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氧氣管道安全運行措施的分析

文檔作者：崔海莉胡登輝張菁朱曉峰文檔來源：華東管道設(shè)計研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月16日
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2010
第4期
管 技 術(shù)
Pipeline Technique
5 設(shè) 備
and Equipment
20l0
No．4
氧氣管道安全運行措施的分析
崔海莉，胡登輝，張菁，朱曉峰
(華東管道設(shè)計研究院，江蘇徐州221008)
摘要：首先從氧氣的性質(zhì)入手，對氧氣管道發(fā)生燃燒、爆炸的原理進行了分析，進而針對氧氣管道
的特性提出了在設(shè)計階段如何控制好氧氣流速以及材料的選擇、在施工階段如何處理好焊接和保持管
道的內(nèi)部清潔、在管道運行階段如何采取安全措施，通過對這幾方面的嚴格控制，將在很大程度上降低
氧氣管道發(fā)生事故的概率，從而確保氧氣管道的安全運行。
關(guān)鍵詞：氧氣管道；氧氣流速；除銹；脫脂
中圖分類號：TE832 文獻標識碼：A 文章編號：1004—9614(2010)04—0015—03
Analysis of M easures for Oxygen Pipeline Safety Running
CUI Hai-li，HU Deng-hui，ZHANG Jing，ZHU Xiao—feng
(East·China Pipeline Design&amp;amp; Research Institute，Xuzhou 221008，China)
Abstract：This thesis analyzes the principle of combustion and explosion in the oxygen pipelines according to the oxygen na—
ture，and makes the suggestions of how to control the oxygen flow velocity and how to choose the materials during the design
stage，how to handle welding and keep pipeline internals clean during the construction stage and how to take security measures in
the pipeline run phase．In terms of the strict control above，it will reduce the probability of accidents in the oxygen pipelines to
a great extent so as to guarantee the safe running of oxygen pipelines．
Key words：oxygen pipeline；oxygen flow velocity；rust；skimmed
0 引言
氧氣，在工業(yè)中主要應(yīng)用于鋼鐵、冶金、化工、機
械、電子等行業(yè)，隨著國內(nèi)工業(yè)化水平的提高，對高純
氧氣的需求量逐步擴大，輸送氧氣的管道建設(shè)也逐漸
增多。但氧氣具有非常強的氧化性和助燃性，可燃物
質(zhì)在純氧中燃點將會降低，而且氧氣管路系統(tǒng)本身對
安全性要求較高，因此應(yīng)重視氧氣管道的設(shè)計。
1 氧氣管道的燃燒、爆炸分析
根據(jù)氧氣的性質(zhì)，氧氣管道若處理不當，就會引
起燃燒和爆炸事故，主要有以下幾方面的原因：
(1)氧氣管道中的鐵銹、焊渣及其他雜質(zhì)與管道
內(nèi)壁摩擦，或與閥板、彎管沖撞以及這些物質(zhì)間的相
互沖撞，產(chǎn)生高溫而燃燒。其危險性與雜質(zhì)的種類、
粒度和氧氣流速有直接關(guān)系，如管道中混有氧化鐵皮
或焊渣而氧氣的流速為44 m／s、雜質(zhì)為焦炭粒而氧氣
流速為30 m／s或雜質(zhì)為無煙煤而氧氣流速為13 m／s
時，產(chǎn)生的高溫能使管壁燒紅。
鐵粉易與氧氣作用而燃燒，且粒度越細，燃點越
低；氣速越快，越易發(fā)生燃燒。鐵粉的粒度與燃燒溫
‘收稿日期：2009—07—08 收修改稿日期：2010—02—16
度的關(guān)系如表1所示。
表1 常壓氧氣中鐵粉燃點
粒度／目 燃點／℃ 粒度／目 燃點／℃
10～20 421 1o0 385
20～3O 4O8 200 315
30 —5O 392
(2)氧氣管道及其配件中的油脂、溶劑和橡膠等
可燃物質(zhì)，在高純度和高壓力的氧氣流中會迅速燃
燒，其燃點如表2所示。
表2 幾種可燃物在氧氣中(常壓下)的燃點 ℃
可燃物名稱 燃點 可燃物名稱 燃點
潤滑油 273～305 三氯乙烯 392
鋼紙墊 304 聚四氟乙烯 507
橡膠 l30～170 氟橡膠474
(3)氧氣管道中閥門前后的壓力差很大，當閥門
快速打開時，會產(chǎn)生絕熱壓縮，在閥后氣體溫度會迅
速提高，溫度接近幾種常用金屬的熔點。
(4)在氧氣管道的氣流出口或調(diào)節(jié)閥處會產(chǎn)生靜
電。當氧氣完全干燥又帶有金屬微?；驂m埃時能使
靜電放電，電位差可達6～7 kV．
(5)由于管道質(zhì)量、管道工藝、腐蝕變形、地震以
16 Pipeline Technique and Equipment Ju1．2010
及其他外來因素的破壞，導(dǎo)致氧氣管道發(fā)生破壞泄
漏，從而發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。
(6)由于管道內(nèi)發(fā)生堵塞、閥門誤關(guān)閉或其他因
素導(dǎo)致管道內(nèi)的壓力超壓，引發(fā)管道發(fā)生超壓爆炸。
2 氧氣管道的注意事項
2．1 控制氧氣流速
根據(jù)上面的內(nèi)容可以看出，如果在氧氣管道系統(tǒng)
中存在可燃物雜質(zhì)顆粒，在高流速的條件下與管道發(fā)
生摩擦，極易發(fā)生燃爆，因此，需要對管道內(nèi)的氧氣流
速進行限制。
國內(nèi)對于氧氣管道流速的限制，主要遵循氧氣及
相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程的要求，該規(guī)程中要求的氧氣
最高允許流速詳見表3。
表3 管道中氧氣最高允許流速
氧氣工作壓力 最高允許流速 氧氣工作壓力 最高允許流速
／MPa ／(m ·s ) ／MPa ／(m·s )
≤。． 凄嘉差 3．0~0．3～ ≤ 1．5 =30 m／s ≥ l0 F=4．5 m／s
>3．0 ～ <10 pv=45 MPa。nC s
2．2 控制材料的選擇
2．2．1 管道材料
目前，根據(jù)國內(nèi)的規(guī)范要求，氧氣管道的材料主
要選用碳鋼或不銹鋼無縫鋼管，由表3可知，管道材料
的選擇和壓力以及氧氣流速有關(guān)，因此，在選材時應(yīng)
根據(jù)壓力和管徑計算出流速，從而確定管道材質(zhì)。對
于易受氧氣沖擊的地方，如閥門后的管段，通常要選
用5倍管外徑并不小于1．5 m長度的不銹鋼管、紫銅
管或黃銅管。
國外通常對管道是否采用無縫管沒有特別的要
求，對管道采用碳鋼還是不銹鋼與國內(nèi)也有所不同，
閥后的不銹鋼管道長度為8倍的管外徑。
2．2．2 閥門
氧氣管道系統(tǒng)中的閥門必須是氧氣專用的閥門，
工作壓力I>0．1 MPa時嚴禁采用閘閥，閥體通常選用
全不銹鋼或銅。對于工作壓力>t0．1 MPa、管徑≥150
mill的閥門，需選用帶旁通的閥門，這主要有利于平衡
閥門兩側(cè)的壓力，防止開啟閥門時由于壓力差過大導(dǎo)
致絕熱壓縮，避免事故的發(fā)生。
2．2．3 管件
氧氣管道的彎管嚴禁采用折皺彎頭，防止氧氣氣
流沖擊引發(fā)燃爆事故。當采用冷彎或熱彎彎制碳鋼
彎頭時，彎曲半徑不應(yīng)小于管外徑的5倍；當采用無縫
或壓制焊接碳鋼彎頭時，彎曲半徑不應(yīng)小于管外徑的
1．5倍；采用不銹鋼或銅基合金無縫或壓制彎頭時，彎
曲半徑不應(yīng)小于管外徑。彎頭內(nèi)壁應(yīng)平滑，無銳邊、
毛刺及焊瘤。
2．3 控制施工措施
2．3．1 焊接
為了確保管道內(nèi)部的清潔度和光滑度，并有效地
防止焊渣進入管道內(nèi)，氧氣管道焊接需采取氬弧焊打
底的焊接方式。對焊縫需進行無損檢測，最低應(yīng)按工
業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范中10％ 射線探傷、Ⅲ級合格的要
求。發(fā)現(xiàn)不合格的焊縫，應(yīng)對被查焊工的焊縫進行加
倍的抽查，若仍不合格，應(yīng)對其所焊接的所有焊縫進
行檢查。對于不合格的焊縫必須進行返修，同一焊縫
返修不得超過3次(不銹鋼不得超過2次)。
2．3．2 除銹和脫脂
這是氧氣管道與其他介質(zhì)管道最大的區(qū)別。氧
氣管道的運行能否安全，其關(guān)鍵就在于是否能除銹脫
脂徹底，保證管道內(nèi)壁的完全清潔。氧氣管道內(nèi)一旦
存在鐵銹，在高速流動的氧氣沖擊及碰撞下就會燃
燒；而若有油脂存在，一旦接觸到純氧，也必然會發(fā)生
燃燒。氧氣管道在安裝前，必須對接觸氧氣的管道內(nèi)
表面進行檢查，確保管道內(nèi)壁無鐵銹、毛刺、油脂等。
氧氣管道的除銹通常有手動除銹、機械除銹、噴
砂除銹和化學(xué)除銹，管道除銹應(yīng)進行到出現(xiàn)本色為
止，除銹完成后需將管道表面的雜質(zhì)或化學(xué)物質(zhì)清除
干凈再進行下一步工序。
除銹后的管道必須進行脫脂，可采用無機非可燃
清洗劑、四氯化碳溶劑等方法，并應(yīng)用紫外線檢查法、
樟腦檢查法或溶劑分析法進行檢查，直到合格為止。
脫脂后的管道應(yīng)進行鈍化或充入干凈的氮氣進
行封存，以防止再次污染。管道端部的密封帽應(yīng)保持
完好的佩帶狀態(tài)，一直到焊接時需要除去時為止。進
行水壓試驗的鋼管，必須進行鈍化處理。
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對于閥門、管件、墊片以及其他附件，可采取四氯 檢查，檢查結(jié)果應(yīng)作為正式記錄保存以備參考；
化碳溶劑或擦拭法來去除油脂。
2．3．3 試壓、清管和吹掃
氧氣管道施工完成后應(yīng)進行強度試驗和嚴密性
試驗(參考油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范)。強
度試驗可采用不含油的氮氣、壓縮空氣或水，對于設(shè)
計壓力大于3 MPa的氧氣管道應(yīng)采用水進行試壓。
強度試驗的壓力值為1．5倍的設(shè)計壓力。強度試驗時
間為4 h，以無滲漏、無變形為合格。強度試驗完成后
進行嚴密性試驗，試驗壓力為設(shè)計壓力值，試驗時間
為24 h，合格標準為壓降不大于1％ 試驗壓力值，且不
大于0．1 MPa．
管道試壓完成后進行清管作業(yè)，清除管道內(nèi)焊
渣、雜物以及浮銹等。通常采用機械清管球。
清管完成后，采用干燥無油的壓縮空氣或氮氣進
行吹掃，吹掃速度不小于20 m／s，直至管道出口無鐵
銹、焊渣等雜質(zhì)。當目測排氣無煙塵時，應(yīng)在排氣口
設(shè)置貼白布或涂白漆的木制靶板檢驗，5 min內(nèi)靶板
上無鐵銹、塵土、水分及其他雜物時為合格。
吹掃合格后的管道若不投人使用，應(yīng)充人氮氣進
行封存，防止發(fā)生銹蝕。
2．3．4 保持清潔
管道在焊接前已采取措施進行了除銹和脫脂的
工序，在隨后的施工過程中，要采取措施來保持管道
內(nèi)的清潔。
焊接前檢查管道內(nèi)壁，不得有油漆、清漆、光亮漆
等防腐漆，不得有油脂、潤滑劑、泥土、水分、銼屑、鱗
屑或其他異物，若不符合要求，必須按照批準的程序
在當?shù)鼗蚬ぷ鳜F(xiàn)場重新清洗。
在管道安裝期間，必須保證管道內(nèi)壁的清潔標
準，管道內(nèi)壁絕對不能受到污染，施工單位必須制定
正式的施工計劃以滿足以下的要求：
(1)管道的內(nèi)表面必須保持清潔和干燥狀態(tài)(即
無油、酯、泥土、碎片以及游離水等)；
(2)保持管溝內(nèi)沒有水和易燃材料，特別是管溝
內(nèi)的焊接區(qū)域和管道的保護帽打開區(qū)域；
(3)在每個工作日結(jié)束或不進行焊接時，密封帶
有保壓堵塞的管子端口或焊接端帽，在管道長期(不
施工)放置時可以用干燥無油的空氣或氮氣充壓到
0．1 bar(1 bar：10 Pa)表壓；
(4)焊接期間需采取保護措施，防止管道發(fā)生污
染，在每次焊接結(jié)束前要由授權(quán)人員對管道進行視覺
(5)惰性氣體置換裝置應(yīng)保持清潔；
(6)所有的推動介質(zhì)、氣體以及各種清洗運作所
應(yīng)用的系統(tǒng)都應(yīng)該是清潔無油的，不會通過它們造成
新的污染；
(7)施工人員必須穿著相當清潔的、無油的工作
服，并且必須盡可能地保持他們的雙手沒有油、酯以
及過多的污垢；
(8)施工人員應(yīng)停留在氧清潔工作區(qū)域，不得移
動到使用油、酯的其他工作區(qū)域；
(9)所有工具都必須是清潔的并只能在氧工作區(qū)
域內(nèi)使用，在有可能要放置工具和小零件的地方應(yīng)配
置表面清潔的工作臺；
(10)在管道或用于氧服務(wù)的閥門、法蘭等設(shè)備上
禁止使用潤滑劑；
(11)焊接時不得使用內(nèi)部定位夾具，以免產(chǎn)生污
染。
(12)承壓管道的堵塞件必須保持清潔，不使用時
要存放在塑料袋里。
2．4 控制管道運行時的操作措施
2．4．1 對閥門的操作
首先要保證對閥門不能誤操作，防止管道憋壓后
超過管道所能承受的壓力，從而發(fā)生危險；其次，在對
閥門進行操作時，應(yīng)緩慢進行，防止產(chǎn)生絕熱壓縮，發(fā)
生燃燒事故。常規(guī)的閥門不能作為節(jié)流設(shè)備使用。
2．4．2 對管道的清理
管道投產(chǎn)運行后，應(yīng)對管道進行定期的清理，清
除管道內(nèi)存有積水以及其他可能存在的雜物；另外還
需定期對鋼管進行測徑，及時發(fā)現(xiàn)管道變形或腐蝕嚴
重的地段，盡早采取措施，確保管道的安全運行。
2．4．3 對管道的維護和檢查
通常在管道線路上設(shè)置各種標志樁，可以非常容
易地知道管道的位置，為了防止第三方對管道的破
壞，應(yīng)加強對管道定期的步行巡檢，查看是否有對管
道系統(tǒng)的破壞行為。另外還包括對陰極保護系統(tǒng)的
常規(guī)檢驗；法蘭、閥門等連接處的檢漏；檢查地面沉降
的情況；檢查在管道附近的活動及作業(yè)是否危及管道
運行的安全；檢查管道標志是否損壞或丟失等。
2．4．4 制定應(yīng)急計劃
為了保護管道，必須將管道的相關(guān)信息告知第三
方。必須制定應(yīng)急計劃，確保所有操作人員和其他可
能涉及的人員知道在緊急事件中需要(下轉(zhuǎn)第43頁)
第4期 高博等：油氣管道直流雜散電流的腐蝕與防護 43
種防止逆流的排流法稱極性排流法，如圖5所示。
鐵軌(回歸線)
圖5 極性排流法示意圖
4．3 強制排流法
在管道和鐵軌的電氣接線中加入直流電流，促進
排流，如圖6所示。這種方法也可看做是利用鐵軌做
輔助陽極的強制電流陰極保護。由于鐵軌對地電位
變化大，所以也存在逆流問題，需要有防逆流回路。
這種方法可能使管道過保護，而使鐵軌腐蝕加強，還
可能對附近的埋地金屬構(gòu)筑物有干擾。故采用這種
方法時應(yīng)慎重。
鐵軌(回歸線)
道
圖6 強制排流法示惹圖
4．4 接地排流法
與前3種排流法不同的是，管道中的電流不是直
接通過排流線和排流器流回鐵軌，而是流人接地極，
散流于大地，然后再經(jīng)大地流回鐵軌，如圖7所示。這
種排流法還可以派生出極性排流法和強制性排流法。
雖然排流效果較差，但是在不能直接向鐵軌排流時卻
有優(yōu)越性，缺點是需要定期更換陽極。
一一一
軌
接地地床
圖7 接地排流法示意圖
5 直流雜散電流腐蝕防護的原則
由直流雜散電流腐蝕的特點可見，對于復(fù)雜多變
的情況H]，沒有一個普遍適用的防護措施。排流保護
是主要的、有效的方法，但要收到良好效果往往還需
要其他輔助措施相配合。國內(nèi)的防腐工作者在總結(jié)
多年實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出了“綜合治理”和“共同
防護”的直流雜散電流干擾防護原則。
“綜合治理”是指：一方面在采用排流保護的同
時，輔以防腐層維修、更換、絕緣連接，串入調(diào)節(jié)電流
的電阻，采用有源電場的屏蔽等措施，提高排流保護
效果；另一方面，采取措施減少干擾源泄漏到大地的
電流量，是解決干擾問題最直接的方法。從干擾源與
管道兩方面采取相應(yīng)措施來綜合治理，是減少直流雜
散電流腐蝕最經(jīng)濟、有效的途徑。
某一條管道采用排流保護后，相當于電氣化鐵路
的鐵軌延長，會對該地區(qū)其他埋地金屬物體形成次生
干擾。若另一管道再增設(shè)排流保護，往往會對已防護
的管道造成影響。這將使干擾情況復(fù)雜而難以達到
良好保護效果 J。
“共同防護”的原則是把某一干擾地區(qū)的所有被
干擾體都納入一個系統(tǒng)中進行防護，構(gòu)成統(tǒng)一的排流
保護系統(tǒng)。由于一個地區(qū)的干擾源和防護對象分別
屬于多個部門、單位，聯(lián)合行動才能實行。
參考文獻：
[1] 曾榮昌，韓恩厚．材料的腐蝕與防護．北京：化學(xué)工業(yè)出版
社，2006．
[2] 楊筱蘅．輸油管道設(shè)計與管理．東營：中國石油大學(xué)出版
社，2006．
[3] 姜長洪．輸油管道腐蝕與雜散電流測量．管道技術(shù)與設(shè)
備，2004(1)：l0一l2．
[4] 李津．成品油管道雜散電流干擾的防護．石油化工腐蝕與
防護，2006，23(2)：35—38．
[5] 唐永祥，宋生奎，朱坤鋒．油氣管道的雜散電流腐蝕防護
措施．石油化工建設(shè)，2007(8)：42—4J4．
作者簡介：高博(1982一)，碩士研究生，主要研究方向為油氣集
輸。
(上接第17頁)采取的行動，確保在緊急事件中所采
取的各個搶救步驟能夠有條不紊地進行。制定的程
序必須要符合整個管道系統(tǒng)的特殊要求，建議定期進
行緊急行動演練。
3 結(jié)束語
氧氣管道系統(tǒng)內(nèi)部的清潔度要求非常高，因此氧氣
管道的除銹和脫脂是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，在施工和投產(chǎn)的
整個過程都需要確保管道內(nèi)的清潔。其他環(huán)節(jié)沒有特
別的要求。因此，氧氣管道雖然存在風(fēng)險，但只要在各
個環(huán)節(jié)采取了正確的措施，就能確保其安全運行。
參考文獻：
[1] GB 16912-1997 氧氣及相關(guān)氣體安全規(guī)程．
作者簡介：崔海莉(1980一)，工程師，從事工藝管道的設(shè)計工
作。

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