氧氣調(diào)節(jié)閥組的安全運(yùn)行

1、*運(yùn)行維護(hù)*氧氣調(diào)節(jié)閥組的安全運(yùn)行馬大方（武漢鋼鐵集團(tuán)氧氣有限責(zé)任公司，湖北省武漢市青山區(qū)白玉山430083）摘要：簡介氧氣調(diào)節(jié)閥組的組成和結(jié)構(gòu)，分析氧氣調(diào)節(jié)閥組發(fā)生燃爆事故的原因;結(jié)合典型案例，從可燃物、氧化劑和激發(fā)能源燃爆三要素，分析氧氣調(diào)節(jié)閥組的危險(xiǎn)性;從設(shè)計(jì)、制造、施工和運(yùn)行四個(gè)方面，針對性地提出安全防范措施。關(guān)鍵詞：氧氣輸送;氧氣調(diào)節(jié)閥組;燃爆事故;危險(xiǎn)性分析;防范措施中圖分類號(hào)：TQ116.11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：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前言根據(jù)工藝需要，調(diào)節(jié)氧氣壓力或流量，包括氣動(dòng)或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及其入口閥、出口閥、旁通閥、阻火管、過濾器和儀控系統(tǒng)的閥門管道組合，稱為氧氣調(diào)節(jié)閥組，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1氧氣調(diào)節(jié)閥組結(jié)構(gòu)示意圖1氧氣調(diào)節(jié)閥2入口閥3出

4、口閥4旁通閥5氧氣過濾器6調(diào)節(jié)閥入口阻火管7調(diào)節(jié)閥出口阻火管8調(diào)節(jié)閥組入口阻火管07-08收稿日期：2012-作者簡介：馬大方，男，1940年生，教授級(jí)高級(jí)工程師，1962年畢業(yè)于武漢鋼鐵學(xué)院，曾任武漢鋼鐵集團(tuán)氧氣廠副廠3長、熱力廠廠長、能源總廠副廠長，參與武漢鋼鐵集團(tuán)氧氣有限責(zé)任公司4套60000m/h空分設(shè)備的籌建工作，現(xiàn)為冶金工業(yè)氣體安全技術(shù)協(xié)會(huì)理事長。·1·近年來，從制氧站到用戶，氧氣調(diào)節(jié)閥組事故頻發(fā)，有的氧氣調(diào)節(jié)閥燃爆，有的氧氣過濾器燒毀，有的阻火管熔斷，更有甚者，整個(gè)氧氣調(diào)節(jié)閥組燃爆，設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，影響生產(chǎn)，損失巨大。氧氣調(diào)節(jié)閥組已成為燃爆事故頻發(fā)的危險(xiǎn)源，應(yīng)該

5、引起關(guān)注。1氧氣調(diào)節(jié)閥組燃爆事故原因分析1.1氧氣管道和調(diào)節(jié)閥組未吹掃干凈、施工質(zhì)量差2005年5月，某大型鋼鐵公司三煉鋼3#轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)不久，爐頂氧氣調(diào)節(jié)閥組突然發(fā)出一聲巨響，發(fā)生重大燃爆事故。氧氣調(diào)節(jié)閥燒毀，氧氣過濾器燒出一個(gè)大洞，部分氧氣管道熔斷，高溫帶壓熔渣還將旁邊的鋼平臺(tái)燒穿，并將鄰近的其他介質(zhì)管道燒損，現(xiàn)場一片狼藉，被迫停產(chǎn)，幸未傷人。經(jīng)檢查分析，確認(rèn)事故的主要原因是：由于客觀條件所限和對安全重視不夠，沒有將新建的氧氣管道和調(diào)節(jié)閥組吹掃干凈。在燒壞的氧氣過濾器內(nèi)還存有未燒盡的鐵銹、焊渣顆粒，這些異物在純氧氛圍中帶壓高速流動(dòng)時(shí)撞擊、摩擦，將閥門、管道、過濾器引燃。施工質(zhì)量差也是重要原因。

6、不少焊縫未焊透，現(xiàn)場制作的彎頭、三通、異徑管等管道附件不規(guī)范，內(nèi)部有許多突出部分，在氧氣高速流動(dòng)中這都是容易引起燃爆事故的“撞擊場合”。最終，這套氧氣調(diào)節(jié)閥組完全報(bào)廢。2006年5月3日，河北省某鋼鐵公司制氧廠氧氣調(diào)壓站的氧氣調(diào)節(jié)閥組發(fā)生燃爆。原因也是氧氣管道焊接施工后，焊渣、灰塵、雜物等未吹掃干凈，部分聚集在氧氣過濾器內(nèi)，沒有定期清掃，這些異物不斷與高壓、高速的氧氣摩擦、旋轉(zhuǎn)、撞擊，最終發(fā)生燃爆事故。1.2氧氣快速切斷閥選材或操作不當(dāng)2010年7月1日19：00，某大型鋼鐵公司二中板鋼廠250t轉(zhuǎn)爐氧氣調(diào)壓室發(fā)生燃爆事故，氧氣調(diào)節(jié)閥及其前后的快速切斷閥燒毀，設(shè)備損壞嚴(yán)重，影響煉鋼生產(chǎn)。此類事

7、故曾發(fā)生多起，究其原因主要有二：一是引進(jìn)的氧氣快速切斷閥（蝶閥）閥體上的密封圈采用了可燃的橡膠材質(zhì)，在高速、高壓純氧流中很容易被引燃，這是主要誘因。二是氧氣調(diào)節(jié)閥前后都設(shè)有氧氣快速切斷閥，需要時(shí)能快速切斷氧源，保證安全。但不能快開，若有時(shí)快·2·開，在約1.5MPa壓差下氧氣高速流動(dòng)、摩擦、撞擊，極易發(fā)生燃爆事故。1.3氧氣調(diào)節(jié)閥組及相關(guān)管路選材不當(dāng)、氧壓偏高2011年5月26日19：00左右，某大型鋼鐵公司氧氣廠一個(gè)氧氣調(diào)壓站突然發(fā)出一聲巨響，發(fā)生燃爆，有火焰紅光，持續(xù)了23分鐘，斷氧后火焰熄滅。燃爆時(shí)氧氣壓力為2.5MPa（G，下同），正常生產(chǎn)，無任何操作。氧氣管道管徑

8、DN250mm，氧氣調(diào)節(jié)閥口徑DN200mm（實(shí)際有效通徑為DN150mm），調(diào)節(jié)閥為從國外引進(jìn)的全不銹鋼截止閥。調(diào)節(jié)閥中部閥芯、閥座全部燒毀，入口部分掛在入口法蘭上，出口熔毀，部分落地，出口法蘭及長約500mm的氧氣管道熔化后落地；金屬熔渣四濺，噴滿氧氣調(diào)壓室內(nèi)部；氧氣調(diào)節(jié)閥入口的氧氣過濾器嚴(yán)重變形，但未燃燒。造成大范圍斷氧，嚴(yán)重影響煉鋼、煉鐵生產(chǎn)。經(jīng)多次分析研究，認(rèn)為事故原因主要是：引進(jìn)的氧氣調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)不合理，閥芯與閥座嚴(yán)重偏磨，成為引燃激發(fā)能源。氧氣調(diào)節(jié)閥材質(zhì)不合理，閥芯和閥座均為不銹鋼。按照國家安全標(biāo)準(zhǔn)，這種摩擦、“撞擊場合”應(yīng)采用不能燃燒的銅合金。后來制造廠改為采用強(qiáng)度更高且不燃燒的

9、蒙乃爾（MONEL）合金。氧氣球罐內(nèi)無防銹涂料，罐區(qū)氧氣管道為碳鋼管，可能有銹渣、異物隨氧氣流移動(dòng)到氧氣調(diào)壓站。氧氣過濾器雖未燃爆，但內(nèi)外材質(zhì)為可被引燃的不銹鋼，國家安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其內(nèi)件應(yīng)為銅及銅合金，濾網(wǎng)宜優(yōu)先選用鎳銅合金，其次為銅合金，必須整改。發(fā)生事故時(shí)氧氣壓力偏高，危險(xiǎn)性更大。2氧氣調(diào)節(jié)閥組危險(xiǎn)性分析現(xiàn)從燃爆三要素（可燃物、氧化劑、激發(fā)能源）基礎(chǔ)理論，結(jié)合氧氣調(diào)節(jié)閥組的事故案例對其進(jìn)行危險(xiǎn)性分析。2.1可燃物可燃物一般指氣體燃料、液體燃料、固體燃料和一切可以燃燒的物質(zhì)。氧氣調(diào)節(jié)閥組的閥門、過濾器、管道及管件等脫脂不凈，含有油污；閥門密封件、法蘭墊片采用可燃材料（如橡膠等）；管道施工中遺留

10、有破布、手套等易燃物品。這些都是非常危險(xiǎn)的可燃物?，F(xiàn)對氧氣調(diào)節(jié)閥組的閥門、過濾器、管道及管件的材質(zhì)重點(diǎn)探討一下。碳鋼或不銹鋼正常環(huán)境下不可燃，但用這樣的材料做成氧氣調(diào)節(jié)閥組，其內(nèi)部流動(dòng)著高壓純氧時(shí)，一旦混有激發(fā)能源就會(huì)被點(diǎn)燃，成為可燃材料。這有理論依據(jù)，也被大量事故證明。碳鋼含碳，屬可燃性材料，大量的鐵素體在純氧中可燃，而且燃燒時(shí)放熱量大，溫升很快。不銹鋼中鉻含量17%19%、鎳含量9%12%，而鉻含量達(dá)到10%13%就不生銹，避免了一些激發(fā)能源的產(chǎn)生，比碳鋼安全；但其絕大部分組分仍然是鐵素體，在高壓純氧中可被點(diǎn)燃；且因其導(dǎo)熱性不好，僅為碳鋼的三分之一，一經(jīng)點(diǎn)燃，燒得更快。只有銅及銅合金、鎳及

11、鎳基合金等屬不擴(kuò)散性燃燒材料。氧氣調(diào)節(jié)閥組材質(zhì)的選擇，應(yīng)該根據(jù)安全第一、技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的原則進(jìn)行。2.2氧化劑氧氣本身就是一種強(qiáng)氧化劑。純度愈高，壓力愈高，危險(xiǎn)性愈大。氧氣純度越高，物質(zhì)燃點(diǎn)越低。鋼鐵在空氣中不能被點(diǎn)燃，而在純氧中可被點(diǎn)燃。氧氣壓力越高，物質(zhì)燃點(diǎn)越低。當(dāng)氧氣壓力為3MPa時(shí)，物質(zhì)燃點(diǎn)比常壓時(shí)下降約100。氧氣調(diào)節(jié)閥組的設(shè)備及管道內(nèi)充滿高壓、高速純氧流，這是其功能之必需，不可避免。2.3激發(fā)能源典型的“撞擊場合”歐洲工業(yè)氣體協(xié)會(huì)（EIGA）通過大量科學(xué)試驗(yàn)與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)制定了氧氣管道系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，得到世界同行認(rèn)可。該標(biāo)準(zhǔn)將氧氣管道、閥門、管件等科學(xué)地分為“撞擊場合”和“非撞擊場合”

12、。使氧氣流動(dòng)方向突然改變或產(chǎn)生旋渦，從而引起氧氣中夾帶的顆粒及異物對管壁的撞擊，這樣的位置稱為“撞擊場合”；否則稱“非撞擊場合”。撞擊場合”容易發(fā)生激發(fā)能源，引起燃燒與爆炸，是危險(xiǎn)場合，安全控制要求更加嚴(yán)格。氧氣調(diào)節(jié)閥組的調(diào)節(jié)閥、入口閥、出口閥、旁通閥和過濾器等都是典型的“撞擊場合”氧氣調(diào)節(jié)閥動(dòng)作頻繁、氧氣流速高為了穩(wěn)定用戶工況，只能保持氧氣壓力或流量相對穩(wěn)定，氧氣調(diào)節(jié)閥需頻繁動(dòng)作，產(chǎn)生激發(fā)能源。當(dāng)調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)不合理，有偏磨現(xiàn)象時(shí)更易引發(fā)燃爆事故。當(dāng)氧氣流量保持不變時(shí)，氧氣流速與氧氣壓力成反比，與管道或閥門有效通徑的平方成反比。對氧氣調(diào)節(jié)閥而言，為維持氧氣流量不變，因減壓使氧氣流速增大，又因有效

13、通徑縮小12個(gè)等級(jí)，流速更大大增大。比如：氧氣管道DN250mm，氧氣壓力2MPa，輸送氧量為20000m3/h（5.6m3高速運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)微粒的摩擦和沖擊碰撞高速運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)微粒（如鐵銹、焊渣、灰塵和雜質(zhì)等）與管壁摩擦、相互沖擊和在閥門、彎頭、分岔頭、異徑管及焊瘤等處沖擊、碰撞，尤其當(dāng)氧氣過濾器中聚集了大量鐵銹、焊渣等異物，又未及時(shí)清掃，在內(nèi)反復(fù)摩擦、旋渦撞擊，更易引發(fā)燃爆事故。國外試驗(yàn)報(bào)告說明，碳鋼管道內(nèi)存有鐵粉或未完全氧化的氧化亞鐵粉末，它們在純氧中的燃點(diǎn)僅為300400，并隨氧氣壓力增高和粒度細(xì)化而降低，這些微粒的燃燒導(dǎo)致碳鋼管起火。為杜絕氧氣調(diào)節(jié)閥組燃爆事故，應(yīng)千方百計(jì)清除和防止一切激發(fā)

14、能源的產(chǎn)生。3氧氣調(diào)節(jié)閥組安全防范措施國家標(biāo)準(zhǔn)深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程（GB169122008）中的有關(guān)規(guī)定，是制定氧氣調(diào)節(jié)閥組安全防范措施的原則與依據(jù)。3.1完善的設(shè)計(jì)是安全的前提（1）氧氣調(diào)節(jié)閥組的設(shè)計(jì)單位必須具有相應(yīng)設(shè)計(jì)資質(zhì)以及豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和業(yè)績，保證設(shè)計(jì)安全可靠。（2）氧氣調(diào)節(jié)閥組中，氧氣調(diào)節(jié)閥是為了滿足工藝需要調(diào)節(jié)氧氣壓力或流量的主要設(shè)備，入口·3·“閥、出口閥和旁通閥是生產(chǎn)操作之必需，阻火管防止擴(kuò)散性燃燒，過濾器過濾鐵銹、焊渣等異物，以保護(hù)氧氣調(diào)節(jié)閥，儀控系統(tǒng)是工藝與安全的共同需要等等，各司其職，缺一不可，是一個(gè)完整的整體，必須進(jìn)行完整的設(shè)計(jì)。

15、以往的氧氣調(diào)壓站，有的缺少旁通閥或阻火管甚至過濾器，很不完善，設(shè)計(jì)水平差距大，威脅安全運(yùn)行。除此以外，完善的設(shè)計(jì)還宜設(shè)置獨(dú)立閥門室或防護(hù)墻，手動(dòng)閥門的閥桿應(yīng)伸出防護(hù)墻外操作，有的還包括保安的氧氣快速切斷閥。（3）氧氣管道閥門應(yīng)選用專用氧氣閥門。閥門材質(zhì)選取根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB169122008的有關(guān)規(guī)定，氧氣壓力在0.610.0MPa（含），可采用不銹鋼、銅合金或不銹鋼與銅合金組合（優(yōu)先選用銅合金）、鎳及鎳基合金。氧氣壓力范圍廣，材質(zhì)選擇范圍大，實(shí)質(zhì)是氧氣壓力越高越要選用不擴(kuò)散性燃燒的銅合金或鎳及鎳基合金材料，最終由設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)際情況選定。筆者認(rèn)為，氧氣閥門，尤其是典型“撞擊場合”可采用奧氏體不銹鋼材

16、質(zhì)，最高允許流速25m/s；氧氣壓力在3.010.0MPa（含），氧氣管道只能用銅合金或鎳及鎳基合金材料，而最高允許流速在壓力降允許時(shí)沒有限制。（5）氧氣調(diào)節(jié)閥前應(yīng)設(shè)置可定期清洗的氧氣過濾器。氧氣過濾器殼體應(yīng)采用不銹鋼或銅及銅合金，過濾器內(nèi)件應(yīng)采用銅及銅合金。濾網(wǎng)除滿足過濾功能外，應(yīng)有足夠強(qiáng)度，以防止碎裂。濾網(wǎng)宜優(yōu)先選用鎳銅合金材料，其次為銅合金（含鋁銅合3.2優(yōu)質(zhì)的制造是安全的基礎(chǔ)（1）氧氣調(diào)節(jié)閥組中的調(diào)節(jié)閥、入口閥、出口閥、旁通閥、阻火管、過濾器和管件等設(shè)備制造·4·商，應(yīng)持有相應(yīng)的制造許可證，具備合格的制造條件與管理水平，并應(yīng)對其出廠設(shè)備的質(zhì)量與安全負(fù)責(zé)，應(yīng)出具安全、

17、質(zhì)量證書和產(chǎn)品合格證，以及安裝、操作、維修等完整的技術(shù)文件。（2）產(chǎn)權(quán)單位應(yīng)對上述關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)審查與產(chǎn)品監(jiān)制，尤其是材質(zhì)控制，按設(shè)計(jì)要求制造，做到安全可靠、品質(zhì)優(yōu)良、維修檢查方便、操作簡易。3.3清潔的施工是安全的關(guān)鍵（1）施工、安裝單位應(yīng)具備相應(yīng)的資質(zhì)。施工、安裝完畢應(yīng)做好安全、質(zhì)量檢查和驗(yàn)收交接。（2）氧氣調(diào)節(jié)閥組的設(shè)備管道施工安裝，除嚴(yán)格遵循壓力管道施工有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)外，還有其特殊的安全規(guī)定。如管道與閥門等設(shè)備嚴(yán)格除銹脫脂、焊接探傷、吹掃驗(yàn)收等，若這些環(huán)節(jié)把關(guān)不嚴(yán)，容易引發(fā)燃爆事故。除銹可用噴砂、酸洗等方法，接觸氧氣的表面應(yīng)徹底去除毛刺、焊瘤、黏砂、鐵銹和其他可燃物，保持內(nèi)壁光滑清潔。

18、脫脂可用無機(jī)非可燃清洗劑、二氯乙烷、三氯乙烯等溶劑，并應(yīng)用紫外線檢查法、樟腦檢查法或溶劑分析法進(jìn)行檢查，直到合格為止。在施工安裝過程中要采取措施，防止油脂、可燃物、鐵銹、焊渣和砂土等再度污染。管道施工安裝完畢，在系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥、入口閥、出口閥、旁通閥和過濾器尚未安裝的情況下，用無油干燥空氣或氮?dú)鈱⒐艿老到y(tǒng)吹掃干凈，直至管道系統(tǒng)內(nèi)無鐵銹、塵埃及其他雜物為止。吹掃速度不小于20m/s，且不低于氧氣管道設(shè)計(jì)的最大流速。吹掃完畢再安裝閥門、過濾器等設(shè)備。（3）氧氣管道系統(tǒng)嚴(yán)格焊接探傷、進(jìn)行壓力及泄漏性試驗(yàn)是保證施工安裝質(zhì)量和安全的基本要求與重要環(huán)節(jié)。這方面由于執(zhí)行較好，造成的事故不多，此處不贅述。3.4規(guī)

19、范的運(yùn)行是安全的保障規(guī)范的運(yùn)行包括氧氣調(diào)節(jié)閥組的操作、維修與管理。（1）氧氣調(diào)節(jié)閥組中的入口閥、出口閥、旁通閥等手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開啟應(yīng)緩慢進(jìn)行，并通過長閥桿在防護(hù)墻外操作，以保護(hù)操作者。禁止非調(diào)節(jié)氧氣閥門作調(diào)節(jié)閥門使用。嚴(yán)禁用普通油脂潤滑閥桿絲扣，而要用不會(huì)燃燒的合格硅油、硅脂或二硫化鉬。（2）當(dāng)煉鋼轉(zhuǎn)爐氧氣調(diào)壓室配有氧氣快速切斷閥時(shí)，在緊急情況下應(yīng)快速斷氧保安。但不應(yīng)快速開啟，以避免大量氧氣在大壓差下高速流動(dòng)引發(fā)燃爆事故。（3）氧氣調(diào)節(jié)閥是典型的“撞擊場合”，且動(dòng)作頻繁、流速高，必須穩(wěn)妥地遙控操作，一般采用氣動(dòng)閥門，以保證安全。（4）氧氣管道或閥門著火時(shí)，應(yīng)立即切斷氣源，以防事故擴(kuò)大。（5）氧

20、氣過濾器應(yīng)定期清掃，清除鐵銹與異物，保護(hù)氧氣調(diào)節(jié)閥，防止發(fā)生燃爆事故。若不定期清掃，氧氣過濾器不僅不保安，反而會(huì)成為安全隱患。其定期清掃周期由使用單位根據(jù)實(shí)際清掃情況、清潔程度而定。氧氣管道系統(tǒng)在施工、檢修后，要送氧前必須檢查并清掃氧氣過濾器，確認(rèn)內(nèi)部清潔無異物后方能送氧，以保安全。（6）氧氣管道及氧氣調(diào)節(jié)閥組要經(jīng)常檢查并維護(hù)。碳鋼主干管宜五年進(jìn)行一次吹掃，以防止鐵銹聚集，引發(fā)火災(zāi)；宜五年進(jìn)行一次管壁測厚，主要測定彎頭及氧氣調(diào)節(jié)閥后的管道，以確保這些易沖刷、磨損部位的管壁處于安全厚度。每年校驗(yàn)一次安全接地裝置。（7）要經(jīng)常檢查并校驗(yàn)氧氣調(diào)節(jié)閥組的儀控系統(tǒng)，以保證其安全、準(zhǔn)確、靈敏、可靠。（8）應(yīng)建立氧氣管道（含氧氣調(diào)節(jié)閥組）檔案，由熟悉管道流程的氧氣專業(yè)人員進(jìn)行管理。氧氣管道作業(yè)人員應(yīng)持證上崗。對氧氣管道（含氧氣調(diào)節(jié)閥組）進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)前，應(yīng)制定動(dòng)火方案，其內(nèi)容應(yīng)包括負(fù)責(zé)人、作業(yè)流程圖、操作方案、安全措施、人員分工、監(jiān)護(hù)人和化驗(yàn)人員等，并經(jīng)有關(guān)部門批準(zhǔn)后方可進(jìn)行。4結(jié)論氧氣調(diào)節(jié)閥組的設(shè)備及管道內(nèi)充滿高壓、高速純氧流