一起氧气管道低温态爆破事故

　　摘要：介绍一起氧气管道低温态爆破事故，分析其原因，并提出防范措施。

　　关键词：氧气管道　低温态爆破

　　武汉某铸锻中心最近发生一起氧气管道低温态爆破事故，其具有共性的一些特征与原因可供同行借签，特介绍如下。

　　1事故经过

　　武汉某铸锻中心，原配套小氧站装有150m3/h、350m3/h小型制氧机各二台，供电炉吹氧和其它切割焊接等用户。由于这几台小设备年代已久，能耗高、出力不足、技术经济指标落后，计划淘汰，并新建液氧站取代，由附近钢铁公司的大型空分设备供给液氧。其供氧气统见氧气管道示意图。

 

　　新建液氧站有1.6MPa、20m3粉未真空绝热立式液氧罐两座，1.6MPa、800m3/h空气换热汽化器一台，相关阀门、管道及仪表等。为了向液氧罐充液氧时罐不卸压，减少放氧损失和保证用户氧压稳定，还配了一台充罐增压用的离心式液氧泵。用氧流程为：液氧罐液氧→空气换热汽化器汽化→氧气管道→电炉和其它氧气用户，是空气换热汽化器增压的无泵流程。

　　该系统于2006年2月中旬新建完工，经过试压、查漏和吹扫，质量检查合格，通过工程验收。2月22日至23日液氧罐泵入液氧50%以上。2月27日下午对有关人员进行了安全教育和操作培训，再次对新建系统进行检查与确认，于18时启动液氧系统向氧气管网补充供氧。氧气管道示意图中，A点以前为新建氧气管道，其在空气换热汽化器前为不锈钢管道(低温部份)，汽化器后为碳钢管(常温部份)，其余老管道均为碳钢管。启动液氧系统补充供氧前小氧站150m3/h、350m3/h制氧机正常运行，启动液氧系统后小氧站减量。

　　液氧站调试使用至第二天上午9时许，制氧站人员巡检时发现，液氧汽化器后及φ133氧气主管有100余米管道外壁挂霜结冻现象严重。当即关小汽化器液氧供给阀，减量运行。但已来不及阻止事故的发生，2月28日上午10时许，只听轰然一声，液氧站汽化器出口管与系统φ133氧气主管交汇处至氧气分气缸进口处长约60余米氧气管道爆破，多处断开落地，事故范围就在氧气管道示意图的A、B、C三点之间。事故造成电炉停产、用户断氧，幸未伤人，也未引起火灾。

　　2原因分析

　　2.1氧气管道低温态超压物理性爆破

　　根据事故现象与经过，通过现场情况分析，碳钢氧气主管表面挂霜结冻现象严重，说明未完全汽化的超低温(-183℃)液氧已进入碳钢氧气主管，管壁温度骤降，造成大气中的水份在管壁附近遇低温过饱和析出，管壁挂霜、结露、冻冰。超低温造成碳钢管机械强度大大下降，承压能力骤减。氧气主管多处断开落地，大块碎片四散，断口承脆性断裂，都是低温所致。

　　超低温液氧进入碳钢管道，通过管壁与大气进行热交换而汽化增压。在汽化器出口管与系统φ133氧气主管交汇处，液氧遇小氧站送出的常温氧气，更是造成激烈汽化，液氧变气氧体积膨胀800倍，管内压力剧增，超过管材的强度极限就发生了爆破。这也是事故范围在氧气管道示意图的A、B、C三点之间，而不A点之前的原因。A点之前管内有液氧，温度虽低，但尚未剧烈汽化，承压并不高。

　　这次事故没有起火燃烧，断口无熔化、炭黑痕迹，没有化学反应。

　　综上所述，这次事故是超低温液氧进入了不耐低温的碳钢管道，管道低温冷脆，降低了机械强度，又在液氧激烈汽化增压的双重作用下，造成的一起典型的氧气管道低温态超压物理性爆破事故。

　　2.2系统汽化缓冲能力不足

　　新建液氧站从2月27日18时开始调试使用，到2月28日上午10时发生事故前，15个小时送出氧气约7000m3，平均负荷为470m3/h左右，并未超过汽化器800m3/h的设计能力。但是，主要用氧大户的电炉不是一个连续稳定的用户，高峰与低谷负荷相差甚悬，由流量表可看出，高峰用氧已达2000m3/h，超过小氧站供氧(机组未全开)和液氧站汽化能力之和，再加上系统缓冲能力不足，造成液氧未经完全复热就进入碳钢管道，酿成事故。管道挂霜结冻严重就是明证。对于不均衡的用氧大户，系统汽化缓冲能力必须满足高峰负荷的需求，这样才能确保安全运行。

　　2.3自动调节安全保护手段缺失

　　该系统汽化器后氧气管道上未设置测温点，没有汽化能力自动调节控制手段，更无汽化器出口氧气温度过低报警，自动切断液氧来源的安全保护装置。当用户用量加大，氧压偏低，液氧罐与汽化器后氧气压力差加大时，液氧自动增量，汽化器能力变得不足，复热不完善的液氧就进入碳钢管道，引发上述事故就不足为怪了。设计上的安全保护手段先天不足。

　　2.4操作不熟练

　　新建液氧站初次调试投用，操作工对液氧低温特性、隐性危害认识不足，也不曾到其它使用单位操作实习过，对管道挂霜结冻等异常现象反应不灵敏，处置不得力。对液氧汽化补充与原小氧站联合供氧操作不熟练，这也是故事原因之一。

　　2.5天气恶劣气温低

　　时值冬末春初，事故当日，寒潮来临，气温骤降0℃以下。环境温度低，造成空气换热的液氧汽化器汽化能力下降，达不到设计出力800m3/h，这是客观原因。

　　2.6老管道焊接质量低下

　　这次发生事故的管道主要为上世纪七十年代安装的老管道，许多断口发生在焊缝处，可以看到这些焊缝未焊透，本应是单面焊接双面成型的焊缝，实际只焊透1/3至1/2，焊缝强度大大降低，这是老施工隐患的暴露。

　　3防范建议

　　3.1思想须重视

　　随着科技进步、社会发展，年代已久、技术经济指标落后的小型制氧机面临淘汰，取而代之的将是：发挥大型、特大型空气设备优势，推行集中供氧的先进供氧方式，液氧汽化使用装置越来越多，广泛应用。由于有一些小单位，专业技术人员欠缺，认为液氧汽化装置条统简单，满不在乎，草率设计，匆忙施工，紧急上马，人员未经培训就上岗，有的根本无专人值导，仅为兼管，安全得不到保障，事故频繁。上述氧气管道低温态超压爆破事故已闻多起。严峻的安全形势应引起重视，只有牢固树立“安全第一”的指导思想，加强设计、施工与操作，增加必须的安全投入，才能避免上述事故。

　　3.2设计应完善

　　液氧站的设计，必须由具有专业资质的设计单位和设计人员进行，决不可随意代理。

　　供氧系统的设计，应对用户特点、用氧制度，连续与非连续使用，高峰负荷与平均负荷、用氧最高与最低压力、氧气纯度高低等进行认真全面分析，以确定液氧罐容积、汽化器能力与型式、氧气管道直径、缓冲罐大小等重要参数。对于不均衡用氧的大用户，特别要注意，液氧汽化器能力与缓冲罐大小要互相匹配，能力足够，满足高峰用氧时氧气压力下降不大、汽化器负荷不超载、没有低温液氧进入汽化器后碳钢管道的要求，一般汽化器能力要有相当富裕。

　　液氧站的设计，对于上述空气换热汽化器增压的无泵流程，为了不让低温液氧进入汽化器后碳钢管道而引发事故，其安全的关键是汽化器能力要按高峰用氧负荷考虑和控制液氧进汽化器的数量。而对于水浴换热汽化器液氧泵增压流程，其安全的关键除上述要求外，还应确保水浴的水量、水位和足够的蒸汽温度与加入量，以保证水浴温度正常，完善换热。

　　设计必需的自动调节与安全保护系统。压力表、液位计、温度计、流量计、安全阀等安全测量装置齐全。在液氧汽化器后氧气管道上设温度测量点，当温度过低时报警，并联锁停止液氧供应(对空气换热汽化器增压的无泵流程，可通过快速切断阀切断液氧;对水浴换热汽化器液氧泵增压流程，可自动停泵断液氧)。对于水浴换热汽化器，还应设水温调节控制系统，确保水温，完善换热。防止低温液氧进入汽化器后碳钢管道，酿成事故。

　　3.3施工需严格

　　液氧站的施工，必须由具有专业资质的施工单位和施工人员进行，决不可滥竽充数。

　　液氧罐和汽化器的质量由制造厂保证，运抵现场经检查运输过程无损坏，就可按技术标准安装，一般不会出大问题。现场施工的关键在氧气管道，必须按照GB50235《工业金属管道工程施工及验收规范》、GB5023《6现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》和GB16912《氧气及相关气体安全技术规程》的有关要求严格执行，把好除锈、脱脂、焊接、安装、强度试验、气密试验、吹扫、验收等关口。尤其是焊接质量要保证。液氧管道的焊缝必须100%，X射线探伤，焊缝质量不低于Ⅱ级。碳钢氧气管道焊接时，应采用氩弧焊打底，焊缝按设计规定的比例进行x射线探伤抽查，焊缝质量不低于Ⅱ级。只有这样，才能保证生产中的安全运行。

　　3.4操作要熟练

　　操作人员要经过技术培训、安全教育，考试合格后持证上岗。

　　液氧站应建立完善的《技术操作规程》《、安全技术规程》等规章制度和《事故予案》，进行岗位培训，操作工要掌握设备性能，熟悉工艺流程，了解系统特点，熟练技术操作，明了安全隐患，增强应变能力，提高综全素质，防止各类事故，确保安全运行。

　　空气换热汽化器，应严格按汽化器能力控制液氧汽化量，一般要保证汽化器出口氧气温度高于0℃，管道不能明显挂霜，避免低温氧气甚至液氧进入碳钢管道造成事故。

　　水浴换热汽化器，应保持规定水位，且水温一般控制在60℃左右，保证汽化器出口氧气温度高于0℃。当水浴换热汽化器是用奥氏体不锈钢材料制作时，因其对氯离子的腐蚀很敏感，故水浴用水的氯离子浓度应严格控制小于20×10-6，以避免应力腐蚀破坏。水浴汽化器还应采取全浸式操作，氧气出口集合管全埋入水中，处于同一介质中良好换热工作。若不全浸，部份露出水面，由于大气与水的传热特性存在较大差异，氧气出口集合管的水面上、下会有较大温差，产生温度应力破坏。

　　岗位人员不能完全依赖安全保护装置，应坚持点检与巡检，发现异常情况，随时予以处理，防患于未然。