氧氣管道事故原理及分析

1、氧氣管道事故原理及分析摘要 近年來(lái)，制氧工業(yè)迅速發(fā)展，所以管氧輸送量明顯增多。然而在 管氧的輸送過(guò)程中存在諸多安全隱患。本文闡述了工業(yè)氧氣管道燃爆 事故的一些重要原因，提出了對(duì)其進(jìn)行預(yù)防和控制的機(jī)理和方法。并 對(duì)一典型事故進(jìn)行了具體的分析。關(guān)鍵字：氧氣管道；事故；原理。目錄引言 1第 1 章氧氣管道的事故原理 2第 2 章技術(shù)及管理對(duì)策 32.1 氧氣管道設(shè)計(jì)安全技術(shù) 32.2 氧氣管道制造安裝技術(shù)要求 32.3 氧氣管道使用安全技術(shù)要求 42.4 管理對(duì)策 4第三章事故案例 53.1 事故經(jīng)過(guò) 53.2 事故原因 53.3 事故防范措施 63.4 其他注意事項(xiàng) 7參考文獻(xiàn) 8引言隨著科學(xué)技術(shù)

2、的發(fā)展 ,制氧工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位日益重要 , 工 業(yè)用氧量不斷增大 , 尤其是管氧輸送量的增多更為明顯。管氧大多數(shù)采 用純氧、中壓輸送，但隨之而來(lái)的燃爆事故也時(shí)有發(fā)生 , 并且損失嚴(yán) 重。氧氣管道的燃爆事故是制氧廠發(fā)生最頻繁和危害最嚴(yán)重的事故。 因此氧氣管道的安全運(yùn)行尤為重要。防止氧氣管道燃爆事故的發(fā)生， 應(yīng)引起高度重視。第 1 章氧氣管道的事故原理 對(duì)氧氣管道事故的分析主要應(yīng)從工程力學(xué)性質(zhì)和燃燒、爆炸機(jī)理 以及安全管理理論入手 ,進(jìn)行客觀分析。概括地講 , 引起氧氣管道事故 的原因主要有以下幾個(gè)方面 :（1）設(shè)計(jì)有缺陷。主要是氧氣管道的布置不合理 , 如與其他管 道、建筑物、電線、道路和

3、鐵路等沒(méi)有足夠的安全間距 ; 敷設(shè)方式不合 理; 管件選用不當(dāng)以及設(shè)計(jì)的管道流速過(guò)高等。（2）選材不當(dāng)。主要體現(xiàn)在 : 管道材質(zhì)選用不當(dāng) ,對(duì)不同的工作壓 力和不同的使用場(chǎng)所在選材上有誤 ; 管道法蘭和閥門(mén)材料沒(méi)有依據(jù)不同 地段的工作壓力分別對(duì)待等。（3）安裝檢修不良。指安裝的氧氣管道有裂紋、鱗皮、夾渣、焊 瘤等缺陷 ; 接觸氧氣的內(nèi)壁表面不光潔 ; 與氧氣接觸的部分沒(méi)有嚴(yán)格除 銹、脫脂 ; 氧氣管道安裝后沒(méi)有嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行強(qiáng)度及嚴(yán)密性試驗(yàn) 氧氣管道在安裝、檢修后沒(méi)有按規(guī)定用無(wú)油干燥空氣或氮?dú)膺M(jìn)行吹掃 ; 閥門(mén)和法蘭的設(shè)置不合理等。（4）操作及維護(hù)不當(dāng)。如手動(dòng)氧氣閥門(mén)開(kāi)啟過(guò)快 ; 帶旁通閥

4、的閥 門(mén)未先開(kāi)啟旁通閥 ;對(duì)氧氣管道動(dòng)火前 , 未制定動(dòng)火方案 ; 碳鋼管沒(méi)執(zhí)行 每 5 年進(jìn)行一次吹掃及測(cè)厚的規(guī)定等。（5）安全管理上的失誤。沒(méi)有切實(shí)貫徹執(zhí)行有關(guān)安全法律、法規(guī) 和氧氣管道的技術(shù)規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn) ; 氧氣管道的操作檢修人員素質(zhì)較差等。（6）激發(fā)能源。從燃爆“三要素” （ 可燃物、氧化劑、激發(fā)能源 ） 的機(jī)理進(jìn)行分析 ,氧氣管道本身材質(zhì)一般是碳鋼或不銹鋼 , 因含碳,在純 氧狀態(tài)下也可燃 ,而且鐵燃燒時(shí)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(xiǎn)。導(dǎo)致氧氣管道燃爆的激發(fā)能源有多種 : 閥門(mén)在高低壓段之間突 然打

5、開(kāi)時(shí),低壓段氧氣急劇壓縮 ,由于速度很快 ,來(lái)不及散熱,形成所謂 “絕熱壓縮” ,局部溫度猛升 , 成為著火源。啟閉閥門(mén)時(shí) ,閥瓣與閥座 的沖擊、擠壓 ,閥門(mén)部件之間的摩擦。高速運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)微粒 （ 如鐵 銹、灰塵、焊渣、雜質(zhì)顆粒等 ） 與管壁的摩擦。加熱面、火焰、輻射 熱等外部高溫。油脂引燃。靜電感應(yīng)、雷擊。鐵銹、鐵粉的觸 媒作用等。第 2 章技術(shù)及管理對(duì)策2.1 氧氣管道設(shè)計(jì)安全技術(shù) 氧氣管道必須架設(shè)在非燃燒體支架上 ; 氧氣管道的彎頭、分岔頭不 應(yīng)與閥門(mén)出口直接相連 ;氧氣管道宜架空敷設(shè) , 有利于維修、保養(yǎng)與管 理; 氧氣管道與乙炔、氫氣管道共架敷設(shè)時(shí) ,應(yīng)在乙炔、氫氣管道下方 或支架兩

6、側(cè) ; 氧氣管道根據(jù)材質(zhì)及工作壓力限定最高流速 （氧氣管道中 最高流速不應(yīng)超過(guò)表 1 的規(guī)定 ）; 氧氣管道的閥門(mén)必須選用專用氧氣閥 門(mén), 并應(yīng)符合下列要求 :氧氣工作壓力 /MPaN0.10.1N3.03.0N10N10 最高允許流速 /（ms-1） 根據(jù)管系壓降確定 15（碳鋼）25（ 不銹鋼）10（ 不銹鋼）6（ 銅）表 1 管道中氧氣最高允許流速工作壓力 /MPa材料 N0.6 閥體、閥蓋采用可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵 或鑄鋼閥桿采用碳鋼或不銹鋼閥瓣采用不銹鋼 0.6N10 采用全不銹 鋼、全銅基合金或不銹鋼與銅基合金組合 （優(yōu)先選用銅基合金 ）N10 采用 全銅基合金表 2 閥門(mén)材料選用要求

7、 2.2 氧氣管道制造安裝技術(shù)要求 氧氣管道、閥門(mén)、分岔頭、法蘭等必須是取得制造許可證單位的 合格產(chǎn)品;氧氣管道、閥門(mén)、管件等與氧氣接觸的一切部件 , 安裝前或 檢修后必須嚴(yán)格脫脂 ; 氧氣管道安裝完畢后 ,應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)及嚴(yán)密性 和泄漏率試驗(yàn) ;氧氣管道在安裝、檢修后或長(zhǎng)期停用再投用前 , 應(yīng)用無(wú) 油干燥空氣或氮?dú)膺M(jìn)行徹底吹掃 , 吹掃流速不應(yīng)小于 20m/s（嚴(yán)禁用氧氣 吹掃管道,以避免燃爆事故 ）; 對(duì)于碳鋼、不銹鋼氧氣管道的焊接 ,應(yīng)采 用電弧焊或氬弧焊 ; 氧氣管道應(yīng)刷天藍(lán)色漆。2.3 氧氣管道使用安全技術(shù)要求氧氣管道要經(jīng)常檢查維護(hù) ; 氧氣管道不得亂接亂用 , 不得在運(yùn)行中 的氧氣

8、管道上打火引弧 ;手動(dòng)氧氣閥門(mén)的開(kāi)啟應(yīng)緩慢進(jìn)行 ; 氧氣管道上 的安全閥、壓力表等安全裝置要定期檢驗(yàn) ,一年一次 ;氧氣管道動(dòng)火前 應(yīng)制定動(dòng)火方案 ; 氧氣管道或閥門(mén)著火時(shí)應(yīng)立即切斷上游側(cè)氣源。2.4 管理對(duì)策 氧氣管道使用單位應(yīng)貫徹執(zhí)行有關(guān)安全法律、法規(guī)和氧氣管道的 技術(shù)規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn) ,建立、健全各項(xiàng)氧氣管道安全管理制度 ; 指定專職或 兼職的專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)氧氣管道安全管理工作 , 開(kāi)展氧氣管道安全宣 傳教育工作 ,對(duì)氧氣管道操作人員和檢查人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn) ; 按有關(guān)規(guī) 定及時(shí)如實(shí)地向主管部門(mén)和當(dāng)?shù)貏趧?dòng)行政部門(mén)報(bào)告氧氣管道事故 , 并協(xié) 助做好事故調(diào)查和善后處理工作。氧氣管道的設(shè)計(jì)單位應(yīng)取得

9、省級(jí)以上有關(guān)主管部門(mén)頒發(fā)的設(shè)計(jì)資 格證; 氧氣管道的安裝單位必須持有勞動(dòng)部門(mén)頒發(fā)的氧氣管道安裝許可 證; 從事氧氣管道焊接的焊工和無(wú)損探傷的檢驗(yàn)人員必須按有關(guān)規(guī)定取 得勞動(dòng)行政部門(mén)頒發(fā)的特種作業(yè)人員資格證書(shū)。綜上所述,由于氧氣管道燃爆事故比較頻繁 ,往往傷亡慘重 ,損失驚 人,給國(guó)家財(cái)產(chǎn)造成重大損失 , 對(duì)人員安全形成嚴(yán)重威脅。所以從事氧 氣作業(yè)的人員應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)氧氣管道燃爆事故發(fā)生的主要機(jī)理 , 并從技 術(shù)和管理兩方面入手 , 預(yù)防和控制氧氣管道燃爆事故的發(fā)生。第三章事故案例3.1 事故經(jīng)過(guò)2003年7月17日 0：30，因管網(wǎng)壓力高，調(diào)度指令停兩臺(tái) 1500m3h氧壓機(jī)。 0：40操作工發(fā)

10、現(xiàn)“一萬(wàn)”制氧機(jī)恒壓裝置壓力偏 高，管網(wǎng)壓力上漲較快，此時(shí)管網(wǎng)壓力為 2.4MPa，申請(qǐng)停 5000m3h 氧壓機(jī)。 0：56正當(dāng)操作工準(zhǔn)備停 5000m3h 氧壓機(jī)時(shí)，聽(tīng)見(jiàn)一聲巨 響，隨后只見(jiàn) 1500m3h 氧壓機(jī)房后天空一片火紅，并持續(xù)了幾秒 鐘。事后發(fā)現(xiàn)，一條新增的連接新建 16000m3h 制氧機(jī)與老空分系統(tǒng) 的膨脹節(jié)被炸裂，被炸裂的膨脹節(jié)后面的 20 多米的氧氣管道被燒黑并 部分燒熔，同時(shí)周圍的樹(shù)及草被燒燃。操作人員趕緊關(guān)閉相應(yīng)的閥 門(mén)，組織撲火，才未使事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大。3.2 事故原因 事故發(fā)生后，該廠立即組織國(guó)內(nèi)制氧專家對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行查看和對(duì)事 故管道、焊接處取樣分析。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查看及取

11、樣分析情況：管內(nèi)存在 氧化鐵皮、焊渣及閥門(mén)加工的殘?jiān)入s質(zhì)；管內(nèi)有銹渣、水漬； 管道附件彎頭、變徑不符合規(guī)范要求；管托、管座設(shè)計(jì)不合理，使 膨脹節(jié)產(chǎn)生徑向振動(dòng)而損壞；施工單位無(wú)施工資質(zhì)。引起氧氣管道燃爆的原因有如下幾個(gè)方面：(1) 施工質(zhì)量問(wèn)題是造成氧氣管道燃爆的基本原因。管內(nèi)有氧化 鐵存在，熔融物剝落層內(nèi)有鐵銹，說(shuō)明管道酸洗不徹底；管道有銹 渣、水漬，說(shuō)明管道酸洗后沒(méi)有進(jìn)行鈍化處理及安裝完后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi) 未投運(yùn)時(shí)沒(méi)有進(jìn)行充氮保護(hù)；焊渣及閥門(mén)加工的殘?jiān)嬖?，說(shuō)明管 道施工完后吹掃不干凈。進(jìn)行吹掃時(shí)閥門(mén)末拆除，閥門(mén)存在的死角吹 掃不到。閥門(mén)不應(yīng)參與吹掃，閥門(mén)應(yīng)在拆除后單獨(dú)處理，管道應(yīng)用短 管連接進(jìn)

12、行吹掃。施工質(zhì)量問(wèn)題造成新安裝的氧氣管道內(nèi)存在氧化 鐵、銹渣、焊渣等殘留異物，在氧氣流動(dòng)中成為引火物。這些引火物 的存在為本次氧氣管道燃爆事故提供了基本條件。(2) 管托、管座及管路走向設(shè)計(jì)不合理，使膨脹節(jié)產(chǎn)生徑向振動(dòng)而 損壞。由于管托、管座及管路走向設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有充分考慮管道運(yùn)行中徑 向振動(dòng)或位移，當(dāng)管內(nèi)壓力變化時(shí)，管道產(chǎn)生徑向振動(dòng)或位移，使膨 脹節(jié)也產(chǎn)生徑向振動(dòng)而損壞。壓力升高以后膨脹節(jié)就被壓破，氧氣外 泄，形成高速氣流。當(dāng)管網(wǎng)壓力升到 24MPa時(shí)膨脹節(jié)被沖破，氧氣 外泄瞬時(shí)流速達(dá)到亞音速 (約 300ms) ，管內(nèi)的雜物在高速氣流帶動(dòng)下 與管道內(nèi)壁發(fā)生強(qiáng)烈摩擦、碰撞，使管道局部過(guò)熱達(dá)到燃點(diǎn)

13、而燃燒。 有關(guān)資料顯示：氧氣中混有氧化鐵皮或焊渣，在彎管中的氧氣流速達(dá) 到 44m s 時(shí)，產(chǎn)生的高溫能將管壁燒紅；雜質(zhì)為焦炭顆粒、氧氣流速 為 30m s，雜質(zhì)為無(wú)煙煤、氧氣流速為 13m s 時(shí)，產(chǎn)生的高溫能將管 壁燒紅。因此當(dāng)膨脹節(jié)破裂時(shí)，管道內(nèi)的氧氣流速大大提高，致使施 工中留在管道中的氧化鐵、焊渣在高純氧中燃燒起來(lái)，鋼管在純氧中 也燃熔。(3) 氧氣管道設(shè)計(jì)缺少安全保證措施。管路設(shè)計(jì)時(shí)未考慮在恒壓調(diào) 節(jié)閥前增加過(guò)濾器，造成焊渣等雜物將調(diào)節(jié)閥卡死，不能及時(shí)調(diào)節(jié)恒 壓閥后管網(wǎng)壓力，使管網(wǎng)壓力超過(guò)正常工作壓力。3.3 事故防范措施3.3.1 氧氣管道安裝方面(1) 在確定氧氣管道施工單位時(shí)

14、應(yīng)選擇具有相應(yīng)資質(zhì)和有氧氣管道 施工經(jīng)驗(yàn)的施工隊(duì)伍。(2) 氧氣管道在安裝之前應(yīng)按 GB16912 1997氧氣及相關(guān)氣體安 全技術(shù)規(guī)程進(jìn)行嚴(yán)格的酸洗、脫脂處理。酸洗、脫脂后管道用不含 油的干燥空氣或氮?dú)獯祪簟?3) 氧氣管道安裝施工后較長(zhǎng)時(shí)間未投運(yùn)時(shí)應(yīng)充干燥氮?dú)膺M(jìn)行保 護(hù)，以防潮濕空氣進(jìn)入，使管道生銹。(4) 氧氣管道施工完畢后應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)密的吹掃、試壓及氣密性試驗(yàn)。 吹掃應(yīng)不留死角，吹掃氣體應(yīng)選用干燥無(wú)油空氣或氮?dú)猓伊魉俨恍?于 20m s。嚴(yán)禁采用氧氣吹掃。(5) 氧氣管路焊接時(shí)應(yīng)采用氬弧焊打底，并按 GBJ235、 GBJ236標(biāo) 準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定上升一級(jí)處理。3.3.2 氧氣管道設(shè)計(jì)方面(

15、1) 在選用膨脹節(jié)作管道伸縮補(bǔ)償時(shí)，管道走向設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮 減少管道運(yùn)行過(guò)程中的徑向振動(dòng)或位移的措施 .(2) 在恒壓調(diào)節(jié)閥前應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的過(guò)濾器，防止鐵銹、雜物卡住調(diào) 節(jié)閥。閥門(mén)后均應(yīng)連接一段其長(zhǎng)度不短于 5 倍管徑、且不小于 1.5m的 銅基合金或不銹鋼管道，防止著火。(3) 氧氣管道應(yīng)盡量少設(shè)彎頭和分岔，工作壓力大于 0.1MPa的氧 氣管道彎頭、變徑應(yīng)采用沖壓成型法蘭制作。分岔頭的氣流方向應(yīng)與 主管氣流方向成 4560角。(4) 法蘭密封圈宜采用紫銅或聚四氟乙烯材料的 O型密封圈。(5) 氧氣管道應(yīng)設(shè)有良好的消除靜電裝置，接地電阻應(yīng)小于 10，法蘭間電阻應(yīng)小于 0.1 。3.4 其他注意事項(xiàng)3.4.1 操作注意事項(xiàng)(1) 開(kāi)關(guān)氧氣閥門(mén)時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行，操作人員應(yīng)站在閥門(mén)的側(cè)面， 開(kāi)啟要一次到位。(2) 嚴(yán)禁用氧氣吹刷管道或用氧氣試漏、試壓。(3) 實(shí)行操作票制度，事先對(duì)操作目的、方法、條件作出較詳細(xì) 的說(shuō)明和規(guī)定。(4) 直徑大于 70mm的手動(dòng)氧氣閥門(mén)，當(dāng)閥前后壓差縮小到 0.3MPa以內(nèi)時(shí)才允許操作。3.4.2 維護(hù)保養(yǎng)注意事項(xiàng)(1) 氧氣管道要經(jīng)常檢查維護(hù)，除銹刷漆，每 35 年一次。(2) 管路上的安全閥、壓力表，要定期校驗(yàn)， 1年1 次。(3) 完善接地裝置。(4) 動(dòng)火作業(yè)前，應(yīng)進(jìn)行置換，吹掃，吹出氣體中氧含量在