齐菲

(中国天辰化学工程公司，天津 300400)

目前，在煤化工装置中输送高压纯氧时，稍有不慎，容易引起爆炸事故。由于氧气助燃，因而阀门的选型、结构、材料和脱脂防静电等处理中，需要有系列的措施和要求，并且在进行氧气阀门配管时，也有特殊的要求，用以保证氧气管路的安全可靠。

1 工况的定义

在氧气流体输送的过程中，氧气在管道系统中流动会发生改变，欧洲工业气体协会(EIGA)制定的标准IGC Doc 13/12/E《OxygenPipelineandPipingSystems》中将氧气工况划分为“撞击场合”和“非撞击场合”。同样在GB 16912—2008《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》中也参考了EIGA的划分方式。其定义： 使氧气流动方向突然改变或产生漩涡的位置，从而引起氧气中夹带的颗粒对管壁的撞击，这样的位置称作“撞击场合”，否则称为“非撞击场合”。“撞击场合”容易发生激发能源，引起燃烧与爆炸，是危险场合，安全控制要求更加严格。氧气阀门就是典型的“撞击场合”。

2 氧气管道阀门

2.1 材质的选取

在进行材质选择时，根据不同金属的可燃性，对氧气的流速会有一定的限制要求。如果阻燃合金在管道的设计压力下能够阻燃，则此时不需要考虑流速限制。因此，在EIGA规范中提出了豁免压力的概念，即豁免压力为金属免除考虑流速限制的最小压力。

但对于豁免压力仍需考虑金属材料的厚度，相对于IGC Doc 13/02《OxygenPipelineSystems》，厚度在IGC Doc 13/12/E规范中有较大调整，且豁免压力也略有调整。总结常用的金属豁免压力和最小厚度要求见表1所列。

表1 常用的金属豁免压力和最小厚度要求

在GB 16912—2008中仅提出了碳钢和奥氏体不锈钢的流速限制，见表2所列(表2与EIGA标准一致)。该标准仅提出了部分合金的豁免压力，即铜及铜合金(含铝铜合金除外)、镍及镍铜合金，在小于或等于21.0MPa条件下，流速在压力降允许时没有限制。

通过上述规范对比，选择氧气阀门的阀体及阀内件材料时，推荐使用国标结合EIGA规范进行选择。但需注意EIGA规范的温度适用范围为-30～200℃，压力在21MPa以下，露点在-30℃ 或更低的氧气。

例如： 氧气管道公称直径为DN80，氧气压力为7.6MPa，温度为40℃，流量为8000m3/h，流速计算值为7.07m/s。pv=53.752MPa·m/s。通过查表2，阀门材料不允许使用奥氏体不锈钢；通过查表1，压力为7.6MPa 低于monel 400，monel K500的豁免压力，对于阀芯阀座的选择，可以考虑选择monel合金。现阶段阀门厂家的常规配置为阀体使用monel 400，阀芯阀座为monel K500，且阀芯阀座不宜做硬质堆焊，因为堆焊时由于工艺水平限制，易产生一定的不安全因素，所以氧气阀门尽量不宜使用硬质堆焊处理，且尽量不作缩颈处理，保持与原有管道同口径。同时需考虑管道材质的温压曲线和阀体材料的温压曲线是否一致，如不能配合，需要调整阀门法兰连接的压力等级，并注意与管道专业的配合。

2.2 阀体结构的选择

氧气管道上的阀门应选用氧气专用阀，国内氧气管道上多选用截止阀，普通阀门介质的流动方向是下进上出。在氧气工况下，阀门流道与普通阀门有所不同，选择上进下出，以保证阀杆受力良好，且阀芯快速关闭。同时，流道内腔需光滑、流畅、无尖角，内部零件需保证倒角为圆角，且流道尽可能采用流线型，使得氧气在流动过程中无压力突变和流向突变。

表2 管道中氧气最高允许流速

3 氧气阀门配管的设计

在煤化工项目中，在氧气进入气化炉前，阀门较多，且空间较小，因此，在设计中需要与管道专业做好配合工作，并给予相当的重视。通常德士古气化炉工艺中有2路氧气(中心氧和环隙氧)进入烧嘴，其中中心氧的配管更加复杂，包括测量流量的节流装置、氧气调节阀、氮气吹扫支路(三通)及止逆阀。

除节流装置应满足前后直管段要求外，氧气阀门后管道也有特殊要求。GB 16912—2008第8.1.6 条提到： 氧气管道的弯头、三通不应与阀门出口直接连接。调节阀组、干管阀门、供一个系统的支管阀门、车间入口阀门，其出口侧的管道宜有长度不小于5倍管道公称直径且不小于1.5m的直管段。GB 50030—2007《氧气站设计规范》第12.0.18条提到： 氧气管道的弯头、分岔头，不应紧接安装在阀门的下游；阀门的下游侧宜设长度不小于管外径8倍的直管段。

IGC Doc 13/12/E第5.2.1条明确管道的冲击场合包括且又不限于列出的工况，如三通、弯通等。且第5.3.2.3款指出节流阀和工艺控制阀紊流和撞击工况不仅在阀门的阀芯阀座中存在，而且会延伸到下游8倍管道公称直径的长度。

通过上述的规范对比，可以发现共同之处即阀门出口流速变化较快，冲击较为严重，不宜紧接安装弯通、三通，同时宜保证5～8倍的直管段。

4 其他要求

凡接触氧气的零件必须除水、除油，确保干净清洁。因高压氧气流速较快，若碰到毛刺、凹槽、凸肩等发生高速摩擦，容易积聚能量，如有杂质进入，将会引发起火，所以流道内壁应平滑、无锐边、毛刺及焊瘤。氧气管道的弯头、异径管等处是气流冲击和摩擦剧烈的地方，这些位置比直管更具有危险性。因此在设计、加工、装配、试验、运输等环节，应制订严格的工艺规程，确保达到预定技术要求。同时，在工艺操作中也需要按照规程严格进行操作，在纯净的氧气环境下，如进入任何一点油脂或颗粒物，均会造成重大危险，所以对于工艺操作人员的安全培训也是重中之重。

5 结束语

综上所述，作为化工装置中日益重要的一类管道，对氧气管道设计和配管中存在的要点需要认真研究，只有不断提高氧气管道的设计和施工质量，严格执行相关标准规范，严把材料选用、管道布置、焊缝探伤、强度试验等环节，才能确保氧气管道运行安全和装置的长周期安全运行。

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