轉載：安工智享

隨著我國化工行業的不斷發展，化工產品的不斷優化，氧氣的使用越來越廣泛。但是在氧氣生產、供應特別是輸送氧氣管線系統中，經常發生安全事故，造成設備損壞和人身傷亡，相關事故教訓極其慘痛。為此，在華外企安全專家組秘書處邀請成員單位液化空氣集團（以下簡稱“液空”）專家對氧氣管道安全設計、生產等國內外標準進行對比分析，并結合管理經驗提出更符合安全要求的工程實踐建議。

液空的氧氣管道系統設計是以風險控制為基準，從可能性及嚴重性二個維度進行風險管理與控制。

液空風險矩陣（圖1）以GB36894-2018《危險化學品生產裝置和儲存設施風險基準》為基礎，作為主要歐洲氣體協會標準參與和編寫者，風險矩陣又系統地應用和參考了歐洲氣體協會標準IGC文件要求，具體根據燃燒三要素（圖2），對氧氣管道的系統及每個元件逐一進行燃爆可能性與嚴重性分析，將氧氣燃燒爆炸的風險控制在低風險綠色區域。

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

點火源：每種點火源都需要一定的條件，因此對點火源，應當控制或去除各個點火機理的點火條件。

舉例說明：顆粒沖擊被認為是氣氧燃爆事故的主要原因之一。顆粒沖擊需要四個條件：顆粒物存在，高流速，沖擊角及沖擊點上的可燃物，如果能夠去除顆粒或降低流速，就有很大的可能性控制顆粒沖擊這個燃燒機理。

降低嚴重性

采用自動或無人操作，安裝防護罩或墻，設置對人的安全距離或對設備財產的分離距離。

說明：人與物對爆炸沖擊波及熱輻射等的承受能力不一樣，因此設置的防護距離不一樣：比如沖擊波人最大只能承受是20mbar,設備可以到達200mbar以下；而熱輻射也同樣。

針對國內氧氣管道設計，安裝和運行中存在的問題，通過分析研究，液化空氣集團專家提出如下建議：

一個顆粒雜質集聚的典型案例（圖3）：

如上圖3所示，當空分1氣氧停止運行，其他系統代替它供氧期間，比如空分2氣氧或后備系統氣氧管道投用時，空分1的氣氧管道的低點可能成為其他系統運行時的顆粒雜質集聚點。當一段時間運行后，空分1氣氧管道再度投用時，顆粒沖擊的風險就非常高。

顆粒沖擊是氣氧中最大可能的燃爆機理，安裝維護中雖然嚴格進行清潔及吹掃，實際管道系統中不可避免地存在或會產生顆粒雜質。因此，設計及安裝中應當避免顆粒雜質集聚的低點盲端。

1963年德國材料試驗所W-Wegener的《氧氣在鋼管中容許流速的研究》報告中指出，通過不同物質在不同流速的氧氣流中進行多次著火燃燒試驗，當氧氣管道中只有不可燃燒物質顆粒時，即便是在比較高的氧氣流速，管道也沒有燃燒的危險。但有可燃物質顆粒時，只要達到一定流速，管道就可能燃燒。可燃物質的著火點愈低，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的燃爆機理，而與流速相關的僅僅或主要是顆粒沖擊這個機理。因此，控制流速對于控制顆粒沖擊這一氣氧燃爆機理也至關重要。

國外有大量的工程實踐證明，碳鋼管道可以用于壓力高于3.0MPa的氣氧管道中，特別是長輸管道。因為是埋地管道，不銹鋼的外腐蝕防護沒有可鑒戒的經驗。雖然碳鋼與不銹鋼存在不少差異，如碳鋼生銹的情況下內部會產生顆粒，而不銹鋼一般情況下不會，但是長期在氧工況運行的情況下，二者差別并不大。并且，不銹鋼與碳鋼相比，燃燒性能并沒有什么優勢，如燃燒熱，導熱系數等，不銹鋼的性能反而更差。液空通過大量實驗證實，不銹鋼對于氣氧沒有明顯的豁免壓力。

因此，建議修訂國家標準規范，允許碳鋼使用于大于3.0MPa的氣氧管道。

由于存在防護墻或罩的防護，氣氧燃爆風險從風險矩陣上研究有可能已經達到了可接受的范圍。因此，存在防護墻或罩的情況下，對流速的限制可以局部放寬。

非金屬材料相對金屬材料來說，與氧的兼容性更差，更容易在氣氧中被點燃，因此它的選擇也是氣氧管道系統中的重要議題。

非金屬主要用于墊片，閥座，螺紋潤滑劑，螺紋密封件，閥填料以及類似的應用場合。非金屬材料是點火鏈燃燒機理中的罪魁禍首。點火鏈的燃燒機理是，燃燒首先從小的或容易燃燒的物質開始，如小能量點燃油或脂，然后燃燒放出的熱量，點燃非金屬材料，然后點燃小的或薄的金屬材料，然后點燃大的金屬材料。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，一般大概率會泄漏，石墨也存在同樣問題。

因此，一般工程實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氧兼容性的測試證明。氧兼容性測試項目內容對氣氧來說主要是高壓純氣氧條件下的自燃溫度，而這些測試需要行業內認可的實驗室，采用ISO 11114-3、EN 1797 或 ASTM D2512 的標準進行測試。

“氣體排放”主要指空分設備的富氧氣體（氧氣）排放，以及窒息氣體（氮氣，氬氣）排放。排放富氧氣體存在增加燃燒可能性風險，而且其中含有的窒息氣體也會危及人身安全。目前國內標準規范雖然涉及到最小高度的要求，但是沒有考慮到相關參數的影響，存在不合理因素，如沒有考慮風向，排放溫度，排放比重，排放直徑，平臺，氣象條件等。現行的國家標準對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高的風險。比如，氧氣排放云團一般會向下沉降(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；而氮氣云團會往上升，4.0米的高度又有點過高。

因此，排放高度需要考慮以上各個因素，通過排放氣體擴散計算確定，并且制定相關國家或行業標準。