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氧气安全知识培训材料教学文稿
氧气基本知识
一、氧气的性质
在常温下，氧气是无色、无味、无毒的气体，比空气重。
在标准状态下，氧气密度为1.429kg/m3。
标准大气压下，当温度降为—182.98℃，气态氧变为液态氧。
液氧系天蓝色、透明、易流动的液体。
当温度降为－248.4℃，液氧变为蓝色固体结晶。
氧气本身不能燃烧，但它是一种化学性质极为活跃的助燃气体，属于强氧化剂。
氧与其他物质化合生成氧化物的氧化反应无时不在进行。
氧气与一切可燃物可进行燃烧。
与可燃气体，如氢、乙炔、甲烷、煤气、天然气等可燃气体，按一定比例混合后容易发生爆炸。
其化学反应的能力是随着氧气压力的增大和温度的升高而显著增强。
氧气纯度越高，压力越大，愈危险。
各种油脂与高压氧气接触，就会发生激烈的氧化反应而迅速燃烧甚至爆炸。
由此可见，氧气既是助燃气体，又可以促使某些易燃物质自燃。
二、氧气的生产应用
随着吹氧炼钢、高炉富氧鼓风等强化冶炼的措施和钢坯自动火焰清理机新技术的采用，钢铁企业的用氧发展很快，已成为国民经济中最大的用氧部门。
氧气的制取方法很多，一般有化学法、电解法、吸附法和深度冷冻法等。
深度冷冻法制氧以空气为原料，电耗低（1.8～2.16MJ／m3）、成本低、产量高、质量好，安全运转周期长，工艺成熟，目前已在工业上得到广泛应用。
氧气在钢铁企业生产中占有很重要的地位，并具有非常广泛的用途。
其用途基本可分为：
工艺用氧和切焊用氧。
三、气割原理概述
气割是利用可燃气体与助燃气体（氧气），在割炬内进行混合，使混合气体发生剧烈燃烧。
利用燃烧放出的热量将工件切割处预热到燃烧温度后，喷出高速气流，使切口处金属剧烈燃烧，并将燃烧后的金属氧化物吹除，实现工件分离。
氧气切割过程包括以下三个阶段：
1、气割开始时，用预热火焰将起割处的金属预热到燃烧温度（燃点）。
2、向被加热到燃点的金属喷射切割氧，使金属剧烈燃烧。
3、金属燃烧后生成熔渣和产生反应热。
熔渣被切割氧吹除，所产生的热量和预热火焰热量将下层金属加热到燃点，这样继续下去就将金属逐渐地割穿。
随着割炬的移动，就将金属工件割成所需的形状和尺寸。
所以，金属的切割过程实质是铁在纯氧中的燃烧过程，而不是钢的熔化过程。
四、氧气的爆炸和燃爆
1、氧气的爆炸：
（1）物理爆炸。
无化学反应，也没有大幅升温现象。
一般是在常温或比常温稍高的温度下，由于气压超过了受压容器或管道的屈服极限乃至强度极限，造成压力容器或管道爆裂，如氧气钢瓶使用年限过久，腐蚀严重，瓶壁变薄，又没有检查，以致在充气时或充气后发生物理性超压爆炸。
（2）化学爆炸。
有化学反应，并产生高温、高压，瞬时发生爆炸，如氢、氧混合装瓶，见火即爆。
2、氧气的燃爆
发生燃爆需要可燃物、氧化剂和激发能源三要素同时存在。
氧气和液氧都是很强的氧化剂。
氧气的纯度越高，压力越高，危险性越大。
当可燃物与氧混合并存在激发能源时，可能发生燃烧，但不一定爆炸。
只有当氧与可燃气体均匀混合，浓度在爆炸极限范围内时，遇到激发能源，才能引发爆炸。
这就是燃烧条件和爆炸条件的惟一差别。
五、氧气管道发生爆炸有哪些原因？
氧气管道曾经发生过多起管道燃烧、爆炸的事故，并且多数是在阀门开启时。
氧气管道材质为钢管，铁素体在氧中一旦着火，其燃烧热非常大，温度急剧上升，呈白热状态，钢管会被烧熔化。
分析其原因，必定要有突发性的激发能源，加之阀门内有油脂等可燃物质才能引起。
激发能源包括机械能（撞击、摩擦、绝热压缩等）、热能（高温气体、火焰等）、电能（电火花、静电等）等。
具体如下：
1、管道内的铁锈、粉尘、焊渣与管道内壁或阀口摩擦产生高温发生燃烧
这种情况与杂质的种类、粒度及气流速度有关，铁粉易与氧气发生燃烧，且粒度越细，燃点越低；气速越快，越易发生燃烧。
表1常压氧气中铁粉燃点
粒度（目）
10～20
20～30
30～50
100
200
燃点（℃）
421
408
392
385
315
2、管道内或阀门存在油脂、橡胶等低燃点的物质，在局部高温下引燃。
几种可燃物在氧气中（常压下）的燃点，见表2。
表2几种可燃物在氧气中（常压下）的燃点如下表
可燃物名称
润滑油
钢纸垫
橡胶
氟橡胶
三氯乙
聚四氟乙烯
燃点（℃）
273～305
304
130～170
474
392
507
3、绝热压缩产生的高温使可燃物燃烧
例如阀前为15MPa，温度为20℃，阀后为常压0.1MPa，若将阀门快速打开，阀后氧气温度按绝热压缩公式计算可达553℃，这已达到或超过某些物质的着火点。
空气绝热压缩后温度与压力的关系，见表3。
表3空气绝热压缩后温度与压力的关系
V1/V2
1
2
3
4
5
10
15
20
压强（MPa）
0.1
0.26
0.47
0.95
2.5
4.42
6.6
温度（℃）
20
112
183
284
462
592
697
4、高压纯氧中可燃物的燃点降低是氧气管道阀门燃烧的诱因
氧气管道和阀门在高压纯氧中，其危险性是非常大的，试验证明，着火的引爆能与压力平方成比例，这些对氧气管道和阀门构成了极大的威胁。
六、氧气爆炸的防范措施
1、设计应严格按照有关的法规、标准执行。
这些法规标准包括《氧气站设计规范》（GB0030-91）、《氧气及相关气体安全技术规程》（GB16912-1997）、《钢铁企业氧气管网的若干规定》（冶金部-1981）等法规标准。
（1）限制氧气在碳素钢管中的最大流速。
见表52；
氧气工作压力/MPa
≤0.1
0.1～0.6
0.6～1.6
1.6～3.0
>3.0
氧气流速/m·s-1
20
13
10
8
6
（2）工作压力超过1.6Mpa的氧气管道，在沿气流方向在阀门或流量孔板后需装一段长度5倍于直径（但不小于1.5米）的铜管或不锈钢管，以免气流通过阀门或孔板时产生火花，引起事故。
（3）阀组范围内的连接管道，应采用不锈钢或铜基合金材料。
（4）位于氧气放散阀下游侧的工作压力大于0.1MPa的氧气放散管段，应采用不锈钢管。
（5）管材的选择应符后下表中的规定：
管材
压力（Mpa）
<0.6
0.6~1.6
1.6~3
3~15
水煤气管
√
直缝焊管
√
卷焊管
√
√
螺旋焊管
√√
√√
√
无缝钢管
√√
√
√
√
不锈钢管
√√√
√√√
√√√
铜管
√√√
√√√
√√√
黄铜管
√√√
√√√
√√√
√
铝合金管
√√√
注:
上表中√表示推荐管材。
√√表示可用管材，但不经济。
√√√表示用于工艺上有特殊要求之处。
（6）工作压力大于0.1MPa的阀门，严禁采用闸阀；工作压力为0.1MPa或以上的压力或流量调节阀的材料，应采用不锈钢或铜基合金或以上两种的组合。
阀门的密封填料，应采用石墨处理过的石棉或聚四氟乙烯材料，或膨胀石墨。
（7）氧气管道法兰用的垫片应符合下表规定
工作压力（MPa）
垫 片
≤0.6
橡胶石棉板
＞0.6～3
缠绕式垫片、波形金属包石棉垫片、退火软化铝片
＞10
退火软化铜片
（8）应尽量减少氧气管道的弯头和分岔头，并采用冲压成型；氧气管道严禁采用折皱弯头。
当采用冷弯或热弯弯制碳钢弯头时，弯曲半径不应小于管外径的5倍；当采用无缝或压制焊接碳钢弯头时，弯曲半径不应小于管外径的1.5倍；采用不锈钢或铜基合金无缝或压制弯头时，弯曲半径不应小于管外径。
对工作压力不大于0.1MPa的钢板卷焊管，可以采用弯曲半径不小于管外径的1.5倍的焊制弯头，弯头内壁应平滑，无锐边、毛刺及焊瘤；氧气管道的变径管，宜采用无缝或压制焊接件。
当焊接制作时，变径部分长度不宜小于两端管外径差值的3倍；其内壁应平滑，无锐边、毛刺及焊瘤；氧气管道的分岔头，宜采用无缝或压制焊接件，当不能取得时，宜在工厂或现场预制并加工到无锐角、突出部及焊瘤。
不宜在现场开孔、插接。
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5倍的直管段。
（9）氧气管道宜架空敷设。
当架空有困难时可采用不通行地沟敷设或直接埋地敷设。
（10）管道应考虑温差变化的热补偿。
（11）氧气管道应有导除静电的接地装置。
厂区管道可在管道分岔处、无分支管道每80～100m处以及进出车间建筑物处设一接地装置；直接埋地管道，可在埋地之前及出地后各接地1次；车间内部管道，可与本车间的静电干线相连接。
接地电阻值不应大于10Ω。
当每对法兰或螺纹接头间电阻值超过0.03Ω时，应设跨接导线。
对有阴极保护的管道，不应作接地。
（12）氧气管道应敷设在非燃烧体的支架上。
厂房内氧气管道宜沿墙、柱或专设的支架架空敷设，其高度应不妨碍交通和便于检修。
（13）通过高温作业以及火焰区域的氧气管道，应在该管段增设隔热措施，管壁温度不应超过70℃。
（14）供切焊用氧的管道与切焊工具或设备用软管连接时，供氧嘴头及切断阀应装置在用非燃烧材料制作的保护箱内。
2、安装时的注意事项：
（1）安装前应对管材和管道附件进行质量检验。
管道、阀门和管件应当无裂纹、鳞皮、夹渣等。
接触氧气的表面必须彻底除去毛刺、焊瘤、焊渣、粘砂、铁锈和其他可燃物等，保持内壁光滑清洁，管道的除锈应进行到出现本色为止
（2）管材、阀门、管件、仪表、垫片及其他附件应严格脱脂。
脱脂后用不含油的干空气或氮气吹净。
（3）管道施工前应进行酸洗-清洗-钝化-脱脂-干燥-密封程序。
管道的焊接应采用氩弧焊打底。
（4）管道、阀门、管件及仪表，在安装过程中及安装后，应采取有效措施，防止受到油脂污染，防止可燃物、铁屑、焊渣、砂土及其他杂物进入或遗留在管内，并应进行严格的检查。
（5）严格按照国家标准进行管道的强度及严密性试验。
3、操作时的注意事项：
（1）开关氧气阀门时应缓慢进行，操作人员应站在阀门的侧面，开启时听到气流声后停止开启阀门，待气流声减弱或停止后再全开氧气阀门，以防止送气时流速和压差过大。
（2）严禁用氧气吹刷管道或用氧气试漏、试压。
（3）实行操作票制度，事先对操作目的、方法、条件作出较详细的说明和规定。
（4）直径大于70mm的手动氧气阀门，当阀前后压差缩小到0.3MPa以内时才允许操作。
4、维护保养注意事项
（1）氧气管道要经常检查维护，除锈刷漆，每3～5年一次。
（2）管路上的安全阀、压力表，要定期校验，1年1次。
（3）完善接地装置。
（4）动火作业前，应进行置换，吹扫，吹出气体中氧含量在18％～23％时为合格。
（5）阀门、法兰、垫片及管材、管件选用应符合《氧气及相关气体安全技术规程》（GB16912-1997）的有关规定。
（6）建立技术档案，培训操作，检修，维护人员。
5、其他安全措施
（1）提高施工、检修及操作人员对安全的重视程度。
（2）提高管理人员的警惕性。
（3）提高科学技术水平。
（4）不断完善送氧方案。
氧气事故案例：
案例1：
一起管道氧气爆炸事故
一、事故过程
2005年4月14日上午10时左右,安徽省某公司机动科组织有关人员（总调度、机动科长、仪表负责人、生产维修工人）共8人进入调压站进行气动调节阀更换作业。
作业人员首先关闭了管线两端阀门隔断气源，然后松开气动调节阀法兰螺栓，在松螺栓过程中发现进气阀门没有关紧，仍有漏气现象，又用F型扳手关闭进气阀门。
在漏气情况消除后，作业人员拆卸掉故障气动调节阀，换上经脱脂处理的新气动调节阀，安装仪表电源线和气动调节阀控制汽缸管线，并用万用表测量。
上述工作完毕，制氧工艺主管张某接到在场的调度长批准令，到防爆墙后边，开启气动调压阀约2～3s后,就听到一声沉闷巨响,从防爆墙另一侧的前后喷出大火。
张某想转身关阀,受大火所阻,即快速跑向制氧车间,边叫人灭火,边关停氧压机以切断事故现场的氧气,阻止火势扩大。
后张某又想起氧气来源于氧气罐,便爬上球罐关阀,这才切断了事故现场氧气源。
至此，火势终于被控制住。
事后，通过爆炸现场勘察发现，调压站内的氧气管道被完全烧毁,旁路管道的上内部没有燃烧痕迹，证明管道被炸开。
事故现场作业人员共有8人，其中7人死亡（３人当场死亡，４人经医院抢救无效后死亡）。
事故发生时另有1人在调压站氮气间，与氧气间中间有防火墙阻隔，没有受到伤害。
事后经调查，该调压管线的气动调节阀经常发生阀芯内漏故障，投产以来至少已更换过3次气动调节阀。
此外，该厂压力管道未经安装监督检验，对此，地方特种设备监察部门已下达了安全监察指令，责令禁止使用，恢复原状，分管市长也多次进行协调，但因种种原因，隐患整改工作并没有得到认真落实。
二、事故原因
“4·14”氧气管道爆炸事故发生后，根据爆炸时出现的放热性、快速性特点，事故调查组确认这是一起化学性爆炸事故。
另据“加压的可燃物质泄漏时形成喷射流，并在泄漏裂口处被点燃，瞬间产生了喷射火”等现象，调查人员认为，燃烧、爆炸、喷射火是这次事故的主要特点，喷射火又是造成众多人员伤亡和管道、阀门烧熔的重要因素。
燃烧爆炸的3个基本要素是助燃剂、燃烧物质、点燃能量。
在3个基本要素中，缺少任何1个要素都不会引发燃烧爆炸。
1.助燃物质
氧气是一种化学性质比较活泼的气体，它在氧化反应中提供氧，是一种常用的氧化剂。
在生产环境中，一般化工检修规定，控制氧含量在17％～23%，既要防止缺氧，又要防止富氧，两种状况均能导致事故。
此次事故完全具备富氧状态条件。
拆卸气动调节阀，管内原存的余气被释放至大气；在检修过程中，发现阀门未关死，有氧气逸出；在用氧气试漏时，没有证据表明气动调节阀法兰密封可靠，因此，有氧气泄漏的可能性；爆炸时检修管线内部必然存在氧气。
可见，在检修过程中，有发生富氧状态的环境和条件。
查证管道检修试压时的当班记录，事故发生前氧气球罐和输送管道内存有2.5MPa，99.0%～99.5%的氧气，当天试压时通过氧气管道压力最低1.3MPa，最高可能达到1.8MPa；气流速度大于15m/s。
2.可燃物质
在浓度较高的氧气环境中，人体、衣物、金属都会成为还原剂，与氧气发生氧化还原反应。
也就是说，人体、衣物、金属在富氧状态下成为可燃物。
更换的气动调节阀虽然经过脱脂清洗，但没有按照有关安全规定进行完全脱脂，比对同批进货的气动调节阀解体检查发现，其内部存有大量油脂。
作业人员除脂过程只是用棉纱蘸少量四氯化碳擦洗外部可擦部位，没有解体浸泡、清洗，领用的500ml清洗剂仅用了75ml，脱脂方法和脱脂剂消耗量不能达到完全脱脂的要求，具有存有油脂的可能性。
另外，作业者的工具、衣物、手套也可能沾有油污（脂）。
因此，在作业环境中，有发生爆炸的可燃物质条件。
3.激发能量
从事故现场看，有多种造成爆炸燃烧的激发能量条件：
作业人员衣着化纤衣物导致的静电；使用非防爆型工具；采用非防爆型照明；在一定的压力、温度条件下，纯氧能与油脂反应，反应后放出的热量会引起油脂自燃；作业者打开进气阀用氧气试漏，气体绝热压缩导致的温度上升；操作阀门时开阀速度过快，高速气流与管件、阀门摩擦产生静电等都可能成为燃爆的激发能量。
4.事故原因分析推断
燃烧爆炸的3个基本因素都已满足，燃烧爆炸很难避免。
从事故后掌握的情况进行分析推断，事故的发生过程是由于管道内部纯氧状态下或在泄漏形成管道外部空间呈富氧状态，遇到激发能量后，引起激烈的化学反应（燃烧、爆炸），爆炸后造成大量氧气喷出，反应释放出大量热能，喷射火喷射的高温致使钢管熔化和燃烧反应更加激烈，导致整根管线被毁和人员伤亡。
由此可以认定,新更换气动调节阀脱脂不完全是事故的直接原因，违章使用氧气试漏是导致发生爆炸的另一重要原因。
三、预防措施
1.氧气生产、输送管道应按照《国务院特种设备监察条例》进行安全性能检验，检验合格方可投入使用。
检验的目的是检查特种设备的制造质量和安装质量，避免不符合安全使用要求的设备投入使用。
对不符合安全技术规范的特种设备，必须停止使用。
在特种设备安全监察过程中，要严格按照安全技术规范的要求实施检查，对达不到安全使用要求的设备，应立即停止使用，并督促企业整改。
2.对化工生产、氧气制造、输送企业，应督促企业切实落实特种设备安全管理的主体责任。
对一些企业负责人安全生产责任意识淡薄、思想麻痹的现象要及时纠正，通过完善企业特种设备各项管理制度，落实企业安全责任，层层负责，严加管理，减少事故的发生，杜绝违章作业，发现问题及时处理，切实消除事故隐患，对隐患不能及时消除和缺乏安全保障的设备，在未整改之前必须坚决停用。
3.对列为重点监控的化工、制氧设备，必须要求生产、使用单位落实具体负责人和具体监控措施；加强重点部位的巡查，并制订相应的预警和应急救援方案，适时进行演练，提高应对紧急事件的能力。
特种设备安全监察机构与行业主管部门应当加强督促检查。
4.特种设备安全监察部门要与安监部门、行业监管部门主动联系、交流、沟通，提高联合执法能力，对交叉管理的化工、制氧生产企业，应消除特种设备安全监察盲区，避免重大事故的发生。
5.对特种设备事故的处理既要注重事后追究，也不可缺少事前预防。
大多数生产安全事故是在发生事故或造成严重后果后才追究有关责任人的刑事、行政责任的，而对不依法履行安全管理职责、落实安全工作责任、违反特种设备安全管理规定造成隐患或危害公共安全的行为，惩罚力度不够。
这就助长了一些企业、单位和个人冒险作业、违章指挥的侥幸心理，导致重大特种设备事故的频频发生，因此，事后追究是必不可少的，其效果就是要达到“小惩大戒”的目的。
“刑轻利重”导致一些领导重经济，轻安全。
应对的措施是勤检查、多督促、抓落实、狠整治、严执法，只有这样，才能有效地实现特种设备事故的事前预防，减少事故的发生。
案例2：
竟用氧气“冲凉” 男子成了“火人”
[扬子晚报网消息]昨日下午2时30分左右，在青岛市的一家船厂船坞内，一艘船的船舱内突然冲出一个“火人”，他翻过船舷，从六七米的高处跳入船坞内的海水里，几名工人紧随其后跳入海中，将奄奄一息的男青年救起。
当时和小尤搭档干活的领班姜师傅说，当时他们两人脸对脸干活，他在管道上托举托盘，小尤射钉固定。
小尤刚刚扣动扳机，就发现有火焰沿着他的袖管燃起，他们两人不断扑打，但小尤身上的火却越扑越大。
小尤两步蹿上甲板跳进海里，大火才熄灭。
船厂工作人员说，因为工作的船舱温度很高，一些职工违规用氧气管道中喷出的氧气为身体降温。
姜师傅说，小尤趁他送零件不在船舱时，用软管内残存的氧气喷在身上取凉，可能因此导致了事故。
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