氧气管道燃烧原因分析及其预防措施

1986年第5期深冷技术.47··安全技术·氧气管道燃烧原因分析及其预防措施中国空分设备公司襄定荣通过衬天钢与鞍钢乳气管道燃烧事故的调查,得出燃爆的主要原因是:管道和阀门脱脂处理差、管道吹刷不净结存大量铁锈、阀门与管道材质和布置不合理、后面的排空阀开启使开阀时局部流速过大。相应提出了防止事故的主要措施:合理选阀与阀前后管材、彻底脱脂吹别、防雷防火防锈、控制阀前后压差、注意湿氧管和加强管理。一、前盲1980年4月,鞍钢氧气厂的氧气管道因燃烧爆炸,造成三人死亡,引起各方面重视,冶金部召开了有关单位参加的讨论会,研究氧气管道安全使用问。并在1981年颁发了“钢铁企业氧气管网若干技术规定”,作为设计、使用等方面的依拐。但生产厂对此还没有引起足够重视,特别近年来管道氧气绝大部分是干燥氧。氧气管道事故不但没有减少,反而有增加趋势。如天津钢厂氧气管道,由于设计不合理(使用闸阀,并安装在厂房内),管内有大量铁锈,送氧操作失误:打开送氧闸阀前未关排放间,于是流速过大而起火。烧熔中299xIOmm管子近4m,阀被炸飞,在场g人当场被烧死。福建三明钢厂、山西长治钢厂也有类似的事故发生过。鞍钢氧气厂1985年9月还发生过一起氧管燃烧事故,这是为了检修氧气管道上两只漏阀,须把”76年安装的长期未使用的在露天的铜质Dg50截止阀打开,以便将管内氧气排放。由于管道使用时间长,排放阀附近有“U”型管线,管内积有大量铁锈。要排放的2000m帅159管有soom,中89管有1200m)管内有15kgf/、:mZ压力的氧气。在一打开阀时发现冒黄烟尔后即起火,且火越烧越大,阀也被炸飞。当氧气排尽,火才熄灭,幸无伤亡。所以使用管道氧的安全问题,必须引起高度重视。通过对天津钢厂1985年10月氧气管道事故和鞍钢1985年9月氧气管道事故的调查,并走访冶金部、鞍钢设计院等单位,参考国内外有关资料,根据国内具体情况,现对氧气管道燃烧原因作初步分析,并提出预防措施。二、级气管道燃烧海炸的主要原因氧气不自燃、不分解,对于氧气本身来讲不存在任何危险,但氧与其它物质相互作用才会产生危险。氧气管道燃烧、爆炸,除设计时强度不够外,主要是氧和管材起剧烈化学作用所引起。氧气管道燃烧爆炸因素是复杂的,往往不仅是单一因素而是多种因素的综合。在一定条件(压力、流速、管道尺寸‘、材质、引火源)下,才能燃烧和爆炸。引起氧气管道事故主要原因如下:1.管道和阀门脱脂处理差在制氧过程中润滑油的油雾混入氧气中,油雾与铁粉及管道脱落的鳞屑相混合而深冷技术总第117期形成粘附物,附在管的内壁(润滑油在氧气中着火温度较低,为250一30。℃)[’],是管道的起火源之一。对于机油一12(锭子油一2),在管壁如附着7一8卜m(微米)厚,在i6kgf/emZ压力下,由于氧气中铁锈与管壁摩擦即会发生强烈燃烧;在10林m时(1/10丝)即能发生爆炸[“]。因此油迹存在,通常是导致事故的主要原因。2.管道吹剧不干净或经过长期使用造成管内大量铁锈结存管道吹刷不干净,管内锈蚀严重或由于气流与管壁一民期摩擦产生铁粉,特别是曾经使用湿氧的老管道,管内存在大量的脱落鳞屑,随干氧与管内壁发生干摩擦,往往会造成白炽状态,温度高达1000℃以上I’I。铁粉末自燃点是315℃,铁与氧化合成四氧化三铁(FeoO‘)、三氧化二铁(FeZO3)和氧化铁(FeO),其生成热分别为267、196、63keal/mol(千卡/摩尔)[31。这些铁粉和不完全氧化的氧化铁(FeO)和四氧化三铁(Fe8O‘),粒度越小(即表面积越大)其燃点越低。表面积越大,其化学反应能力就越大。这些小微粒不但极易与氧继续氧化产生热量,而且摩擦产生静电(电压甚至高达几千伏特)火花而起点火作用。所以铁粉与铁的氧化物,也是管道的起火源。特别这些杂物在刚开阀时产生涡流现象,在阀前后、在弯头、在“T”型连接管处,使局部温度急骤上升,从而引起管子起火;或长期冲击管壁,使局部管壁厚度减薄,引起管道破裂而燃烧。3.阀门和管道材质的选择的不合理和管道布置的不合理国内外实践证明,氧气管道的燃烧绝大部分是在阀门开、关时产生的,所以阀门选择的合理性颇为重要。国内好多厂家选择阀门的材料和阀门的结构不慎重,甚至选用铸铁闸阀(鞍钢、天钢事故就是由于手动闸阀开启时发生的),而闸阀前后又不加均压旁通阀,阀前后仍用一般无缝碳素钢管。管路有“U”型或“倒U”型,使铁锈等脏物易被积累。弯管曲率半径过小,有些厂氧气管道布置与高压电线、重油管线布置很近等等。4.管理不严,职责不清,没有专人或专门机构进行管理,没有送氧操作规程据了解,好多钢厂的氧气厂(戍氧气车间)负责管氧气厂房内的管道,炼钢厂负责管炼钢厂房内的管道,中间连按门几千米管道无人管理。有些老厂氧气管道用了20~30年没有定期进行管内吹刷,没有定期进行管壁厚度测量。送氧没有规程可循,如鞍钢、天钢在送氧时把排放阀开着,虽然送氧压力不大(16kgf/cmZ),但由于压差大,造成流速过快,从而引起燃烧爆炸。5.局部流速过大而引起燃烧爆炸氧气管道流速增大,由于氧气与管壁摩擦发热量增大,燃烧可能性通常是增大的。氧气压力增大使被氧化物质燃点减低,燃烧可能性也增大(氧纯度越高,被氧化物质的燃点也越低,越易燃烧)。所以选择氧气流速与氧气压力大有关系。我国氧气管道流速在国内氧气站设金「规范(TJ3o一78)和钢铁企业燃气设计参考资料中规定:当氧气工作压力低于6kgf/cm“时,流速小于z3m/s;压力低于z6kgf/emZ时,流速小于lom/s;压力低于30kgf/cmZ时,流速小于sm/s。日本神钢管道流速规定:压力低于10kgf/emZ,流速为Zom/s;压力低于25kgf/emZ,流速为15m/s,压力低于35kgf/cm,,流速为10m/s囚。日本氧气公司规定:压力低于4okgf/emZ以下,最大流速为25m/51’l。日本新日铁公司为我国宝钢所作的设计,在压力为30kgf/em“下氧气管速为15m/S。联邦德国试验:在氧纯度为99.6%,导入直径为怀mm各种硬颗粒(焊渣、砂、铁锈等)于钢管中,当氧流速为44m/。时不燃1986年第5期深冷技术烧;’1氧人毛压力为29kgf/emZ、流速为sZm,‘s时,弯怜处发生燃烧。联邦德国材料试验所的试验报告中讲:当氧化铁皮存在,氧速到53m/s才燃烧;当焊渣存在,氧速到44m//s时钢管发红12]。氧气管道流速规定,与管材、管内有否脏物有关。据上述国外数据可见,我国氧气管道设计规定流速是保守的。但由于管路设计没有考虑均压旁通阀,不能解决开启阀门时的瞬间速度过高问题。鞍钢燃烧爆炸分析,在开阀时城气流速为295m/sI6)。天津钢厂燃烧事故分析,开阀时氧气流速为324m/s〔‘,1(接近音速347In/s)。总之国内氧气管道事故主要是管道维护操作不当,管道材料和阀门选择和设计不合理,开阀时瞬间氧气速度过大,使管内氧化铁皮、焊渣与管壁摩擦造成管道燃烧、爆炸。三、防止事故主要措施1.合理选择阀门型式和阀前后管材压力大于10kgf/cmZ_的送氧阀(截止阀)和该管段附加均压旁通阀(调节阀或小口径通过阀)以及氧气排放阀的材质,西欧各国认为排放阀,氧气高速冲击,加上管的内壁长期暴露在空气中,必须用不锈钢阀和不锈钢管,且必须用不锈钢球阀,阀前后不锈钢管其一长度各为sm左右。压力小于lokgf/cm“,可以用铸铜或铸钢截止阀。但不允许用任何型式的铸铁阀。国内外一致公认,送氧阀危险性最大。对管道来讲,阀前后管道最易烧坏,一旦燃烧,碳素钢易毁坏且连续燃烧,不锈钢即使燃烧也是局部的。如果毁坏也仅由于内部压力之故,所以必须选用不锈钢管材。安装旁通阀的目的,是减少通过阀开启时阀前后的压差。旁通管直径以小为宜。通常在大直径管道中,氧气速度越大越易燃烧.,刘‘于小直径管道,当开启阀门时氧气速度很大,但氧气通过小管扩散速度也增大,反而不会燃烧。对于燃烧,氧气速度有一个上下限。这个事实已被试验所证实171。阀的安装位置还必须考虑周围环境的安全条件。对阀门的控制,如有干净气源(如氧气厂内),用气动遥控操作;如没有干净气源,可以用电动阀,但电气设备应考虑防爆。2.管道和阀门要彻底脱脂,管路必须彻底吹别,管道焊接质量要符合有关规定管材必须有材质证明,管子(包括阀门)必须彻底脱脂(其脱脂要求和质量检验按GBJ235一82和HGJ一82脱脂施工验收规范)。焊接管道一定要对焊,焊接剖口与焊条,一定要根据有关规范规定,焊接后要彻底清除管内焊渣,焊缝必须探伤。管道在送前应按规定进行气压试验,彻底吹刷,吹刷压力不得超过设计压力,吹刷气速不低于20m/。汇”1,直至管内无铁锈,无尘土为止。如果管线长,应进行分段吹刷。试压、吹刷气体,一律用干燥无油的氮气或空气。3.管路设计要考虑防雷、防火、防铁锈措施管路设计要考虑防雷、防火。日本主张(如在宝钢)为了防止燃烧蔓延,在碳素钢管中每隔ZOOm应装一段500mm脱氧铜管。西德、英国不主张。还要防止管内铁锈积累,英国主张在阀前加过滤器(日本日立公司也采用)或在氧气主干线与支线在一定长度装上一段粗径的铁锈沉积管。管道自然补偿一定要根据本地历史以来最大温差进行设计,自然补偿均采用水平“U”型管补偿,不允许直立“U”型。如果不得不设“倒U”或“L”型管,而又没有防止铁锈的其它一汀效措施时,必须设置垂直向下排放铁锈管。当氧气压力大于10kgf/cm“,对于碳钢弯头曲率半径应大于SD(D表示管子外径);如铜与不锈钢弯夕:,曲率半径应大于3.5D。支管与气流方向应成45一60度角川,不允许一与管壁成直角,·50·深冷技木总第117期如有异径管,其锥度应小于7度汇‘1。除阀与阀前后管道用不锈钢管外,对于涉及人身和设备安全的特殊地方,还要采用难燃的铜管或不锈钢管。如为了绝对保证人身和机置安全,波音707飞机中的送氧装置的阀与管子全部用不锈钢。在送氧阀后管道内和弯头管内,为使氧气均匀通过还装一段铜丝网。4.严格控阀前后压差目前氧气管路没有设置送氧阀的旁通均压阀,不能停止供氧检修,送氧时必须在阀后充干燥无油氮气或空气。当阀后压力比阀前压力低Zkgf/cm“(鞍钢和天钢目前的操作数据)时,才开送氧阀。5.对用过湿氧的管道必须特别注意曾用过湿氧的老管道,改输送千氧时,老管道内壁应用钢球滚磨,并经清洗、脱脂,再测壁厚。如果管壁减薄较多,要降压减速使用。因为湿氧管道,管壁易锈蚀,增加管内氧化铁皮、铁末,这样不但使壁减薄,而且使内壁凹凸不平,表面易吸附脏物,增加摩擦热。管壁厚度减少不仅是强度问题,而且易燃烧和增加燃烧速度。所以减压可以减少氧与钢管的事故反应性,减速可以减少燃烧的可能性。用过湿氧的管道上阀门易锈蚀,难以开启,这时要特别注意。6.专人负责,加强管理加强氧气管道管理,绘制管路图,编排管道、阀门号码,建立管路和阀门档案和,指定专人负责,及时检查和维修。7.才珍据本单位具体情况制定送氮操作规程。如下:¹如果是单线送氧,关闭所有排放阀,打开所有干线上的截止阀,送氧时启动氧气厂氧压机(或氧气球罐)后,先开气动旁通调节阀进行阀后充压,再开气动放氧总阀,然后关旁通阀。º主干线上支线送氧,同样也先开支线上旁通阀。其操作方法与¹一样。»开、关所有氧气阀门一定缓慢,不能急速开或关。8.氧气管道法兰中垫片材料选择必须要合理总之,氧气管路只要合理设计,合理选择阀门型式与管材,合理施工,科学管理,氧气管道燃烧、爆炸是完全可以避免的。参考文献,JlesJ,上,曰一lŒ广匕仁3二〔琪二日本“配管技术”1978年8月份增刊号:配管设计施工专辑,Pi峨2~148Tex月H义a,6e3o江ae住oeT“np妞npoHs习。双。T日a农M刀oPo及a一Pl理9一185田兰等编:化工安全技术,化学工业出版社日本神户制钢所空分装置代表团来鞍钢进行技术交流坐谈摘要,鞍钢机动处等整理汪昌龙:氧气管道燃烧事故分析,鞍钢氧气厂天钢规划设计处提供X,、二、ee:oe。二e中T,:o。,a。;:oe,Poe石,。,1981,饨8钢铁企业氛,又管网若干技术规定,抬金部,1985自二‹JJ一.J”O一D7.卜L一t‘Ž,Ž厂产内了“自一叹一月了_了产夕、‘尸、少~洲产韶入洲\洲凸扩、划、2、了、洲伙厂、了、洲、凡洲朽护尸、产~~产夕,产,户、尸、了、了声万立制氧机切换器运行正常切换器是制氧机中不可缺少的关键设备,我厂4号I000ONIn“/h制氧机的切换器,采用了新安江无线电厂(在浙江省建德县自沙镇)生产的DQX一83型电子切换器。实践表明,DQX一83型电子切换器,二_作稳定,运行正常,它集成化强,体积小,重量轻,程序准确,动作灵敏,完全满足生产的要求。(鞍钢乳气厂机动科1986年9月22日)