一、引言

    隨著國民經濟的飛速發展,我國冶金、化工、機械等行業需氧量大幅增加,氧氣管道輸送工程建設也逐步增多。氧氣管道運輸大多為純氧,對管路系統的安全要求非常高。氧氣的氧化性極強,金屬在氧氣中被助燃后,會發生瞬間燃爆的人員重大傷亡事故。因此分析和研究氧氣管道安全事故機理,加強氧氣管路系統的設計、安裝、使用、維護過程的安全防范意識,切實提高管氧輸送水平,已越來越成為研究人員探索的方向和研究的課題。

    二、氧氣管道燃爆機理分析

    氧氣具有活潑的化學特性,除與金、銀及少數惰性氣體不產生化合反應外,與包括金屬在內的多數物質都能夠發生氧化反應,而且氧氣的濃度、壓力越大,反應越劇烈,同時釋放大量的熱。具有一定壓力的壓縮氧氣在輸送過程中,流動的氧氣極易與管路中的油脂、鐵屑或有機物發生碰撞、產生摩擦,靜電負荷過大都會導致燃爆。因此氧氣管道設計對流速控制不嚴、管道材質選擇不當、施工時管道清潔度不達標、操作不當等都是引發氧氣管道燃爆的主要因素。

    三、氧氣管道安全事故分析

    氧氣管路線路長、分布廣,事故產生因素復雜。對典型事故進行分析,是采取有效措施,杜絕惡性事故發生的關鍵。

    1.絕熱壓縮

    氧氣管道閥門兩端的壓力很大,當突然急劇打開,低壓端氣體被急劇壓縮局部產生很高的溫度,會發生氧氣與外界無交換的“絕熱壓縮”現象;開啟閥門時,閥芯、閥座及其轉動部件所產生的摩擦,在純氧、高壓環境下極易燃燒和爆炸。2008年發生在張家港某鋼鐵公司的管道燃爆事故,就是嚴重違反安全操作規定,在管道氧氣球閥前后壓差高達1.9MPa的情況下,快速開啟閥門導致的惡果;對事故現場進行勘查時,發現管道內留存著的施工焊渣、焊接頭等雜質,也是造成這一惡性事故的主要原因。

    2.油脂處理不當

    油脂自身易燃,在純氧環境下更具可燃性。氧氣管道、管件、閥門等配件,其制作過程、安裝施工過程難免沾染油脂、潤滑劑、溶劑等化學油脂,處理不當時,則在高純高壓氧氣環境中迅速燃燒。2002年、2004年先后發生在獨山子的氧管燃爆,均因違反氧管脫脂操作規程所致。

    3.摩擦起火

    金屬在純氧中的燃點會大大降低,氧氣輸送管路中任何一個安裝后未進行清管吹掃所遺留的焊接毛刺、氧化皮、鐵銹等與管壁相互摩擦和撞擊,都可能成為氧管燃爆安全隱患。鞍鋼氧氣廠曾經發生的因開啟閥門,溝槽中鐵屑微粒與氧管管壁發生激烈碰撞和摩擦導致的重大燃燒事故就是一個鮮明的案例。

    此外,設計時管道材料、閥門、管件選用不當、施工安裝不規范、氧氣過濾器更換或定期清洗不及時、靜電火花等也是氧氣管道頻繁發生燃爆的主要原因。

    四、氧氣管道安全控制技術

    氧氣管道安全控制,應從設計控制、施工管理、材料檢驗和安全操作、使用維護等多方面入手。

    1.設計控制要點

    氧管布置。1)氧管宜采用架空敷設,氧管支架應采用非燃燒材料;走向不宜穿過生活區、高溫區和可能產生明火的區域,當必須穿越時,則應采取有效的隔熱措施;2)應按照GB16912嚴格計算并設置架空氧管與其他管道或建筑物的最小距離,特別是當氧管與其他化工氣體如乙炔或氫氣管道共同架設時,應將氧管設置于乙炔或氫氣管道的下方或兩側;而與輸送腐蝕性介質管路或輸油管路共同架設時,為防止泄漏則將氧管布置于上方或兩側;3)氧管無法實現架空須埋地敷設時,管頂與地面距離應大于0.7米,且對埋設地面按照GB16912采取相應防護措施;埋地氧管不宜配置閥門等管件,埋地氧管除不應與熱力管道、輸送易燃易爆品管道同溝敷設,還應與其他管道或建筑物保持最小距離,不得與電纜同溝。

    管材選取。應根據使用壓力、工作場合對鋼板卷焊管、焊接鋼管、無縫鋼管、不銹鋼焊接鋼管、銅及銅合金擠制管以及銅及銅合金拉制管進行選用,工作壓力小于0.1MPa時,宜選用碳鋼鋼板卷焊管;而當工作壓力大于3MPa時,則應采用銅合金管。

    管件選取。氧管設計彎頭、變徑管、三通等管件宜少不宜多;選取沖壓成型管道彎頭和安全性較好的四氟乙烯銅墊片;采用氧氣輸送專用安全閥門和氧氣過濾器。

    2.施工檢驗控制要點

    標準依據。氧氣管道的施工、驗收應符合GB 50235、GB 50236、SJT 31450等標準規范規定;建立、健全企業內部氧氣管道安全管理規章制度。

    脫脂。氧管、閥門以及各種管件安裝前必須進行脫脂檢查,脫脂后用干空氣或惰性氣體吹掃;采用堿洗脫脂、酸洗除銹的化學清洗等方法對管道進行清洗。

    焊接。焊接前應對管道內壁進行檢查,不得有油脂、鐵屑等異物;焊接采用氬弧焊,確保無焊瘤等缺陷,并杜絕焊接過程中焊渣的進入;應采用機械方法對管道進行截取和坡口加工,禁止氣焊切割。

    檢驗。氧管施工完成后應按標準規范進行強度試驗和嚴密性試驗,確保無滲漏、無變形;對氧管線路儀器儀表、安全防護裝置進行定期檢驗,并保證在有效檢定期內。

    操作維護。對操作人員進行技術培訓,經考試合格,持證上崗;閥門開啟應緩慢并一次到位,嚴禁快速開啟閥門;禁止用氧氣進行管道試漏和清潔;氧管及各閥門、管件應定期校驗、刷漆維護;應對氧氣過濾器進行定期清掃,清除鐵銹與異物,杜絕燃爆事故。

    五、結論

    綜上所述,氧氣管道安全問題是一個復雜的系統工程,只有對管氧輸送安全現狀及存在問題進行深刻的分析和研究,采取有效的應對措施,才能切實提高設計、施工、操作和維護等各個環節的管氧安全水平,確保送氧安全。