一、引言

    隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展,我國冶金、化工、機械等行業(yè)需氧量大幅增加,氧氣管道輸送工程建設(shè)也逐步增多。氧氣管道運輸大多為純氧,對管路系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)的設(shè)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(shù)惰性氣體不產(chǎn)生化合反應(yīng)外,與包括金屬在內(nèi)的多數(shù)物質(zhì)都能夠發(fā)生氧化反應(yīng),而且氧氣的濃度、壓力越大,反應(yīng)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(fā)生碰撞、產(chǎn)生摩擦,靜電負荷過大都會導致燃爆。因此氧氣管道設(shè)計對流速控制不嚴、管道材質(zhì)選擇不當、施工時管道清潔度不達標、操作不當?shù)榷际且l(fā)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(chǎn)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(fā)生的關(guān)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(chǎn)生很高的溫度,會發(fā)生氧氣與外界無交換的“絕熱壓縮”現(xiàn)象;開啟閥門時,閥芯、閥座及其轉(zhuǎn)動部件所產(chǎn)生的摩擦,在純氧、高壓環(huán)境下極易燃燒和爆炸。2008年發(fā)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(guī)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(xiàn)場進行勘查時,發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)留存著的施工焊渣、焊接頭等雜質(zhì),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(huán)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(huán)境中迅速燃燒。2002年、2004年先后發(fā)生在獨山子的氧管燃爆,均因違反氧管脫脂操作規(guī)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(jīng)發(fā)生的因開啟閥門,溝槽中鐵屑微粒與氧管管壁發(fā)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(shè)計時管道材料、閥門、管件選用不當、施工安裝不規(guī)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(fā)生燃爆的主要原因。

    四、氧氣管道安全控制技術(shù)

    氧氣管道安全控制,應(yīng)從設(shè)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(shè)計控制要點

    氧管布置。1)氧管宜采用架空敷設(shè),氧管支架應(yīng)采用非燃燒材料;走向不宜穿過生活區(qū)、高溫區(qū)和可能產(chǎn)生明火的區(qū)域,當必須穿越時,則應(yīng)采取有效的隔熱措施;2)應(yīng)按照GB16912嚴格計算并設(shè)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(shè)時,應(yīng)將氧管設(shè)置于乙炔或氫氣管道的下方或兩側(cè);而與輸送腐蝕性介質(zhì)管路或輸油管路共同架設(shè)時,為防止泄漏則將氧管布置于上方或兩側(cè);3)氧管無法實現(xiàn)架空須埋地敷設(shè)時,管頂與地面距離應(yīng)大于0.7米,且對埋設(shè)地面按照GB16912采取相應(yīng)防護措施;埋地氧管不宜配置閥門等管件,埋地氧管除不應(yīng)與熱力管道、輸送易燃易爆品管道同溝敷設(shè),還應(yīng)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(yīng)根據(jù)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(yīng)采用銅合金管。

    管件選取。氧管設(shè)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(jù)。氧氣管道的施工、驗收應(yīng)符合GB 50235、GB 50236、SJT 31450等標準規(guī)范規(guī)定;建立、健全企業(yè)內(nèi)部氧氣管道安全管理規(guī)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(yīng)對管道內(nèi)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(yīng)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(yīng)按標準規(guī)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(nèi)。

    操作維護。對操作人員進行技術(shù)培訓,經(jīng)考試合格,持證上崗;閥門開啟應(yīng)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(yīng)定期校驗、刷漆維護;應(yīng)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(jié)論

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