氧阀制备过程探讨

刘维军

（博雷（中国）控制系统有限公司，浙江 杭州 311231）

氧气系统中典型的氧阀事故，有燃烧、爆炸和喷射火几种类型。通常引发氧阀故障的着火机理主要有：材料的冲击引起的微粒冲击着火；绝热压缩、声音共振和流动摩擦等产生的温度升高；有机材料燃烧或残留的污染物引起的助燃；阀门零件之间动摩擦引起的摩擦热或颗粒物。针对事故风险的降低方式，制造者需要从兼容性材料选择、合理的结构设计、清洗技术与清洁度监测、装配与试压过程控制等几个关键方面斟酌考量。氧阀制备过程所涉及的技术规范和安全标准，现已完全超越氧气管网本身，在其他易燃、易爆、高温、高压流体控制中也得到了更广泛的应用。

1 安全保障

氧阀的制造者应具备相对独立完善的质量管理体系，以阀门安全和可靠运行为宗旨，依据所涉氧气安全程序对从业人员进行准入资格的系统性教育和培训。管理者和技术人员除了要熟知且遵循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 等标准规范，还需要对氧气系统的爆炸燃烧机理、行业中已发生过的氧阀安全事故和最新的行业动态做深入解读。氧阀制备过程用到的各类溶剂、清洗剂、润滑剂、工业气体、PPE 防护用品等的购买、储存、使用、处置均需参照ISO14001 环境管理和ISO45001职业健康安全管理体系相关要求严格控制。

2 兼容材料选择

氧阀用金属材料应根据IGC Doc 13/02/E 冲击流速曲线进行合理选择。考虑阀门功能作用（节流或调节），介质的流速、压力，是否受冲击流影响，材料物理性能，材料温压曲线等因素。对具有较高燃烧热的铍、镁、钙、铝、钛类金属则避免用于氧阀零部件中。阀门中用于承压和控压类的零部件金属材料要具备可追溯性，执行理化性能测试。金属密封阀门的密封副应优先推荐选用豁免材料。

氧阀用非金属材料应取得BAM 或WHA 认证，有好的氧兼容性。每批用于氧阀的非金属原材料，其化学性质都应进行测试，推荐至少具有大于400℃的自然温度（参考ASTM G72测试方法）和不超过3000cal/gm（参考ASTM D4809 测试方法）的燃烧热值。原材料的等级（原始、混合、回收）、一致性和可追溯性应是供应资质选择的首要考量因素。很多非金属都是易燃的，应尽量减少使用量，尽可能避免和氧气直接接触。

3 设计制造

氧阀常用类型有球阀、旋塞阀、蝶阀、截止阀、止回阀、减压阀等，设计时，要评估阀板、密封副、轴承系在启闭运行时产生的摩擦、绝热压缩、颗粒物撞击而可能引发事故的概率，通过选择兼容性材料、避免绝热压缩产生，以及增强密封面的抗摩擦性等增强阀门的安全可靠性。如EIGA13/12规范所述，作为氧系统的快开型阀门，当阀门打开时，由于上下游的高压差，氧气以声速迅速将下游气体压缩，从而在末端发生绝热压缩而产生高温，对于压差5Mpa 的氧气发生绝热压缩可使得终端的温度高达600℃以上，足以将一些非金属、润滑脂等点燃。此外，阀门应考虑良好的导电性和防静电结构，接地电阻应不大于10Ω，要尽可能消除一切产生静电的因素。在制造时，介质流道表面要光滑、平缓，无锐边、尖角、异物，阀腔内部零件形体应简洁流畅，切削加工锐边均须倒圆角。流道为铸造表面的，应进行机械打磨处理，以平滑无明显凹凸为宜。阀门用密封元件尽可能考虑缠绕金属材料。

4 清洁与洁净度监测

（1）污染物识别：氧阀流道表面不允许有集聚的碳氢化合物（油污）或颗粒物杂质。油类在纯氧条件下燃点很低，只需微弱的能量即会点然，高速运动的颗粒物却会摩擦撞击并产生热量及火花，从而导致燃烧或爆炸。因此，要事先对氧阀零部件在制造过程中可能残留的切削液、冷却剂、润滑油、锈迹、焊渣、黏砂、浮尘、毛刺、铁屑、炭粒、有机纤维等污染物进行识别，以便选择更恰当的清洁和检测方式。

（2）脱脂清洁：细致谨慎的脱脂清洁是氧气处理系统中最根本的防火安全措施。脱脂清洁按实施顺序至少分为预清洁、清洗、漂洗三个过程。预清洁是采用吹扫、擦拭、浸泡或喷淋等方式，初步清除松散颗粒物及锈迹，清洗环节是脱脂清洗剂清除表面油污，漂洗则是确保无污染物残留的最终清洁过程（超声波清洗是推荐的）。整个成套生产环节与阀门接触的任何物品和所有阀门零部件均须用适合的脱脂剂进行清洗。脱脂剂的选用以不损害阀门材料为宜，常用的有四氯化碳、二氯乙烷、乙醇、丙酮等传统溶剂和新型环保类水基清洗剂，非金属零件不宜采用浸泡清洁。经验表明，用擦拭法、喷水法、水滴法或目视观察法，在白光灯下都能快速定性判断清洁后的表面有无明显的油膜残留。当使用水清洗、漂洗时，对水中颗粒杂质的过滤和PH 值、氯含量、洗涤时间、水温度的监测是必要的，利用循环水时则要清晰定义污水的检测方式和更换频率。完成脱脂清洗后的零件可以用干燥无油的压缩空气或氮气（有气体符合性监测措施）干燥处理。

（3）清洁度检测：零部件在成套组装前其表面均须执行清洁度检测，出现任何不符合时应重新清洁。绝大多数碳氢化合物、纤维及颗粒物均能够被白光灯（推荐最小光照度500 Lux）和紫外线灯识别（紫外线灯应确定适用的波长且在暗室或暗光下进行）。对于不便目视或不可触及的表面，如螺纹孔、深孔、焊缝等，用白色滤纸或棉签擦拭取样检测。对污染物事先未作有效识别或有碳氢化合物残留量测定要求时，可在阀门成套装配完成后，用指定溶剂从阀门流道内零件表面萃取收集残留污染物，然后在油分分析仪中获得定量数据。萃取污染物的溶剂经滤纸过滤蒸发后可获得颗粒杂质的重量和尺寸。

5 装配与试压

负压洁净室是氧阀成套装配和压力试验的最佳场所。洁净室内的设施、设备、工器具、辅助材料、温湿度、空气质量、作业文件、操作者技能等在使用前的符合性检查是必要的。阀门组装和试验全程操作建议穿戴干净的工作服、工作帽，须佩戴脱脂处理过的非纤维手套，避免用裸露的手直接接触零件表面。成套后的阀门首选气体密封性试验，若液体密封是不可避免时，残留的液体必须在试验后完全清除，特别是在型腔内可能积液的位置，要用干燥洁净的空气或氮气吹扫干净（加热干燥是有帮助的），确保阀门最终被完全干燥，阀腔内部没有截留的试验压力。压力试验用的泄漏测量装置包括但不限于各种流量计、气泡计数观测装置等。所有测量用仪器、仪表、量具必须获得校准证书且在有效应用周期内，符合计量法规和测量管理体系标准的要求。液氧用超低温阀门要依据ISO 28921-1、BS 6364、GBT 24925 等规范执行特定试验。使用独立且经脱脂处理的专用物品或产品要注意防护，避免受二次污染。辅助过程所需的润滑剂、密封剂、检漏液等非金属材料必须与氧气兼容，不含任何游离态的碳氢化合物、碳氢化合物添加剂或悬浮液。

6 包装储存与安装维护

氧阀本体应悬挂氧气服务特定标签，合格证及外包装有醒目的“禁油、禁水”标识。与阀门接触的包装材料要安全可靠不易破损，且需要经脱脂清洁处理。在与阀腔内壁非直接接触的指定位置放置适量干燥剂和少量的充氮包装能显著减少阀内凝露现象。氧阀的储存、安装必须严格遵守阀门制造者的有关规定，严禁与油类接触，应定期进行维护、保养或检测，以保证阀门的安全性和密封性。

7 结语

近年来，氧阀技术发展日趋成熟，行业需求和规模不断攀升，越来越多的阀门企业参与各类氧阀的市场竞争中。然而与氧气相关的燃爆事故发生后，都会造成较大的人员伤亡和财产损失。因此，科学谨慎的设计与选材，严格有效的制备过程，这不仅关系到氧阀产品的安全稳定运行，更成为新业态下氧阀制造企业承担的一种社会责任。