氧氣管道燃燒爆炸事故比較頻繁, 損失巨大, 血的教訓很多。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(jué)。

     2008 年2月22日09 :00 ,某大型鋼鐵公司新建煉鋼廠(chǎng)2#300t 轉爐氧氣調壓室的氧氣調節閥及上游的氧氣過(guò)濾器和管道發(fā)生燃燒爆炸,有火焰，屬化學(xué)性燃爆。調節閥被燒出一個(gè)洞,過(guò)濾器毀損,設備損壞嚴重,幸未傷人。

    檢查另一臺轉爐的氧氣過(guò)濾器,發(fā)現大量鐵銹、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(guò)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(guò)濾器未定期清掃,大量異物堵塞、摩擦,也是燃爆誘因?？梢?jiàn)，未處理干凈的氧氣過(guò)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(mén)、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(chǎng)在氧氣管網(wǎng)隨主體廠(chǎng)配套改造后, 向用戶(hù)送氧開(kāi)閥門(mén)時(shí)發(fā)生一起氧氣閥門(mén) (DN 300mm 球閥)及管道燃爆事故, 2 名閥門(mén)操作工當場(chǎng)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(kāi)啟過(guò)快（按規定應在0.3MPa 壓差以下緩慢開(kāi)啟), 而氧氣管道內鐵銹、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(méi)有制定妥善的送氧方案, 開(kāi)閥時(shí)高壓純氧氣流夾帶鐵銹、焊渣高速撞擊氧氣閥門(mén)和管道或與其摩擦, 將氧氣閥門(mén)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(shí)放熱量大, 升溫很快。氧氣管道內輸送的高純、 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。導致氧氣管道燃燒爆炸的激發(fā)能源有多種:

     1、閥門(mén)在高、 低壓段之間突然打開(kāi)時(shí), 低壓段氧氣急劇壓縮, 由于速度很快,來(lái)不及散熱, 形成所謂的 “ 絕熱壓縮” , 局部溫度猛升, 成為著(zhù)火能源;

     2、啟閉閥門(mén)時(shí), 閥瓣與閥座的沖擊、擠壓及閥門(mén)部件之間的摩擦;

     3、高速運動(dòng)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(mén)、 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 ;

     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, 在設計、制造、安裝、 使用和管理等各個(gè)環(huán)節采取必要措施, 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(gè)非常重要的安全問(wèn)題。流速過(guò)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(huì )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)驗證。        國外試驗報告說(shuō)明, 碳鋼管道內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(zhù)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,且導熱性能差,只有碳鋼的 1/ 3 ,不易散熱, 當有摩擦、撞擊等激發(fā)能源時(shí)仍能引燃。

     根據 《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規程》(GB  16912 —2008)的規定, 氧氣管道中氧氣的最高允許流速, 根據管道材質(zhì)、 工作壓力的不同, 不應超過(guò)標準規定的范圍 (見(jiàn)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(chǎng)合和非撞擊場(chǎng)合:使流體流動(dòng)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(chēng)為撞擊場(chǎng)合;否則稱(chēng)為非撞擊場(chǎng)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(méi)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, 要在高峰負荷情況下滿(mǎn)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(méi)有嚴格限制。

     2、表 1 的設計與數據的選取, 不僅吸取了國內近十年的設計及運行經(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(huì ) (EIGA) 的大量科學(xué)試驗數據。歐洲工業(yè)氣體協(xié)會(huì )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(zhù)火試驗, 并結合其工程實(shí)踐經(jīng)驗, 編制了《氧氣管道系統》 標準。在 《氧氣管道系統》標準中, 將氧氣管道及元件科學(xué)地分為 “ 撞擊場(chǎng)合” 和 “ 非撞擊場(chǎng)合” , 然后根據大量試驗結果, 按氧氣壓力與管道材質(zhì)確定氧氣最高允許流速。該標準已被歐洲、 美國、 日本同行認可。

     使氧氣流動(dòng)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(chēng)為撞擊場(chǎng)合。撞擊場(chǎng)合容易產(chǎn)生激發(fā)能源, 引起燃燒與爆炸, 是危險場(chǎng)合, 氧氣最高允許流速控制要嚴、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、現場(chǎng)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、調節閥、旁通閥及其出口端 8 倍直徑的管道范圍內, 球閥或旋塞閥在開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí), 蝶閥的閥板, 過(guò)濾器和孔板等, 均為撞擊場(chǎng)合。

     非上述位置即為非撞擊場(chǎng)合, 較安全, 氧氣最高允許流速控制較寬松。如直管段, 工廠(chǎng)制對焊三通 (氧氣從主管流向支管時(shí)), 長(cháng)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(kāi)時(shí), 均為非撞擊場(chǎng)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 將工作壓力區間劃分為 6 個(gè):

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

     ②0.1MPa

     ③1.0M Pa

    ④3.0M Pa

     ⑥p ≥15.0M Pa 區間, 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(chǎng)合或非撞擊場(chǎng)合, 氧氣最高允許流速定為 4.5m/ s,從嚴控制。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(huì )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(shí)無(wú)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(jiàn)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(gè)至關(guān)重要的安全因素。隨著(zhù)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。具體選用規定見(jiàn)表 3 (表3 引自 GB 16912  標準)。

      1、表 3 將氧氣工作壓力分為4 個(gè)區間:

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

     ②0.6MPa  

     ③3.0MP a

     ④p >10M Pa 的氧氣壓力管道主要應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)更有嚴格限定。實(shí)踐證明, 分個(gè)壓力區間方便適用。

     2、表 3 將氧氣使用場(chǎng)所分為一般場(chǎng)所和非一般場(chǎng)所。非一般場(chǎng)所指分配主管上閥門(mén)頻繁操作區閥后, 干管閥門(mén)、 一個(gè)系統支管閥門(mén)、 車(chē)間入口閥門(mén)后 5 倍公稱(chēng)直徑 (并不小于 1.5m)范圍, 調節閥組前后各5 倍公稱(chēng)直徑 (各不小于 1.5m)范圍,氧壓車(chē)間內部, 放散閥后, 濕氧輸送, 氧氣充裝臺, 匯流排等撞擊場(chǎng)合, 重要場(chǎng)所, 危險位置, 事故多發(fā)源, 高壓設施, 氧氣管道材質(zhì)選擇要從嚴。

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(guò)現有焊接鋼管、 無(wú)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(chǎng)所。

      ③無(wú)縫鋼管適用于 p ≤3.0MPa的一般場(chǎng)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(chǎng)所。對于不銹鋼板卷焊管,要求其內壁焊縫磨光。

     ⑤不銹鋼無(wú)縫鋼管適用于 p≤3.0MPa 的所有場(chǎng)所, 適用于 p >3.0MPa的一般場(chǎng)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(chǎng)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(jià)格高, 很少用。對于充裝臺本身管道和氧氣匯流排管道, 應該用銅合金或鎳合金管道。不銹鋼無(wú)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(chǎng)所和液氧管道。

      4、氧氣閥門(mén)后 5 倍公稱(chēng)直徑 (并不小于1.5m)范圍內, 氣流紊亂, 沖擊劇烈;調節閥組前后各 5 倍公稱(chēng)直徑 (各不小于 1.5m) 范圍內, 因氧氣調節閥通徑往往比管徑小1 ～ 2 個(gè)等級, 前后有變徑管, 閥口流速可達亞音速, 氣流沖擊非常劇烈, 摩擦生熱嚴重, 是燃爆事故多發(fā)源;氧壓車(chē)間內部地位重要 ;放散閥后流速快, 是撞擊場(chǎng)合; 濕氧輸送管道易生銹, 是危險部位。以上這些非一般場(chǎng)所, 當氧氣壓力 p ≤3.0MPa 時(shí), 應采用不銹鋼管 (焊接、 卷焊、 無(wú)縫均可)。當氧氣壓力 p > 3.0M Pa 時(shí), 則應采用銅及銅合金或鎳及鎳合金管道。

     p ≤3.0MPa 的氧氣儲罐區屬于重要部位, 區內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, 宜用于空分設備與大型氧壓機入口之間的管道。

出氧氣廠(chǎng) (站 、 車(chē)間)邊界閥門(mén)后、 氧氣主干管送往一個(gè)系統支管閥門(mén)后、 進(jìn)車(chē)間閥門(mén)后、 調節閥組前和調節閥前后的氧氣管道宜設阻火銅管段。當氧氣調節閥組不單獨設置閥門(mén)室或防護墻時(shí), 氧氣調節閥前后 8 倍調節閥公稱(chēng)直徑的管道范圍內, 應采用銅合金 (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(wú)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(chǎng)合, 是燃爆事故多發(fā)源, 應選用內壁光滑、 壁厚均勻、坡口規整的軋 (壓)制品, 以避免發(fā)生事故。

   （1）氧氣管道的彎頭嚴禁采用褶皺彎頭, 因褶皺處氧氣流紊亂, 沖擊摩擦劇烈, 是事故多發(fā)部位。當采用冷彎或熱彎彎制碳鋼彎頭時(shí), 彎曲半徑不應小于公稱(chēng)直徑的 5 倍,使氧氣流緩慢過(guò)渡轉向 ;彎管作業(yè)時(shí)不允許出現褶皺 , 以減少摩擦與沖擊。當采用壓制對焊彎頭時(shí), 宜選用長(cháng)半徑彎頭, 即彎曲半徑大于或等于 1.5 倍管道公稱(chēng)直徑, 成為危險性較小的非撞擊場(chǎng)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(chēng)蝦米腰彎頭);90°彎頭應采用中間為大于等于二段管制作的管件, 盡量使轉向平緩過(guò)渡, 彎頭內壁應平滑、 無(wú)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。當采用焊接制作時(shí), 變徑部分長(cháng)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。變徑管內壁應平滑, 無(wú)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 。當不能取得時(shí), 應在工廠(chǎng)或現場(chǎng)預制, 應加工到無(wú)銳角、無(wú)突出部位及焊瘤, 以保證安全。不準在現場(chǎng)開(kāi)孔、 插接, 因為這樣很難做到使管內無(wú)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, 嚴格按國家及行業(yè)有關(guān)現行標準選用。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 (見(jiàn)表 4)。表4 引自 GB 16912 標準。

表 4 氧氣管道法蘭的墊片

     表 4 將氧氣工作壓力分為 4 個(gè)區間, 與表3 氧氣管道材質(zhì)選用的氧氣壓力區間一致, 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化工部門(mén), 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

     氧氣管道的連接應采用焊接, 連接牢固, 減少泄漏。但與設備、閥門(mén)連接處可采用法蘭或螺紋, 以方便連接。螺紋連接處, 應采用聚四氟乙烯薄膜作填料, 嚴禁用涂鉛紅的麻、 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(shí)會(huì )引燃, 成為著(zhù)火源。

4、氧氣過(guò)濾器

     氧壓機入口和氧氣調節閥前應設置可定期清洗的過(guò)濾器。氧壓機入口設置過(guò)濾器是為防止銹渣、雜物、顆粒等進(jìn)入汽缸或機殼, 使設備損壞和引發(fā)火災。氧氣調節閥前也應設置過(guò)濾器。因調節閥口徑一般比管道口徑小 1 ～ 2 個(gè)等級, 氧氣節流, 流速高, 接近亞音速, 必須防止雜物、鐵銹、 顆粒高速流過(guò)調節閥時(shí)摩擦、 沖擊, 進(jìn)而引發(fā)火災。氧氣過(guò)濾器應定期清洗, 其周期由用戶(hù)根據實(shí)際運行情況確定。若不清洗, 鐵銹、 雜物、 顆粒等在過(guò)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(lèi)事故已發(fā)生多起。

     氧氣過(guò)濾器殼體應用強度高、不生銹的不銹鋼或銅及銅合金材質(zhì), 過(guò)濾器內件應用摩擦、 沖擊時(shí)不起火的銅及銅合金。濾網(wǎng)除滿(mǎn)足過(guò)濾功能外, 還應有足夠的強度, 以防濾網(wǎng)碎裂, 失去過(guò)濾功能; 而且濾網(wǎng)碎裂物也會(huì )影響氧壓機或調節閥的正常運行。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(guò)實(shí)踐證明了的優(yōu)選數據, 孔過(guò)大過(guò)濾效果不佳, 孔過(guò)小則金屬絲太細, 強度低, 易碎裂。過(guò)濾器濾芯的有效過(guò)濾面積應為管道截面積的 2 倍以上, 以保證濾芯在有部分堵塞的情況下能通過(guò)設計流量。

氧氣管道閥門(mén)選用

     氧氣管道閥門(mén)是氧氣管網(wǎng)上的重要關(guān)鍵設備, 也是事故多發(fā)源, 其選用應慎之又慎。氧氣管道閥門(mén)應選用專(zhuān)用氧氣閥門(mén), 其專(zhuān)用性及特點(diǎn)體現在: 與氧氣接觸的閥體選用抗燃燒性能好, 摩擦、沖擊時(shí)不會(huì )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(mén)需經(jīng)嚴格脫脂并嚴密包裝, 防止污染, 并標識 “氧氣專(zhuān)用” 字樣 ;閥門(mén)要經(jīng)過(guò)嚴格、規范的強度試驗和氣密性試驗, 防止泄漏; 大口徑氧氣閥門(mén)一般設置均壓小旁通閥, 以方便操作, 保證開(kāi)閥安全。

     1、工作壓力 p >0.1MPa 的氧氣管道, 嚴禁采用閘閥。因閘板滑槽易積存鐵銹, 關(guān)閉不嚴, 操作閥門(mén)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。這種事故教訓已有很多。而且雙瓣閘閥還易掉鉈, 很不安全。

     2、公稱(chēng)壓力 ≥1.0MPa 且公稱(chēng)直徑 ≥150m m的手動(dòng)氧氣閥門(mén)宜選用帶旁通的閥門(mén)。因為這種閥門(mén)已屬壓力較高、 口徑較大的氧氣閥門(mén), 若無(wú)均壓小旁通閥, 開(kāi)主閥容易過(guò)猛,大壓差造成閥門(mén)出口下游側氧氣壓力驟升, 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(kāi)啟此小閥均壓, 出口下游側緩慢升壓, 減小與進(jìn)口側壓差, 避免流速過(guò)快、 溫升過(guò)高、 形成絕熱壓縮, 最終引發(fā)燃爆事故。當主閥上、下游側壓差≤0.3M Pa 時(shí), 再開(kāi)啟主閥, 以確保安全。氧氣閥門(mén)壓力愈高, 口徑愈大, 愈危險, 愈應選用帶均壓小旁通的閥門(mén)。這是安全要求, 歐、 美、 日等早已制定出規范, 也是我國的成功經(jīng)驗。

     3、氧氣閥門(mén)材料的選用 (見(jiàn)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 標準。

表 5 閥門(mén)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節閥的材料, 應采用不銹鋼或銅合金或以上 2 種的組合。

     (2) 閥門(mén)的密封填料, 應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(gè)區間:

     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(dòng)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(mén)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, 愈應選用銅合金或鎳及鎳合金閥門(mén)。

     ③p>10M Pa , 屬高壓氧氣, 危險性大, 閥門(mén)材料只能選用銅合金、 鎳及鎳合金。工作壓力 p >0.1MP a 的壓力或流量調節閥,由于其節流、 膨脹工況屬撞擊場(chǎng)合, 危險性大, 故閥門(mén)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, 氧氣壓力高則應采用銅合金閥門(mén)。

閥門(mén)的密封填料應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(chēng)壓力 ≥1.0MPa 且公稱(chēng)直徑≥150mm 口徑的氧氣閥門(mén), 已屬壓力較高、口徑較大的氧氣閥門(mén), 宜采用氣動(dòng)遙控閥門(mén), 遠距離操作, 避免出事故時(shí)傷人, 同時(shí)可以減輕操作人員的勞動(dòng)強度。

氧氣管道施工要求

     氧氣管道的施工, 除應嚴格遵循壓力管道施工有關(guān)國家標準外, 還應遵守其特殊的安全規定, 如管道嚴格除銹、 脫脂、 焊接、 探傷、 壓力及氣密性試驗、吹掃等, 施工完畢還應嚴格驗收。這些環(huán)節若把關(guān)不嚴, 將釀成氧氣管道燃爆事故, 損失巨大, 教訓慘痛。

1、清潔度要求

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

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

（2）氧氣管道、閥門(mén)等與氧氣接觸的一切部件, 安裝前、檢修后應嚴格除銹、脫脂。

（3）氧氣管道 、閥門(mén)等與氧氣接觸的一切部件脫脂處理應按 《脫脂工程施工及驗收規范》 (HG20202)的要求進(jìn)行 (包括所有組成件與流體接觸的表面)。如工程設計文件另有不同要求時(shí), 則應按工程設計文件的規定執行。脫脂可用無(wú)機非可燃清洗劑、二氯乙烷、 三氯乙烯等溶劑, 并用紫外線(xiàn)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, 則脫脂后管內壁應進(jìn)行鈍化, 防止銹蝕。脫脂后的管道組件應采用氮氣或空氣吹凈后封閉, 防止被再次污染, 并應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(guò)程中及安裝后應采取有效措施, 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, 并應進(jìn)行嚴格檢查。

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、驗收除應符合GB50235 標準、《現場(chǎng)設備、 工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規范》 (G B 50236)的要求外, 還應滿(mǎn)足下列要求:

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

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

     （3）管道預制長(cháng)度不宜過(guò)長(cháng), 應能便于檢查管道內外表面的安裝、 焊接、 清潔度質(zhì)量。

     （4）管道的焊縫檢查應采用射線(xiàn)檢測, 當采用水壓試驗時(shí), 檢測的數量和標準應按相關(guān)要求執行(見(jiàn)表 6)。表 6 引自GB 16912 標準。

表 6 氧氣管道焊縫檢測要求

     注:焊縫質(zhì)量評定標準為 《金屬熔化焊焊接接頭射線(xiàn)照像》(G B/ T 3323)。

     表 6 將設計壓力 p 分為 3 個(gè)壓力區間。壓力愈高, 危險性愈大, 焊接質(zhì)量要求愈高, 焊縫 Х 射線(xiàn)檢測比例愈大, 焊縫質(zhì)量等級要求愈高。

當采用氣體做壓力試驗時(shí), 危險性大, 焊縫的射線(xiàn)檢測比例要增加, 具體要求如下:設計壓力不大于 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;設計壓力大于 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(wú)損檢測的焊縫, 質(zhì)檢人員應對全部焊縫的可見(jiàn)部分進(jìn)行外觀(guān)檢查, 其質(zhì)量應符合GB 50236 標準的有關(guān)規定。

3、壓力及氣密性試驗要求

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

  （1）氧氣管道的壓力試驗介質(zhì)應用不含油的干凈水或干燥空氣、 氮氣, 嚴禁使用氧氣做試驗介質(zhì), 當使用氮氣做試驗介質(zhì)時(shí), 應注意安全,防止發(fā)生窒息事故。當氧氣管道設計壓力大于 4.0MPa時(shí), 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, 造成附近設備損壞, 人員傷亡, 危害極大。氧氣管道水壓試驗后, 應及時(shí)進(jìn)行干燥處理,防止銹蝕。奧氏體不銹鋼管道水壓試驗時(shí)水中的氯離子含量不應超過(guò)25g/ m3 。因為氯離子會(huì )引起奧氏體不銹鋼產(chǎn)生應力腐蝕。否則應采取相應措施,水放盡后用無(wú)油干燥氮氣吹干。

（2）管道試驗壓力以設計壓力作計算基準 。

（3）管道做壓力試驗時(shí), 水壓試驗壓力等于1.5倍設計壓力,  且埋地管道不得低于0.4M Pa;氣壓試驗壓力等于 1.15  倍設計壓力,  且不小于0.1MPa 。試驗的方法和要求應符合GB 50235 標準的規定。強度試驗時(shí), 達到試驗壓力后穩壓 10 分鐘再降到設計壓力, 以壓力不降、 無(wú)滲漏為合格。

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

氣密性試驗方法和要求除按GB 50235 標準的規定進(jìn)行外, 還應進(jìn)行泄漏率計算。

     管道內氣體壓力達到設計壓力后保持 24 小時(shí), 對室內及地溝管道的平均每小時(shí)泄漏率 A 應不超過(guò)0.25 %(因氧氣泄漏在室內或地溝不易擴散,危險性大, 故從嚴要求);對室外管道應以不超過(guò)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:當管道公稱(chēng)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(cháng)期停用后再投入使用前, 應將管道內殘留的水分、鐵屑、 雜物等用無(wú)油干燥空氣或氮氣吹掃干凈, 直至無(wú)鐵銹、 塵埃及其他雜物為止。吹掃速度應不小于 20m/s , 且不低于氧氣管道設計流速。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(wú)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(jiàn)不鮮, 損失巨大, 教訓慘重。

     嚴禁用氧氣吹掃管道,  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定爆破口, 固定爆破板 (根據壓力高低 , 可以是單層、多層橡膠石棉板或硬紙板等), 管內充以無(wú)油干燥氮氣或空氣,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,管道內壓力瞬間降低, 爆破口處壓力 (表壓)接近于 0 。由于管內外壓差大 (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(dòng)能, 用其吹掃管道內壁, 達到清除鐵銹、焊渣、雜物、水分的目的。

     爆破吹掃法具有吹掃質(zhì)量高、 簡(jiǎn)便易行、 安全可靠、不影響生產(chǎn)、 費用低、工期短等優(yōu)點(diǎn), 目前已得到較為廣泛的應用。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?chē)陌踩涞?。需要說(shuō)明的是, 在爆破吹掃的同時(shí), 往管內加入適量的脫脂劑, 可以達到脫脂的目的, 效果良好, 已有成功的經(jīng)驗。

5、管道漆色標識

     管道漆色標識不僅是為了區分識別管內介質(zhì), 更是安全需要, 避免錯充、 錯用而引發(fā)事故, 是安全標志。依據 《工業(yè)管道的基本識別色、識別符號和安全標識》  (GB 7231) 和GB 16912 2008 標準, 氧氣管道漆色為淡藍色, 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識等。

     以前, 工業(yè)管道基本識別色定得很粗放, 未能?chē)栏駞^分, 曾釀成事故。如氧氣管道天藍色, 壓縮空氣管道深藍色, 時(shí)間一長(cháng), 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(kāi)當壓縮空氣吹風(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。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。管壁厚度宜5 年測量 1 次, 主要測定彎頭及調節閥后的管道, 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、準確, 防止超壓, 防止氧氣泄漏。

（3）氧氣管道不得亂接亂用 , 嚴禁用氧吹風(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

（4）氧氣管道動(dòng)火作業(yè)前, 應制定動(dòng)火方案,其內容包括負責人、作業(yè)流程圖、操作方案、安全措施、人員分工、監護人和化驗人等。方案需經(jīng)安全主管部門(mén)批準, 并辦理動(dòng)火許可手續。氧氣處理干凈 (放散或用氮氣 、 無(wú)油空氣置換), 氧含量小于 23   時(shí), 方準動(dòng)火。因對動(dòng)火作業(yè)不夠重視, 方案不完善, 責任不落實(shí), 措施不嚴密 (尤其是與氧源堵盲板隔離等), 化驗監督不適時(shí)、不到位等造成的燃爆與人員傷亡事故已屢見(jiàn)不鮮, 應特別注意。

（5）氧氣管道進(jìn)行重大作業(yè)時(shí), 必須預先制定詳細作業(yè)方案 (包括流程、 方法、步驟、 時(shí)間、部位、分工、范圍、責任、監護和確認等),經(jīng)有關(guān)主管部門(mén)批準、落實(shí), 方能實(shí)施。

（6）手動(dòng)氧氣閥門(mén)的開(kāi)啟應緩慢進(jìn)行 , 操作者應站在閥門(mén)側面, 以防出事傷人。開(kāi)啟帶小旁通閥的氧氣閥門(mén)時(shí), 應先開(kāi)小旁通閥, 使閥后低壓段先緩慢充壓, 當主閥上、下游側高、低壓段壓差≤0.3MPa 時(shí)再開(kāi)主閥。如果氧氣閥門(mén)在高、低壓段之間突然快速打開(kāi), 低壓段會(huì )急劇充氧壓縮, 由于速度快, 來(lái)不及散熱, 形成絕熱壓縮, 局部溫度猛升, 成為著(zhù)火能源。

設氧氣閥門(mén)突然打開(kāi)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(mén)突然打開(kāi)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 K  為 1.39, 根據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(gè)溫度足以使管道內鐵粉、 鐵銹或閥門(mén)有機填料物質(zhì)著(zhù)火?？焖匍_(kāi)啟氧氣閥門(mén)很危險, 閥門(mén)前后壓差愈大愈危險。

（7）調節壓力或流量的氧氣閥門(mén), 由于負荷變化大, 氧氣流速大, 是事故多發(fā)源。對這種閥門(mén)要求高, 一般采用銅合金或不銹鋼閥, 氣動(dòng)搖控操作, 避免發(fā)生事故并傷人。因而應禁止將非調節閥門(mén)作調節使用。

（8）由于氧氣管道或閥門(mén)著(zhù)火時(shí)是向上游側蔓延, 發(fā)生事故應立即切斷上游側氣源, 防止事故進(jìn)一步擴大。

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

（10）當氧氣管道設有液氧汽化補充設施時(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）管道氧氣應采取干燥氧氣輸送 , 氧壓機冷卻器漏水要及時(shí)處理, 防止氧氣管道內壁生銹, 引發(fā)燃爆事故。

（12）氧氣管道系統中的氧氣過(guò)濾器 , 應定期清掃, 清除鐵銹與異物, 杜絕燃爆事故。氧氣管道系統在施工、 檢修后, 送氧前必須檢查清掃氧氣過(guò)濾器, 確認內部無(wú)雜物后方準送氧, 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負責本單位氧氣管道的安全管理工作。貫徹執行有關(guān)安全法律、 法規和氧氣管道的技術(shù)規程、 標準。建立、健全本單位的氧氣管道安全管理規章制度。指定專(zhuān)職或兼職的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員負責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、 安全保護裝置的定期檢驗和檢修, 進(jìn)行氧氣管道系統隱患檢查與整改, 對氧氣管道實(shí)施專(zhuān)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, 經(jīng)考試合格后持證上崗。