1.氧氣管道燃爆機(jī)理

從燃爆“三要素”進(jìn)行分析，氧氣管道本身材質(zhì)一般是碳素鋼或不銹鋼，因含碳，屬可燃性材料，而且鐵素體燃燒時放熱量大，溫升很快。氧氣管道內(nèi)輸送的高純高壓氧氣是極強(qiáng)的氧化劑，純度愈高，壓力愈高，氧化性愈強(qiáng)，愈危險。導(dǎo)致氧氣管道燃燒爆炸的激發(fā)能源有多種：

（1）????????? 閥門在高低壓段之間突然打開時，低壓段氧氣急劇壓縮，由于速度很快，來不及散熱，形成所謂“絕熱壓縮”，局部溫度猛升，成為著火能源。

（2）????????? 啟閉閥門時，閥瓣與閥座的沖擊、擠壓，閥門部件之間的摩擦。

（3）????????? 高速運動的物質(zhì)微粒（如鐵銹、灰塵、焊渣、雜質(zhì)等）與管壁的摩擦、相與沖擊和在閥門、彎頭、分岔頭、異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(yīng)。

（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(nèi)輸送高純度高壓氧氣時，為了防止氧氣管道燃爆事故，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計、制造、安裝、使用、管理等各個環(huán)節(jié)采取措施，防止激發(fā)能源的形成，這是保證氧氣管道安全的關(guān)鍵。

2．氧氣管道流速控制

氧氣管道中氧氣流速過大，高壓純氧與鋼管壁的摩擦，雜質(zhì)顆粒的摩擦與碰撞，會引起氧氣管道溫升，造成燃爆事故。國外試驗表明，碳鋼管道內(nèi)存有鐵粉或未完全氧化的FeO粉末，它們在純氧中的著火溫度僅為300～400⁰C,并隨氧壓增高和粒度細(xì)化而降低,這些微粒的燃燒導(dǎo)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(dǎo)熱性差，只有碳鋼的1／3，不易散熱，當(dāng)有摩擦撞擊等激發(fā)能源時仍能引燃。因此，氧氣管道中要嚴(yán)格控制氧氣的流速，不得超過最高允許流速。GB16912《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》對氧氣管道中氧氣的最高允許流速的規(guī)定見表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、最高工作溫度時的實際流速。

2.使流體流動方向突然改變或產(chǎn)生旋渦的位置，從而引起流體中顆粒對管壁的撞擊，這樣的位置稱為撞擊場合；否則，稱為非撞擊場合。

3.銅及銅合金（含鋁銅合金除外）、鎳及鎳銅合金，在小于或等于21.0 Mpa條件下，流速在和允許時沒有限制。

（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(nèi)氧氣在一定工作狀態(tài)下的實際流速，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，最高工作溫度時的實際流速。氧氣管道直徑的確定，要在高峰負(fù)荷情況下滿足安全流速（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合金管道，液氧流速一般在1m/s左右。由于低溫，液氧流速沒有嚴(yán)格限制。

（2）將氧氣管道及元件分為撞擊場合和非撞擊場合，然后根據(jù)大量試驗結(jié)果，按氧氣壓力與管道材質(zhì)確定氧氣最高允許流速。

使氧氣流動方向突然改變或產(chǎn)生旋渦的位置，從而引起氧氣中夾帶顆粒及異物對管壁的撞擊，這樣的位置稱為撞擊場合。撞擊場合容易產(chǎn)生激發(fā)能源，引起燃燒與爆炸，是危險場合，氧氣最高允許流速要嚴(yán)格控制。如壓制對焊三通（氧氣從支管流向主管時）、螺紋變徑管、現(xiàn)場焊接三通，短半徑彎頭（彎曲半徑小于1.5倍管道博士直徑），縮徑比大于3的變徑（氧氣從大端流向小端時），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(diào)節(jié)閥、旁通閥及其出口端8倍直徑管道范圍內(nèi)，球閥或旋塞在開啟和關(guān)閉時，蝶閥的閥板、過濾器、孔板等，均為“撞擊場合”。

非上述位置即為非撞擊場合，不易產(chǎn)生激發(fā)能源，較安全，氧氣最高允許流速控制較寬松。如直管段，工廠制對焊三通（氧氣從主管流向支管時），長半徑彎頭（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，球閥和旋塞在全開時，均為“非撞擊場合”

（3）氧氣工作壓力愈高，危險性愈大，最高允許流速愈小。表中工作壓力區(qū)間劃分為6個。工作壓力p≤0.1Mpa的氧氣，著火危險性小，屬低壓氧氣管道，其流速根據(jù)管道系統(tǒng)壓力降確定。0.1Mpa＜p≤1.0Mpa區(qū)間，碳鋼和奧氏體不銹鋼氧氣管道，氧氣最高允許流速分別為20m/s和30m/s。1.0Mpa＜p≤3.0Mpa區(qū)間，碳鋼和奧氏體不銹鋼氧氣管道，氧氣最高允許流速分別為15m/s和25m/s，這是鋼鐵冶金等行業(yè)氧氣壓力常用區(qū)間，經(jīng)過十余年實踐證明，只要按此嚴(yán)格控制，氧氣管道是能安全、經(jīng)濟(jì)運行的。3.0Mpa＜p≤10.0Mpa區(qū)間，這是化工行業(yè)常用的氧氣壓力范圍，由于氧壓高，危險性大，已不允許采用容易產(chǎn)生鐵銹的碳鋼管。對于奧氏體不銹鋼管，也區(qū)分撞擊場合和非撞擊場合，依據(jù)氧氣壓力和最高允許流速的乘積來確定最高允許流速。對于危險性大的撞擊場合，規(guī)定pv≤45Mpa·m/s；對于危險性稍小的非撞擊場合，規(guī)定pv≤80Mpa·m/s。當(dāng)氧氣壓力一樣，撞擊場合計算出的最高允許流速比非撞擊場合??；對于同一種場合，壓力愈高，計算出的最高允許流速愈小。10.0Mpa＜p≤15.0Mpa區(qū)間，主要在化工行業(yè)有所應(yīng)用，這種氧壓不能用碳鋼管作氧氣管道。用奧氏體不銹鋼時，氧氣最高允許流速撞擊場合和非撞擊場合分別為4.5m/s和8.0m/s，流速控制很小，實際上該數(shù)值也是按上一壓力區(qū)間公式代入10.0MPa壓力計算出的流速。p≥15.0MPa區(qū)間，主要用于鋼瓶充裝，這種高壓氧氣更不允許采用碳鋼管。采用奧氏體不銹鋼時，不分撞擊在撞擊場合，氧氣最高允許流速均為4.5m/s。