氧閥制備過程探討

劉維軍

（博雷（中國）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、聲音共振和流動摩擦等產(chǎn)生的溫度升高；有機材料燃燒或殘留的污染物引起的助燃；閥門零件之間動摩擦引起的摩擦熱或顆粒物。針對事故風險的降低方式，制造者需要從兼容性材料選擇、合理的結構設計、清洗技術與清潔度監(jiān)測、裝配與試壓過程控制等幾個關鍵方面斟酌考量。氧閥制備過程所涉及的技術規(guī)范和安全標準，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用。

1 安全保障

氧閥的制造者應具備相對獨立完善的質量管理體系，以閥門安全和可靠運行為宗旨，依據(jù)所涉氧氣安全程序對從業(yè)人員進行準入資格的系統(tǒng)性教育和培訓。管理者和技術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 等標準規(guī)范，還需要對氧氣系統(tǒng)的爆炸燃燒機理、行業(yè)中已發(fā)生過的氧閥安全事故和最新的行業(yè)動態(tài)做深入解讀。氧閥制備過程用到的各類溶劑、清洗劑、潤滑劑、工業(yè)氣體、PPE 防護用品等的購買、儲存、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要求嚴格控制。

2 兼容材料選擇

氧閥用金屬材料應根據(jù)IGC Doc 13/02/E 沖擊流速曲線進行合理選擇?？紤]閥門功能作用（節(jié)流或調節(jié)），介質的流速、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)行理化性能測試。金屬密封閥門的密封副應優(yōu)先推薦選用豁免材料。

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

3 設計制造

氧閥常用類型有球閥、旋塞閥、蝶閥、截止閥、止回閥、減壓閥等，設計時，要評估閥板、密封副、軸承系在啟閉運行時產(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，通過選擇兼容性材料、避免絕熱壓縮產(chǎn)生，以及增強密封面的抗摩擦性等增強閥門的安全可靠性。如EIGA13/12規(guī)范所述，作為氧系統(tǒng)的快開型閥門，當閥門打開時，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，對于壓差5Mpa 的氧氣發(fā)生絕熱壓縮可使得終端的溫度高達600℃以上，足以將一些非金屬、潤滑脂等點燃。此外，閥門應考慮良好的導電性和防靜電結構，接地電阻應不大于10Ω，要盡可能消除一切產(chǎn)生靜電的因素。在制造時，介質流道表面要光滑、平緩，無銳邊、尖角、異物，閥腔內部零件形體應簡潔流暢，切削加工銳邊均須倒圓角。流道為鑄造表面的，應進行機械打磨處理，以平滑無明顯凹凸為宜。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

（1）污染物識別：氧閥流道表面不允許有集聚的碳氫化合物（油污）或顆粒物雜質。油類在純氧條件下燃點很低，只需微弱的能量即會點然，高速運動的顆粒物卻會摩擦撞擊并產(chǎn)生熱量及火花，從而導致燃燒或爆炸。因此，要事先對氧閥零部件在制造過程中可能殘留的切削液、冷卻劑、潤滑油、銹跡、焊渣、黏砂、浮塵、毛刺、鐵屑、炭粒、有機纖維等污染物進行識別，以便選擇更恰當?shù)那鍧嵑蜋z測方式。

（2）脫脂清潔：細致謹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。脫脂清潔按實施順序至少分為預清潔、清洗、漂洗三個過程。預清潔是采用吹掃、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，漂洗則是確保無污染物殘留的最終清潔過程（超聲波清洗是推薦的）。整個成套生產(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明顯的油膜殘留。當使用水清洗、漂洗時，對水中顆粒雜質的過濾和PH 值、氯含量、洗滌時間、水溫度的監(jiān)測是必要的，利用循環(huán)水時則要清晰定義污水的檢測方式和更換頻率。完成脫脂清洗后的零件可以用干燥無油的壓縮空氣或氮氣（有氣體符合性監(jiān)測措施）干燥處理。

（3）清潔度檢測：零部件在成套組裝前其表面均須執(zhí)行清潔度檢測，出現(xiàn)任何不符合時應重新清潔。絕大多數(shù)碳氫化合物、纖維及顆粒物均能夠被白光燈（推薦最小光照度500 Lux）和紫外線燈識別（紫外線燈應確定適用的波長且在暗室或暗光下進行）。對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。對污染物事先未作有效識別或有碳氫化合物殘留量測定要求時，可在閥門成套裝配完成后，用指定溶劑從閥門流道內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)濾紙過濾蒸發(fā)后可獲得顆粒雜質的重量和尺寸。

5 裝配與試壓

負壓潔凈室是氧閥成套裝配和壓力試驗的最佳場所。潔凈室內的設施、設備、工器具、輔助材料、溫濕度、空氣質量、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，若液體密封是不可避免時，殘留的液體必須在試驗后完全清除，特別是在型腔內可能積液的位置，要用干燥潔凈的空氣或氮氣吹掃干凈（加熱干燥是有幫助的），確保閥門最終被完全干燥，閥腔內部沒有截留的試驗壓力。壓力試驗用的泄漏測量裝置包括但不限于各種流量計、氣泡計數(shù)觀測裝置等。所有測量用儀器、儀表、量具必須獲得校準證書且在有效應用周期內，符合計量法規(guī)和測量管理體系標準的要求。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。使用獨立且經(jīng)脫脂處理的專用物品或產(chǎn)品要注意防護，避免受二次污染。輔助過程所需的潤滑劑、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)的碳氫化合物、碳氫化合物添加劑或懸浮液。

6 包裝儲存與安裝維護

氧閥本體應懸掛氧氣服務特定標簽，合格證及外包裝有醒目的“禁油、禁水”標識。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凝露現(xiàn)象。氧閥的儲存、安裝必須嚴格遵守閥門制造者的有關規(guī)定，嚴禁與油類接觸，應定期進行維護、保養(yǎng)或檢測，以保證閥門的安全性和密封性。

7 結語

近年來，氧閥技術發(fā)展日趨成熟，行業(yè)需求和規(guī)模不斷攀升，越來越多的閥門企業(yè)參與各類氧閥的市場競爭中。然而與氧氣相關的燃爆事故發(fā)生后，都會造成較大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此，科學謹慎的設計與選材，嚴格有效的制備過程，這不僅關系到氧閥產(chǎn)品的安全穩(wěn)定運行，更成為新業(yè)態(tài)下氧閥制造企業(yè)承擔的一種社會責任。