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从两次燃爆事故谈氧气过滤器的选型与使用

陈建清

（宝钢股份公司能源环保部，上海200941）

【摘 要】通过两次氧气过滤器的燃爆事故的分析，对氧气过滤器的选型以及使用方法、经验进行了介绍。

【关键词】氧气过滤器；燃爆；选型

1前言

氧气过滤器是输送氧气管道上不可缺少的一种装置，通常安装在减压阀、流量调节阀、氧压机或其他设备的进口端，用来消除氧气中的杂质，以保护阀门及设备的正常使用。氧气过滤器虽然结构简单，但如果选型与使用不当，却容易发生燃烧、爆炸等恶性事故。

下面结合两个氧气过滤器的燃爆事故探讨氧气过滤器的选型、使用方法。

2氧气过滤器燃爆事故案例

2.1案例一

2.1.1事故简况

2005年4月28日08:53，某钢厂氧气调压阀区域一声巨响，并有大量气体泄漏，附近草木、电缆等起火燃烧，操作人员紧急关闭氧气阀门，2辆消防车到现场后明火被扑灭。事故幸未造成人员伤亡。检查现场发现氧气调压阀组前的Y型过滤器本体包括过滤器前后约1.5 m长的DN250管道被烧毁、紧靠过滤器的 覫200 三通管道也被烧损（见图1、图2）。

图3所示为事故现场及周围环境的示意图，图中星形区域表示事故中的过火区域，据测算过火面积约为400 m2。

图4所示为事故氧气管道的工艺图，图中管道及球罐基本均位于图3右上角由钢13、16、17路围成的阀站区域中。

2.1.2事故原因分析

首先对氧气压力、流速进行确认：事故发生时，事故点氧气压力2.35 MPa，远低于3.0 MPa的设计压力，流速为2.5 m/s左右，也远低于15 m/s的氧气安规要求，因此可以排除氧气超压、超流速的可能。其次根据物体燃烧三要素：

1.有可燃物；

2.有助燃物（氧气）；

3.有激发能源进行分析。

对于氧气过滤器关键要分析可燃物与激发能源。

从可燃物分析，在事故中被严重烧毁的氧气过滤器由日本厂家提供，过滤网材质为不锈钢，法兰垫片为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯和普通碳钢常压氧气中的燃点507 ℃和1100 ℃，不锈钢燃点更高，这些材质在事故工况下并不能构成可燃物，因此我们怀疑可燃物来自于沉积在过滤网上的杂质。几天前事故过滤器上游氧气管道的一次施工作业引起了我们的注意：4月25日在事故过滤器上游的氧气管道有一次移位更换作业。新氧气管道作业情况如下：作业前在厂内拼装成两段后进行酸洗、脱脂、钝化后临时封闭，并在现场对两段管道进行了吹扫。将老管道的 2 处切割点切除后，对管口处进行手工清理残渣，坡口打磨前用干净的白绸布将两端管口（离管口约300 mm处）塞住。打磨完毕后，仔细将管内残余物清除并将白布取出，然后用脱脂液对管口进行脱脂，对管内清洁情况确认后再进行新管道的组对、焊接、射线拍片，由于现场吹扫困难，施工后直接投入运行。我们认为虽然管道施工作业时施工人员特别注意清洁工作，但是由于没有进行吹扫，最后两道焊缝有可能有焊渣、铁锈等杂物，被气流带到下游的氧气过滤器中的焊渣、铁锈等杂物可能构成了可燃物。

引燃氧气过滤器的激发能源分析，激发能源的种类如下：

机械能：撞击、摩擦、气体压缩；热能：热传导、热辐射；

电能：雷击、静电、电弧、电火花；

光能：太阳光、紫外光、红外光；

化学能：化学反应放热。

本次事故氧气过滤器燃爆前运行平稳无停气、送气作业；当时天气良好无雷电；事后检查氧气管道接地也正常、法兰跨接线连接正常；氧气管道无施工作业，最终我们认为激发能可能来自过滤器内部的撞击，因为该过滤器选型不当，Y型过滤器过滤网受正面气流冲击，过滤网易受被过滤网阻挡的固体杂质反复摩擦、撞击，并可能因此发热、破裂、产生火花，并最终发生燃爆事故。

2.1.3事故原因结论及发生过程推测

首先，上游氧气管道施工后，未被吹扫的杂质被氧气带入到Y型过滤器，固体杂质与过滤网冲撞、摩擦，产生火花，使过滤器发生燃爆，泄漏而出的氧气又引燃了附近的草木、电缆，最终形成如图 3 的事故状态。因此，该氧气过滤器燃爆事故的主要原因是：氧气管道作业不规范，缺少吹扫环节；氧气过滤器选型不当也是重要原因：

Y型过滤器气体撞击远大于直通型过滤器，不宜用于氧气管道过滤器。过滤器过滤网不锈钢材质不符合安规要求。整改措施：

（1）完善氧气管道施工规范，今后氧气管道施工要严格执行吹扫后才能投入运行的制度。

（2） 将Y型过滤器改为直通型过滤器。

（3） 将过滤器过滤网材质从原来的不锈钢改为符合氧气安规要求的铜合金。

2.2案例二

2.2.1事故经过

2011年12月2日22：20，某钢厂制氧当班操作工在主控室内听到一声低沉的声响后，检查异常响声的操作人员在球罐区发现从6500 m3/h制氧机组的氧压机至球罐总管的管道氧气专用过滤器损坏，并有气体泄漏（操作人员未发现火焰等其他异常），从氧压机方向来的氧气压力下降得很低，过滤器的另一侧从球罐倒流出的氧气从过滤器出口的单向阀中少量的泄漏。

2.2.2现场检查情况

通过对现场的认真检查，发现6500 m3/h氧压机至球罐的氧气总管上的氧气过滤器被烧毁，过滤器被烧毁的位置处于过滤器下方。现场照片如图 5、图6。

2.2.3事故原因分析

首先对氧气压力、流速的确认：事故发生时，两套机组氧压机出口压力为1.8 MPa，氧压机末端出口温度42 ℃，远低于3.0 MPa的设计压力，流速为1.25 m/s左右，也远低于15 m/s的氧气安规要求，制氧系统运行正常，球罐压力与氧压机末端压力相等，制氧厂内无检修等任何活动。因此可以排除氧气超压、超流速的可能。系统运行正常，球罐压力与氧压机末端压力相等，制氧内无检修等任何活动。

检查该氧气过滤器使用、检修记录，发现该氧气过滤器从未进行过清洗。另外，还发现虽然最近该氧气系统未进行检修，但在该氧气过滤器上游不锈钢管道的建设施工时，未进行管道内充气保护，因此焊缝处可能形成有焊瘤等物质。

通过从可燃物和激发能源两方面对事故进行原因分析后，我们推测本次事故的主要原因是：尽管空分产出氧气杂质非常少，但管道内难免会有铁锈屑之类的物质，由于自投产以来从未检查、清洗而滞留在过滤器中，另外，由于上游不锈钢管道焊接质量不够好，形成的焊瘤等物质可能会在管道运行一段时间后因被气流长期冲刷而脱落。由于焊渣、铁屑等物被滤网挡住滞留在过滤器中，与流动氧气摩擦达到着火点温度，引燃烧损过滤器。另外该过滤器过滤网材质为不锈钢，不符合氧气过滤器内件应用铜及铜基合金的安规要求。

3氧气过滤器选型与正确使用要点

根据GB 16912- 2008《氧气及相关气体安全技术规程》8.4.4 条，氧气调节阀前应设可定期清洗的过滤器。氧气过滤器壳体应用不锈钢或铜及铜合金，过滤器内件应用铜及铜基合金。滤网除满足过滤功能外，并应有足够的强度，以防滤网碎裂。滤网宜优先选用镍铜合金材质，其次为铜合金材质（铝铜合金除外），网孔尺寸宜为60～80目。另外，笔者提出下列注意事项：

（1）选用直通型氧气过滤器，避免选用Y型过滤器。

（2） 过滤器过滤网流通面积应不小于2倍过滤器入口管道横截面积，以降低气体流速，减少氧气对滤网的撞击。

（3）氧气过滤器投入使用前，必须清除氧气管道杂质，特别是氧气管道施工时要氩弧焊打底，不锈钢焊接还要管内充气保护。

（4）初次使用一段时间后，要尽快安排一次过滤器检查、清洗。

（5）定期清洗、检查过滤器。除清洗过滤器中杂物外，要求对滤网的磨损情况进行检查，防止滤网破损。

4结束语

氧气过滤器和氧压机、氧气调节阀相比往往因为日常维护量小而被忽视，但如果使用不当却容易发生燃烧、爆炸等恶性事故，因此必须正确选型与合理使用。