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，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，提出了對其進行預防和控制的機理和方法。并 對一典型事故進行了具體的分析。關鍵字：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 章技術及管理對策 32.1 氧氣管道設計安全技術 32.2 氧氣管道制造安裝技術要求 32.3 氧氣管道使用安全技術要求 42.4 管理對策 4第三章事故案例 53.1 事故經過 53.2 事故原因 53.3 事故防范措施 63.4 其他注意事項 7參考文獻 8引言隨著科學技術

2、的發(fā)展 ,制氧工業(yè)在國民經濟中的地位日益重要 , 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。管氧大多數采 用純氧、中壓輸送，但隨之而來的燃爆事故也時有發(fā)生 , 并且損失嚴 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重的事故。 因此氧氣管道的安全運行尤為重要。防止氧氣管道燃爆事故的發(fā)生， 應引起高度重視。第 1 章氧氣管道的事故原理 對氧氣管道事故的分析主要應從工程力學性質和燃燒、爆炸機理 以及安全管理理論入手 ,進行客觀分析。概括地講 , 引起氧氣管道事故 的原因主要有以下幾個方面 :（1）設計有缺陷。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、鐵路等沒有足夠的安全間距 ; 敷設方式不合 理; 管件選用不當以及設計的管道流速過高等。（2）選材不當。主要體現在 : 管道材質選用不當 ,對不同的工作壓 力和不同的使用場所在選材上有誤 ; 管道法蘭和閥門材料沒有依據不同 地段的工作壓力分別對待等。（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 ; 接觸氧氣的內壁表面不光潔 ; 與氧氣接觸的部分沒有嚴格除 銹、脫脂 ; 氧氣管道安裝后沒有嚴格按有關規(guī)定進行強度及嚴密性試驗 氧氣管道在安裝、檢修后沒有按規(guī)定用無油干燥空氣或氮氣進行吹掃 ; 閥門和法蘭的設置不合理等。（4）操作及維護不當。如手動氧氣閥門開啟過快 ; 帶旁通閥

4、的閥 門未先開啟旁通閥 ;對氧氣管道動火前 , 未制定動火方案 ; 碳鋼管沒執(zhí)行 每 5 年進行一次吹掃及測厚的規(guī)定等。（5）安全管理上的失誤。沒有切實貫徹執(zhí)行有關安全法律、法規(guī) 和氧氣管道的技術規(guī)程、標準 ; 氧氣管道的操作檢修人員素質較差等。（6）激發(fā)能源。從燃爆“三要素” （ 可燃物、氧化劑、激發(fā)能源 ） 的機理進行分析 ,氧氣管道本身材質一般是碳鋼或不銹鋼 , 因含碳,在純 氧狀態(tài)下也可燃 ,而且鐵燃燒時放熱量大 , 溫升很快。氧氣管道內輸送 的高純高壓氧氣 ,是極強的氧化劑 ,純度愈高,壓力愈高,氧化性愈強 ,愈 危險。導致氧氣管道燃爆的激發(fā)能源有多種 : 閥門在高低壓段之間突 然打

5、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 , 成為著火源。啟閉閥門時 ,閥瓣與閥座 的沖擊、擠壓 ,閥門部件之間的摩擦。高速運動的物質微粒 （ 如鐵 銹、灰塵、焊渣、雜質顆粒等 ） 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、雷擊。鐵銹、鐵粉的觸 媒作用等。第 2 章技術及管理對策2.1 氧氣管道設計安全技術 氧氣管道必須架設在非燃燒體支架上 ; 氧氣管道的彎頭、分岔頭不 應與閥門出口直接相連 ;氧氣管道宜架空敷設 , 有利于維修、保養(yǎng)與管 理; 氧氣管道與乙炔、氫氣管道共架敷設時 ,應在乙炔、氫氣管道下方 或支架兩

6、側 ; 氧氣管道根據材質及工作壓力限定最高流速 （氧氣管道中 最高流速不應超過表 1 的規(guī)定 ）; 氧氣管道的閥門必須選用專用氧氣閥 門, 并應符合下列要求 :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 閥門材料選用要求

7、 2.2 氧氣管道制造安裝技術要求 氧氣管道、閥門、分岔頭、法蘭等必須是取得制造許可證單位的 合格產品;氧氣管道、閥門、管件等與氧氣接觸的一切部件 , 安裝前或 檢修后必須嚴格脫脂 ; 氧氣管道安裝完畢后 ,應進行強度試驗及嚴密性 和泄漏率試驗 ;氧氣管道在安裝、檢修后或長期停用再投用前 , 應用無 油干燥空氣或氮氣進行徹底吹掃 , 吹掃流速不應小于 20m/s（嚴禁用氧氣 吹掃管道,以避免燃爆事故 ）; 對于碳鋼、不銹鋼氧氣管道的焊接 ,應采 用電弧焊或氬弧焊 ; 氧氣管道應刷天藍色漆。2.3 氧氣管道使用安全技術要求氧氣管道要經常檢查維護 ; 氧氣管道不得亂接亂用 , 不得在運行中 的氧氣

8、管道上打火引弧 ;手動氧氣閥門的開啟應緩慢進行 ; 氧氣管道上 的安全閥、壓力表等安全裝置要定期檢驗 ,一年一次 ;氧氣管道動火前 應制定動火方案 ; 氧氣管道或閥門著火時應立即切斷上游側氣源。2.4 管理對策 氧氣管道使用單位應貫徹執(zhí)行有關安全法律、法規(guī)和氧氣管道的 技術規(guī)程、標準 ,建立、健全各項氧氣管道安全管理制度 ; 指定專職或 兼職的專業(yè)技術人員負責氧氣管道安全管理工作 , 開展氧氣管道安全宣 傳教育工作 ,對氧氣管道操作人員和檢查人員進行技術培訓 ; 按有關規(guī) 定及時如實地向主管部門和當地勞動行政部門報告氧氣管道事故 , 并協(xié) 助做好事故調查和善后處理工作。氧氣管道的設計單位應取得

9、省級以上有關主管部門頒發(fā)的設計資 格證; 氧氣管道的安裝單位必須持有勞動部門頒發(fā)的氧氣管道安裝許可 證; 從事氧氣管道焊接的焊工和無損探傷的檢驗人員必須按有關規(guī)定取 得勞動行政部門頒發(fā)的特種作業(yè)人員資格證書。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,給國家財產造成重大損失 , 對人員安全形成嚴重威脅。所以從事氧 氣作業(yè)的人員應該充分認識氧氣管道燃爆事故發(fā)生的主要機理 , 并從技 術和管理兩方面入手 , 預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 事故經過2003年7月17日 0：30，因管網壓力高，調度指令停兩臺 1500m3h氧壓機。 0：40操作工發(fā)

10、現“一萬”制氧機恒壓裝置壓力偏 高，管網壓力上漲較快，此時管網壓力為 2.4MPa，申請停 5000m3h 氧壓機。 0：56正當操作工準備停 5000m3h 氧壓機時，聽見一聲巨 響，隨后只見 1500m3h 氧壓機房后天空一片火紅，并持續(xù)了幾秒 鐘。事后發(fā)現，一條新增的連接新建 16000m3h 制氧機與老空分系統(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，同時周圍的樹及草被燒燃。操作人員趕緊關閉相應的閥 門，組織撲火，才未使事態(tài)進一步擴大。3.2 事故原因 事故發(fā)生后，該廠立即組織國內制氧專家對現場進行查看和對事 故管道、焊接處取樣分析。據現場查看及取

11、樣分析情況：管內存在 氧化鐵皮、焊渣及閥門加工的殘渣等雜質；管內有銹渣、水漬； 管道附件彎頭、變徑不符合規(guī)范要求；管托、管座設計不合理，使 膨脹節(jié)產生徑向振動而損壞；施工單位無施工資質。引起氧氣管道燃爆的原因有如下幾個方面：(1) 施工質量問題是造成氧氣管道燃爆的基本原因。管內有氧化 鐵存在，熔融物剝落層內有鐵銹，說明管道酸洗不徹底；管道有銹 渣、水漬，說明管道酸洗后沒有進行鈍化處理及安裝完后較長時間內 未投運時沒有進行充氮保護；焊渣及閥門加工的殘渣存在，說明管 道施工完后吹掃不干凈。進行吹掃時閥門末拆除，閥門存在的死角吹 掃不到。閥門不應參與吹掃，閥門應在拆除后單獨處理，管道應用短 管連接進

12、行吹掃。施工質量問題造成新安裝的氧氣管道內存在氧化 鐵、銹渣、焊渣等殘留異物，在氧氣流動中成為引火物。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、管座及管路走向設計不合理，使膨脹節(jié)產生徑向振動而 損壞。由于管托、管座及管路走向設計時沒有充分考慮管道運行中徑 向振動或位移，當管內壓力變化時，管道產生徑向振動或位移，使膨 脹節(jié)也產生徑向振動而損壞。壓力升高以后膨脹節(jié)就被壓破，氧氣外 泄，形成高速氣流。當管網壓力升到 24MPa時膨脹節(jié)被沖破，氧氣 外泄瞬時流速達到亞音速 (約 300ms) ，管內的雜物在高速氣流帶動下 與管道內壁發(fā)生強烈摩擦、碰撞，使管道局部過熱達到燃點

13、而燃燒。 有關資料顯示：氧氣中混有氧化鐵皮或焊渣，在彎管中的氧氣流速達 到 44m s 時，產生的高溫能將管壁燒紅；雜質為焦炭顆粒、氧氣流速 為 30m s，雜質為無煙煤、氧氣流速為 13m s 時，產生的高溫能將管 壁燒紅。因此當膨脹節(jié)破裂時，管道內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，鋼管在純氧中 也燃熔。(3) 氧氣管道設計缺少安全保證措施。管路設計時未考慮在恒壓調 節(jié)閥前增加過濾器，造成焊渣等雜物將調節(jié)閥卡死，不能及時調節(jié)恒 壓閥后管網壓力，使管網壓力超過正常工作壓力。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

14、應選擇具有相應資質和有氧氣管道 施工經驗的施工隊伍。(2) 氧氣管道在安裝之前應按 GB16912 1997氧氣及相關氣體安 全技術規(guī)程進行嚴格的酸洗、脫脂處理。酸洗、脫脂后管道用不含 油的干燥空氣或氮氣吹凈。(3) 氧氣管道安裝施工后較長時間未投運時應充干燥氮氣進行保 護，以防潮濕空氣進入，使管道生銹。(4) 氧氣管道施工完畢后應進行嚴密的吹掃、試壓及氣密性試驗。 吹掃應不留死角，吹掃氣體應選用干燥無油空氣或氮氣，且流速不小 于 20m s。嚴禁采用氧氣吹掃。(5) 氧氣管路焊接時應采用氬弧焊打底，并按 GBJ235、 GBJ236標 準的有關規(guī)定上升一級處理。3.3.2 氧氣管道設計方面(

15、1) 在選用膨脹節(jié)作管道伸縮補償時，管道走向設計時應充分考慮 減少管道運行過程中的徑向振動或位移的措施 .(2) 在恒壓調節(jié)閥前應設計相應的過濾器，防止鐵銹、雜物卡住調 節(jié)閥。閥門后均應連接一段其長度不短于 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) 氧氣管道應盡量少設彎頭和分岔，工作壓力大于 0.1MPa的氧 氣管道彎頭、變徑應采用沖壓成型法蘭制作。分岔頭的氣流方向應與 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) 氧氣管道應設有良好的消除靜電裝置，接地電阻應小于 10，法蘭間電阻應小于 0.1 。3.4 其他注意事項3.4.1 操作注意事項(1) 開關氧氣閥門時應緩慢進行，操作人員應站在閥門的側面， 開啟要一次到位。(2) 嚴禁用氧氣吹刷管道或用氧氣試漏、試壓。(3) 實行操作票制度，事先對操作目的、方法、條件作出較詳細 的說明和規(guī)定。(4) 直徑大于 70mm的手動氧氣閥門，當閥前后壓差縮小到 0.3MPa以內時才允許操作。3.4.2 維護保養(yǎng)注意事項(1) 氧氣管道要經常檢查維護，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， 1年1 次。(3) 完善接地裝置。(4) 動火作業(yè)前，應進行置換，吹掃，吹出氣體中氧含量在