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(shí), 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(qiáng)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(shí)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(shí)也沒有制定妥善的送氧方案, 開閥時(shí)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(jī)理

     從燃爆 “三要素” 的機(jī)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(shí)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(qiáng)的氧化劑, 純度愈高, 壓力愈高, 氧化性愈強(qiáng), 愈危險(xiǎn)。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(shí), 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(shí), 閥瓣與閥座的沖擊、擠壓及閥門部件之間的摩擦;

     3、高速運(yùn)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(shí)際需要。為了杜絕或減少氧氣管道燃爆事故, 在設(shè)計(jì)、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(shí)驗(yàn)證。        國外試驗(yàn)報(bào)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(shí)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(shí)的實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)的實(shí)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(jì)與數(shù)據(jù)的選取, 不僅吸取了國內(nèi)近十年的設(shè)計(jì)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn), 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(yàn)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(yàn), 并結(jié)合其工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn), 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(yàn)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(xiǎn)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(shí))、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(shí)), 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(shí), 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(shí)), 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(shí), 均為非撞擊場合。

    3、氧氣工作壓力愈高, 危險(xiǎn)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(xiǎn)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(shí), 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(kuò)散燃燒材料, 火勢不蔓延, 安全, 故使用在高壓和危險(xiǎn)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(shí)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(xiǎn)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(jià)。

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(shí)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(xiǎn)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(jī)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(yàn), 而大口徑銅合金或鎳合金管資源緊缺, 價(jià)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(qiáng)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(xiǎn)部位。以上這些非一般場所, 當(dāng)氧氣壓力 p ≤3.0MPa 時(shí), 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(shí), 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(jī)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(dú)設(shè)置閥門室或防護(hù)墻時(shí), 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(shí)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(shí), 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(shí)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(shí), 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(xiǎn)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(xiǎn)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(shí), 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(shí), 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?yàn)檫@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(qiáng)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(xiǎn)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(xiǎn)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?yàn)檫@些材料可燃, 泄漏氧氣時(shí)會引燃, 成為著火源。

4、氧氣過濾器

     氧壓機(jī)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(jī)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(jī)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(shí)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(shí)際運(yùn)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(shí)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(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(jī)或調(diào)節(jié)閥的正常運(yùn)行。濾網(wǎng)宜首選不起火且強(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(jì)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(diǎn)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(shí)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(qiáng)度試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn), 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(shí)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?yàn)檫@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(shí), 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(xiǎn), 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(yàn)。

     3、氧氣閥門材料的選用 (見表5)既要考慮強(qiáng)度、 經(jīng)濟(jì)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(xiǎn)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(yùn)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(shí)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(xiǎn)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(xiǎn)性大, 故閥門材料最低要采用不銹鋼, 氧氣壓力較高時(shí)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(shí)傷人, 同時(shí)可以減輕操作人員的勞動強(qiáng)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(yàn)、吹掃等, 施工完畢還應(yīng)嚴(yán)格驗(yàn)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(yàn)收規(guī)范》 (GB50235)的要求進(jìn)行檢驗(yàn)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(shí), 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(yàn)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(jì)文件另有不同要求時(shí), 則應(yīng)按工程設(shè)計(jì)文件的規(guī)定執(zhí)行。脫脂可用無機(jī)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?dú)夥忾]管口。進(jìn)行水壓試驗(yàn)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?dú)饣蚩諝獯祪艉蠓忾], 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(xiǎn)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(yàn)收要求

氧氣管道的安裝 焊接和施工、驗(yàn)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(yàn)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(shí), 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(jī)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(yàn)時(shí), 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(jì)壓力 p 分為 3 個壓力區(qū)間。壓力愈高, 危險(xiǎn)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(yàn)時(shí), 危險(xiǎn)性大, 焊縫的射線檢測比例要增加, 具體要求如下:設(shè)計(jì)壓力不大于 0.6MP a 時(shí), 檢測比例不小于15%, 焊縫質(zhì)量等級不低于Ⅲ級;設(shè)計(jì)壓力大于 0.6M Pa 且小于或等于 4.0M Pa 時(shí), 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(yàn)要求

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

  （1）氧氣管道的壓力試驗(yàn)介質(zhì)應(yīng)用不含油的干凈水或干燥空氣、 氮?dú)? 嚴(yán)禁使用氧氣做試驗(yàn)介質(zhì), 當(dāng)使用氮?dú)庾鲈囼?yàn)介質(zhì)時(shí), 應(yīng)注意安全,防止發(fā)生窒息事故。當(dāng)氧氣管道設(shè)計(jì)壓力大于 4.0MPa時(shí), 禁止用氣體做壓力試驗(yàn)。因?yàn)闅鈮涸囼?yàn)一旦爆破, 氣體急劇膨脹, 威力巨大, 夾帶管道碎片四處飛揚(yáng), 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(yàn)后, 應(yīng)及時(shí)進(jìn)行干燥處理,防止銹蝕。奧氏體不銹鋼管道水壓試驗(yàn)時(shí)水中的氯離子含量不應(yīng)超過25g/ m3 。因?yàn)槁入x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?dú)獯蹈伞?/p>

（2）管道試驗(yàn)壓力以設(shè)計(jì)壓力作計(jì)算基準(zhǔn) 。

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

（4）氧氣管道壓力試驗(yàn)合格后應(yīng)進(jìn)行氣密性試驗(yàn), 試驗(yàn)用介質(zhì)應(yīng)是無油、 干燥、潔凈的空氣或氮?dú)? 試驗(yàn)壓力等于管道設(shè)計(jì)壓力。氣密性試驗(yàn)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(diǎn), 消除隱患, 確保安全。

氣密性試驗(yàn)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(jì)算。

     管道內(nèi)氣體壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后保持 24 小時(shí), 對室內(nèi)及地溝管道的平均每小時(shí)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(kuò)散,危險(xiǎn)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(kuò)散,危險(xiǎn)性小, 故要求比以前低)。

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

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?dú)獯祾吒蓛? 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(jì)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(yùn)行后的安全。因此項(xiàng)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(shí), 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?dú)饣蚩諝?升壓至爆破板爆破壓力時(shí), 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?dú)饣蚩諝獾募眲∨蛎? 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(fèi)用低、工期短等優(yōu)點(diǎn), 目前已得到較為廣泛的應(yīng)用。在實(shí)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(shí), 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(yàn)。

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?dú)夤艿罍\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(shí)間一長, 漆色分不清深淺。曾有人在夏天電焊施工時(shí), 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(yàn), 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(yùn)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(yàn)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?dú)?、 無油空氣置換), 氧含量小于 23   時(shí), 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(shí), 措施不嚴(yán)密 (尤其是與氧源堵盲板隔離等), 化驗(yàn)監(jiān)督不適時(shí)、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(shí), 必須預(yù)先制定詳細(xì)作業(yè)方案 (包括流程、 方法、步驟、 時(shí)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(shí), 方能實(shí)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(shí), 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(shí)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(jī)填料物質(zhì)著火?？焖匍_啟氧氣閥門很危險(xiǎn), 閥門前后壓差愈大愈危險(xiǎn)。

（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(shí)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(kuò)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(bǔ)充設(shè)施時(shí) ,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(jī)冷卻器漏水要及時(shí)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(yàn)計(jì)劃, 安排附屬儀器儀表、 安全保護(hù)裝置的定期檢驗(yàn)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(shí)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。