一、引言

    随着国民经济的飞速发展,我国冶金、化工、机械等行业需氧量大幅增加,氧气管道输送工程建设也逐步增多。氧气管道运输大多为纯氧,对管路系统的安全要求非常高。氧气的氧化性极强,金属在氧气中被助燃后,会发生瞬间燃爆的人员重大伤亡事故。因此分析和研究氧气管道安全事故机理,加强氧气管路系统的设计、安装、使用、维护过程的安全防范意识,切实提高管氧输送水平,已越来越成为研究人员探索的方向和研究的课题。

    二、氧气管道燃爆机理分析

    氧气具有活泼的化学特性,除与金、银及少数惰性气体不产生化合反应外,与包括金属在内的多数物质都能够发生氧化反应,而且氧气的浓度、压力越大,反应越剧烈,同时释放大量的热。具有一定压力的压缩氧气在输送过程中,流动的氧气极易与管路中的油脂、铁屑或有机物发生碰撞、产生摩擦,静电负荷过大都会导致燃爆。因此氧气管道设计对流速控制不严、管道材质选择不当、施工时管道清洁度不达标、操作不当等都是引发氧气管道燃爆的主要因素。

    三、氧气管道安全事故分析

    氧气管路线路长、分布广,事故产生因素复杂。对典型事故进行分析,是采取有效措施,杜绝恶性事故发生的关键。

    1.绝热压缩

    氧气管道阀门两端的压力很大,当突然急剧打开,低压端气体被急剧压缩局部产生很高的温度,会发生氧气与外界无交换的“绝热压缩”现象;开启阀门时,阀芯、阀座及其转动部件所产生的摩擦,在纯氧、高压环境下极易燃烧和爆炸。2008年发生在张家港某钢铁公司的管道燃爆事故,就是严重违反安全操作规定,在管道氧气球阀前后压差高达1.9MPa的情况下,快速开启阀门导致的恶果;对事故现场进行勘查时,发现管道内留存着的施工焊渣、焊接头等杂质,也是造成这一恶性事故的主要原因。

    2.油脂处理不当

    油脂自身易燃,在纯氧环境下更具可燃性。氧气管道、管件、阀门等配件,其制作过程、安装施工过程难免沾染油脂、润滑剂、溶剂等化学油脂,处理不当时,则在高纯高压氧气环境中迅速燃烧。2002年、2004年先后发生在独山子的氧管燃爆,均因违反氧管脱脂操作规程所致。

    3.摩擦起火

    金属在纯氧中的燃点会大大降低,氧气输送管路中任何一个安装后未进行清管吹扫所遗留的焊接毛刺、氧化皮、铁锈等与管壁相互摩擦和撞击,都可能成为氧管燃爆安全隐患。鞍钢氧气厂曾经发生的因开启阀门,沟槽中铁屑微粒与氧管管壁发生激烈碰撞和摩擦导致的重大燃烧事故就是一个鲜明的案例。

    此外,设计时管道材料、阀门、管件选用不当、施工安装不规范、氧气过滤器更换或定期清洗不及时、静电火花等也是氧气管道频繁发生燃爆的主要原因。

    四、氧气管道安全控制技术

    氧气管道安全控制,应从设计控制、施工管理、材料检验和安全操作、使用维护等多方面入手。

    1.设计控制要点

    氧管布置。1)氧管宜采用架空敷设,氧管支架应采用非燃烧材料;走向不宜穿过生活区、高温区和可能产生明火的区域,当必须穿越时,则应采取有效的隔热措施;2)应按照GB16912严格计算并设置架空氧管与其他管道或建筑物的最小距离,特别是当氧管与其他化工气体如乙炔或氢气管道共同架设时,应将氧管设置于乙炔或氢气管道的下方或两侧;而与输送腐蚀性介质管路或输油管路共同架设时,为防止泄漏则将氧管布置于上方或两侧;3)氧管无法实现架空须埋地敷设时,管顶与地面距离应大于0.7米,且对埋设地面按照GB16912采取相应防护措施;埋地氧管不宜配置阀门等管件,埋地氧管除不应与热力管道、输送易燃易爆品管道同沟敷设,还应与其他管道或建筑物保持最小距离,不得与电缆同沟。

    管材选取。应根据使用压力、工作场合对钢板卷焊管、焊接钢管、无缝钢管、不锈钢焊接钢管、铜及铜合金挤制管以及铜及铜合金拉制管进行选用,工作压力小于0.1MPa时,宜选用碳钢钢板卷焊管;而当工作压力大于3MPa时,则应采用铜合金管。

    管件选取。氧管设计弯头、变径管、三通等管件宜少不宜多;选取冲压成型管道弯头和安全性较好的四氟乙烯铜垫片;采用氧气输送专用安全阀门和氧气过滤器。

    2.施工检验控制要点

    标准依据。氧气管道的施工、验收应符合GB 50235、GB 50236、SJT 31450等标准规范规定;建立、健全企业内部氧气管道安全管理规章制度。

    脱脂。氧管、阀门以及各种管件安装前必须进行脱脂检查,脱脂后用干空气或惰性气体吹扫;采用碱洗脱脂、酸洗除锈的化学清洗等方法对管道进行清洗。

    焊接。焊接前应对管道内壁进行检查,不得有油脂、铁屑等异物;焊接采用氩弧焊,确保无焊瘤等缺陷,并杜绝焊接过程中焊渣的进入;应采用机械方法对管道进行截取和坡口加工,禁止气焊切割。

    检验。氧管施工完成后应按标准规范进行强度试验和严密性试验,确保无渗漏、无变形;对氧管线路仪器仪表、安全防护装置进行定期检验,并保证在有效检定期内。

    操作维护。对操作人员进行技术培训,经考试合格,持证上岗;阀门开启应缓慢并一次到位,严禁快速开启阀门;禁止用氧气进行管道试漏和清洁;氧管及各阀门、管件应定期校验、刷漆维护;应对氧气过滤器进行定期清扫,清除铁锈与异物,杜绝燃爆事故。

    五、结论

    综上所述,氧气管道安全问题是一个复杂的系统工程,只有对管氧输送安全现状及存在问题进行深刻的分析和研究,采取有效的应对措施,才能切实提高设计、施工、操作和维护等各个环节的管氧安全水平,确保送氧安全。