从几起事故案例分析中谈谈提高正压氧气呼吸器零部件质量的必要性

唐勇

（1.煤科集团沈阳研究院有限公司；2.煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁 抚顺 113122）

1 着火事故实例

1.1 山东枣庄防备煤矿火灾事故

2011 年7 月，山东枣庄防备煤矿发生火灾事故，28 名矿工被困井下。救护队下井救援，因火区温度高，且有高浓度CO，无法靠近。3 名救护队员进入侦查，返回途中因高温中暑，体力不支，失去知觉，导致热衰竭，抢救无效死亡。3 名救护队员的牺牲，实际反映出了高温火区中队员的体质、经验问题，尤其是呼吸器的降温效果问题。

我们知道，人体正常散热途径有四种，即体表的传导、辐射、呼吸散热、汗水蒸发。处在高温火区中，周围温度高于人体温，向外传导、辐射热已不可能，相反却是负向作用，仅剩呼吸散热和汗水蒸发两条途径。当队员进入火灾区域时，呼吸器的冷却元件完好，呼吸系统是闭路的，佩戴者吸气温度低于35℃，因此是安全的。当返回时，由于冷却元件由冰块变成了热水，完全失去了降温效果，所以，人体散热的渠道就只剩下汗水蒸发一条途径。当人体的汗液蒸发殆尽时，就出现了人体缺水，导致“热衰竭”的症状产生，超过极限则昏迷晕倒。

1.2 甘肃靖远救护大队氧气瓶爆燃事故

2012 年7 月，甘肃靖远救护大队执行任务时，放在救护车内的一台正压呼吸器的氧气瓶突然爆燃，瞬间引燃救护车，车内2 名救护队员牺牲。原因是氧气瓶阀泄漏引发的爆燃，高压、纯氧瞬间毁灭一切。

1.3 山东黄金集团焦家金矿氧气呼吸器爆炸事故

2016 年6 月，山东黄金集团焦家金矿救护队正准备训练，一台放在救护车内的正压氧气呼吸器突然着火，几秒种后剧烈燃烧，引燃了整个救护车，经现场人员抢救，车上4 名队员脱险，但造成5 人烧伤，3 人轻度烧伤，一辆救护车报废。事故原因分析，气瓶阀密封材料的寿命问题和高压导管的材质问题引起。密封材料失效造成泄漏，高压纯氧在直通导管中形成冲击波，其能量瞬间转化的热量引燃了高压管中的可燃物（密封材料碎末或橡胶导管本身，燃点低者先着）。

1.4 贵州省六盘水救护大队氧气呼吸器爆炸事故

2014 年7 月，贵州省六盘水救护大队训练时，一台正压氧气呼吸器的警报器突然着火，剧烈燃烧，佩戴者迅速关闭氧气瓶，卸下呼吸器，所幸无人员伤亡，但呼吸器报警装置的高压导管完全烧毁，报警器的钢铁部件大半部分被融化。原因分析，其生产厂生产报警器钢铁部件时利用油浸法除锈，安装使用时，未彻底处理清洗干净有关，因为氧气一旦遇到油脂（及时足够量的油气分子）也会燃烧，必须严禁接触油脂。生产厂不再采用油浸法除锈防锈，特别注意清洁相关部件。

1.5 神华集团神东救护大队氧气呼吸器燃烧事故

2015 年4 月，神华集团神东救护大队训练时，一台正压氧气呼吸器的减压器突然着火燃烧，佩戴者迅速关闭氧气瓶，卸下呼吸器撤离，被轻微烧伤。事故分析结果是呼吸器的高压导管和减压器密封圈材质问题引发。减压器缺少阻尼和旋向，密封圈燃点较低，打开氧气瓶的瞬间，高压纯氧在直通管路中形成冲击，能量转化为热量时，超过可燃物燃点将其引燃。立刻关闭气瓶切断供氧源，避免了事故发展。

1.6 某压缩氧气自救器生产厂安全生产事故

2015 年11 月，某压缩氧气自救器生产厂开启氧气充填泵进行充氧时，气瓶体与瓶阀突然蹦开，将操作者炸成重伤住院。经分析与金相检测，为瓶阀金属材质成分达不到标准要求强度不够造成事故。

2 着火事故原因分析

2.1 事故理论研究

由此可见，气瓶阀及其密封材料、高压导管的材质与密封件是引发源头。高压氧气瓶及其管路着火的事件并非偶然发生，几乎每年都有，而我国高炉炼钢的纯氧高压输送管道平均每2 个月就会发生1 起着火事故。因此，在国内外行业中，引起了人们的广泛关注、深思和安全方面的探索。北京大学、武汉钢铁工业大学的教授开展相关研究，取得了成果，近几年提出了新的理论，使人们对高压纯氧的特性有了新的认识。

一是冲击波理论：贮存在气瓶中的高压氧气，在突然开启瓶阀的瞬间，气流高速流入管路，当管路是直通路径时，就容易形成冲击波；当管路是螺旋变向路径时，就可有效避开冲击波。因为高压氧气在管路中的流动，微观上是气体分子波在高压能量作用下向前连续传播的过程，如果前一个分子的波形、波段完全展开后，下一个分子再冲上来接续就不会形成冲击波，如果前一个分子的波形、波段尚未完全展开时，下一个分子波冲上来依次叠加，则会形成冲击波。冲击波一旦形成，能量则会以瞬间高温的形式释放出来，一般能达到395 ～430℃，足以引燃可燃物。理论工作者做了科学的试验展示模型。

二是高压输氧管道的气体绝热压缩理论：高压输氧管道中，开启阀门的瞬间，高压端向低压端迅速扩散，在低压段形成瞬间绝热压缩。根据气体绝热压缩公式计算，氧气的绝热压缩系数为1．39，如果阀前压力为1．3MPa,阀后压力为0．1 MPa，绝热压缩前低压段的温度为30℃，通过绝热压缩公式计算，则绝热压缩后的 温 度 为：T2=T1×(P1-P2)(1．39-1)=30×（1．3-0．1）0．39= 393℃。此温度能够将铁锈、密封圈等引燃，在纯氧中能将铁管融化。而且，任何可燃物的燃点，在高压纯氧中都会变低，氧气浓度越纯，压力越高，则可燃物的燃点会变的越低。另外，氧气的流速指标也是一个着火因素，所以，在工业设计中，限制氧气在管道中的流速小于20m/s,以保证安全。

输氧管道一般选用不锈钢管或螺旋变向铜管，因为铜或不锈钢的燃点较高，550℃以上，且散热快，即使遇到冲击波或绝热压缩等情况，也能经受得住瞬间的高温冲击，将聚热能量迅速移除掉，而橡胶管或密封圈的燃点较低，在空气中最高390℃，在纯氧中会变低，所以存在安全隐患。如2016 年6 月，黄金集团焦家金矿救护队事故，对其呼吸器高压管解剖，高压导管的内芯为直通橡胶管，中间为金属网加强层，外层为塑料保护层，当偶然遇到冲击波或绝热压缩情况时，首先，将内芯橡胶管引燃，在纯氧中引发爆燃，从而导致车中人员连开门跳车逃生的时间机会都没有，来不及。联系2012 年7 月甘肃靖远救护大队事故，这2 起事故的引发源都在气瓶阀的密封材料上，它处在高压气瓶中，在空气中的有效期3 ～6 年，但在高压纯氧中的有效期会明显缩短，一旦失效，就会造成气瓶泄露，如果泄露则形成冲击波或绝热压缩，从而导致事故发生。再如2015 年4 月神华集团神华集团神东救护大队正压氧气呼吸器的减压器着火事故，由于减压器内通道设计成直筒的管道途径，缺少转向和阻尼，且橡胶密封圈的阻燃性较差，在高压纯氧中易老化，因此，当密封圈破损后，高压氧气在减压器直通道路中形成冲击波，首先，引燃橡胶圈，导致高压纯氧爆燃，所幸立刻切断了供氧源，人员及时撤离，只融化了高压导管和减压器报警器钢铁部件，未造成更大事故。上述几个事故，完全可用相关理论解释。

2.2 事故原因分析

氧气呼吸器产品，从负压型到正压型，原理上是科技进步和发展，理应更安全更可靠，调查我国救护队从1957 ～1995 年，在氧气瓶阀和高压导管2 部件中未出现过着火现象，近年常有着火爆燃情况，对比分析，就是所用零部件的材质有差异，以前气瓶阀的密封垫用的是钢纸垫或紫铜片垫，现在却是使用树脂材料 或橡胶；而高压导管，以前是用内径0．5mm、壁厚1mm 的螺旋铜管，现在用的是，内芯为橡胶软管，中间设金属网状加强层，外层是塑料保护层。无论塑料还是橡胶，普通型的材质都比铜制材料燃点低、散热慢。（阻燃型氟橡胶的燃点为395℃，普通型会更低。黄铜的燃点为550℃）。树脂材料的有效期限也比铜制材料或钢纸材料短，在高压纯氧作用下很难达到呼吸器的使用有效期限6 ～10 年，2012 年7 月甘肃靖远事故和2015 年11 月氧气瓶充氧时蹦开事故都与气瓶阀的密封材料材质相关。

3 相关事故预防对策

隔绝式正压氧气呼吸器的原理是科学的，设备是先进的，正在为矿山救护事业做出贡献，无容置疑。但其涉及安全的零部件、材料必须加强质量控制和管理，决不能放松和忽视。主要零部件如高压导管、密封圈垫的材料材质必须提高质量，不能为了降低成本，忽视安全，因小失大。必须加强质量监督与管理力度，将材料材质标准化、制度化，规范标准参数指标，强化检验，提高质量，发现问题，及时解决问题，不留后患。必须开展相关研究，理论结合实际，加强安全验证，实验室检测检验与实际工矿条件下的使用结合起来，否则，就难以发现问题，也不能很好地把住准入关。受市场经济杠杆作用的影响，用户招标选择最低价位，生产商偷工减料以次充好，降低生产成本提高利润，导致产品质量下降甚至造成事故的情况必须格外重视，应引起警惕。