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氧氣站設備及管道設計、安裝中的問題與處理措施研究

對於氧氣站而言,氧氣設備及氧氣管道屬於至關重要的覈心部分,尤其是在氧氣站進行生產、輸送以及儲存等環節時,稍有不慎就可能出現各種突發事故,使操作人員的人身安危受到威脅,如果事故涉及面積較大,甚至可能對整個氧氣站造成巨大衝擊。 基於此,本文以氧氣站設備及氧氣管道安裝為基礎,著重研究安裝過程可能出現的相關問題,繼而根據相關問題提出對應的解决措施,並提出設備及管道在安裝過程的注意事項。

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工業氣體是工業的血液,近年,隨著我國製造業快速崛起,氧氣站的建設數量快速增長,但氧氣站與其他建築有所不同,氧氣具有强氧化性,是助燃氣體(部分國家標準還將氧氣列入可燃氣體類進行管控),氧氣站為乙類火灾危險類別,氧氣站的安全運行取決於可以相互影響的各種因素,包括設計、 安裝、操作、維護,等等。 氧氣站的安裝是保證後期運行的關鍵因素,所以在設備及管道安裝過程中,很容易遺留各種隱患,這些隱患在後期氧氣站開展氧氣生產等操作時,就有可能衍變為安全事故。 氧氣站設備及管道安裝,屬於一項開展難度較大、科技要求較高的工作,需要具備相應資質、有經驗的專業施工單位進行安裝,在整個安裝過程必須著重注意安裝質量、關鍵點、重點、難點,並實时根據設備及管道安裝狀況,採取相應措施進行切實處理,從根本上消除隱患,保證氧氣站安全穩定運行。

1. 氧氣站設備及氧氣管道安裝中的相關問題

1.1 氧氣管道系統資料問題

氧氣管道系統資料選型正確是保證氧氣站安全運行的前提,氧氣管道系統資料包括:管件閥門法蘭、法蘭密封墊片等,而氧氣管道選型主要參數包括:材質、管徑、壁厚、有縫或無縫管、表面粗糙度。 氧氣管道材質在滿足設計條件下需與使用的氧氣濃度相相容,如液態氧管道、低壓氧管道、中壓氧管道、高壓氧管道等。 特設使用場所對氧氣管道材質要求各不相同、部分不能混淆,施工單位在安裝過程中需嚴格核對資料是否符合設計圖紙要求,並覆核資料是否符合氧氣站設計規範等國家標準要求。 專業的施工單位能及時發現問題,提出工程設計變更,避免因資料使用錯誤導致工程損失和安全事故的發生。

1.2 氧氣管道系統脫脂問題

油脂在高純氧氣中具有較强的活性,氧氣能直接支持燃燒,特別是有機油脂、碳水化合物和有機油,在高溫氧氣燃燒條件下很有可能直接發生劇烈化學反應,導致爆炸火灾和金屬爆炸。 其它雜質如其他金屬的碎屑顆粒,在高速流動下以及在氣體的强力推動和緩衝力作用下,也會產生靜電摩擦而導致金屬燃燒爆炸。 在各種低溫天氣條件下,這些金屬雜質也有可能被粘附在其他運動設備部件上而導致運動設備發生故障,囙此,在氧氣站安裝設備及管道時,必須保證系統清潔度,要針對其中的污漬展開徹底清除,包括碳水化合物、雜質、金屬件碎屑、焊接材料飛濺、油漆,氧化物及產品包裝資料等所有雜質。

2. 氧氣站設備及管道安裝中的解决措施

2.1 氧氣管道系統設計、安裝資料品質保證

氧氣管道系統材質分為金屬材料和非金屬材料,適用於氧氣管道系統的金屬材料主要有:碳鋼管、S304/S304L不銹鋼管、S316/S316L不銹鋼管、銅及銅合金管、鋁及鋁合金管、鎳及鎳合金管; 適用於氧氣管道系統的非金屬材料主要有:氟化聚合物、聚醯胺類、陶瓷、玻璃。 工程中氟化聚合物較為常用,主要用於閥門、螺紋、法蘭密封墊片,常用氟化聚合物為聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)。

2.2 氧氣管道正確選用

氧氣管道選用的主要參數包括:材質、管徑、壁厚、有縫或無縫管、表面粗糙度等。 氧氣管道的選用需嚴格考慮氧氣壓力、氧氣介質(氧氣/液氧)、氧氣流量、氧氣純度、使用場所(一般場所/特設場所)。 工程設計安裝時,不同使用環境下資料的選用要求如下:

  • (1)液態氧管道安裝選擇時注意液氧溫度為-183℃,選用的資料必須能長期耐受-183℃的低溫環境,從資料效能及工程成本考慮,常採用S304不銹鋼無縫鋼管(06Gr19Ni10),不允許採用碳鋼資料。
  • (2)氧氣使用壓力≥3.0MPa可採用的管材有:不銹鋼無縫鋼管、銅及銅合金管(不包括鋁銅合金)、鎳及鎳合金管、不銹鋼板卷焊管(內壁焊縫磨光條件下,使用壓力<5MPa的一般場所允許使用)。 在氧氣使用壓力>10MPa時,使用場所為氧氣充裝系統、匯流排系統時,不允許採用不銹鋼無縫鋼管。
  • (3)氧氣使用壓力在0.6-3.0MPa時,可採用的管材有:不銹鋼焊接鋼管、無縫鋼管、不銹鋼板卷焊管、不銹鋼無縫鋼管、銅及銅合金管、鎳及鎳合金管; 但在以下情况不允許採用無縫鋼管:閥後5倍外徑(並不小於1.5m)範圍、壓力調節閥組前後各5倍外徑(各不小於1.5m)範圍內,因為在壓力調節閥組的上下游管道氣流急劇變化,出現高速氣流及大的渦流引起顆粒同系統壁碰撞時,易發生衝擊現象。
  • (4)氧氣使用壓力≤0.6MPa時,可採用的管材範圍較廣,包括焊接鋼管、不銹鋼焊接鋼管、無縫鋼管、不銹鋼板卷焊管、不銹鋼無縫鋼管、銅及銅合金管、鎳及鎳合金管;但在分配首長上閥門頻繁操作區域後、放散閥後不允許採用焊接鋼管、無縫鋼管。 管徑選擇時主要依據流速來確定,流速指的是在設計運行最小壓力、溫度和最大流量下管道中的平均軸向速度,要從流過管道或閥門的最小橫截面的流速考慮。 氧氣純度同時也是影響管道選擇的因素,電子氣大宗純化系統對氧氣純度≥99.999%、露點<-70℃的氧氣管道,要求採用EP管,閥門也應採用同等級低碳不銹鋼的隔膜閥或者波紋管閥。

2.3 現場來料品質保證

針對已經購買的資料需進行配對檢測,並確認所有配件的正確規格和等級、精度。 例如,對帶法蘭的閥門,已確認壓力等級和規格的法蘭和閥門,管道彎頭和接頭是否與管徑和壁厚相同。 資料供應商應提供材質證明檔案,材質證明檔案應包含資料的材質成分、壁厚、製造標準、爐號、品牌、檢驗日期; 現場的資料到貨時要立即進行開箱檢查,與材質證明檔案進行對比覆核,現場檢測壁厚、核對爐號、外觀檢查,發現損壞的資料應及時聯系資料供應商更換發貨,嚴禁使用損壞資料。 對物料的到貨、配件進行入庫登記、分類,建立健全物料登記制度,同時注意不銹鋼管嚴禁與任何碳鋼資料接觸存放,以免造成不銹鋼晶間腐蝕。

2.4 做好脫脂工作

在進行脫脂前,應先對管材進行清掃除塵,管件和閥門也應進行除塵。 脫脂劑推薦選用三氯乙烯,禁止採用四氯化碳。 脫脂用的容器、工具、手套等必須預先脫脂,安裝於氧氣管道系統中的管材、墊片、法蘭、閥門等配件需全部進行脫脂。 在氧氣設備管道脫脂過程需注意:
(1)脫脂劑排出後,利用無油水分並清潔的壓縮空氣或者乾燥氮氣吹幹。
(2)閥門及法蘭脫脂時,應將拆卸後的閥件浸沉在裝有溶劑的密封容器內,浸泡1-1.5h,然後取出進行乾燥。
(3)將脫脂後的管子封閉管口並通入乾燥氮氣防止再被污染。 管子內壁脫脂時,溶劑用量參攷數據見錶:

錶 管內壁脫脂溶劑用量參攷

管道的內徑/mm 15 25 40 50 80 100
脫脂劑量 /L 0.15 0.3 0.5 0.6 0.8 1

(4)脫脂完成後先進行外觀檢查,無脫脂劑殘留、無腐蝕、結垢、顆粒物質、焊渣、電焊或釺焊焊藥、切屑、沙子或現場垃圾之類的外部物質,脫脂檢驗方法用紫外線燈照射後,無紫藍螢光,稍微有點變色是可以接受的。 管道檢驗時,可用脫脂紗布從一端塞入,另一端拉出用紫外線燈照脫脂紗布,檢查有無紫藍螢光。

3. 氧氣站設備及管道設計、安裝的注意事項

3.1 佈置事項

由於氧氣通過管道輸送具有很强的助燃性,氧氣管道如發生大量氧氣洩漏,極易引起火灾、爆炸事故,囙此對於氧氣管道的安全佈置設計應有一些特殊的安全要求,保證氧氣管道的正常運行安全。

  • (1)氧氣管道宜採用架空鋪設,架空敷設困難時可採用不通行地溝敷設或者直接埋地敷設,所以在氧氣埋地管道敷設時深度應必須符合要求,簡單來講,供氧管道的直接埋深應根據地面上的載荷確定,管頂離地面應≥0.7m; 管道穿過鐵路和道路時需設套管,與其交叉角度應≥45°。 對於直接埋地管道,應根據埋地區域周圍土壤的腐蝕程度採取相應防腐蝕措施,同時埋地氧氣管道不應裝設閥門或法蘭,當必須安裝閥門時,應設獨立閥門井。
  • (2)車間內管道敷設時,不應直接穿過室內個人日常生活間、辦公室; 此外,氧氣站設備管道不應穿過溫度較高的區域,如果必須在這種區域進行佈置操作時,應在該氧氣專用管段增設隔熱保護措施,管壁內的隔熱保護溫度一般範圍不應過高,通常不得超過70℃。

3.2 焊接工藝事項

為了保證氧氣管道內部清潔,內部焊接成型面必須平滑且無焊渣、焊瘤,確保氧氣管道焊接表面光潔度。 焊接工作時對碳鋼管道應採用氬弧焊打底,不銹鋼管道應採用全氬弧焊GTAW,對於超高純氧氣管道還需要採用內壁無瘢痕的自動焊。 採用氬弧焊焊接的不銹鋼管,焊接後焊縫表面須進行酸洗,除去表面氧化層。 為了保證焊縫質量,焊接時管道內應採用99.999%的氬氣作為保護氣。 氧氣管道焊縫質量應採用無損射線檢測,液態氧管道及設計壓力>4.0MPa的氧氣管道,檢測比例100%,質量等級≥II級; 氧氣管道設計壓力1.0-4.0MPa採用抽樣檢測,檢測比例一般固定焊口40%,轉動焊口15%,質量等級≥II級; 氧氣管道設計壓力<1.0MPa,檢測比例≥5%,質量等級≥III級。

3.3 其他事項

氧氣管道系統墊片應採用與氧氣相容的材質,安裝時必須詳細核對墊片尺寸,以便與管道內徑相匹配,由此消除累積微粒。 同時應避免使用墊片密封膠,避免密封膠由於擠壓而進入到氧氣管道內。 氧氣管道系統所有零部件都應設計安裝成不需潤滑劑,但如果裝配、操作或部分部件運轉必須要潤滑時,則選擇與氧氣相容的潤滑劑,一般採用鹵化三氟氯乙烯(CTFE),潤滑劑應在潤滑表面上,且用量應保持最小限度。
對於應用於電子氣項目的超高純氧氣管道系統,除焊縫檢測外還必須進行“五項檢測”壓力試驗、微量氧檢測、微量水檢測、顆粒檢測、氦檢漏。

4. 結語

綜上所述,在我國工業領域的飛速發展下,相關企業對於氧氣的使用量持續上升,如果無法保證氧氣站運行穩定和安全,即可能威脅人身及設備安全,還可能導致相關企業承受一定損失。 囙此,在設計、安裝氧氣站設備及管道時,最好著重注意安裝過程的相關問題,並採取保證資料質量、做好脫脂工作等措施,切實處理安裝中的相關問題。 此外,為了確保安裝過程的實際安全,相關人員需要注意佈置、焊接等方面的相關事項。

作者:肖鵬

資源: 管道解決方案供應商 ——雅昂管業 (www.tourochina.com)

參考文獻:

  • [1] 段亞.淺談壓力管道安裝監督檢驗中存在的問題及控制措施[J].中國化工貿易,2019,11(12):153-155.
  • [2] 胡榮貴,劉春娜.石油化工工藝管道安裝工程施工管理中的常見問題及處理研究[J].中國化工貿易,2020,12(5):180-181.
  • [3] 秦緒良.機電機械設備安裝的安全隱患及解决措施研究[J].中小企業管理與科技,2019000(011):33-34.
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