氧气调节阀组的安全运行

1、*运行维护*氧气调节阀组的安全运行马大方（武汉钢铁集团氧气有限责任公司，湖北省武汉市青山区白玉山430083）摘要：简介氧气调节阀组的组成和结构，分析氧气调节阀组发生燃爆事故的原因;结合典型案例，从可燃物、氧化剂和激发能源燃爆三要素，分析氧气调节阀组的危险性;从设计、制造、施工和运行四个方面，针对性地提出安全防范措施。关键词：氧气输送;氧气调节阀组;燃爆事故;危险性分析;防范措施中图分类号：TQ116.11文献标识码：ASaferunofoxygenadjustmentvalvesetMaDafang（OxygenCo，Ltd，WuhanIronandSteelGroup，Baiyushan，

2、QingshanDistrict，Wuhan430083，Hubei，PRChina）Abstract：Thecompositionsandstructureoftheoxygenadjustmentvalvesetarebriefed，thecausesforitsexplosionaccidentisapproached，anditsdangerisanalyzedfromthreeelementsofexplosion（combustible，oxidantandexcitationenergy）incombinationwithtypicalexamples，andthesafepre

3、ventivemeasuresareprospectivelysuggestedfromthedesign，manufacture，constructionandoperationKeywords：Oxygenconveyance；Oxygenadjustmentvalveset；Explosionaccident；Analysisofdanger；Preventivemeasures前言根据工艺需要，调节氧气压力或流量，包括气动或电动调节阀及其入口阀、出口阀、旁通阀、阻火管、过滤器和仪控系统的阀门管道组合，称为氧气调节阀组，其结构如图1所示。图1氧气调节阀组结构示意图1氧气调节阀2入口阀3出

4、口阀4旁通阀5氧气过滤器6调节阀入口阻火管7调节阀出口阻火管8调节阀组入口阻火管07-08收稿日期：2012-作者简介：马大方，男，1940年生，教授级高级工程师，1962年毕业于武汉钢铁学院，曾任武汉钢铁集团氧气厂副厂3长、热力厂厂长、能源总厂副厂长，参与武汉钢铁集团氧气有限责任公司4套60000m/h空分设备的筹建工作，现为冶金工业气体安全技术协会理事长。·1·近年来，从制氧站到用户，氧气调节阀组事故频发，有的氧气调节阀燃爆，有的氧气过滤器烧毁，有的阻火管熔断，更有甚者，整个氧气调节阀组燃爆，设备严重损坏，影响生产，损失巨大。氧气调节阀组已成为燃爆事故频发的危险源，应该

5、引起关注。1氧气调节阀组燃爆事故原因分析1.1氧气管道和调节阀组未吹扫干净、施工质量差2005年5月，某大型钢铁公司三炼钢3#转炉投产不久，炉顶氧气调节阀组突然发出一声巨响，发生重大燃爆事故。氧气调节阀烧毁，氧气过滤器烧出一个大洞，部分氧气管道熔断，高温带压熔渣还将旁边的钢平台烧穿，并将邻近的其他介质管道烧损，现场一片狼藉，被迫停产，幸未伤人。经检查分析，确认事故的主要原因是：由于客观条件所限和对安全重视不够，没有将新建的氧气管道和调节阀组吹扫干净。在烧坏的氧气过滤器内还存有未烧尽的铁锈、焊渣颗粒，这些异物在纯氧氛围中带压高速流动时撞击、摩擦，将阀门、管道、过滤器引燃。施工质量差也是重要原因。

6、不少焊缝未焊透，现场制作的弯头、三通、异径管等管道附件不规范，内部有许多突出部分，在氧气高速流动中这都是容易引起燃爆事故的“撞击场合”。最终，这套氧气调节阀组完全报废。2006年5月3日，河北省某钢铁公司制氧厂氧气调压站的氧气调节阀组发生燃爆。原因也是氧气管道焊接施工后，焊渣、灰尘、杂物等未吹扫干净，部分聚集在氧气过滤器内，没有定期清扫，这些异物不断与高压、高速的氧气摩擦、旋转、撞击，最终发生燃爆事故。1.2氧气快速切断阀选材或操作不当2010年7月1日19：00，某大型钢铁公司二中板钢厂250t转炉氧气调压室发生燃爆事故，氧气调节阀及其前后的快速切断阀烧毁，设备损坏严重，影响炼钢生产。此类事

7、故曾发生多起，究其原因主要有二：一是引进的氧气快速切断阀（蝶阀）阀体上的密封圈采用了可燃的橡胶材质，在高速、高压纯氧流中很容易被引燃，这是主要诱因。二是氧气调节阀前后都设有氧气快速切断阀，需要时能快速切断氧源，保证安全。但不能快开，若有时快·2·开，在约1.5MPa压差下氧气高速流动、摩擦、撞击，极易发生燃爆事故。1.3氧气调节阀组及相关管路选材不当、氧压偏高2011年5月26日19：00左右，某大型钢铁公司氧气厂一个氧气调压站突然发出一声巨响，发生燃爆，有火焰红光，持续了23分钟，断氧后火焰熄灭。燃爆时氧气压力为2.5MPa（G，下同），正常生产，无任何操作。氧气管道管径

8、DN250mm，氧气调节阀口径DN200mm（实际有效通径为DN150mm），调节阀为从国外引进的全不锈钢截止阀。调节阀中部阀芯、阀座全部烧毁，入口部分挂在入口法兰上，出口熔毁，部分落地，出口法兰及长约500mm的氧气管道熔化后落地；金属熔渣四溅，喷满氧气调压室内部；氧气调节阀入口的氧气过滤器严重变形，但未燃烧。造成大范围断氧，严重影响炼钢、炼铁生产。经多次分析研究，认为事故原因主要是：引进的氧气调节阀结构不合理，阀芯与阀座严重偏磨，成为引燃激发能源。氧气调节阀材质不合理，阀芯和阀座均为不锈钢。按照国家安全标准，这种摩擦、“撞击场合”应采用不能燃烧的铜合金。后来制造厂改为采用强度更高且不燃烧的

9、蒙乃尔（MONEL）合金。氧气球罐内无防锈涂料，罐区氧气管道为碳钢管，可能有锈渣、异物随氧气流移动到氧气调压站。氧气过滤器虽未燃爆，但内外材质为可被引燃的不锈钢，国家安全标准规定其内件应为铜及铜合金，滤网宜优先选用镍铜合金，其次为铜合金，必须整改。发生事故时氧气压力偏高，危险性更大。2氧气调节阀组危险性分析现从燃爆三要素（可燃物、氧化剂、激发能源）基础理论，结合氧气调节阀组的事故案例对其进行危险性分析。2.1可燃物可燃物一般指气体燃料、液体燃料、固体燃料和一切可以燃烧的物质。氧气调节阀组的阀门、过滤器、管道及管件等脱脂不净，含有油污；阀门密封件、法兰垫片采用可燃材料（如橡胶等）；管道施工中遗留

10、有破布、手套等易燃物品。这些都是非常危险的可燃物。现对氧气调节阀组的阀门、过滤器、管道及管件的材质重点探讨一下。碳钢或不锈钢正常环境下不可燃，但用这样的材料做成氧气调节阀组，其内部流动着高压纯氧时，一旦混有激发能源就会被点燃，成为可燃材料。这有理论依据，也被大量事故证明。碳钢含碳，属可燃性材料，大量的铁素体在纯氧中可燃，而且燃烧时放热量大，温升很快。不锈钢中铬含量17%19%、镍含量9%12%，而铬含量达到10%13%就不生锈，避免了一些激发能源的产生，比碳钢安全；但其绝大部分组分仍然是铁素体，在高压纯氧中可被点燃；且因其导热性不好，仅为碳钢的三分之一，一经点燃，烧得更快。只有铜及铜合金、镍及

11、镍基合金等属不扩散性燃烧材料。氧气调节阀组材质的选择，应该根据安全第一、技术经济合理的原则进行。2.2氧化剂氧气本身就是一种强氧化剂。纯度愈高，压力愈高，危险性愈大。氧气纯度越高，物质燃点越低。钢铁在空气中不能被点燃，而在纯氧中可被点燃。氧气压力越高，物质燃点越低。当氧气压力为3MPa时，物质燃点比常压时下降约100。氧气调节阀组的设备及管道内充满高压、高速纯氧流，这是其功能之必需，不可避免。2.3激发能源典型的“撞击场合”欧洲工业气体协会（EIGA）通过大量科学试验与工程实践经验总结制定了氧气管道系统标准，得到世界同行认可。该标准将氧气管道、阀门、管件等科学地分为“撞击场合”和“非撞击场合”

12、。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”；否则称“非撞击场合”。撞击场合”容易发生激发能源，引起燃烧与爆炸，是危险场合，安全控制要求更加严格。氧气调节阀组的调节阀、入口阀、出口阀、旁通阀和过滤器等都是典型的“撞击场合”氧气调节阀动作频繁、氧气流速高为了稳定用户工况，只能保持氧气压力或流量相对稳定，氧气调节阀需频繁动作，产生激发能源。当调节阀结构不合理，有偏磨现象时更易引发燃爆事故。当氧气流量保持不变时，氧气流速与氧气压力成反比，与管道或阀门有效通径的平方成反比。对氧气调节阀而言，为维持氧气流量不变，因减压使氧气流速增大，又因有效

13、通径缩小12个等级，流速更大大增大。比如：氧气管道DN250mm，氧气压力2MPa，输送氧量为20000m3/h（5.6m3高速运动的物质微粒的摩擦和冲击碰撞高速运动的物质微粒（如铁锈、焊渣、灰尘和杂质等）与管壁摩擦、相互冲击和在阀门、弯头、分岔头、异径管及焊瘤等处冲击、碰撞，尤其当氧气过滤器中聚集了大量铁锈、焊渣等异物，又未及时清扫，在内反复摩擦、旋涡撞击，更易引发燃爆事故。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，它们在纯氧中的燃点仅为300400，并随氧气压力增高和粒度细化而降低，这些微粒的燃烧导致碳钢管起火。为杜绝氧气调节阀组燃爆事故，应千方百计清除和防止一切激发

14、能源的产生。3氧气调节阀组安全防范措施国家标准深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程（GB169122008）中的有关规定，是制定氧气调节阀组安全防范措施的原则与依据。3.1完善的设计是安全的前提（1）氧气调节阀组的设计单位必须具有相应设计资质以及丰富的设计经验和业绩，保证设计安全可靠。（2）氧气调节阀组中，氧气调节阀是为了满足工艺需要调节氧气压力或流量的主要设备，入口·3·“阀、出口阀和旁通阀是生产操作之必需，阻火管防止扩散性燃烧，过滤器过滤铁锈、焊渣等异物，以保护氧气调节阀，仪控系统是工艺与安全的共同需要等等，各司其职，缺一不可，是一个完整的整体，必须进行完整的设计。

15、以往的氧气调压站，有的缺少旁通阀或阻火管甚至过滤器，很不完善，设计水平差距大，威胁安全运行。除此以外，完善的设计还宜设置独立阀门室或防护墙，手动阀门的阀杆应伸出防护墙外操作，有的还包括保安的氧气快速切断阀。（3）氧气管道阀门应选用专用氧气阀门。阀门材质选取根据标准GB169122008的有关规定，氧气压力在0.610.0MPa（含），可采用不锈钢、铜合金或不锈钢与铜合金组合（优先选用铜合金）、镍及镍基合金。氧气压力范围广，材质选择范围大，实质是氧气压力越高越要选用不扩散性燃烧的铜合金或镍及镍基合金材料，最终由设计者根据实际情况选定。笔者认为，氧气阀门，尤其是典型“撞击场合”可采用奥氏体不锈钢材

16、质，最高允许流速25m/s；氧气压力在3.010.0MPa（含），氧气管道只能用铜合金或镍及镍基合金材料，而最高允许流速在压力降允许时没有限制。（5）氧气调节阀前应设置可定期清洗的氧气过滤器。氧气过滤器壳体应采用不锈钢或铜及铜合金，过滤器内件应采用铜及铜合金。滤网除满足过滤功能外，应有足够强度，以防止碎裂。滤网宜优先选用镍铜合金材料，其次为铜合金（含铝铜合3.2优质的制造是安全的基础（1）氧气调节阀组中的调节阀、入口阀、出口阀、旁通阀、阻火管、过滤器和管件等设备制造·4·商，应持有相应的制造许可证，具备合格的制造条件与管理水平，并应对其出厂设备的质量与安全负责，应出具安全、

17、质量证书和产品合格证，以及安装、操作、维修等完整的技术文件。（2）产权单位应对上述关键设备进行设计审查与产品监制，尤其是材质控制，按设计要求制造，做到安全可靠、品质优良、维修检查方便、操作简易。3.3清洁的施工是安全的关键（1）施工、安装单位应具备相应的资质。施工、安装完毕应做好安全、质量检查和验收交接。（2）氧气调节阀组的设备管道施工安装，除严格遵循压力管道施工有关国家标准外，还有其特殊的安全规定。如管道与阀门等设备严格除锈脱脂、焊接探伤、吹扫验收等，若这些环节把关不严，容易引发燃爆事故。除锈可用喷砂、酸洗等方法，接触氧气的表面应彻底去除毛刺、焊瘤、黏砂、铁锈和其他可燃物，保持内壁光滑清洁。

18、脱脂可用无机非可燃清洗剂、二氯乙烷、三氯乙烯等溶剂，并应用紫外线检查法、樟脑检查法或溶剂分析法进行检查，直到合格为止。在施工安装过程中要采取措施，防止油脂、可燃物、铁锈、焊渣和砂土等再度污染。管道施工安装完毕，在系统调节阀、入口阀、出口阀、旁通阀和过滤器尚未安装的情况下，用无油干燥空气或氮气将管道系统吹扫干净，直至管道系统内无铁锈、尘埃及其他杂物为止。吹扫速度不小于20m/s，且不低于氧气管道设计的最大流速。吹扫完毕再安装阀门、过滤器等设备。（3）氧气管道系统严格焊接探伤、进行压力及泄漏性试验是保证施工安装质量和安全的基本要求与重要环节。这方面由于执行较好，造成的事故不多，此处不赘述。3.4规

19、范的运行是安全的保障规范的运行包括氧气调节阀组的操作、维修与管理。（1）氧气调节阀组中的入口阀、出口阀、旁通阀等手动调节阀门的开启应缓慢进行，并通过长阀杆在防护墙外操作，以保护操作者。禁止非调节氧气阀门作调节阀门使用。严禁用普通油脂润滑阀杆丝扣，而要用不会燃烧的合格硅油、硅脂或二硫化钼。（2）当炼钢转炉氧气调压室配有氧气快速切断阀时，在紧急情况下应快速断氧保安。但不应快速开启，以避免大量氧气在大压差下高速流动引发燃爆事故。（3）氧气调节阀是典型的“撞击场合”，且动作频繁、流速高，必须稳妥地遥控操作，一般采用气动阀门，以保证安全。（4）氧气管道或阀门着火时，应立即切断气源，以防事故扩大。（5）氧

20、气过滤器应定期清扫，清除铁锈与异物，保护氧气调节阀，防止发生燃爆事故。若不定期清扫，氧气过滤器不仅不保安，反而会成为安全隐患。其定期清扫周期由使用单位根据实际清扫情况、清洁程度而定。氧气管道系统在施工、检修后，要送氧前必须检查并清扫氧气过滤器，确认内部清洁无异物后方能送氧，以保安全。（6）氧气管道及氧气调节阀组要经常检查并维护。碳钢主干管宜五年进行一次吹扫，以防止铁锈聚集，引发火灾；宜五年进行一次管壁测厚，主要测定弯头及氧气调节阀后的管道，以确保这些易冲刷、磨损部位的管壁处于安全厚度。每年校验一次安全接地装置。（7）要经常检查并校验氧气调节阀组的仪控系统，以保证其安全、准确、灵敏、可靠。（8）应建立氧气管道（含氧气调节阀组）档案，由熟悉管道流程的氧气专业人员进行管理。氧气管道作业人员应持证上岗。对氧气管道（含氧气调节阀组）进行动火作业前，应制定动火方案，其内容应包括负责人、作业流程图、操作方案、安全措施、人员分工、监护人和化验人员等，并经有关部门批准后方可进行。4结论氧气调节阀组的设备及管道内充满高压、高速纯氧流