氧氣調(diào)節(jié)閥組的安全運行

1、*運行維護*氧氣調(diào)節(jié)閥組的安全運行馬大方（武漢鋼鐵集團氧氣有限責任公司，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)閥組的危險性;從設計、制造、施工和運行四個方面，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;危險性分析;防范措施中圖分類號：TQ116.11文獻標識碼：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，包括氣動或電動調(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，教授級高級工程師，1962年畢業(yè)于武漢鋼鐵學院，曾任武漢鋼鐵集團氧氣廠副廠3長、熱力廠廠長、能源總廠副廠長，參與武漢鋼鐵集團氧氣有限責任公司4套60000m/h空分設備的籌建工作，現(xiàn)為冶金工業(yè)氣體安全技術(shù)協(xié)會理事長。·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，整個氧氣調(diào)節(jié)閥組燃爆，設備嚴重損壞，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)的危險源，應該

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大洞，部分氧氣管道熔斷，高溫帶壓熔渣還將旁邊的鋼平臺燒穿，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時撞擊、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，設備損壞嚴重，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)閥前后都設有氧氣快速切斷閥，需要時能快速切斷氧源，保證安全。但不能快開，若有時快·2·開，在約1.5MPa壓差下氧氣高速流動、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、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（實際有效通徑為DN150mm），調(diào)節(jié)閥為從國外引進的全不銹鋼截止閥。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重變形，但未燃燒。造成大范圍斷氧，嚴重影響煉鋼、煉鐵生產(chǎn)。經(jīng)多次分析研究，認為事故原因主要是：引進的氧氣調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)不合理，閥芯與閥座嚴重偏磨，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。按照國家安全標準，這種摩擦、“撞擊場合”應采用不能燃燒的銅合金。后來制造廠改為采用強度更高且不燃燒的

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，國家安全標準規(guī)定其內(nèi)件應為銅及銅合金，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)生事故時氧氣壓力偏高，危險性更大。2氧氣調(diào)節(jié)閥組危險性分析現(xiàn)從燃爆三要素（可燃物、氧化劑、激發(fā)能源）基礎理論，結(jié)合氧氣調(diào)節(jié)閥組的事故案例對其進行危險性分析。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)部流動著高壓純氧時，一旦混有激發(fā)能源就會被點燃，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燃；且因其導熱性不好，僅為碳鋼的三分之一，一經(jīng)點燃，燒得更快。只有銅及銅合金、鎳及

11、鎳基合金等屬不擴散性燃燒材料。氧氣調(diào)節(jié)閥組材質(zhì)的選擇，應該根據(jù)安全第一、技術(shù)經(jīng)濟合理的原則進行。2.2氧化劑氧氣本身就是一種強氧化劑。純度愈高，壓力愈高，危險性愈大。氧氣純度越高，物質(zhì)燃點越低。鋼鐵在空氣中不能被點燃，而在純氧中可被點燃。氧氣壓力越高，物質(zhì)燃點越低。當氧氣壓力為3MPa時，物質(zhì)燃點比常壓時下降約100。氧氣調(diào)節(jié)閥組的設備及管道內(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（EIGA）通過大量科學試驗與工程實踐經(jīng)驗總結(jié)制定了氧氣管道系統(tǒng)標準，得到世界同行認可。該標準將氧氣管道、閥門、管件等科學地分為“撞擊場合”和“非撞擊場合”

12、。使氧氣流動方向突然改變或產(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，是危險場合，安全控制要求更加嚴格。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)閥需頻繁動作，產(chǎn)生激發(fā)能源。當調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)不合理，有偏磨現(xiàn)象時更易引發(fā)燃爆事故。當氧氣流量保持不變時，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個等級，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高速運動的物質(zhì)微粒的摩擦和沖擊碰撞高速運動的物質(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，尤其當氧氣過濾器中聚集了大量鐵銹、焊渣等異物，又未及時清掃，在內(nèi)反復摩擦、旋渦撞擊，更易引發(fā)燃爆事故。國外試驗報告說明，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僅為300400，并隨氧氣壓力增高和粒度細化而降低，這些微粒的燃燒導致碳鋼管起火。為杜絕氧氣調(diào)節(jié)閥組燃爆事故，應千方百計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準深度冷凍法生產(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完善的設計是安全的前提（1）氧氣調(diào)節(jié)閥組的設計單位必須具有相應設計資質(zhì)以及豐富的設計經(jīng)驗和業(yè)績，保證設計安全可靠。（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，阻火管防止擴散性燃燒，過濾器過濾鐵銹、焊渣等異物，以保護氧氣調(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，是一個完整的整體，必須進行完整的設計。

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，設計水平差距大，威脅安全運行。除此以外，完善的設計還宜設置獨立閥門室或防護墻，手動閥門的閥桿應伸出防護墻外操作，有的還包括保安的氧氣快速切斷閥。（3）氧氣管道閥門應選用專用氧氣閥門。閥門材質(zhì)選取根據(jù)標準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，實質(zhì)是氧氣壓力越高越要選用不擴散性燃燒的銅合金或鎳及鎳基合金材料，最終由設計者根據(jù)實際情況選定。筆者認為，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沒有限制。（5）氧氣調(diào)節(jié)閥前應設置可定期清洗的氧氣過濾器。氧氣過濾器殼體應采用不銹鋼或銅及銅合金，過濾器內(nèi)件應采用銅及銅合金。濾網(wǎng)除滿足過濾功能外，應有足夠強度，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（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、過濾器和管件等設備制造·4·商，應持有相應的制造許可證，具備合格的制造條件與管理水平，并應對其出廠設備的質(zhì)量與安全負責，應出具安全、

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)單位應對上述關(guān)鍵設備進行設計審查與產(chǎn)品監(jiān)制，尤其是材質(zhì)控制，按設計要求制造，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、安裝單位應具備相應的資質(zhì)。施工、安裝完畢應做好安全、質(zhì)量檢查和驗收交接。（2）氧氣調(diào)節(jié)閥組的設備管道施工安裝，除嚴格遵循壓力管道施工有關(guān)國家標準外，還有其特殊的安全規(guī)定。如管道與閥門等設備嚴格除銹脫脂、焊接探傷、吹掃驗收等，若這些環(huán)節(jié)把關(guān)不嚴，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、脫脂可用無機非可燃清洗劑、二氯乙烷、三氯乙烯等溶劑，并應用紫外線檢查法、樟腦檢查法或溶劑分析法進行檢查，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氣將管道系統(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計的最大流速。吹掃完畢再安裝閥門、過濾器等設備。（3）氧氣管道系統(tǒng)嚴格焊接探傷、進行壓力及泄漏性試驗是保證施工安裝質(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、范的運行是安全的保障規(guī)范的運行包括氧氣調(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、旁通閥等手動調(diào)節(jié)閥門的開啟應緩慢進行，并通過長閥桿在防護墻外操作，以保護操作者。禁止非調(diào)節(jié)氧氣閥門作調(diào)節(jié)閥門使用。嚴禁用普通油脂潤滑閥桿絲扣，而要用不會燃燒的合格硅油、硅脂或二硫化鉬。（2）當煉鋼轉(zhuǎn)爐氧氣調(diào)壓室配有氧氣快速切斷閥時，在緊急情況下應快速斷氧保安。但不應快速開啟，以避免大量氧氣在大壓差下高速流動引發(fā)燃爆事故。（3）氧氣調(diào)節(jié)閥是典型的“撞擊場合”，且動作頻繁、流速高，必須穩(wěn)妥地遙控操作，一般采用氣動閥門，以保證安全。（4）氧氣管道或閥門著火時，應立即切斷氣源，以防事故擴大。（5）氧

20、氣過濾器應定期清掃，清除鐵銹與異物，保護氧氣調(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，反而會成為安全隱患。其定期清掃周期由使用單位根據(jù)實際清掃情況、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。碳鋼主干管宜五年進行一次吹掃，以防止鐵銹聚集，引發(fā)火災；宜五年進行一次管壁測厚，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。每年校驗一次安全接地裝置。（7）要經(jīng)常檢查并校驗氧氣調(diào)節(jié)閥組的儀控系統(tǒng)，以保證其安全、準確、靈敏、可靠。（8）應建立氧氣管道（含氧氣調(diào)節(jié)閥組）檔案，由熟悉管道流程的氧氣專業(yè)人員進行管理。氧氣管道作業(yè)人員應持證上崗。對氧氣管道（含氧氣調(diào)節(jié)閥組）進行動火作業(yè)前，應制定動火方案，其內(nèi)容應包括負責人、作業(yè)流程圖、操作方案、安全措施、人員分工、監(jiān)護人和化驗人員等，并經(jīng)有關(guān)部門批準后方可進行。4結(jié)論氧氣調(diào)節(jié)閥組的設備及管道內(nèi)充滿高壓、高速純氧流