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(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)

1 液氧的储存环境

随着保障要求的提高，水面船舶对氧气的需求日趋增大，造成用于储存氧气的高压储气钢瓶数量不断增加，不仅占用了大量的空间，还因为储气瓶室对安全性要求较高，给总体设计带来诸多限制。若对大量高纯氧气采用液态形式进行储存，可以有效减少储气钢瓶的数量，节省总体资源，优化总体布置。水面船舶储存液氧面临着火灾、爆炸、人员冻伤和人员氧中毒等的安全性风险，需要在总体设计时予以充分考虑。目前，陆用液氧储存及应用设施通常应满足GB 16912—2008 《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》、GB 50030 《氧气站设计规范》和JB 6898 《低温液体储运设备使用安全规则的要求》等标准规范要求[1]。潜艇对于储存液氧的安全性设计，在供氧系统中设置氧烟囱，既用作液氧的灌注通道,也作为在紧急情况下将液氧向舷外释放的通道[2]。

水面船舶人员密度大，环境复杂，层高受限，进排气通道相对较多，且存在受到猛烈冲击的可能性，与陆地、潜艇环境存在一定差异，因此，水面船舶储存液氧的安全性设计存在特殊性，需要针对性地进行安全风险分析，并在设计时充分考虑安全防护措施。

2 水面船舶储存液氧的安全性风险

2.1 火灾和爆炸风险

火灾和爆炸风险包括三种：燃烧事故、可燃物爆炸和超压物理爆炸。

液氧虽然不可燃,但能助燃,火灾危险性为乙类。液氧贮槽发生爆燃危险的原因有两种：①杂质点燃；②机械冲击对杂质提供了能量[3]。当舱室内发生液氧泄漏事故后,舱室内空气的氧气浓度升高,在出现火情时极易发生富氧燃烧事故。包括气体、液体、固体物质在内的所有可燃物质与液氧混合时，都具有爆炸危险性，在受到机械冲击、火源、静电等外因的影响时都可能发生爆炸。当液氧储罐或者液氧管路的隔热措施发生破坏或引入其他热源时，容器或管道内的液氧受热发生气化，造成容器或管道内的压力急剧升高[4]。液氧等低温系统应按照标准配置可靠的泄压措施，避免因泄压能力不足导致液氧储罐或者液氧管路发生物理性爆炸。

2.2 低温风险

低温液体对水面舰艇带来的危险包括：人员冻伤和设备甚至船体受低温发生破坏。

液氧在一个大气压下的沸点为-183 ℃, 当液氧发生泄漏事故并喷到人体皮肤上时，将由于瞬间低温液体气化吸热对人员造成严重的冻伤事故。由于低温环境下大部分金属材料会变脆、延展性变差，低温系统通常采用奥氏体不锈钢、铝、铜等金属，严禁使用碳钢等低合金[5]。常规船体材料和船用设备外壳材料在与大量液氧接触时，在材料延展性下降和降温收缩的综合作用下，容易发生破坏。

2.3 氧中毒

氧中毒是指人体在吸入高于一定压力的氧一段时间后，某些系统或器官的功能与结构发生病理性变化而表现的病症。对于水面船舶储存液氧的情况，若舱室内发生液氧或氧气泄漏而没有进行有效换气，则人员将较长时间工作在富氧环境中，容易发生氧中毒事故。氧中毒的常见症状包括：胸闷、呼吸困难、肌肉抽动、面色苍白、眩晕等症状。

3 水面船舶储存液氧的安全防护措施

3.1 防火防爆

水面船舶需采取的防火防爆措施包括：可燃物隔离、环境监测、超压泄放、防爆通风、相关设备抗冲击保护。

水面船舶总体布置应充分考虑液氧储罐与可燃物和引火源、人员活动范围、重要设备的相对位置，规划防火防爆区域。水面船舶上可能出现的引火源包括：明火、高温设备或管路表面、运动件摩擦、设备撞击、静电和雷击等。

液氧储存舱室应配置火灾报警、可燃物监测、氧气浓度监测、温度监测等措施，实时监测储存环境的安全。对舱室环境中的可燃物和氧气浓度均进行监测。定期对液氧中乙炔含量进行化验，乙炔含量应小于1×10-7[6]。高纯液氧储罐液位应控制在10%～95%之间，压力不宜过高。定期检查接地电阻(每年至少1次)，阻值不大于10 Ω。

液氧贮槽和液氧管路均应按要求设置压力表、安全阀或爆破片等附件，在发生液氧汽化超压故障时,可通过安全阀或爆破片泄放容器和管道内压力,保障安全。对于水面船舶，液氧和氧气均不可以直接泄放在舱室内，应通过专用泄压通道送至船体外，应全面统筹考虑全船进排气口的位置，避免泄放的大量氧气与其他可燃物接触或重新吸入船体。

为了避免氧气积存, 必须采取有效的通风排气措施。水面船舶对氧气相关舱室应按照防爆舱室处理，配置防爆通风。

水面船舶受冲击可能性较高，对相关设备应采取足够的抗冲击设计，不仅不能造成液氧储罐内的受冲击爆炸，也不能因冲击造成液氧泄漏事故。当设备上的阀门和仪表、管道连接头等处被冻结时，严禁用铁锤敲打或明火加热冻结部位，而应使用干净且无油的热空气、热氮气或温水进行融化解冻。对储存舱室内的运动旋转部件均应设置防护罩，发热部件贴上警示牌，避免人员靠近。

3.2 人员冻伤防护

人员对低温系统进行操作时，应佩戴大小合适的防护手套。作业期间不可将皮肤裸露在外。裤脚应套在鞋外边,并高于鞋顶, 防止液氧意外进入。佩戴防酸型护目镜或面罩, 对头和面部进行防护。

如果出现人员冻伤的情况，应立即使冻伤人员脱离液氧环境并把冻伤的部位浸泡在42 ℃左右的温水中；若冻伤的部位与衣物冻结在一起,则应将衣服一同浸入温水中，避免冻伤部位自融或处于10～25 ℃的“危险温度”范围, 以免耽误了早期复温的时机。

3.3 氧中毒防治

禁止人员在无保护措施的情况下在氧浓度超过40%的环境中工作，对可能发生氧气或液氧泄漏的舱室，要设置氧气浓度监测报警和防爆通风装置。当人员必须进入氧气浓度超标的舱室时，应佩戴空气呼吸器。一旦出现人员氧中毒事故时，应尽快帮其离开氧浓度超标环境，安置到通风良好的安全环境中，并保持呼吸道畅通，请专业医护人员进行急救治疗。

3.4 施工安全措施

为保证液氧操作系统的密闭性,在保证安装检修方便的情况下，应尽可能通过焊接的方式连接管路，并确保焊缝质量，提高贮槽的强度和气密性。液氧贮槽焊缝应经过100%射线探伤，且质量评定达到Ⅱ级；外壳、内容器、外壳底板与槽体间角等部位的焊缝要经过100%渗透探伤，质量评定达到Ⅰ级。

液氧贮槽在投入使用前，应对内容器进行清洗、脱脂、强度试验等，保证贮槽强度和气密性。为确保高纯液氧储罐的液位控制在10%～95%之间，应对贮槽的几何容积和有效容积进行实际测量。在强度试验、容积测量试验结束后，应使用干燥氮气对液氧贮槽进行吹扫和置换，要求液氧贮槽内露点不大于-50 ℃，从而保证在使用过程中不发生水分冻结、堵塞的情况。液氧贮槽在投入使用后，应检测是否存在泄漏、结霜等情况，然后再进行静态日蒸发率测试，检测贮槽密性。

3.5 低温液体储存容器定期检验

使用的低温液体储存容器结构通常为全封闭的真空夹层容器，储存介质为低温液体，容器内无法直接检验。陆用液氧储存容器，应遵照《压力容器定期检验规则》，资料审查、外观检验、夹层真空度测试、日蒸发率测量、安全附件检查等作为重要的定期检验内容[7]。对于船用环境，也应按照相关规定定期进行检验,确保液氧系统及设备运行工况良好且稳定,禁止带故障运行。