一、两起氧气管道燃爆事故
氧气管道燃烧爆炸事故比较频繁, 损失巨大, 血的教训很多。2008 年又发生了两起比较典型的氧气管道燃爆事故, 值得警觉。
2008年2月22日09 :00 ,某大型钢铁公司新建炼钢厂2#300t 转炉氧气调压室的氧气调节阀及上游的氧气过滤器和管道发生燃烧爆炸,有火焰，属化学性燃爆。调节阀被烧出一个洞,过滤器毁损,设备损坏严重,幸未伤人。检查另一台转炉的氧气过滤器,发现大量铁锈、焊渣、焊条头。这些都是施工遗留物, 投产前未吹扫干净, 全堵塞在氧气过滤器前。这些异物在高纯、高压、高速的氧气流中与钢管摩擦、撞击,成为燃爆的激发源。氧气过滤器未定期清扫,大量异物堵塞、摩擦,也是燃爆诱因。可见，未处理干净的氧气过滤器因而成为安全隐患。此次事故发生时, 氧气管道及阀门、管件先被引燃, 温度急剧上升, 壁厚烧熔减薄, 强度迅速下降, 承受不了氧气压力而发生爆炸。
2008年3月27日22:00左右,某钢铁公司氧气厂在氧气管网随主体厂配套改造后, 向用户送氧开阀门时发生一起氧气阀门 (DN 300mm 球阀)及管道燃爆事故, 2 名阀门操作工当场死亡。事故原因是:氧气球阀在大压差下(阀前压力为1.9MPa ,阀后压力为0)开启过快（按规定应在0.3MPa 压差以下缓慢开启), 而氧气管道内铁锈、焊渣等异物较多, 因新老管道交错、工期紧, 未吹扫干净, 同时也没有制定妥善的送氧方案, 开阀时高压纯氧气流夹带铁锈、焊渣高速撞击氧气阀门和管道或与其摩擦, 将氧气阀门和管道引燃, 发生爆炸。
二、氧气管道燃爆机理
从燃爆 “三要素” 的机理进行分析, 氧气管道材质一般是碳素钢或不锈钢, 因含碳, 属可燃性材料, 而且铁素体燃烧时放热量大, 升温很快。氧气管道内输送的高纯、 高压氧气, 是极强的氧化剂, 纯度愈高, 压力愈高, 氧化性愈强, 愈危险。导致氧气管道燃烧爆炸的激发能源有多种:
1、阀门在高、 低压段之间突然打开时, 低压段氧气急剧压缩, 由于速度很快,来不及散热, 形成所谓的 “ 绝热压缩” , 局部温度猛升, 成为着火能源;
2、启闭阀门时, 阀瓣与阀座的冲击、挤压及阀门部件之间的摩擦;
3、高速运动的物质微粒 (如铁锈、 灰尘、 焊渣和杂质等)与管壁摩擦 , 相互冲击和在阀门、 弯头、分岔头、 变径管及焊瘤等处的冲击碰撞;
4、加热面、 火焰、 辐射热等外部高温;
5、静电感应 ;
6、油脂引燃 ;
7、铁锈、 铁粉的触媒作用等。
在碳钢、 不锈钢材质的氧气管道内输送高纯、高压氧气,这是工业生产的实际需要。为了杜绝或减少氧气管道燃爆事故, 在设计、 制造、 安装、 使用和管理等各个环节采取必要措施, 以防止形成激发能源, 这是氧气管道安全技术的关键。
三、氧气管道流速控制
氧气管道中氧气最高允许流速的控制, 是一个非常重要的安全问题。流速过大, 高压纯氧与钢管壁的摩擦、 与杂质颗粒间及其与钢管壁的摩擦和碰撞, 会引起氧气管道温度升高, 进而引发燃爆事故, 这已被事实验证。国外试验报告说明, 碳钢管道内存有铁粉或未完全氧化的氧化亚铁粉末, 它们在纯氧中的着火温度仅为300 ℃～ 400 ℃, 并随氧气压力增高和粒度减小而降低, 这些微粒的燃烧导致碳钢管起火。不锈钢虽然不产生锈蚀, 但它含有大量铁元素和少量可燃的碳元素,且导热性能差,只有碳钢的 1/ 3 ,不易散热, 当有摩擦、撞击等激发能源时仍能引燃。
根据 《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》(GB 16912 —2008)的规定, 氧气管道中氧气的最高允许流速, 根据管道材质、 工作压力的不同, 不应超过标准规定的范围 (见表 1)。
表 1 管道中氧气最高允许流速 v
材质
工作压力 p/ M Pa
p ≤0.1
0.1<p≤1.0
1.0<p≤3.0
3.0<p ≤10.0
10.0<p <15.0
p≥15.0
碳钢
根据管系压降确定
20m/ s
15m/ s
不允许
不允许
不允许
奥氏体不锈钢
30m/ s
25m/ s
pv ≤45M Pa·m/ s (撞击场合)
pv ≤80M Pa·m/ s (非撞击场合)
4.5m/s(撞击场合)
8.0m/s (非撞击场合)
4.5m/s
注:(1) 最高允许流速是指管系最低工作压力、 最高工作温度时的实际流速。
撞击场合和非撞击场合:使流体流动方向突然改变或产生旋涡的位置, 从而引起流体中颗粒对管壁的撞击, 这样的位置称为撞击场合;否则称为非撞击场合。
铜及铜合金 (含铝铜合金除外)、 镍及镍铜合金, 在小于或等于 21.0M Pa 条件下, 流速在压力降允许时没有限制。
1、管道中氧气最高允许流速与工作压力及管 道材质有关。流速均指管内氧气在一定工作状态下的实际流速, 与工作状态下的压力、 温度、 流量有关。最高允许流速是指管系最低工作压力、 最高工作温度时的实际流速。氧气管道直径的确定, 要在高峰负荷情况下满足安全流速 (最高允许流速)的要求, 并留有余地, 确保安全。液氧管道一般采用不锈钢管道或铜及铜合金管道, 由于为低温状态, 液氧流速没有严格限制。
2、表 1 的设计与数据的选取, 不仅吸取了国内近十年的设计及运行经验, 而且借鉴了美国、 德国、 法国、英国、 俄罗斯和日本等国的科研成果及资料, 尤其是欧洲工业气体协会 (EIGA) 的大量科学试验数据。欧洲工业气体协会对氧气管道不同 材质处于不同氧气压力情况下, 做了大量着火试验, 并结合其工程实践经验, 编制了 《氧气管道系统》 标准。在 《氧气管道系统》标准中, 将氧气管道及元件科学地分为 “ 撞击场合” 和 “ 非撞击场合” , 然后根据大量试验结果, 按氧气压力与管道材质确定氧气最高允许流速。该标准已被欧洲、 美国、 日本同行认可。
使氧气流动方向突然改变或产生旋涡, 从而引起氧气中夹带的颗粒及异物对管壁的撞击, 这样的位置称为撞击场合。撞击场合容易产生激发能源, 引起燃烧与爆炸, 是危险场合, 氧气最高允许流速控制要严、 要小。如压制对焊三通 (氧气从支管流向主管时)、 螺纹变径管、 现场焊接三通, 短半径弯头 (弯曲半径小于 1.5 倍管道直径), 缩径比大于 3 的变径管 (氧气从大端流向小端时), 斜接弯头、 放空阀和安全阀的出口管, 截止阀、 针形阀、止回阀、 减压阀、调节阀、 旁通阀及其出口端 8 倍直径的管道范围内, 球阀或旋塞阀在开启和关闭时, 蝶阀的阀板, 过滤器和孔板等, 均为撞击场合。
非上述位置即为非撞击场合, 较安全, 氧气最高允许流速控制较宽松。如直管段, 工厂制对焊三通 (氧气从主管流向支管时), 长半径弯头(弯曲半径大于或等于 1.5 倍管道直径), 缩径比小于或等于3 的变径管, 球阀和旋塞在全开时, 均为非撞击场合。
3、氧气工作压力愈高, 危险性愈大, 最高允许流速愈小。表 1 将工作压力区间划分为 6 个:
①工作压力p ≤0.1MPa 的氧气, 着火危险性小,属低压氧气管道, 其流速根据管道系统压力降确定。
②0.1MPa<p ≤1.0MP a区间, 碳钢和奥氏体不锈钢氧气管道氧气最高允许流速分别为 20m/ s 和30m/ s , 这是根据造船、 机制等行业需要新增的。
③1.0M Pa<p ≤3.0M Pa区间, 碳钢和奥氏体不锈钢氧气管道氧气最高允许流速分别为1 5m / s和25m/s , 这是钢铁、 冶金等行业常用氧气压力区间。经过 10 余年实践考验证明, 只要按此严格控制氧气流速, 氧气管道就能安全、 经济运行, 该数据科学、 可靠。
④3.0M Pa<p ≤10.0M Pa区间,这是化工行业常用的氧气压力范围, 由于氧气压力高, 危险性大, 已不允许采用容易产生铁锈的碳钢管。对于奥氏体不锈钢管, 也科学地区分撞击场合和非撞击场合, 依据氧气压力和最高允许流速的乘
积值的限定来确定最高允许流速。对于危险性大的撞击场合, 规定 pv ≤45MP a·m/ s;对于危险性稍小的非撞击场合, 规定 pv ≤80M Pa·m/ s 。若氧气压力相同, 撞击场合计算出的最高允许流速比非撞击场合小;对于同一种场合 , 压力愈高, 计算出的最高允许流速愈小。
⑤10.0M Pa<p <15.0M Pa区间, 这种压力的氧气主要应用在化工行业, 是 GB 16912 —2008 标准新增的一个氧压区间, 这种氧气压力当然不能用碳钢管作氧气管道。用奥氏体不锈钢管道时, 氧气最高允许流速在撞击场合和非撞击场合分别为 4.5m/ s 和8.0m/s , 流速控制很小。实际上该数值也是在上一压力区间公式中代入10.0MP a压力计算出的流速。
⑥p ≥15.0M Pa区间, 主要用于钢瓶充装, 这种高压氧气更不允许采用碳钢管, 采用奥氏体不锈钢管道时, 不分撞击场合或非撞击场合, 氧气最高允许流速定为 4.5m/ s,从严控制。
氧气管道材质直接限定了氧气最高允许流速。铜及铜合金 (含铝铜合金除外, 它在特定条件下可燃)、镍及镍铜合金不含碳元素, 高温只熔化,
不会燃烧, 摩擦、 撞击不起火, 属不扩散燃烧材料, 火势不蔓延, 安全, 故使用在高压和危险部位, 流速可高 ;在压力 p ≤21.0MPa 条件下, 氧气流速在压力降允许时无限制。碳钢管燃烧温度偏低, 燃烧速度快, 抗燃烧能力差, 氧气最高允许流速小, 用于一般部位。奥氏体不锈钢抗燃烧能力和燃烧速度介于铜和碳钢之间, 且不生锈, 故氧气最高允许流速较碳钢管高、 较铜管低, 用于较重要、较危险和氧气压力较高的部位。部分金属在氧气中的燃烧温度、 燃烧速度及抗燃烧能力见表 2 。
表 2 部分金属在氧气中的燃烧温度、燃烧速度及抗燃烧能力
金属
压力/M Pa
抗燃烧能力
燃烧速度
0
3.5
7.0
12.5
燃烧温度/ ℃
铜
1035
886
836
800
最强 1
只熔不燃 1
不锈钢
1367
—
—
—
2
3
低碳钢
1278
1106
1018
928
3
最大 4
铁
981
826
741
630
—
—
铝
661
—
—
—
最低 4
2
注:抗燃烧能力、 燃烧速度一栏中数字 1 、 2 、 3 、 4 为安全等级评价。
四、氧气管道材质选择
氧气管道的材质选择是一个至关重要的安全因素。随着氧气管道工作压力和流速的提高, 管道材质也由碳钢、 不锈钢发展到铜及铜合金或镍及镍合金。具体选用规定见表 3 (表3 引自 GB 16912 —2008 标准)。
1、表 3 将氧气工作压力分为4 个区间:
①p ≤0.6M Pa的氧气压力管道, 属一般低压氧气管道, 在多个行业均有应用。②0.6MPa<p ≤3.0MPa 区间的氧气压力管道广泛应用于钢铁、 冶金、 造船、 机制等行业。
③3.0MP a<p ≤10M Pa区间的氧气压力管道主要应用于化工行业, 氧气压力高、 管道材质要求严格。
④p >10M Pa的氧气压力管道主要应用于钢瓶充装和部分化工行业, 氧气压力很高、 管道材质更有严格限定。实践证明, 分个压力区间方便适用。
2、表 3 将氧气使用场所分为一般场所和非一般场所。非一般场所指分配主管上阀门频繁操作区阀后, 干管阀门、 一个系统支管阀门、 车间入口阀门后 5 倍公称直径 (并不小于 1.5m)范围, 调节阀组前后各5 倍公称直径 (各不小于 1.5m)范围,氧压车间内部, 放散阀后, 湿氧输送, 氧气充装台, 汇流排等撞击场合, 重要场所, 危险位置, 事故多发源, 高压设施, 氧气管道材质选择要从严。
表 3 氧气管道材质选用表
3、氧气管道材质选用:表3 中各种材质氧气管道的特性在上节中已有阐述, 可参阅。
①碳钢钢板卷焊管宜用于工作压力 p 小于0.1M Pa 且管径超过现有焊接钢管、 无缝钢管产品管径的情况下。
②焊接钢管适用于 p ≤0.6MPa的一般场所。
③无缝钢管适用于 p ≤3.0MPa的一般场所。
④不锈钢焊接钢管和不锈钢板卷焊管均适用于p ≤3.0M Pa 的所有场所。对于不锈钢板卷焊管,要求其内壁焊缝磨光。
⑤不锈钢无缝钢管适用于 p≤3.0MPa 的所有场所, 适用于 p >3.0MPa的一般场所。p >10MPa 的氧气管道, 基本用于钢瓶充装作业, 高压氧压机或液氧泵出口至充装台的主干管是一般场所, 可用不
锈钢管, 且已有成熟的使用经验, 而大口径铜合金或镍合金管资源紧缺, 价格高, 很少用。对于充装台本身管道和氧气汇流排管道, 应该用铜合金或镍合金管道。不锈钢无缝管耐低温且强度高, 适用于液氧管道。
⑥铜及铜合金挤制管 、 铜及铜合金拉制管、 镍及镍合金管, 由于具有优良的抗燃爆和耐低温特性, 均适用于 p ≤21M Pa 的所有场所和液氧管道。
4、氧气阀门后 5 倍公称直径 (并不小于1.5m)范围内, 气流紊乱, 冲击剧烈;调节阀组前后各 5 倍公称直径 (各不小于 1.5m) 范围内, 因氧气调节阀通径往往比管径小1 ～ 2 个等级, 前后有变径管, 阀口流速可达亚音速, 气流冲击非常剧烈, 摩擦生热严重, 是燃爆事故多发源;氧压车间内部地位重要 ;放散阀后流速快, 是撞击场合; 湿氧输送管道易生锈, 是危险部位。以上这些非一般场所, 当氧气压力 p ≤3.0MPa 时, 应采用不锈钢管 (焊接、 卷焊、 无缝均可)。当氧气压力 p > 3.0M Pa 时, 则应采用铜及铜合金或镍及镍合金管道。
p ≤3.0MPa的氧气储罐区属于重要部位, 区内氧气管道宜采用不锈钢管。p >3.0M Pa 氧气管道采用的铜合金管不包括含铝铜合金, 因其在特定条件下可燃。p<0.1MP a 的氧气管道, 大口径的可采用铝合金管, 因其不生锈、 耐低温, 宜用于空分设备与大型氧压机入口之间的管道。
出氧气厂 (站 、 车间)边界阀门后、 氧气主干管送往一个系统支管阀门后、 进车间阀门后、 调节阀组前和调节阀前后的氧气管道宜设阻火铜管段。当氧气调节阀组不单独设置阀门室或防护墙时, 氧气调节阀前后 8 倍调节阀公称直径的管道范围内, 应采用铜合金 (含铝铜合金除外)或镍合金材质管道, 发生事故时可安全熔断, 不使燃烧蔓延。
耐低温的不锈钢无缝钢管、 铜及铜合金管、 镍及镍合金管均可作为液氧管道。
五、氧气管道管件选用
1、氧气管道上弯头、变径管及三通的选用
氧气管道上弯头、变径管及三通均是容易发生氧气流冲击和剧烈摩擦的地方, 有的是撞击场合, 是燃爆事故多发源, 应选用内壁光滑、 壁厚均匀、坡口规整的轧 (压)制品, 以避免发生事故。
（1）氧气管道的弯头严禁采用褶皱弯头, 因褶皱处氧气流紊乱, 冲击摩擦剧烈, 是事故多发部位。当采用冷弯或热弯弯制碳钢弯头时, 弯曲半径不应小于公称直径的 5 倍,使氧气流缓慢过渡转向 ;弯管作业时不允许出现褶皱 , 以减少摩擦与冲击。当采用压制对焊弯头时, 宜选用长半径弯头, 即弯曲半径大于或等于 1.5 倍管道公称直径, 成为危险性较小的非撞击场合。
对于工作压力 p ≤0.1M Pa 的钢板卷焊管, 由于压力低、 危险性小, 允许采用斜接弯头 (俗称虾米腰弯头);90°弯头应采用中间为大于等于二段管制作的管件, 尽量使转向平缓过渡, 弯头内壁应平滑、 无锐边、 毛刺及焊瘤, 以减少摩擦与冲击。
（2）氧气管道的变径管宜采用压制对焊管件。当采用焊接制作时, 变径部分长度不宜小于两端管外径差值的3 倍, 以使氧气流变化平和、 缓慢。变径管内壁应平滑, 无锐边、 毛刺及焊瘤, 以减少摩擦与冲击, 防止燃爆事故发生。
（3）氧气管道的三通宜采用压制对焊 。当不能取得时, 应在工厂或现场预制, 应加工到无锐角、无突出部位及焊瘤, 以保证安全。不准在现场开孔、 插接, 因为这样很难做到使管内无锐角、 突出部位、 焊瘤及焊渣, 容易引发事故。
2、氧气管道上法兰及其垫片的选用
氧气管道上的法兰要确保强度与加工精度, 严格按国家及行业有关现行标准选用。管道法兰垫片忌用可燃物, 密封性要好。氧气压力愈高, 危险性愈高, 对垫片要求愈严 (见表 4)。表4 引自 GB 16912 —2008 标准。
表 4 氧气管道法兰的垫片
工作压力
p/M Pa
垫 片
p ≤0.6
聚四氟乙烯垫片、 柔性石墨复合垫片
0.6<p ≤3.0
缠绕式垫片、 聚四氟乙烯垫片、 柔性石墨复合垫片
3.0<p ≤10
缠绕式垫片、 退火软化铜垫片、 镍及镍合金垫片
p >10
退火软化铜垫片、 镍及镍合金垫片
表 4 将氧气工作压力分为 4 个区间, 与表3 氧气管道材质选用的氧气压力区间一致, 科学合理, 方便适用, 互相配套。①p ≤0.6MPa 的低压氧气管道, 其法兰垫片可采用聚四氟乙烯垫片和柔性石墨复合垫片。②0.6MP a<p ≤3.0M Pa , 是钢铁、冶金、 造船、 机制行业等常用的氧气压力区间。氧气压力稍高, 其管道除采用前述 2 种垫片外, 最好用缠绕式垫片。③3.0MPa
10MPa, 该氧气压力多半用于钢瓶充装和少数化工部门, 压力很高, 危险性大, 其管道只能采用退火软化铜垫片或镍及镍合金垫片。
3、氧气管道的连接
氧气管道的连接应采用焊接, 连接牢固, 减少泄漏。但与设备、 阀门连接处可采用法兰或螺纹, 以方便连接。螺纹连接处, 应采用聚四氟乙烯薄膜作填料, 严禁用涂铅红的麻、 棉丝或其他含油脂的材料作填料, 因为这些材料可燃, 泄漏氧气时会引燃, 成为着火源。
4、氧气过滤器
氧压机入口和氧气调节阀前应设置可定期清洗的过滤器。氧压机入口设置过滤器是为防止锈渣、杂物、颗粒等进入汽缸或机壳, 使设备损坏和引发火灾。氧气调节阀前也应设置过滤器。因调节阀口径一般比管道口径小 1 ～ 2 个等级, 氧气节流, 流速高, 接近亚音速, 必须防止杂物、铁锈、 颗粒高速流过调节阀时摩擦、 冲击, 进而引发火灾。氧气过滤器应定期清洗, 其周期由用户根据实际运行情况确定。若不清洗, 铁锈、 杂物、 颗粒等在过滤器中积聚, 阻力增加, 形成涡流, 发生摩擦、冲击时发热, 使滤网损坏, 引发燃爆事故。这类事故已发生多起。
氧气过滤器壳体应用强度高、 不生锈的不锈钢或铜及铜合金材质, 过滤器内件应用摩擦、 冲击时不起火的铜及铜合金。滤网除满足过滤功能外, 还应有足够的强度, 以防滤网碎裂, 失去过滤功能; 而且滤网碎裂物也会影响氧压机或调节阀的正常运行。滤网宜首选不起火且强度高的镍铜合金 (即蒙乃尔合金) 材质, 其次为不起火的铜合金材质 (含铝铜合金除外)。网孔尺寸宜为 60～ 80 目, 这是经过实践证明了的优选数据, 孔过大过滤效果不佳, 孔过小则金属丝太细, 强度低, 易碎裂。过滤器滤芯的有效过滤面积应为管道截面积的 2 倍以上, 以保证滤芯在有部分堵塞的情况下能通过设计流量。
六、氧气管道阀门选用
氧气管道阀门是氧气管网上的重要关键设备, 也是事故多发源, 其选用应慎之又慎。氧气管道阀门应选用专用氧气阀门, 其专用性及特点体现在: 与氧气接触的阀体选用抗燃烧性能好, 摩擦、 冲击时不会产生火花的铜合金或镍合金, 一般为硅黄铜
(氧压低的可用不锈钢 、 铸钢或球墨铸铁);密封函选用难燃或阻燃材料, 如石墨化石棉、 聚四氟乙烯、 膨胀石墨等 ;阀门需经严格脱脂并严密包装, 防止污染, 并标识 “氧气专用” 字样 ;阀门要经过严格、 规范的强度试验和气密性试验, 防止泄漏; 大口径氧气阀门一般设置均压小旁通阀, 以方便操作, 保证开阀安全。
1、工作压力 p >0.1MPa 的氧气管道, 严禁采用闸阀。因闸板滑槽易积存铁锈, 关闭不严, 操作阀门时挤压滑槽铁锈, 易形成激发能源, 气流夹带铁锈, 颗粒摩擦、 冲击管壁,容易引发燃爆事故。这种事故教训已有很多。而且双瓣闸阀还易掉铊, 很不安全。
2、公称压力 ≥1.0MPa 且公称直径 ≥150m m的手动氧气阀门宜选用带旁通的阀门。因为这种阀门已属压力较高、 口径较大的氧气阀门, 若无均压小旁通阀, 开主阀容易过猛,大压差造成阀门出口下游侧氧气压力骤升, 高速氧气流摩擦升温, 形成绝热压缩, 引燃氧气管道。若有均压小旁通阀, 先缓慢开启此小阀均压, 出口下游侧缓慢升压, 减小与进口侧压差, 避免流速过快、 温升过高、 形成绝热压缩, 最终引发燃爆事故。当主阀上、下游侧压差≤0.3M Pa 时, 再开启主阀, 以确保安全。氧气阀门压力愈高, 口径愈大, 愈危险, 愈应选用带均压小旁通的阀门。这是安全要求, 欧、 美、 日等早已制定出规范, 也是我国的成功经验。
3、氧气阀门材料的选用 (见表5)既要考虑强度、 经济性, 更要考虑安全性。表 5 引自 GB 16912 —2008 标准。
表 5 阀门材料选用要求
工作压力 p/ M Pa
材 料
p ≤0.6
阀体、 阀盖采用可锻铸铁、 球墨铸铁或铸钢
阀杆采用不锈钢
阀瓣采用不锈钢
0.6<p ≤10
采用不锈钢、 铜合金或不锈钢与铜合金组合
(优先选用铜合金)、 镍及镍合金
p >10
采用铜合金、 镍及镍合金
注:(1) 工作压力为 0.1M Pa 以上的压力或流量调节阀的材料, 应采用不锈钢或铜合金或以上 2 种的组合。
(2)阀门的密封填料, 应采用聚四氟乙烯或柔性石墨材料。
表 5 将工作压力分为 3 个区间:
① p ≤ 0.6M Pa ,氧气压力较低, 危险性较小, 阀体、阀盖可采用可锻铸铁、 球墨铸铁或铸钢, 阀杆、 阀瓣等运动件要求较高, 采用不锈钢。
②0.6M Pa<p≤10M Pa ,氧气压力高, 区间很宽, 应用范围广,
各行业均有涉及。要求高, 阀门材料采用不锈钢、铜合金或不锈钢与铜合金组合 (优先选用铜合金)、镍及镍合金。不锈钢不生锈, 铜合金、 镍及镍合金氧气摩擦冲击时不起火, 阻燃性好, 安全性高。氧压愈高, 愈应选用铜合金或镍及镍合金阀门。
③p>10M Pa ,属高压氧气, 危险性大, 阀门材料只能选用铜合金、 镍及镍合金。工作压力 p >0.1MP a 的压力或流量调节阀,由于其节流、 膨胀工况属撞击场合, 危险性大, 故阀门材料最低要采用不锈钢, 氧气压力较高时采用不锈钢与铜合金组合, 氧气压力高则应采用铜合金阀门。
阀门的密封填料应采用难燃或阻燃的聚四氟乙烯或柔性石墨材料。
4、经常操作的公称压力 ≥1.0MPa 且公称直径≥150mm 口径的氧气阀门, 已属压力较高、口径较大的氧气阀门, 宜采用气动遥控阀门, 远距离操作, 避免出事故时伤人, 同时可以减轻操作人员的劳动强度。
七、氧气管道施工要求
氧气管道的施工, 除应严格遵循压力管道施工有关国家标准外, 还应遵守其特殊的安全规定, 如管道严格除锈、 脱脂、 焊接、 探伤、 压力及气密性试验、吹扫等, 施工完毕还应严格验收。这些环节若把关不严, 将酿成氧气管道燃爆事故, 损失巨大, 教训惨痛。
1、清洁度要求
氧气管道、阀门及管件等在安装前除应按照《工业金属管道工程施工及验收规范》 (G B 50235)的要求进行检验外 (氧气按可燃流体类别对待),其清洁度还应达到以下要求:
（1）碳钢氧气管道 、 管件等应严格除锈, 除锈可用喷砂、 酸洗等方法。接触氧气的表面应彻底除去毛刺、焊瘤、 黏砂、 铁锈和其他可燃物, 保持内壁光滑清洁。管道除锈时, 以出现金属本色为止。
（2）氧气管道、 阀门等与氧气接触的一切部件, 安装前、 检修后应严格除锈、脱脂。
（3）氧气管道 、 阀门等与氧气接触的一切部件脱脂处理应按 《脱脂工程施工及验收规范》 (HG20202)的要求进行 (包括所有组成件与流体接触的表面)。如工程设计文件另有不同要求时, 则应按工程设计文件的规定执行。脱脂可用无机非可燃
清洗剂、二氯乙烷、 三氯乙烯等溶剂, 并用紫外线检查法、 樟脑检查法或溶剂分析法进行检查, 直到合格为止。
脱脂后的碳素钢氧气管道应立即进行钝化或充入干燥氮气封闭管口。进行水压试验的管道, 则脱脂后管内壁应进行钝化, 防止锈蚀。脱脂后的管道组件应采用氮气或空气吹净后封闭, 防止被再次污染, 并应防止残存的脱脂介质与氧气形成危险的混合物。
在安装过程中及安装后应采取有效措施, 防止氧气管道受到油脂污染, 防止可燃物、 锈屑、 焊渣、 砂土及其他杂物进入或遗留在管内, 并应进行严格检查。
2、管道安装、焊接和施工、 验收要求
氧气管道的安装、 焊接和施工、 验收除应符合GB50235 标准、 《现场设备、 工业管道焊接工程施工及验收规范》 (G B 50236)的要求外, 还应满足下列要求:
（1）焊接碳素钢和不锈钢氧气管道时, 应采用氩弧焊打底, 以利焊透和防止在管内壁形成焊渣。
（2）管道的切割和坡口加工应采用机械方法 , 不允许气焊切割和打坡口, 以保证加工精度, 有利焊接。
（3）管道预制长度不宜过长, 应能便于检查管道内外表面的安装、 焊接、 清洁度质量。
（4）管道的焊缝检查应采用射线检测, 当采用水压试验时, 检测的数量和标准应按相关要求执行(见表 6)。表 6 引自GB 16912 —2008标准。
表 6 氧气管道焊缝检测要求
设计压力 p/ M Pa
射线照相比例
焊缝质量评定
p >4.0
100
Ⅱ级
1.0<p ≤4.0
40 (固定焊口)
15 (转动焊口)
Ⅱ级
p ≤1.0
10
Ⅲ级
低温液体管道
100
Ⅱ级
注:焊缝质量评定标准为 《金属熔化焊焊接接头射线照像》(G B/ T 3323)。
表 6 将设计压力 p 分为 3 个压力区间。压力愈高, 危险性愈大, 焊接质量要求愈高, 焊缝 Х 射线检测比例愈大, 焊缝质量等级要求愈高。
当采用气体做压力试验时, 危险性大, 焊缝的射线检测比例要增加, 具体要求如下:设计压力不大于 0.6MP a 时, 检测比例不小于15%, 焊缝质量等级不低于Ⅲ级;设计压力大于 0.6M Pa 且小于或等于 4.0M Pa 时, 检测比例为 100% , 焊缝质量
等级不低于Ⅱ级。
（5）对未要求做无损检测的焊缝, 质检人员应对全部焊缝的可见部分进行外观检查, 其质量应符合GB 50236 标准的有关规定。
3、压力及气密性试验要求
氧气管道安装后应进行压力及气密性试验, 以检验管道的强度及严密性。压力及气密性试验要求应符合以下规定:
（1）氧气管道的压力试验介质应用不含油的干净水或干燥空气、 氮气, 严禁使用氧气做试验介质, 当使用氮气做试验介质时, 应注意安全,防止发生窒息事故。当氧气管道设计压力大于 4.0MPa时, 禁止用气体做压力试验。因为气压试验一旦爆破, 气体急剧膨胀, 威力巨大, 夹带管道碎片四处飞扬, 造成附近设备损坏, 人员伤亡, 危害极大。氧气管道水压试验后, 应及时进行干燥处理,防止锈蚀。奥氏体不锈钢管道水压试验时水中的氯离子含量不应超过25g/ m3 。因为氯离子会引起奥氏体不锈钢产生应力腐蚀。否则应采取相应措施,水放尽后用无油干燥氮气吹干。
（2）管道试验压力以设计压力作计算基准 。
（3）管道做压力试验时, 水压试验压力等于1.5倍设计压力, 且埋地管道不得低于0.4M Pa;气压试验压力等于 1.15 倍设计压力, 且不小于0.1MPa 。
试验的方法和要求应符合GB 50235 标准的规定。强度试验时, 达到试验压力后稳压 10 分钟再降到设计压力, 以压力不降、 无渗漏为合格。
（4）氧气管道压力试验合格后应进行气密性试验, 试验用介质应是无油、 干燥、洁净的空气或氮气, 试验压力等于管道设计压力。气密性试验比以往对氧气管道系统“ 通气查漏” 更严格、 更科学、更安全。如果泄漏率达不到要求,必须查出漏点, 消除隐患, 确保安全。
气密性试验方法和要求除按GB 50235 标准的规定进行外, 还应进行泄漏率计算。
管道内气体压力达到设计压力后保持 24 小时, 对室内及地沟管道的平均每小时泄漏率 A 应不超过0.25 %(因氧气泄漏在室内或地沟不易扩散,危险性大, 故从严要求);对室外管道应以不超过0.5%为合格 (因氧气泄漏在室外, 通风良好易扩散,危险性小, 故要求比以前低)。
泄漏率 A 按式 (1)、 (2)计算:当管道公称直径 DN≤0.3m 时:
4、氧气管道投入使用前的要求
氧气管道在安装、 检修后或长期停用后再投入使用前, 应将管道内残留的水分、铁屑、 杂物等用无油干燥空气或氮气吹扫干净, 直至无铁锈、 尘埃及其他杂物为止。吹扫速度应不小于 20m/s , 且不低于氧气管道设计流速。流量要大, 流速要高, 以保证吹扫效果。在管口用白布或涂有白漆的靶板检查, 无铁屑、 焊渣、 铁锈、灰尘、 微粒、 异物和水分为合格, 以确保送氧运行后的安全。因此项工作忽略或不到位而酿成燃爆事故, 已屡见不鲜, 损失巨大, 教训惨重。
严禁用氧气吹扫管道, 避免发生燃爆事故。氧气管道 “ 爆破吹扫法” :当大的吹扫气源获取困难或与生产互相干扰时, 可对氧气管道进行爆破吹扫。即在管道一端吹扫口设定爆破口, 固定爆破板 (根据压力高低 , 可以是单层、多层橡胶石棉板或硬纸板等), 管内充以无油干燥氮气或空气,升压至爆破板爆破压力时, 爆破板碎裂, 高压气流从爆破口吹出,管道内压力瞬间降低, 爆破口处压力 (表压)接近于 0 。由于管内外压差大 (等于爆破压力) 和氮气或空气的急剧膨胀, 吹扫气体产生极大流速, 甚至接近音速, 具有极大动能, 用其吹扫管道内壁, 达到清除铁锈、 焊渣、 杂物、 水分的目的。
爆破吹扫法具有吹扫质量高、 简便易行、 安全可靠、 不影响生产、 费用低、 工期短等优点, 目前已得到较为广泛的应用。在实施中, 要充分注意爆破压力的确定、 爆破口的选择与加固和爆破口周围的安全警戒等。需要说明的是, 在爆破吹扫的同时, 往管内加入适量的脱脂剂, 可以达到脱脂的目的, 效果良好, 已有成功的经验。
5、管道漆色标识
管道漆色标识不仅是为了区分识别管内介质, 更是安全需要, 避免错充、 错用而引发事故, 是安全标志。依据 《工业管道的基本识别色、识别符号和安全标识》 (G B 7231) 和GB 16912 —2008 标准, 氧气管道漆色为淡蓝色, 其他常用工业管道漆
色分别为 :空气管道淡灰色、 蒸汽管道大红色、 氮气管道浅黄色、 污氮管道棕色、 氢气管道红色加白色环、 氩气管道银灰色、 上水管道艳绿色、下水管道艳绿色加黑色环、 进油管道黄色、 出油管道黄色加黑色环、 加温解冻气管道红色加黑色环、 消防水管道红色并挂牌标识等。
以前, 工业管道基本识别色定得很粗放, 未能严格区分, 曾酿成事故。如氧气管道天蓝色, 压缩空气管道深蓝色, 时间一长, 漆色分不清深浅。曾有人在夏天电焊施工时, 误将氧气阀打开当压缩空气吹风降温, 造成烧死 1 人、 烧伤 1 人的重大安全事故。
八、氧气管道安全使用
（1）氧气管道要经常检查维护。碳钢管宜3 ～5 年除锈、 刷漆 1次, 防止锈蚀。碳钢主干管宜 5 年进行 1 次吹扫, 防止铁锈增多聚集, 引发火灾。管壁厚度宜5 年测量 1 次, 主要测定弯头及调节阀后的管道, 保证这些易冲刷、 磨损部位的安全厚度。每年对安全接地装置进行 1 次检查。
（2）氧气管道上的安全阀、 压力表等安全装置要定期检验, 1 年 1 次, 要求灵敏、 准确, 防止超压, 防止氧气泄漏。
（3）氧气管道不得乱接乱用 , 严禁用氧吹风, 用氧生炉子等。不得在运行中的氧气管道上打火引弧, 避免引起火灾。
（4）氧气管道动火作业前, 应制定动火方案,其内容包括负责人、 作业流程图、 操作方案、 安全措施、 人员分工、 监护人和化验人等。方案需经安全主管部门批准, 并办理动火许可手续。氧气处理干净 (放散或用氮气 、 无油空气置换), 氧含量小于 23 时, 方准动火。因对动火作业不够重视, 方案不完善, 责任不落实, 措施不严密 (尤其是与氧源堵盲板隔离等), 化验监督不适时、 不到位等造成的燃爆与人员伤亡事故已屡见不鲜, 应特别注意。
（5）氧气管道进行重大作业时, 必须预先制定详细作业方案 (包括流程、 方法、 步骤、 时间、 部位、 分工、 范围、 责任、 监护和确认等),经有关主管部门批准、 落实, 方能实施。
（6）手动氧气阀门的开启应缓慢进行 , 操作者应站在阀门侧面, 以防出事伤人。开启带小旁通阀的氧气阀门时, 应先开小旁通阀, 使阀后低压段先缓慢充压, 当主阀上、 下游侧高、 低压段压差≤0.3MPa 时再开主阀。如果氧气阀门在高、 低压段之间突然快速打开, 低压段会急剧充氧压缩, 由于速度快, 来不及散热, 形成绝热压缩, 局部温度猛升, 成为着火能源。
设氧气阀门突然打开前后氧气压力 (即绝热压缩前后氧气压力) 分别为 P1(0.1MPa) 和 P2 (1.3M Pa), 氧气阀门突然打开前后氧气温度 (即绝热压缩前后氧气温度) 分别为 T1 (30 ℃,即303K)和 T 2 , 氧气绝热指数 K 为 1.39, 根据绝热压缩公式可求出绝热压缩后低压段的温度 T 2为:
T 2 =T 1 (P2/ P 1)(k -1)/ k =622.3K (349.3℃)
这个温度足以使管道内铁粉、 铁锈或阀门有机填料物质着火。快速开启氧气阀门很危险, 阀门前后压差愈大愈危险。
（7）调节压力或流量的氧气阀门, 由于负荷变化大, 氧气流速大, 是事故多发源。对这种阀门要求高, 一般采用铜合金或不锈钢阀, 气动摇控操作, 避免发生事故并伤人。因而应禁止将非调节阀门作调节使用。
（8）由于氧气管道或阀门着火时是向上游侧蔓
延, 发生事故应立即切断上游侧气源, 防止事故进一步扩大。
（9）氧气阀门、 阀杆丝扣的润滑严禁用普通油脂, 要用不着火的合格硅油、 硅脂或二硫化钼。
（10）当氧气管道设有液氧汽化补充设施时 ,切忌使低温液氧进入常温氧气管道, 以免冻裂普通碳钢管道或发生液氧剧烈汽化、 体积猛烈膨胀 (为常压下的 800 倍)、 压力激增的超压恶性燃爆事故。
（11）管道氧气应采取干燥氧气输送 , 氧压机冷却器漏水要及时处理, 防止氧气管道内壁生锈, 引发燃爆事故。
（12）氧气管道系统中的氧气过滤器 , 应定期清扫, 清除铁锈与异物, 杜绝燃爆事故。氧气管道系统在施工、 检修后, 送氧前必须检查清扫氧气过滤器, 确认内部无杂物后方准送氧, 防止铁锈、 焊渣等异物积聚, 成为事故隐患, 确保送氧安全。
（13）氧气管道使用单位应负责本单位氧气管道的安全管理工作。贯彻执行有关安全法律、 法规和氧气管道的技术规程、 标准。建立、健全本单位的氧气管道安全管理规章制度。指定专职或兼职的专业技术人员负责氧气管道安全管理工作。建立氧气管道技术档案, 制定氧气管道定期检验计划, 安排附属仪器仪表、 安全保护装置的定期检验和检修, 进行氧气管道系统隐患检查与整改, 对氧气管道实施专业化管理。对氧气管道操作人员和检查人员要进行安全技术培训, 经考试合格后持证上岗。
