船舶儲存液氧的安全性及防護措施分析范文

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摘要:水面船舶應采取可燃物隔離、環境監測、超壓泄放、防爆通風、相關設備抗沖擊保護等防火防爆措施，提供充分的人員凍傷防護和氧中毒救治保障，加強施工和使用管理，定期檢驗儲存容器，化解火災、爆炸、低溫和氧中毒風險，保障液氧的儲存和使用安全。

關鍵詞:液氧;安全風險;防護措施

1液氧的儲存環境

隨著保障要求的提高，水面船舶對氧氣的需求日趨增大，造成用于儲存氧氣的高壓儲氣鋼瓶數量不斷增加，不僅占用了大量的空間，還因為儲氣瓶室對安全性要求較高，給總體設計帶來諸多限制。若對大量高純氧氣采用液態形式進行儲存，可以有效減少儲氣鋼瓶的數量，節省總體資源，優化總體布置。水面船舶儲存液氧面臨著火災、爆炸、人員凍傷和人員氧中毒等的安全性風險，需要在總體設計時予以充分考慮。目前，陸用液氧儲存及應用設施通常應滿足GB16912—2008《深度冷凍法生產氧氣及相關氣體安全技術規程》、GB50030《氧氣站設計規范》和JB6898《低溫液體儲運設備使用安全規則的要求》等標準規范要求［1］。潛艇對于儲存液氧的安全性設計，在供氧系統中設置氧煙囪，既用作液氧的灌注通道，也作為在緊急情況下將液氧向舷外釋放的通道［2］。水面船舶人員密度大，環境復雜，層高受限，進排氣通道相對較多，且存在受到猛烈沖擊的可能性，與陸地、潛艇環境存在一定差異，因此，水面船舶儲存液氧的安全性設計存在特殊性，需要針對性地進行安全風險分析，并在設計時充分考慮安全防護措施。

2水面船舶儲存液氧的安全性風險

2．1火災和爆炸風險火災和爆炸風險包括三種:燃燒事故、可燃物爆炸和超壓物理爆炸。液氧雖然不可燃，但能助燃，火災危險性為乙類。液氧貯槽發生爆燃危險的原因有兩種:①雜質點燃;②機械沖擊對雜質提供了能量［3］。當艙室內發生液氧泄漏事故后，艙室內空氣的氧氣濃度升高，在出現火情時極易發生富氧燃燒事故。包括氣體、液體、固體物質在內的所有可燃物質與液氧混合時，都具有爆炸危險性，在受到機械沖擊、火源、靜電等外因的影響時都可能發生爆炸。當液氧儲罐或者液氧管路的隔熱措施發生破壞或引入其他熱源時，容器或管道內的液氧受熱發生氣化，造成容器或管道內的壓力急劇升高［4］。液氧等低溫系統應按照標準配置可靠的泄壓措施，避免因泄壓能力不足導致液氧儲罐或者液氧管路發生物理性爆炸。

2．2低溫風險低溫液體對水面艦艇帶來的危險包括:人員凍傷和設備甚至船體受低溫發生破壞。液氧在一個大氣壓下的沸點為－183℃，當液氧發生泄漏事故并噴到人體皮膚上時，將由于瞬間低溫液體氣化吸熱對人員造成嚴重的凍傷事故。由于低溫環境下大部分金屬材料會變脆、延展性變差，低溫系統通常采用奧氏體不銹鋼、鋁、銅等金屬，嚴禁使用碳鋼等低合金［5］。常規船體材料和船用設備外殼材料在與大量液氧接觸時，在材料延展性下降和降溫收縮的綜合作用下，容易發生破壞。

2．3氧中毒氧中毒是指人體在吸入高于一定壓力的氧一段時間后，某些系統或器官的功能與結構發生病理性變化而表現的病癥。對于水面船舶儲存液氧的情況，若艙室內發生液氧或氧氣泄漏而沒有進行有效換氣，則人員將較長時間工作在富氧環境中，容易發生氧中毒事故。氧中毒的常見癥狀包括:胸悶、呼吸困難、肌肉抽動、面色蒼白、眩暈等癥狀。

3水面船舶儲存液氧的安全防護措施

3．1防火防爆水面船舶需采取的防火防爆措施包括:可燃物隔離、環境監測、超壓泄放、防爆通風、相關設備抗沖擊保護。水面船舶總體布置應充分考慮液氧儲罐與可燃物和引火源、人員活動范圍、重要設備的相對位置，規劃防火防爆區域。水面船舶上可能出現的引火源包括:明火、高溫設備或管路表面、運動件摩擦、設備撞擊、靜電和雷擊等。液氧儲存艙室應配置火災報警、可燃物監測、氧氣濃度監測、溫度監測等措施，實時監測儲存環境的安全。對艙室環境中的可燃物和氧氣濃度均進行監測。定期對液氧中乙炔含量進行化驗，乙炔含量應小于1×10－7［6］。高純液氧儲罐液位應控制在10%～95%之間，壓力不宜過高。定期檢查接地電阻(每年至少1次)，阻值不大于10Ω。液氧貯槽和液氧管路均應按要求設置壓力表、安全閥或爆破片等附件，在發生液氧汽化超壓故障時，可通過安全閥或爆破片泄放容器和管道內壓力，保障安全。對于水面船舶，液氧和氧氣均不可以直接泄放在艙室內，應通過專用泄壓通道送至船體外，應全面統籌考慮全船進排氣口的位置，避免泄放的大量氧氣與其他可燃物接觸或重新吸入船體。為了避免氧氣積存，必須采取有效的通風排氣措施。水面船舶對氧氣相關艙室應按照防爆艙室處理，配置防爆通風。水面船舶受沖擊可能性較高，對相關設備應采取足夠的抗沖擊設計，不僅不能造成液氧儲罐內的受沖擊爆炸，也不能因沖擊造成液氧泄漏事故。當設備上的閥門和儀表、管道連接頭等處被凍結時，嚴禁用鐵錘敲打或明火加熱凍結部位，而應使用干凈且無油的熱空氣、熱氮氣或溫水進行融化解凍。對儲存艙室內的運動旋轉部件均應設置防護罩，發熱部件貼上警示牌，避免人員靠近。

3．2人員凍傷防護人員對低溫系統進行操作時，應佩戴大小合適的防護手套。作業期間不可將皮膚裸露在外。褲腳應套在鞋外邊，并高于鞋頂，防止液氧意外進入。佩戴防酸型護目鏡或面罩，對頭和面部進行防護。如果出現人員凍傷的情況，應立即使凍傷人員脫離液氧環境并把凍傷的部位浸泡在42℃左右的溫水中;若凍傷的部位與衣物凍結在一起，則應將衣服一同浸入溫水中，避免凍傷部位自融或處于10～25℃的“危險溫度”范圍，以免耽誤了早期復溫的時機。

3．3氧中毒防治禁止人員在無保護措施的情況下在氧濃度超過40%的環境中工作，對可能發生氧氣或液氧泄漏的艙室，要設置氧氣濃度監測報警和防爆通風裝置。當人員必須進入氧氣濃度超標的艙室時，應佩戴空氣呼吸器。一旦出現人員氧中毒事故時，應盡快幫其離開氧濃度超標環境，安置到通風良好的安全環境中，并保持呼吸道暢通，請專業醫護人員進行急救治療。

3．4施工安全措施為保證液氧操作系統的密閉性，在保證安裝檢修方便的情況下，應盡可能通過焊接的方式連接管路，并確保焊縫質量，提高貯槽的強度和氣密性。液氧貯槽焊縫應經過100%射線探傷，且質量評定達到Ⅱ級;外殼、內容器、外殼底板與槽體間角等部位的焊縫要經過100%滲透探傷，質量評定達到Ⅰ級。液氧貯槽在投入使用前，應對內容器進行清洗、脫脂、強度試驗等，保證貯槽強度和氣密性。為確保高純液氧儲罐的液位控制在10%～95%之間，應對貯槽的幾何容積和有效容積進行實際測量。在強度試驗、容積測量試驗結束后，應使用干燥氮氣對液氧貯槽進行吹掃和置換，要求液氧貯槽內露點不大于－50℃，從而保證在使用過程中不發生水分凍結、堵塞的情況。液氧貯槽在投入使用后，應檢測是否存在泄漏、結霜等情況，然后再進行靜態日蒸發率測試，檢測貯槽密性。

3．5低溫液體儲存容器定期檢驗使用的低溫液體儲存容器結構通常為全封閉的真空夾層容器，儲存介質為低溫液體，容器內無法直接檢驗。陸用液氧儲存容器，應遵照《壓力容器定期檢驗規則》，資料審查、外觀檢驗、夾層真空度測試、日蒸發率測量、安全附件檢查等作為重要的定期檢驗內容［7］。對于船用環境，也應按照相關規定定期進行檢驗，確保液氧系統及設備運行工況良好且穩定，禁止帶故障運行。

參考文獻

［1］方增炎．氧氣(液氧)儲存，充裝過程中的危險有害因素和防范措施［J］．中國科技博覽，2011(36):366-366．

［2］向祖權，劉一平，茅云生，等．潛艇供氧系統液氧水下排放安全性研究［J］．交通信息與安全，2006，24(3):106-108．

［3］LAINOFFSM，顧榮而．大型液氧貯槽發生災難性斷裂的潛在危險性［J］．深冷技術，1985(6):34-37．

［4］王愛玲．液氧的危險性分析及其安全防護技術措施［J］．載人航天，2008(3):19-21．

［5］杜平，于開錄，呂東方，等．液氮液氧在海軍艦艇上的應用進展［J］．化學工程師，2015(12):41-44．

［6］陳斌．液氧貯存充灌與運輸過程中的安全管理［J］．深冷技術，2000(1):40．

［7］姜秀海，尚巍，楊熙．低溫液體儲存容器的定期檢驗［J］．中國特種設備安全，2010，13(1):32-33．

作者：張益誠 王俊新 楊海燕 單位：中國艦船研究設計中心