水面船舶儲存液氧的安全性風(fēng)險(xiǎn)及防護(hù)措施

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(中國艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢 430064)

1 液氧的儲存環(huán)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(shù)量不斷增加，不僅占用了大量的空間，還因?yàn)閮馄渴覍Π踩砸筝^高，給總體設(shè)計(jì)帶來諸多限制。若對大量高純氧氣采用液態(tài)形式進(jìn)行儲存，可以有效減少儲氣鋼瓶的數(shù)量，節(jié)省總體資源，優(yōu)化總體布置。水面船舶儲存液氧面臨著火災(zāi)、爆炸、人員凍傷和人員氧中毒等的安全性風(fēng)險(xiǎn)，需要在總體設(shè)計(jì)時(shí)予以充分考慮。目前，陸用液氧儲存及應(yīng)用設(shè)施通常應(yīng)滿足GB 16912—2008 《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》、GB 50030 《氧氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》和JB 6898 《低溫液體儲運(yùn)設(shè)備使用安全規(guī)則的要求》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求[1]。潛艇對于儲存液氧的安全性設(shè)計(jì)，在供氧系統(tǒng)中設(shè)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(huán)境復(fù)雜，層高受限，進(jìn)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(huán)境存在一定差異，因此，水面船舶儲存液氧的安全性設(shè)計(jì)存在特殊性，需要針對性地進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析，并在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮安全防護(hù)措施。

2 水面船舶儲存液氧的安全性風(fēng)險(xiǎn)

2.1 火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)

火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)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(zāi)危險(xiǎn)性為乙類。液氧貯槽發(fā)生爆燃危險(xiǎn)的原因有兩種：①雜質(zhì)點(diǎn)燃；②機(jī)械沖擊對雜質(zhì)提供了能量[3]。當(dāng)艙室內(nèi)發(fā)生液氧泄漏事故后,艙室內(nèi)空氣的氧氣濃度升高,在出現(xiàn)火情時(shí)極易發(fā)生富氧燃燒事故。包括氣體、液體、固體物質(zhì)在內(nèi)的所有可燃物質(zhì)與液氧混合時(shí)，都具有爆炸危險(xiǎn)性，在受到機(jī)械沖擊、火源、靜電等外因的影響時(shí)都可能發(fā)生爆炸。當(dāng)液氧儲罐或者液氧管路的隔熱措施發(fā)生破壞或引入其他熱源時(shí)，容器或管道內(nèi)的液氧受熱發(fā)生氣化，造成容器或管道內(nèi)的壓力急劇升高[4]。液氧等低溫系統(tǒng)應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)配置可靠的泄壓措施，避免因泄壓能力不足導(dǎo)致液氧儲罐或者液氧管路發(fā)生物理性爆炸。

2.2 低溫風(fēng)險(xiǎn)

低溫液體對水面艦艇帶來的危險(xiǎn)包括：人員凍傷和設(shè)備甚至船體受低溫發(fā)生破壞。

液氧在一個(gè)大氣壓下的沸點(diǎn)為-183 ℃, 當(dāng)液氧發(fā)生泄漏事故并噴到人體皮膚上時(shí)，將由于瞬間低溫液體氣化吸熱對人員造成嚴(yán)重的凍傷事故。由于低溫環(huán)境下大部分金屬材料會變脆、延展性變差，低溫系統(tǒng)通常采用奧氏體不銹鋼、鋁、銅等金屬，嚴(yán)禁使用碳鋼等低合金[5]。常規(guī)船體材料和船用設(shè)備外殼材料在與大量液氧接觸時(shí)，在材料延展性下降和降溫收縮的綜合作用下，容易發(fā)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(shí)間后，某些系統(tǒng)或器官的功能與結(jié)構(gòu)發(fā)生病理性變化而表現(xiàn)的病癥。對于水面船舶儲存液氧的情況，若艙室內(nèi)發(fā)生液氧或氧氣泄漏而沒有進(jìn)行有效換氣，則人員將較長時(shí)間工作在富氧環(huán)境中，容易發(fā)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(hù)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(huán)境監(jiān)測、超壓泄放、防爆通風(fēng)、相關(guān)設(shè)備抗沖擊保護(hù)。

水面船舶總體布置應(yīng)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(shè)備的相對位置，規(guī)劃防火防爆區(qū)域。水面船舶上可能出現(xiàn)的引火源包括：明火、高溫設(shè)備或管路表面、運(yùn)動件摩擦、設(shè)備撞擊、靜電和雷擊等。

液氧儲存艙室應(yīng)配置火災(zāi)報(bào)警、可燃物監(jiān)測、氧氣濃度監(jiān)測、溫度監(jiān)測等措施，實(shí)時(shí)監(jiān)測儲存環(huán)境的安全。對艙室環(huán)境中的可燃物和氧氣濃度均進(jìn)行監(jiān)測。定期對液氧中乙炔含量進(jìn)行化驗(yàn)，乙炔含量應(yīng)小于1×10-7[6]。高純液氧儲罐液位應(yīng)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10 Ω。

液氧貯槽和液氧管路均應(yīng)按要求設(shè)置壓力表、安全閥或爆破片等附件，在發(fā)生液氧汽化超壓故障時(shí),可通過安全閥或爆破片泄放容器和管道內(nèi)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(nèi)，應(yīng)通過專用泄壓通道送至船體外，應(yīng)全面統(tǒng)籌考慮全船進(jìn)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(fēng)排氣措施。水面船舶對氧氣相關(guān)艙室應(yīng)按照防爆艙室處理，配置防爆通風(fēng)。

水面船舶受沖擊可能性較高，對相關(guān)設(shè)備應(yīng)采取足夠的抗沖擊設(shè)計(jì)，不僅不能造成液氧儲罐內(nèi)的受沖擊爆炸，也不能因沖擊造成液氧泄漏事故。當(dāng)設(shè)備上的閥門和儀表、管道連接頭等處被凍結(jié)時(shí)，嚴(yán)禁用鐵錘敲打或明火加熱凍結(jié)部位，而應(yīng)使用干凈且無油的熱空氣、熱氮?dú)饣驕厮M(jìn)行融化解凍。對儲存艙室內(nèi)的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)部件均應(yīng)設(shè)置防護(hù)罩，發(fā)熱部件貼上警示牌，避免人員靠近。

3.2 人員凍傷防護(hù)

人員對低溫系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)，應(yīng)佩戴大小合適的防護(hù)手套。作業(yè)期間不可將皮膚裸露在外。褲腳應(yīng)套在鞋外邊,并高于鞋頂, 防止液氧意外進(jìn)入。佩戴防酸型護(hù)目鏡或面罩, 對頭和面部進(jìn)行防護(hù)。

如果出現(xiàn)人員凍傷的情況，應(yīng)立即使凍傷人員脫離液氧環(huán)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(jié)在一起,則應(yīng)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(xiǎn)溫度”范圍, 以免耽誤了早期復(fù)溫的時(shí)機(jī)。

3.3 氧中毒防治

禁止人員在無保護(hù)措施的情況下在氧濃度超過40%的環(huán)境中工作，對可能發(fā)生氧氣或液氧泄漏的艙室，要設(shè)置氧氣濃度監(jiān)測報(bào)警和防爆通風(fēng)裝置。當(dāng)人員必須進(jìn)入氧氣濃度超標(biāo)的艙室時(shí)，應(yīng)佩戴空氣呼吸器。一旦出現(xiàn)人員氧中毒事故時(shí)，應(yīng)盡快幫其離開氧濃度超標(biāo)環(huán)境，安置到通風(fēng)良好的安全環(huán)境中，并保持呼吸道暢通，請專業(yè)醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行急救治療。

3.4 施工安全措施

為保證液氧操作系統(tǒng)的密閉性,在保證安裝檢修方便的情況下，應(yīng)盡可能通過焊接的方式連接管路，并確保焊縫質(zhì)量，提高貯槽的強(qiáng)度和氣密性。液氧貯槽焊縫應(yīng)經(jīng)過100%射線探傷，且質(zhì)量評定達(dá)到Ⅱ級；外殼、內(nèi)容器、外殼底板與槽體間角等部位的焊縫要經(jīng)過100%滲透探傷，質(zhì)量評定達(dá)到Ⅰ級。

液氧貯槽在投入使用前，應(yīng)對內(nèi)容器進(jìn)行清洗、脫脂、強(qiáng)度試驗(yàn)等，保證貯槽強(qiáng)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(yīng)對貯槽的幾何容積和有效容積進(jìn)行實(shí)際測量。在強(qiáng)度試驗(yàn)、容積測量試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)使用干燥氮?dú)鈱σ貉踬A槽進(jìn)行吹掃和置換，要求液氧貯槽內(nèi)露點(diǎn)不大于-50 ℃，從而保證在使用過程中不發(fā)生水分凍結(jié)、堵塞的情況。液氧貯槽在投入使用后，應(yīng)檢測是否存在泄漏、結(jié)霜等情況，然后再進(jìn)行靜態(tài)日蒸發(fā)率測試，檢測貯槽密性。

3.5 低溫液體儲存容器定期檢驗(yàn)

使用的低溫液體儲存容器結(jié)構(gòu)通常為全封閉的真空夾層容器，儲存介質(zhì)為低溫液體，容器內(nèi)無法直接檢驗(yàn)。陸用液氧儲存容器，應(yīng)遵照《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》，資料審查、外觀檢驗(yàn)、夾層真空度測試、日蒸發(fā)率測量、安全附件檢查等作為重要的定期檢驗(yàn)內(nèi)容[7]。對于船用環(huán)境，也應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定定期進(jìn)行檢驗(yàn),確保液氧系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行工況良好且穩(wěn)定,禁止帶故障運(yùn)行。