氧气管道事故原理及分析

1、氧气管道事故原理及分析摘要 近年来，制氧工业迅速发展，所以管氧输送量明显增多。然而在 管氧的输送过程中存在诸多安全隐患。本文阐述了工业氧气管道燃爆 事故的一些重要原因，提出了对其进行预防和控制的机理和方法。并 对一典型事故进行了具体的分析。关键字：氧气管道；事故；原理。目录引言 1第 1 章氧气管道的事故原理 2第 2 章技术及管理对策 32.1 氧气管道设计安全技术 32.2 氧气管道制造安装技术要求 32.3 氧气管道使用安全技术要求 42.4 管理对策 4第三章事故案例 53.1 事故经过 53.2 事故原因 53.3 事故防范措施 63.4 其他注意事项 7参考文献 8引言随着科学技术

2、的发展 ,制氧工业在国民经济中的地位日益重要 , 工 业用氧量不断增大 , 尤其是管氧输送量的增多更为明显。管氧大多数采 用纯氧、中压输送，但随之而来的燃爆事故也时有发生 , 并且损失严 重。氧气管道的燃爆事故是制氧厂发生最频繁和危害最严重的事故。 因此氧气管道的安全运行尤为重要。防止氧气管道燃爆事故的发生， 应引起高度重视。第 1 章氧气管道的事故原理 对氧气管道事故的分析主要应从工程力学性质和燃烧、爆炸机理 以及安全管理理论入手 ,进行客观分析。概括地讲 , 引起氧气管道事故 的原因主要有以下几个方面 :（1）设计有缺陷。主要是氧气管道的布置不合理 , 如与其他管 道、建筑物、电线、道路和

3、铁路等没有足够的安全间距 ; 敷设方式不合 理; 管件选用不当以及设计的管道流速过高等。（2）选材不当。主要体现在 : 管道材质选用不当 ,对不同的工作压 力和不同的使用场所在选材上有误 ; 管道法兰和阀门材料没有依据不同 地段的工作压力分别对待等。（3）安装检修不良。指安装的氧气管道有裂纹、鳞皮、夹渣、焊 瘤等缺陷 ; 接触氧气的内壁表面不光洁 ; 与氧气接触的部分没有严格除 锈、脱脂 ; 氧气管道安装后没有严格按有关规定进行强度及严密性试验 氧气管道在安装、检修后没有按规定用无油干燥空气或氮气进行吹扫 ; 阀门和法兰的设置不合理等。（4）操作及维护不当。如手动氧气阀门开启过快 ; 带旁通阀

4、的阀 门未先开启旁通阀 ;对氧气管道动火前 , 未制定动火方案 ; 碳钢管没执行 每 5 年进行一次吹扫及测厚的规定等。（5）安全管理上的失误。没有切实贯彻执行有关安全法律、法规 和氧气管道的技术规程、标准 ; 氧气管道的操作检修人员素质较差等。（6）激发能源。从燃爆“三要素” （ 可燃物、氧化剂、激发能源 ） 的机理进行分析 ,氧气管道本身材质一般是碳钢或不锈钢 , 因含碳,在纯 氧状态下也可燃 ,而且铁燃烧时放热量大 , 温升很快。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。导致氧气管道燃爆的激发能源有多种 : 阀门在高低压段之间突 然打

5、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 “绝热压缩” ,局部温度猛升 , 成为着火源。启闭阀门时 ,阀瓣与阀座 的冲击、挤压 ,阀门部件之间的摩擦。高速运动的物质微粒 （ 如铁 锈、灰尘、焊渣、杂质颗粒等 ） 与管壁的摩擦。加热面、火焰、辐射 热等外部高温。油脂引燃。静电感应、雷击。铁锈、铁粉的触 媒作用等。第 2 章技术及管理对策2.1 氧气管道设计安全技术 氧气管道必须架设在非燃烧体支架上 ; 氧气管道的弯头、分岔头不 应与阀门出口直接相连 ;氧气管道宜架空敷设 , 有利于维修、保养与管 理; 氧气管道与乙炔、氢气管道共架敷设时 ,应在乙炔、氢气管道下方 或支架两

6、侧 ; 氧气管道根据材质及工作压力限定最高流速 （氧气管道中 最高流速不应超过表 1 的规定 ）; 氧气管道的阀门必须选用专用氧气阀 门, 并应符合下列要求 :氧气工作压力 /MPaN0.10.1N3.03.0N10N10 最高允许流速 /（ms-1） 根据管系压降确定 15（碳钢）25（ 不锈钢）10（ 不锈钢）6（ 铜）表 1 管道中氧气最高允许流速工作压力 /MPa材料 N0.6 阀体、阀盖采用可锻铸铁、球墨铸铁 或铸钢阀杆采用碳钢或不锈钢阀瓣采用不锈钢 0.6N10 采用全不锈 钢、全铜基合金或不锈钢与铜基合金组合 （优先选用铜基合金 ）N10 采用 全铜基合金表 2 阀门材料选用要求

7、 2.2 氧气管道制造安装技术要求 氧气管道、阀门、分岔头、法兰等必须是取得制造许可证单位的 合格产品;氧气管道、阀门、管件等与氧气接触的一切部件 , 安装前或 检修后必须严格脱脂 ; 氧气管道安装完毕后 ,应进行强度试验及严密性 和泄漏率试验 ;氧气管道在安装、检修后或长期停用再投用前 , 应用无 油干燥空气或氮气进行彻底吹扫 , 吹扫流速不应小于 20m/s（严禁用氧气 吹扫管道,以避免燃爆事故 ）; 对于碳钢、不锈钢氧气管道的焊接 ,应采 用电弧焊或氩弧焊 ; 氧气管道应刷天蓝色漆。2.3 氧气管道使用安全技术要求氧气管道要经常检查维护 ; 氧气管道不得乱接乱用 , 不得在运行中 的氧气

8、管道上打火引弧 ;手动氧气阀门的开启应缓慢进行 ; 氧气管道上 的安全阀、压力表等安全装置要定期检验 ,一年一次 ;氧气管道动火前 应制定动火方案 ; 氧气管道或阀门着火时应立即切断上游侧气源。2.4 管理对策 氧气管道使用单位应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、健全各项氧气管道安全管理制度 ; 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 , 开展氧气管道安全宣 传教育工作 ,对氧气管道操作人员和检查人员进行技术培训 ; 按有关规 定及时如实地向主管部门和当地劳动行政部门报告氧气管道事故 , 并协 助做好事故调查和善后处理工作。氧气管道的设计单位应取得

9、省级以上有关主管部门颁发的设计资 格证; 氧气管道的安装单位必须持有劳动部门颁发的氧气管道安装许可 证; 从事氧气管道焊接的焊工和无损探伤的检验人员必须按有关规定取 得劳动行政部门颁发的特种作业人员资格证书。综上所述,由于氧气管道燃爆事故比较频繁 ,往往伤亡惨重 ,损失惊 人,给国家财产造成重大损失 , 对人员安全形成严重威胁。所以从事氧 气作业的人员应该充分认识氧气管道燃爆事故发生的主要机理 , 并从技 术和管理两方面入手 , 预防和控制氧气管道燃爆事故的发生。第三章事故案例3.1 事故经过2003年7月17日 0：30，因管网压力高，调度指令停两台 1500m3h氧压机。 0：40操作工发

10、现“一万”制氧机恒压装置压力偏 高，管网压力上涨较快，此时管网压力为 2.4MPa，申请停 5000m3h 氧压机。 0：56正当操作工准备停 5000m3h 氧压机时，听见一声巨 响，随后只见 1500m3h 氧压机房后天空一片火红，并持续了几秒 钟。事后发现，一条新增的连接新建 16000m3h 制氧机与老空分系统 的膨胀节被炸裂，被炸裂的膨胀节后面的 20 多米的氧气管道被烧黑并 部分烧熔，同时周围的树及草被烧燃。操作人员赶紧关闭相应的阀 门，组织扑火，才未使事态进一步扩大。3.2 事故原因 事故发生后，该厂立即组织国内制氧专家对现场进行查看和对事 故管道、焊接处取样分析。据现场查看及取

11、样分析情况：管内存在 氧化铁皮、焊渣及阀门加工的残渣等杂质；管内有锈渣、水渍； 管道附件弯头、变径不符合规范要求；管托、管座设计不合理，使 膨胀节产生径向振动而损坏；施工单位无施工资质。引起氧气管道燃爆的原因有如下几个方面：(1) 施工质量问题是造成氧气管道燃爆的基本原因。管内有氧化 铁存在，熔融物剥落层内有铁锈，说明管道酸洗不彻底；管道有锈 渣、水渍，说明管道酸洗后没有进行钝化处理及安装完后较长时间内 未投运时没有进行充氮保护；焊渣及阀门加工的残渣存在，说明管 道施工完后吹扫不干净。进行吹扫时阀门末拆除，阀门存在的死角吹 扫不到。阀门不应参与吹扫，阀门应在拆除后单独处理，管道应用短 管连接进

12、行吹扫。施工质量问题造成新安装的氧气管道内存在氧化 铁、锈渣、焊渣等残留异物，在氧气流动中成为引火物。这些引火物 的存在为本次氧气管道燃爆事故提供了基本条件。(2) 管托、管座及管路走向设计不合理，使膨胀节产生径向振动而 损坏。由于管托、管座及管路走向设计时没有充分考虑管道运行中径 向振动或位移，当管内压力变化时，管道产生径向振动或位移，使膨 胀节也产生径向振动而损坏。压力升高以后膨胀节就被压破，氧气外 泄，形成高速气流。当管网压力升到 24MPa时膨胀节被冲破，氧气 外泄瞬时流速达到亚音速 (约 300ms) ，管内的杂物在高速气流带动下 与管道内壁发生强烈摩擦、碰撞，使管道局部过热达到燃点

13、而燃烧。 有关资料显示：氧气中混有氧化铁皮或焊渣，在弯管中的氧气流速达 到 44m s 时，产生的高温能将管壁烧红；杂质为焦炭颗粒、氧气流速 为 30m s，杂质为无烟煤、氧气流速为 13m s 时，产生的高温能将管 壁烧红。因此当膨胀节破裂时，管道内的氧气流速大大提高，致使施 工中留在管道中的氧化铁、焊渣在高纯氧中燃烧起来，钢管在纯氧中 也燃熔。(3) 氧气管道设计缺少安全保证措施。管路设计时未考虑在恒压调 节阀前增加过滤器，造成焊渣等杂物将调节阀卡死，不能及时调节恒 压阀后管网压力，使管网压力超过正常工作压力。3.3 事故防范措施3.3.1 氧气管道安装方面(1) 在确定氧气管道施工单位时

14、应选择具有相应资质和有氧气管道 施工经验的施工队伍。(2) 氧气管道在安装之前应按 GB16912 1997氧气及相关气体安 全技术规程进行严格的酸洗、脱脂处理。酸洗、脱脂后管道用不含 油的干燥空气或氮气吹净。(3) 氧气管道安装施工后较长时间未投运时应充干燥氮气进行保 护，以防潮湿空气进入，使管道生锈。(4) 氧气管道施工完毕后应进行严密的吹扫、试压及气密性试验。 吹扫应不留死角，吹扫气体应选用干燥无油空气或氮气，且流速不小 于 20m s。严禁采用氧气吹扫。(5) 氧气管路焊接时应采用氩弧焊打底，并按 GBJ235、 GBJ236标 准的有关规定上升一级处理。3.3.2 氧气管道设计方面(

15、1) 在选用膨胀节作管道伸缩补偿时，管道走向设计时应充分考虑 减少管道运行过程中的径向振动或位移的措施 .(2) 在恒压调节阀前应设计相应的过滤器，防止铁锈、杂物卡住调 节阀。阀门后均应连接一段其长度不短于 5 倍管径、且不小于 1.5m的 铜基合金或不锈钢管道，防止着火。(3) 氧气管道应尽量少设弯头和分岔，工作压力大于 0.1MPa的氧 气管道弯头、变径应采用冲压成型法兰制作。分岔头的气流方向应与 主管气流方向成 4560角。(4) 法兰密封圈宜采用紫铜或聚四氟乙烯材料的 O型密封圈。(5) 氧气管道应设有良好的消除静电装置，接地电阻应小于 10，法兰间电阻应小于 0.1 。3.4 其他注意事项3.4.1 操作注意事项(1) 开关氧气阀门时应缓慢进行，操作人员应站在阀门的侧面， 开启要一次到位。(2) 严禁用氧气吹刷管道或用氧气试漏、试压。(3) 实行操作票制度，事先对操作目的、方法、条件作出较详细 的说明和规定。(4) 直径大于 70mm的手动氧气阀门，当阀前后压差缩小到 0.3MPa以内时才允许操作。3.4.2 维护保养注意事项(1) 氧气管道要经常检查维护，除锈刷漆，每 35 年一次。(2) 管路上的安全阀、压力表，要定期校验， 1年1 次。(3) 完善接地装置。(4) 动火作业前，应进行置换，吹扫，吹出气体中氧含量在