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隨著我國(guó)化工行業(yè)的不斷發(fā)展，化工產(chǎn)品的不斷優(yōu)化，氧氣的使用越來(lái)越廣泛。但是在氧氣生產(chǎn)、供應(yīng)特別是輸送氧氣管線系統(tǒng)中，經(jīng)常發(fā)生安全事故，造成設(shè)備損壞和人身傷亡，相關(guān)事故教訓(xùn)極其慘痛。為此，在華外企安全專家組秘書(shū)處邀請(qǐng)成員單位液化空氣集團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱“液空”）專家對(duì)氧氣管道安全設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析，并結(jié)合管理經(jīng)驗(yàn)提出更符合安全要求的工程實(shí)踐建議。

液空的氧氣管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)是以風(fēng)險(xiǎn)控制為基準(zhǔn)，從可能性及嚴(yán)重性二個(gè)維度進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理與控制。

液空風(fēng)險(xiǎn)矩陣（圖1）以GB36894-2018《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)》為基礎(chǔ)，作為主要?dú)W洲氣體協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)參與和編寫者，風(fēng)險(xiǎn)矩陣又系統(tǒng)地應(yīng)用和參考了歐洲氣體協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IGC文件要求，具體根據(jù)燃燒三要素（圖2），對(duì)氧氣管道的系統(tǒng)及每個(gè)元件逐一進(jìn)行燃爆可能性與嚴(yán)重性分析，將氧氣燃燒爆炸的風(fēng)險(xiǎn)控制在低風(fēng)險(xiǎn)綠色區(qū)域。

降低可能性

氧化劑：從工藝上考慮，盡可能降低燃燒三要素中的氧化劑的氧濃度，壓力，溫度或速度。

可燃物：盡量除去系統(tǒng)中的油脂顆粒污染物等等，保持清潔。不得使用潤(rùn)滑油，不用或少用潤(rùn)滑脂，不用或少用非金屬材料，采用金屬材料時(shí)，避免小和薄的零件，一定條件下，采用阻燃材料。

點(diǎn)火源：每種點(diǎn)火源都需要一定的條件，因此對(duì)點(diǎn)火源，應(yīng)當(dāng)控制或去除各個(gè)點(diǎn)火機(jī)理的點(diǎn)火條件。

舉例說(shuō)明：顆粒沖擊被認(rèn)為是氣氧燃爆事故的主要原因之一。顆粒沖擊需要四個(gè)條件：顆粒物存在，高流速，沖擊角及沖擊點(diǎn)上的可燃物，如果能夠去除顆?；蚪档土魉伲陀泻艽蟮目赡苄钥刂祁w粒沖擊這個(gè)燃燒機(jī)理。

降低嚴(yán)重性

采用自動(dòng)或無(wú)人操作，安裝防護(hù)罩或墻，設(shè)置對(duì)人的安全距離或?qū)υO(shè)備財(cái)產(chǎn)的分離距離。

說(shuō)明：人與物對(duì)爆炸沖擊波及熱輻射等的承受能力不一樣，因此設(shè)置的防護(hù)距離不一樣：比如沖擊波人最大只能承受是20mbar,設(shè)備可以到達(dá)200mbar以下；而熱輻射也同樣。

針對(duì)國(guó)內(nèi)氧氣管道設(shè)計(jì)，安裝和運(yùn)行中存在的問(wèn)題，通過(guò)分析研究，液化空氣集團(tuán)專家提出如下建議：

一個(gè)顆粒雜質(zhì)集聚的典型案例（圖3）：

如上圖3所示，當(dāng)空分1氣氧停止運(yùn)行，其他系統(tǒng)代替它供氧期間，比如空分2氣氧或后備系統(tǒng)氣氧管道投用時(shí)，空分1的氣氧管道的低點(diǎn)可能成為其他系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的顆粒雜質(zhì)集聚點(diǎn)。當(dāng)一段時(shí)間運(yùn)行后，空分1氣氧管道再度投用時(shí)，顆粒沖擊的風(fēng)險(xiǎn)就非常高。

顆粒沖擊是氣氧中最大可能的燃爆機(jī)理，安裝維護(hù)中雖然嚴(yán)格進(jìn)行清潔及吹掃，實(shí)際管道系統(tǒng)中不可避免地存在或會(huì)產(chǎn)生顆粒雜質(zhì)。因此，設(shè)計(jì)及安裝中應(yīng)當(dāng)避免顆粒雜質(zhì)集聚的低點(diǎn)盲端。

1963年德國(guó)材料試驗(yàn)所W-Wegener的《氧氣在鋼管中容許流速的研究》報(bào)告中指出，通過(guò)不同物質(zhì)在不同流速的氧氣流中進(jìn)行多次著火燃燒試驗(yàn)，當(dāng)氧氣管道中只有不可燃燒物質(zhì)顆粒時(shí)，即便是在比較高的氧氣流速，管道也沒(méi)有燃燒的危險(xiǎn)。但有可燃物質(zhì)顆粒時(shí)，只要達(dá)到一定流速，管道就可能燃燒?？扇嘉镔|(zhì)的著火點(diǎn)愈低，引起氧氣管道燃燒的氧氣流速愈低。

氣氧流速控制主要是為了控制與流速相關(guān)的燃爆機(jī)理，而與流速相關(guān)的僅僅或主要是顆粒沖擊這個(gè)機(jī)理。因此，控制流速對(duì)于控制顆粒沖擊這一氣氧燃爆機(jī)理也至關(guān)重要。

國(guó)外有大量的工程實(shí)踐證明，碳鋼管道可以用于壓力高于3.0MPa的氣氧管道中，特別是長(zhǎng)輸管道。因?yàn)槭锹竦毓艿?，不銹鋼的外腐蝕防護(hù)沒(méi)有可鑒戒的經(jīng)驗(yàn)。雖然碳鋼與不銹鋼存在不少差異，如碳鋼生銹的情況下內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生顆粒，而不銹鋼一般情況下不會(huì)，但是長(zhǎng)期在氧工況運(yùn)行的情況下，二者差別并不大。并且，不銹鋼與碳鋼相比，燃燒性能并沒(méi)有什么優(yōu)勢(shì)，如燃燒熱，導(dǎo)熱系數(shù)等，不銹鋼的性能反而更差。液空通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，不銹鋼對(duì)于氣氧沒(méi)有明顯的豁免壓力。

因此，建議修訂國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，允許碳鋼使用于大于3.0MPa的氣氧管道。

由于存在防護(hù)墻或罩的防護(hù)，氣氧燃爆風(fēng)險(xiǎn)從風(fēng)險(xiǎn)矩陣上研究有可能已經(jīng)達(dá)到了可接受的范圍。因此，存在防護(hù)墻或罩的情況下，對(duì)流速的限制可以局部放寬。

非金屬材料相對(duì)金屬材料來(lái)說(shuō)，與氧的兼容性更差，更容易在氣氧中被點(diǎn)燃，因此它的選擇也是氣氧管道系統(tǒng)中的重要議題。

非金屬主要用于墊片，閥座，螺紋潤(rùn)滑劑，螺紋密封件，閥填料以及類似的應(yīng)用場(chǎng)合。非金屬材料是點(diǎn)火鏈燃燒機(jī)理中的罪魁禍?zhǔn)住｜c(diǎn)火鏈的燃燒機(jī)理是，燃燒首先從小的或容易燃燒的物質(zhì)開(kāi)始，如小能量點(diǎn)燃油或脂，然后燃燒放出的熱量，點(diǎn)燃非金屬材料，然后點(diǎn)燃小的或薄的金屬材料，然后點(diǎn)燃大的金屬材料。純非金屬材料的氧兼容性能眾所共知，如純聚四氟乙烯，純石墨等與氧的兼容性都很好，但問(wèn)題是純的材料在可靠性方面存在缺陷，如純聚四氟乙烯用作墊片，一般大概率會(huì)泄漏，石墨也存在同樣問(wèn)題。

因此，一般工程實(shí)踐中使用添加其他材料或改性的非金屬材料需要提供相關(guān)氧兼容性的測(cè)試證明。氧兼容性測(cè)試項(xiàng)目?jī)?nèi)容對(duì)氣氧來(lái)說(shuō)主要是高壓純氣氧條件下的自燃溫度，而這些測(cè)試需要行業(yè)內(nèi)認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室，采用ISO 11114-3、EN 1797 或 ASTM D2512 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

“氣體排放”主要指空分設(shè)備的富氧氣體（氧氣）排放，以及窒息氣體（氮?dú)?，氬氣）排放。排放富氧氣體存在增加燃燒可能性風(fēng)險(xiǎn)，而且其中含有的窒息氣體也會(huì)危及人身安全。目前國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范雖然涉及到最小高度的要求，但是沒(méi)有考慮到相關(guān)參數(shù)的影響，存在不合理因素，如沒(méi)有考慮風(fēng)向，排放溫度，排放比重，排放直徑，平臺(tái)，氣象條件等?，F(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于氣體排放的最小高度是4米或4.5米，可能存在排放高度不夠或過(guò)高的風(fēng)險(xiǎn)。比如，氧氣排放云團(tuán)一般會(huì)向下沉降(圖4），在4.5米的排放高度，大于50mm口徑的排放速度比較低，按照PHAST軟件模擬，排放高度不夠；而氮?dú)庠茍F(tuán)會(huì)往上升，4.0米的高度又有點(diǎn)過(guò)高。

因此，排放高度需要考慮以上各個(gè)因素，通過(guò)排放氣體擴(kuò)散計(jì)算確定，并且制定相關(guān)國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。