氧閥制備過(guò)程探討

劉維軍

（博雷（中國(guó)）控制系統(tǒng)有限公司，浙江 杭州 311231）

氧氣系統(tǒng)中典型的氧閥事故，有燃燒、爆炸和噴射火幾種類型。通常引發(fā)氧閥故障的著火機(jī)理主要有：材料的沖擊引起的微粒沖擊著火；絕熱壓縮、聲音共振和流動(dòng)摩擦等產(chǎn)生的溫度升高；有機(jī)材料燃燒或殘留的污染物引起的助燃；閥門零件之間動(dòng)摩擦引起的摩擦熱或顆粒物。針對(duì)事故風(fēng)險(xiǎn)的降低方式，制造者需要從兼容性材料選擇、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、清洗技術(shù)與清潔度監(jiān)測(cè)、裝配與試壓過(guò)程控制等幾個(gè)關(guān)鍵方面斟酌考量。氧閥制備過(guò)程所涉及的技術(shù)規(guī)范和安全標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已完全超越氧氣管網(wǎng)本身，在其他易燃、易爆、高溫、高壓流體控制中也得到了更廣泛的應(yīng)用。

1 安全保障

氧閥的制造者應(yīng)具備相對(duì)獨(dú)立完善的質(zhì)量管理體系，以閥門安全和可靠運(yùn)行為宗旨，依據(jù)所涉氧氣安全程序?qū)臉I(yè)人員進(jìn)行準(zhǔn)入資格的系統(tǒng)性教育和培訓(xùn)。管理者和技術(shù)人員除了要熟知且遵循IGC Doc 13/02/E、IGC Doc 33/06/E、EIGA Doc 200/17、ASTM G93、ASTM G94、ASTM G88、ASTM G72、CGA G4.1、GB 16912、JB/T-12955 等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，還需要對(duì)氧氣系統(tǒng)的爆炸燃燒機(jī)理、行業(yè)中已發(fā)生過(guò)的氧閥安全事故和最新的行業(yè)動(dòng)態(tài)做深入解讀。氧閥制備過(guò)程用到的各類溶劑、清洗劑、潤(rùn)滑劑、工業(yè)氣體、PPE 防護(hù)用品等的購(gòu)買、儲(chǔ)存、使用、處置均需參照ISO14001 環(huán)境管理和ISO45001職業(yè)健康安全管理體系相關(guān)要求嚴(yán)格控制。

2 兼容材料選擇

氧閥用金屬材料應(yīng)根據(jù)IGC Doc 13/02/E 沖擊流速曲線進(jìn)行合理選擇。考慮閥門功能作用（節(jié)流或調(diào)節(jié)），介質(zhì)的流速、壓力，是否受沖擊流影響，材料物理性能，材料溫壓曲線等因素。對(duì)具有較高燃燒熱的鈹、鎂、鈣、鋁、鈦類金屬則避免用于氧閥零部件中。閥門中用于承壓和控壓類的零部件金屬材料要具備可追溯性，執(zhí)行理化性能測(cè)試。金屬密封閥門的密封副應(yīng)優(yōu)先推薦選用豁免材料。

氧閥用非金屬材料應(yīng)取得BAM 或WHA 認(rèn)證，有好的氧兼容性。每批用于氧閥的非金屬原材料，其化學(xué)性質(zhì)都應(yīng)進(jìn)行測(cè)試，推薦至少具有大于400℃的自然溫度（參考ASTM G72測(cè)試方法）和不超過(guò)3000cal/gm（參考ASTM D4809 測(cè)試方法）的燃燒熱值。原材料的等級(jí)（原始、混合、回收）、一致性和可追溯性應(yīng)是供應(yīng)資質(zhì)選擇的首要考量因素。很多非金屬都是易燃的，應(yīng)盡量減少使用量，盡可能避免和氧氣直接接觸。

3 設(shè)計(jì)制造

氧閥常用類型有球閥、旋塞閥、蝶閥、截止閥、止回閥、減壓閥等，設(shè)計(jì)時(shí)，要評(píng)估閥板、密封副、軸承系在啟閉運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的摩擦、絕熱壓縮、顆粒物撞擊而可能引發(fā)事故的概率，通過(guò)選擇兼容性材料、避免絕熱壓縮產(chǎn)生，以及增強(qiáng)密封面的抗摩擦性等增強(qiáng)閥門的安全可靠性。如EIGA13/12規(guī)范所述，作為氧系統(tǒng)的快開(kāi)型閥門，當(dāng)閥門打開(kāi)時(shí)，由于上下游的高壓差，氧氣以聲速迅速將下游氣體壓縮，從而在末端發(fā)生絕熱壓縮而產(chǎn)生高溫，對(duì)于壓差5Mpa 的氧氣發(fā)生絕熱壓縮可使得終端的溫度高達(dá)600℃以上，足以將一些非金屬、潤(rùn)滑脂等點(diǎn)燃。此外，閥門應(yīng)考慮良好的導(dǎo)電性和防靜電結(jié)構(gòu)，接地電阻應(yīng)不大于10Ω，要盡可能消除一切產(chǎn)生靜電的因素。在制造時(shí)，介質(zhì)流道表面要光滑、平緩，無(wú)銳邊、尖角、異物，閥腔內(nèi)部零件形體應(yīng)簡(jiǎn)潔流暢，切削加工銳邊均須倒圓角。流道為鑄造表面的，應(yīng)進(jìn)行機(jī)械打磨處理，以平滑無(wú)明顯凹凸為宜。閥門用密封元件盡可能考慮纏繞金屬材料。

4 清潔與潔凈度監(jiān)測(cè)

（1）污染物識(shí)別：氧閥流道表面不允許有集聚的碳?xì)浠衔铮ㄓ臀郏┗蝾w粒物雜質(zhì)。油類在純氧條件下燃點(diǎn)很低，只需微弱的能量即會(huì)點(diǎn)然，高速運(yùn)動(dòng)的顆粒物卻會(huì)摩擦撞擊并產(chǎn)生熱量及火花，從而導(dǎo)致燃燒或爆炸。因此，要事先對(duì)氧閥零部件在制造過(guò)程中可能殘留的切削液、冷卻劑、潤(rùn)滑油、銹跡、焊渣、黏砂、浮塵、毛刺、鐵屑、炭粒、有機(jī)纖維等污染物進(jìn)行識(shí)別，以便選擇更恰當(dāng)?shù)那鍧嵑蜋z測(cè)方式。

（2）脫脂清潔：細(xì)致謹(jǐn)慎的脫脂清潔是氧氣處理系統(tǒng)中最根本的防火安全措施。脫脂清潔按實(shí)施順序至少分為預(yù)清潔、清洗、漂洗三個(gè)過(guò)程。預(yù)清潔是采用吹掃、擦拭、浸泡或噴淋等方式，初步清除松散顆粒物及銹跡，清洗環(huán)節(jié)是脫脂清洗劑清除表面油污，漂洗則是確保無(wú)污染物殘留的最終清潔過(guò)程（超聲波清洗是推薦的）。整個(gè)成套生產(chǎn)環(huán)節(jié)與閥門接觸的任何物品和所有閥門零部件均須用適合的脫脂劑進(jìn)行清洗。脫脂劑的選用以不損害閥門材料為宜，常用的有四氯化碳、二氯乙烷、乙醇、丙酮等傳統(tǒng)溶劑和新型環(huán)保類水基清洗劑，非金屬零件不宜采用浸泡清潔。經(jīng)驗(yàn)表明，用擦拭法、噴水法、水滴法或目視觀察法，在白光燈下都能快速定性判斷清潔后的表面有無(wú)明顯的油膜殘留。當(dāng)使用水清洗、漂洗時(shí)，對(duì)水中顆粒雜質(zhì)的過(guò)濾和PH 值、氯含量、洗滌時(shí)間、水溫度的監(jiān)測(cè)是必要的，利用循環(huán)水時(shí)則要清晰定義污水的檢測(cè)方式和更換頻率。完成脫脂清洗后的零件可以用干燥無(wú)油的壓縮空氣或氮?dú)猓ㄓ袣怏w符合性監(jiān)測(cè)措施）干燥處理。

（3）清潔度檢測(cè)：零部件在成套組裝前其表面均須執(zhí)行清潔度檢測(cè)，出現(xiàn)任何不符合時(shí)應(yīng)重新清潔。絕大多數(shù)碳?xì)浠衔铩⒗w維及顆粒物均能夠被白光燈（推薦最小光照度500 Lux）和紫外線燈識(shí)別（紫外線燈應(yīng)確定適用的波長(zhǎng)且在暗室或暗光下進(jìn)行）。對(duì)于不便目視或不可觸及的表面，如螺紋孔、深孔、焊縫等，用白色濾紙或棉簽擦拭取樣檢測(cè)。對(duì)污染物事先未作有效識(shí)別或有碳?xì)浠衔餁埩袅繙y(cè)定要求時(shí)，可在閥門成套裝配完成后，用指定溶劑從閥門流道內(nèi)零件表面萃取收集殘留污染物，然后在油分分析儀中獲得定量數(shù)據(jù)。萃取污染物的溶劑經(jīng)濾紙過(guò)濾蒸發(fā)后可獲得顆粒雜質(zhì)的重量和尺寸。

5 裝配與試壓

負(fù)壓潔凈室是氧閥成套裝配和壓力試驗(yàn)的最佳場(chǎng)所。潔凈室內(nèi)的設(shè)施、設(shè)備、工器具、輔助材料、溫濕度、空氣質(zhì)量、作業(yè)文件、操作者技能等在使用前的符合性檢查是必要的。閥門組裝和試驗(yàn)全程操作建議穿戴干凈的工作服、工作帽，須佩戴脫脂處理過(guò)的非纖維手套，避免用裸露的手直接接觸零件表面。成套后的閥門首選氣體密封性試驗(yàn)，若液體密封是不可避免時(shí)，殘留的液體必須在試驗(yàn)后完全清除，特別是在型腔內(nèi)可能積液的位置，要用干燥潔凈的空氣或氮?dú)獯祾吒蓛簦訜岣稍锸怯袔椭模_保閥門最終被完全干燥，閥腔內(nèi)部沒(méi)有截留的試驗(yàn)壓力。壓力試驗(yàn)用的泄漏測(cè)量裝置包括但不限于各種流量計(jì)、氣泡計(jì)數(shù)觀測(cè)裝置等。所有測(cè)量用儀器、儀表、量具必須獲得校準(zhǔn)證書(shū)且在有效應(yīng)用周期內(nèi)，符合計(jì)量法規(guī)和測(cè)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)的要求。液氧用超低溫閥門要依據(jù)ISO 28921-1、BS 6364、GBT 24925 等規(guī)范執(zhí)行特定試驗(yàn)。使用獨(dú)立且經(jīng)脫脂處理的專用物品或產(chǎn)品要注意防護(hù)，避免受二次污染。輔助過(guò)程所需的潤(rùn)滑劑、密封劑、檢漏液等非金屬材料必須與氧氣兼容，不含任何游離態(tài)的碳?xì)浠衔铩⑻細(xì)浠衔锾砑觿┗驊腋∫骸?/p>

6 包裝儲(chǔ)存與安裝維護(hù)

氧閥本體應(yīng)懸掛氧氣服務(wù)特定標(biāo)簽，合格證及外包裝有醒目的“禁油、禁水”標(biāo)識(shí)。與閥門接觸的包裝材料要安全可靠不易破損，且需要經(jīng)脫脂清潔處理。在與閥腔內(nèi)壁非直接接觸的指定位置放置適量干燥劑和少量的充氮包裝能顯著減少閥內(nèi)凝露現(xiàn)象。氧閥的儲(chǔ)存、安裝必須嚴(yán)格遵守閥門制造者的有關(guān)規(guī)定，嚴(yán)禁與油類接觸，應(yīng)定期進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)或檢測(cè)，以保證閥門的安全性和密封性。

7 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，氧閥技術(shù)發(fā)展日趨成熟，行業(yè)需求和規(guī)模不斷攀升，越來(lái)越多的閥門企業(yè)參與各類氧閥的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中。然而與氧氣相關(guān)的燃爆事故發(fā)生后，都會(huì)造成較大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，科學(xué)謹(jǐn)慎的設(shè)計(jì)與選材，嚴(yán)格有效的制備過(guò)程，這不僅關(guān)系到氧閥產(chǎn)品的安全穩(wěn)定運(yùn)行，更成為新業(yè)態(tài)下氧閥制造企業(yè)承擔(dān)的一種社會(huì)責(zé)任。