谈氧气管道设计.doc

谈氧气管道设计、安装及运行管理安全注意事项氧气在冶金行业的地位非常重要。随着氧气炼钢、高炉富氧等强化冶炼措施的采用，钢铁企业用氧发展很快，而且氧气用途广泛。转炉顶底吹氧、高炉富氧鼓风、电炉吹氧、钢坯自动火焰清理以及检修用氧等。从生产、检修到基建无时无处不用氧气，并且冶金行业用氧条件要求严格，用氧不均衡，频繁大幅度波动，使用制度复杂并要求安全连续稳定供氧。近年来，随着氧气用量的增加，用氧大户都采用氧气管道输送，由于管路长，分布广，再加上急开或速关阀门，造成氧气管道和阀门燃烧爆炸的事故时有发生。所以，全面分析氧气管道存在的隐患、危险，并采取相应的措施是至关重要的。1氧气管道燃烧、爆炸的原理根据燃烧、爆炸的“三要素”(可燃物、氧化剂、激发能源)的机理进行分析，氧气管道本身材质一般是碳钢或不锈钢，因含碳,在纯氧状态下也可燃，而且铁燃烧时释放放出大量热量，温度上升极快。氧气管道内输送的高纯高压氧气，是极强的氧化剂，纯度愈高，压力愈高，氧化性愈强，愈危险。导致氧气管道燃烧、爆炸的激发能源有多种：阀门在高低压段之间突然打开时，低压段氧气急剧压缩，由于速度很快，来不及散热，形成所谓“绝热压缩”，局部温度猛升，成为着火源；有人做一试验：如在DN200 的氧气管道中设置一套DN50调节阀组进行绝热压缩试验，可以推算出当DN200管道的阀门骤然打开，DN50的调节阀处于全闭工况时，绝热压缩温度高达637；当DN200管道的阀门骤然打开，DN50的调节阀处于全开工况时，绝热压缩温度为358（按氧气管道的最高压力0.3MPa计算）。 启闭阀门时，阀瓣与阀座的冲击、挤压，阀门部件之间的摩擦； 高速运动的物质微粒(如铁锈、灰尘、焊渣、杂质颗粒等)与管壁的摩擦； 加热面、火焰、辐射热等外部高温； 油脂引燃； 静电感应、雷击； 铁锈、铁粉的触媒作用等。根据制氧行业多年来所发生的氧气管道燃爆事故分析，并通过以上燃烧、爆炸的因素来看，有选材的问题，也有操作、维护的不当，更有设计、安装质量失控的原因。2、氧气管道设计中的安全注意事项根据冶金行业的特点，设计氧气管道时应注意以下几个方面：氧气管道应架在非燃烧体的支架上，以防止氧气外泄时点燃支架。氧气管道应可靠接地，接地电阻小于10，氧气管道的法兰、螺纹接口两侧应用导线跨接，其跨接电阻小于0.03。氧气管道壁温不应超过70，严禁明火及油污靠近氧气管道和阀门。氧气管道的弯头、分岔头不应与阀门出口直接相连。氧气管道与乙炔、氢气共架时应在其下方。氧气管道与油脂及有可能泄漏腐蚀性介质的管道共架时应在其上方。严禁氧气管道与油脂管道、腐蚀性介质管道、电缆线同沟敷设，并严禁氧气管道地沟与该类管线地沟相通。厂区氧气管道宜架空敷设。如与其他管道、建筑物、电线、道路和铁路等应有足够的安全间距；氧气管道中氧气最高流速应限定。根据冶金行业的特点，氧气管道直径的确定，要在高峰负荷情况下满足最高允许流速要求，并留有余地，确保安全。氧气管道的管件选用要慎重。氧气管道的弯头、分岔头、异径管均是容易引起氧气气流冲击和激烈摩擦的地方，如有铁粉焊渣等，会引起燃烧或爆炸等严重事故。因此氧气管道严禁采用折皱弯头。氧气管道应选用专用氧气阀门，阀门要严格脱脂。垫片选用难燃或阻燃材料。氧气管道上适当位置应加阻火铜管。总之,氧气管道在设计时应根据流量、压力的要求，计算确定氧气管径，选择合适的管材；进行管道布置时，应以工艺简单、流程合理、利于吹扫为原则，并尽量减少急弯，选择合理的弯曲半径，力求简化管系，做到通气顺畅。3氧气管道安装质量控制3.1安装单位资质及施工方案的审查承担氧气管道安装单位必须具有相应的压力管道安装许可证，工程施工承包的资质等级及相应健全的质量管理体系。同时安装单位应有完整的保证工程质量的项目管理机构及工程质量技术的管理制度。氧气管道施工前，施工单位应编制详细的施工组织设计或施工方案，同时到当地特种设备安全监察机构办理告知手续。焊接工艺评定报告应能覆盖整个工程焊接项目，从事氧气管道焊接工作的焊工必须具有相应的特种设备焊工合格证，焊工合格项目必须满足工程焊接要求。同时探伤人员也有满足规范、标准的要求。3.2材料验收控制材料是要求管道安装质量的基础，管材、管件、阀门、法兰等必须有完整的质量证明文书，管件、阀门、法兰等生产企业必须具有相应的压力管道元件安全注册证书，其规格、型号及性能检测报告应符合国家技术标准和设计要求。验收时应按设计要求核对其规格、材质、型号及技术要求，并按国家现行标准进行外观检查,管材、管件如有重皮、裂缝和严重划痕不得使用，法兰、垫片等表面应光洁，不得有气孔、裂缝、毛刺和凹痕等缺陷。焊接弯头如三通应注意其内表面光滑，勿使焊瘤、焊渣留在管内。管件质量应符合下列规定: 不得有裂纹不得存在过烧、分层等缺陷不得有皱纹,弯头内壁应平滑,无锐边、毛刺及焊瘤。氧气管道的变径管，宜采用无缝或压制焊接件，当焊接制作时，变径部分长度不宜小于两端管外径差值3倍，其内壁应光滑，无锐边、毛刺及焊瘤。氧气管道上的阀门在使用前应逐个进行强度和严密性试验。强度试验压力为公称压力的1. 5倍,试验时间不得少于10min，以壳体填料无渗漏为合格。严密性试验以公称压力进行，以阀瓣密封面不漏为合格。用于阀门强度试验的液体应为无油水，不锈钢阀门在进行强度试验时，无油水中含CI- 不得大于25 mg/kg。严密性试验应用无油压缩空气或惰性气体如N2 进行，并用无油泡沫洗涤剂涂刷，检查泄漏情况。阀门在严密性试验前应进行解体脱脂处理，密封填料应换成不含油及不可燃材料的填料如聚四氟乙烯( PTFE)等。试验合格的阀门，应及时排尽内部积水，并用无油压缩空气或N2 吹干，并把阀门两端口封闭，以防二次污染。3.3除锈与脱脂控制由于氧气管道属于特殊而危险的压力管道，接触氧气的内表面必须要彻底除去毛刺、粘砂、铁锈和其他可燃物，保持内壁光滑清洁，因此氧气管道脱脂前，管道内表面应进行除锈，具体的可采用喷砂，钢刷或酸洗等几种方法进行。碳素钢管在酸洗除锈后，还应对其表面进行钝化处理。不锈钢、铜及铝合金的管子及附件只进行脱脂，不需除锈。由于氧气管道属于忌油管道，因此管子、管件、阀门等凡与氧气接触的部分，都必须严格脱脂。常用的脱脂剂有二氯甲烷(工业)，三氯乙烷(工业)或碱性脱脂液等。对于管道脱脂，将管道放人盛有脱脂液的矩形槽中进行浸泡或管内装入脱脂，两端封闭平放(1015) min,在此时间内转动(34)次，最后将脱脂液倒出，用无油压缩空气或N2 吹干，脱脂后的管子两端用脱脂过的旧布或塑料薄膜封包，以防管子二次污染。对于阀门、管件、仪表、垫片及其它附件，宜用脱脂剂浸泡法或擦拭法进行脱脂。采用擦拭法进行脱脂时，不宜使用棉纱，应用纤维不易脱落的布、丝绸、玻璃纤维织物等。脱脂后必须仔细检查脱脂件，严禁有机织物的纤维附着在脱脂件上。脱脂后的检验方法有紫外线灯照射法、樟脑球及有机溶剂分析法等。紫外线灯照射法为最简便的方法，用波长为(32003800)埃的紫外线灯照射脱脂件表面，以无紫蓝荧光为合格。3.4氧气管道安装过程中的要求氧气管道在安装过程中,应采取有效措施,防止受到油污染,并防止可燃物、锈屑、焊渣、砂土及其他杂物进入或遗留在管道内,并应严格进行检查。为避免管道的污染,安装工人的双手、工具、工作服等不应染有油污。管道连接时,不得强力对口,加热管子、加偏垫或多层垫等方法,来消除接口端面的空隙偏差、错口或不同心等缺陷。管道组对时,内壁错边量应符合要求,同时检查管子的安装平直度。氧气管道应尽量采用自然补偿，人工补偿时可以用方形补偿器或波形补偿器。但在钢铁企业中很少甚至不用波形补偿器。管道的对接焊缝,不应设在支、吊架处,焊缝离支、吊架边缘不得小于100 mm。管道穿墙或楼板时,应加设套管,套管内不得含有接口。安装不锈钢管道时,不得用铁质工具敲击,法兰用的非金属垫片,其含量CI- 不得超过25mg/kg 。不锈钢管与碳素钢支架接触面必须垫不含Cl- 的非金属垫板或不锈钢片加以保护。管道和阀件丝口连接处的密封材料采用聚四氟乙烯带,不得使用铅油麻丝等含油及可燃材料。垫片与氧气直接接触，氧气管道的垫片必须选用不燃性材料。如聚四氟乙烯、退火软化铜片等。安装垫片时若不进行调整露出到管内面，由于摩擦，铁粉与氧气接触时易引起燃烧事故。所以，安装时垫片的位置必须调节到位。管道安装时,应检查法兰密封面及密封垫片,不得有影响密封性能的划痕、斑点等缺陷。3.5焊接及检验为了确保氧气管道内壁清洁度和光滑度的要求，不能有焊瘤出现，并有效防止焊渣进入管道内，碳钢管道的焊接采用氩弧焊打底、手工电弧焊盖面的焊接工艺；不锈钢管全部采用氩弧的焊焊接工艺。管道焊接后,必须对焊缝进行外观检查和无损探伤。焊缝表面不得有裂纹、气孔、夹渣等缺陷，咬边深度碳钢不得大于0.5 mm ，不锈钢焊缝不得有咬边。焊缝外观检查后，应对每一焊工所焊的焊缝按设计要求或标准、规范规定的比例，进行无损探伤。在每条管线上至少进行一个焊缝。若发现不合格者，应对被抽查焊工所焊焊缝按原规定比例加倍探伤，仍不合格，则应对该焊工在该管道线上所焊焊缝全部进行探伤。进行无损探伤的焊缝，其不合格部位须返修，同一焊缝允许返修次数:碳素钢不超过3次，不锈钢不超过2次，返修后仍按原规定进行探伤。3.6静电接地安装氧气管道要有良好的静电接地要求，并应按图纸规定作可靠接地，法兰间应有跨接线。静电接地安装完毕后，必须经过测试，电阻值超过规定时，应进行检查与调整。3.7试压、清管及吹扫强度试验:氧气管道强度试验用不含油的干净水或干燥空气、N2 进行，设计压力大于3. 0MPa的氧气管道用水作强度试验。碳钢氧气管道用水压试验时，试验前管内壁应进行钝化处理，不锈钢氧气管道水压试验时，水中Cl- 的含量不准超过25mg/kg，用水作强度试验时，试验压力为1.5倍设计压力。水压强度试验时，达到试验压力后维持10min，检查管道无变形、无渗漏为合格。设计压力小于等于3.0MPa要求管道用气体作强度试验，试验压力为1. 15倍设计压力，试验时，升压应逐级进行，先升50%的试验压力，经检查后,再以10%的试验压力级差逐级升压，每级停留不少于3min，达到试验压力后稳定5min，以无变形、无渗漏为合格。气密性试验:用不含油的干燥空气、N2进行,试验压力为管道设计压力,管道内气体压力达到设计压力后,保持24h,平均小时泄漏率对室内管道为0.25%,对室外管道以不超过0.5%为合格。清管与吹扫:氧气管道施工过程中，管道内部难免会有泥砂、焊渣等杂物；同时虽然氧气管道经过钝化处理，但与空气接触后，管道内也难免有浮锈出现。为了保证氧气管道的安全投产及运行，在投产前应彻底清除管道内的所有杂物和锈迹。一般采用机械清管工艺。机械清管球是根据具体的管道直径而设计，并带有金属刮刀，它在气体的推动下可在管道内旋转前进从而清除管内杂质及管内浮锈。机械清管完成后，再用无油、干燥的空气或氮气，以不小于20 m / s的流速吹扫管道，直至管道出口无铁锈、焊渣及其它杂物为合格。吹扫合格后的氧气管道，如不立即投入使用，应充入干燥氮气保持正压，以免锈蚀。4.运行管理注意事项4.1操作注意事项 开关氧气阀门时应缓慢进行，操作人员应站在阀门的侧面。 严禁用氧气吹刷管道或用氧气试漏、试压。 实行操作票制度，事先对操作目的、方法、条件作出较详细的说明和规定。 直径大于DN70mm的手动氧气阀门，当阀前后压差缩小到0.3MPa以内时才允许操作。 4.2维护保养注意事项 氧气管道要经常检查维护，除锈刷漆，每35年一次。 管路上的安全阀、压力表，要定期校验，1年1次。 完善接地装置。 动火作业前，应进行置换，吹扫，吹出气体中氧含量在1823时为合格。 阀门、法兰、垫片及管材、管件