轉載：安工智享

隨著(zhù)我國化工行業(yè)的不斷發(fā)展，化工產(chǎn)品的不斷優(yōu)化，氧氣的使用越來(lái)越廣泛。但是在氧氣生產(chǎn)、供應特別是輸送氧氣管線(xiàn)系統中，經(jīng)常發(fā)生安全事故，造成設備損壞和人身傷亡，相關(guān)事故教訓極其慘痛。為此，在華外企安全專(zhuān)家組秘書(shū)處邀請成員單位液化空氣集團（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“液空”）專(zhuān)家對氧氣管道安全設計、生產(chǎn)等國內外標準進(jìn)行對比分析，并結合管理經(jīng)驗提出更符合安全要求的工程實(shí)踐建議。

液空的氧氣管道系統設計是以風(fēng)險控制為基準，從可能性及嚴重性二個(gè)維度進(jìn)行風(fēng)險管理與控制。

液空風(fēng)險矩陣（圖1）以GB36894-2018《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設施風(fēng)險基準》為基礎，作為主要歐洲氣體協(xié)會(huì )標準參與和編寫(xiě)者，風(fēng)險矩陣又系統地應用和參考了歐洲氣體協(xié)會(huì )標準IGC文件要求，具體根據燃燒三要素（圖2），對氧氣管道的系統及每個(gè)元件逐一進(jìn)行燃爆可能性與嚴重性分析，將氧氣燃燒爆炸的風(fēng)險控制在低風(fēng)險綠色區域。

降低可能性

氧化劑：從工藝上考慮，盡可能降低燃燒三要素中的氧化劑的氧濃度，壓力，溫度或速度。

可燃物：盡量除去系統中的油脂顆粒污染物等等，保持清潔。不得使用潤滑油，不用或少用潤滑脂，不用或少用非金屬材料，采用金屬材料時(shí)，避免小和薄的零件，一定條件下，采用阻燃材料。

點(diǎn)火源：每種點(diǎn)火源都需要一定的條件，因此對點(diǎn)火源，應當控制或去除各個(gè)點(diǎn)火機理的點(diǎn)火條件。

舉例說(shuō)明：顆粒沖擊被認為是氣氧燃爆事故的主要原因之一。顆粒沖擊需要四個(gè)條件：顆粒物存在，高流速，沖擊角及沖擊點(diǎn)上的可燃物，如果能夠去除顆?；蚪档土魉?，就有很大的可能性控制顆粒沖擊這個(gè)燃燒機理。

降低嚴重性

采用自動(dòng)或無(wú)人操作，安裝防護罩或墻，設置對人的安全距離或對設備財產(chǎn)的分離距離。

說(shuō)明：人與物對爆炸沖擊波及熱輻射等的承受能力不一樣，因此設置的防護距離不一樣：比如沖擊波人最大只能承受是20mbar,設備可以到達200mbar以下；而熱輻射也同樣。

針對國內氧氣管道設計，安裝和運行中存在的問(wèn)題，通過(guò)分析研究，液化空氣集團專(zhuān)家提出如下建議：

一個(gè)顆粒雜質(zhì)集聚的典型案例（圖3）：

如上圖3所示，當空分1氣氧停止運行，其他系統代替它供氧期間，比如空分2氣氧或后備系統氣氧管道投用時(shí)，空分1的氣氧管道的低點(diǎn)可能成為其他系統運行時(shí)的顆粒雜質(zhì)集聚點(diǎn)。當一段時(shí)間運行后，空分1氣氧管道再度投用時(shí)，顆粒沖擊的風(fēng)險就非常高。

顆粒沖擊是氣氧中最大可能的燃爆機理，安裝維護中雖然嚴格進(jìn)行清潔及吹掃，實(shí)際管道系統中不可避免地存在或會(huì )產(chǎn)生顆粒雜質(zhì)。因此，設計及安裝中應當避免顆粒雜質(zhì)集聚的低點(diǎn)盲端。

1963年德國材料試驗所W-Wegener的《氧氣在鋼管中容許流速的研究》報告中指出，通過(guò)不同物質(zhì)在不同流速的氧氣流中進(jìn)行多次著(zhù)火燃燒試驗，當氧氣管道中只有不可燃燒物質(zhì)顆粒時(shí)，即便是在比較高的氧氣流速，管道也沒(méi)有燃燒的危險。但有可燃物質(zhì)顆粒時(shí)，只要達到一定流速，管道就可能燃燒?？扇嘉镔|(zhì)的著(zhù)火點(diǎn)愈低，引起氧氣管道燃燒的氧氣流速愈低。

氣氧流速控制主要是為了控制與流速相關(guān)的燃爆機理，而與流速相關(guān)的僅僅或主要是顆粒沖擊這個(gè)機理。因此，控制流速對于控制顆粒沖擊這一氣氧燃爆機理也至關(guān)重要。

國外有大量的工程實(shí)踐證明，碳鋼管道可以用于壓力高于3.0MPa的氣氧管道中，特別是長(cháng)輸管道。因為是埋地管道，不銹鋼的外腐蝕防護沒(méi)有可鑒戒的經(jīng)驗。雖然碳鋼與不銹鋼存在不少差異，如碳鋼生銹的情況下內部會(huì )產(chǎn)生顆粒，而不銹鋼一般情況下不會(huì )，但是長(cháng)期在氧工況運行的情況下，二者差別并不大。并且，不銹鋼與碳鋼相比，燃燒性能并沒(méi)有什么優(yōu)勢，如燃燒熱，導熱系數等，不銹鋼的性能反而更差。液空通過(guò)大量實(shí)驗證實(shí)，不銹鋼對于氣氧沒(méi)有明顯的豁免壓力。

因此，建議修訂國家標準規范，允許碳鋼使用于大于3.0MPa的氣氧管道。

由于存在防護墻或罩的防護，氣氧燃爆風(fēng)險從風(fēng)險矩陣上研究有可能已經(jīng)達到了可接受的范圍。因此，存在防護墻或罩的情況下，對流速的限制可以局部放寬。

非金屬材料相對金屬材料來(lái)說(shuō)，與氧的兼容性更差，更容易在氣氧中被點(diǎn)燃，因此它的選擇也是氣氧管道系統中的重要議題。

非金屬主要用于墊片，閥座，螺紋潤滑劑，螺紋密封件，閥填料以及類(lèi)似的應用場(chǎng)合。非金屬材料是點(diǎn)火鏈燃燒機理中的罪魁禍首。點(diǎn)火鏈的燃燒機理是，燃燒首先從小的或容易燃燒的物質(zhì)開(kāi)始，如小能量點(diǎn)燃油或脂，然后燃燒放出的熱量，點(diǎn)燃非金屬材料，然后點(diǎn)燃小的或薄的金屬材料，然后點(diǎn)燃大的金屬材料。純非金屬材料的氧兼容性能眾所共知，如純聚四氟乙烯，純石墨等與氧的兼容性都很好，但問(wèn)題是純的材料在可靠性方面存在缺陷，如純聚四氟乙烯用作墊片，一般大概率會(huì )泄漏，石墨也存在同樣問(wèn)題。

因此，一般工程實(shí)踐中使用添加其他材料或改性的非金屬材料需要提供相關(guān)氧兼容性的測試證明。氧兼容性測試項目?jì)热輰庋鮼?lái)說(shuō)主要是高壓純氣氧條件下的自燃溫度，而這些測試需要行業(yè)內認可的實(shí)驗室，采用ISO 11114-3、EN 1797 或 ASTM D2512 的標準進(jìn)行測試。

“氣體排放”主要指空分設備的富氧氣體（氧氣）排放，以及窒息氣體（氮氣，氬氣）排放。排放富氧氣體存在增加燃燒可能性風(fēng)險，而且其中含有的窒息氣體也會(huì )危及人身安全。目前國內標準規范雖然涉及到最小高度的要求，但是沒(méi)有考慮到相關(guān)參數的影響，存在不合理因素，如沒(méi)有考慮風(fēng)向，排放溫度，排放比重，排放直徑，平臺，氣象條件等?，F行的國家標準對于氣體排放的最小高度是4米或4.5米，可能存在排放高度不夠或過(guò)高的風(fēng)險。比如，氧氣排放云團一般會(huì )向下沉降(圖4），在4.5米的排放高度，大于50mm口徑的排放速度比較低，按照PHAST軟件模擬，排放高度不夠；而氮氣云團會(huì )往上升，4.0米的高度又有點(diǎn)過(guò)高。

因此，排放高度需要考慮以上各個(gè)因素，通過(guò)排放氣體擴散計算確定，并且制定相關(guān)國家或行業(yè)標準。