爆破板爆破壓力時, 爆破板碎裂, 高壓氣流從爆破口吹出,管道內(nèi)壓力瞬間降低, 爆破口處壓力 (表壓)接近于 0 。由于管內(nèi)外壓差大 (等于爆破壓力) 和氮氣或空氣的急劇膨脹, 吹掃氣體產(chǎn)生極大流速, 甚至接近音速, 具有極大動能, 用其吹掃管道內(nèi)壁, 達(dá)到清除鐵銹、焊渣、雜物、水分的目的。

     爆破吹掃法具有吹掃質(zhì)量高、 簡便易行、 安全可靠、不影響生產(chǎn)、 費用低、工期短等優(yōu)點, 目前已得到較為廣泛的應(yīng)用。在實施中, 要充分注意爆破壓力的確定、 爆破口的選擇與加固和爆破口周圍的安全警戒等。需要說明的是, 在爆破吹掃的同時, 往管內(nèi)加入適量的脫脂劑, 可以達(dá)到脫脂的目的, 效果良好, 已有成功的經(jīng)驗。

5、管道漆色標(biāo)識

     管道漆色標(biāo)識不僅是為了區(qū)分識別管內(nèi)介質(zhì), 更是安全需要, 避免錯充、 錯用而引發(fā)事故, 是安全標(biāo)志。依據(jù) 《工業(yè)管道的基本識別色、識別符號和安全標(biāo)識》  (GB 7231) 和GB 16912 2008 標(biāo)準(zhǔn), 氧氣管道漆色為淡藍(lán)色, 其他常用工業(yè)管道漆

      色分別為 :空氣管道淡灰色、 蒸汽管道大紅色、 氮氣管道淺黃色、 污氮管道棕色、 氫氣管道紅色加白色環(huán)、 氬氣管道銀灰色、 上水管道艷綠色、下水管道艷綠色加黑色環(huán)、 進(jìn)油管道黃色、 出油管道黃色加黑色環(huán)、 加溫解凍氣管道紅色加黑色環(huán)、 消防水管道紅色并掛牌標(biāo)識等。

     以前, 工業(yè)管道基本識別色定得很粗放, 未能嚴(yán)格區(qū)分, 曾釀成事故。如氧氣管道天藍(lán)色, 壓縮空氣管道深藍(lán)色, 時間一長, 漆色分不清深淺。曾有人在夏天電焊施工時, 誤將氧氣閥打開當(dāng)壓縮空氣吹風(fēng)降溫, 造成燒死 1 人、 燒傷 1 人的重大安全事故。

氧氣管道安全使用

（1）氧氣管道要經(jīng)常檢查維護(hù)。碳鋼管宜3 ～5 年除銹、刷漆 1次, 防止銹蝕。碳鋼主干管宜 5 年進(jìn)行 1 次吹掃, 防止鐵銹增多聚集, 引發(fā)火災(zāi)。管壁厚度宜5 年測量 1 次, 主要測定彎頭及調(diào)節(jié)閥后的管道, 保證這些易沖刷、 磨損部位的安全厚度。每年對安全接地裝置進(jìn)行 1 次檢查。

（2）氧氣管道上的安全閥、壓力表等安全裝置要定期檢驗, 1 年 1 次, 要求靈敏、準(zhǔn)確, 防止超壓, 防止氧氣泄漏。

（3）氧氣管道不得亂接亂用 , 嚴(yán)禁用氧吹風(fēng), 用氧生爐子等。不得在運行中的氧氣管道上打火引弧, 避免引起火災(zāi)

（4）氧氣管道動火作業(yè)前, 應(yīng)制定動火方案,其內(nèi)容包括負(fù)責(zé)人、作業(yè)流程圖、操作方案、安全措施、人員分工、監(jiān)護(hù)人和化驗人等。方案需經(jīng)安全主管部門批準(zhǔn), 并辦理動火許可手續(xù)。氧氣處理干凈 (放散或用氮氣 、 無油空氣置換), 氧含量小于 23   時, 方準(zhǔn)動火。因?qū)踊鹱鳂I(yè)不夠重視, 方案不完善, 責(zé)任不落實, 措施不嚴(yán)密 (尤其是與氧源堵盲板隔離等), 化驗監(jiān)督不適時、不到位等造成的燃爆與人員傷亡事故已屢見不鮮, 應(yīng)特別注意。

（5）氧氣管道進(jìn)行重大作業(yè)時, 必須預(yù)先制定詳細(xì)作業(yè)方案 (包括流程、 方法、步驟、 時間、部位、分工、范圍、責(zé)任、監(jiān)護(hù)和確認(rèn)等),經(jīng)有關(guān)主管部門批準(zhǔn)、落實, 方能實施。

（6）手動氧氣閥門的開啟應(yīng)緩慢進(jìn)行 , 操作者應(yīng)站在閥門側(cè)面, 以防出事傷人。開啟帶小旁通閥的氧氣閥門時, 應(yīng)先開小旁通閥, 使閥后低壓段先緩慢充壓, 當(dāng)主閥上、下游側(cè)高、低壓段壓差≤0.3MPa 時再開主閥。如果氧氣閥門在高、低壓段之間突然快速打開, 低壓段會急劇充氧壓縮, 由于速度快, 來不及散熱, 形成絕熱壓縮, 局部溫度猛升, 成為著火能源。

設(shè)氧氣閥門突然打開前后氧氣壓力 (即絕熱壓縮前后氧氣壓力) 分別為 P1 (0.1MPa) 和 P2 (1.3M Pa), 氧氣閥門突然打開前后氧氣溫度 (即絕熱壓縮前后氧氣溫度) 分別為 T1  (30 ℃, 即303K)和 T 2 , 氧氣絕熱指數(shù) K  為 1.39, 根據(jù)絕熱壓縮公式可求出絕熱壓縮后低壓段的溫度 T 2為:

T 2 =T 1  (P2/ P 1)(k -1)/ k =622.3K  (349.3 ℃)

這個溫度足以使管道內(nèi)鐵粉、 鐵銹或閥門有機填料物質(zhì)著火?？焖匍_啟氧氣閥門很危險, 閥門前后壓差愈大愈危險。

（7）調(diào)節(jié)壓力或流量的氧氣閥門, 由于負(fù)荷變化大, 氧氣流速大, 是事故多發(fā)源。對這種閥門要求高, 一般采用銅合金或不銹鋼閥, 氣動搖控操作, 避免發(fā)生事故并傷人。因而應(yīng)禁止將非調(diào)節(jié)閥門作調(diào)節(jié)使用。

（8）由于氧氣管道或閥門著火時是向上游側(cè)蔓延, 發(fā)生事故應(yīng)立即切斷上游側(cè)氣源, 防止事故進(jìn)一步擴大。

（9）氧氣閥門、 閥桿絲扣的潤滑嚴(yán)禁用普通油脂, 要用不著火的合格硅油、 硅脂或二硫化鉬。

（10）當(dāng)氧氣管道設(shè)有液氧汽化補充設(shè)施時 ,切忌使低溫液氧進(jìn)入常溫氧氣管道, 以免凍裂普通碳鋼管道或發(fā)生液氧劇烈汽化、 體積猛烈膨脹 (為常壓下的 800 倍)、 壓力激增的超壓惡性燃爆事故。

（11）管道氧氣應(yīng)采取干燥氧氣輸送 , 氧壓機冷卻器漏水要及時處理, 防止氧氣管道內(nèi)壁生銹, 引發(fā)燃爆事故。

（12）氧氣管道系統(tǒng)中的氧氣過濾器 , 應(yīng)定期清掃, 清除鐵銹與異物, 杜絕燃爆事故。氧氣管道系統(tǒng)在施工、 檢修后, 送氧前必須檢查清掃氧氣過濾器, 確認(rèn)內(nèi)部無雜物后方準(zhǔn)送氧, 防止鐵銹、 焊渣等異物積聚, 成為事故隱患, 確保送氧安全。

（13）氧氣管道使用單位應(yīng)負(fù)責(zé)本單位氧氣管道的安全管理工作。貫徹執(zhí)行有關(guān)安全法律、 法規(guī)和氧氣管道的技術(shù)規(guī)程、 標(biāo)準(zhǔn)。建立、健全本單位的氧氣管道安全管理規(guī)章制度。指定專職或兼職的專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)氧氣管道安全管理工作。建立氧氣管道技術(shù)檔案, 制定氧氣管道定期檢驗計劃, 安排附屬儀器儀表、 安全保護(hù)裝置的定期檢驗和檢修, 進(jìn)行氧氣管道系統(tǒng)隱患檢查與整改, 對氧氣管道實施專業(yè)化管理。對氧氣管道操作人員和檢查人員要進(jìn)行安全技術(shù)培訓(xùn), 經(jīng)考試合格后持證上崗。