氫氣管道規(guī)范

1、12 氫氣管道 氣體的流速有經(jīng)濟(jì)流速和安全流速之分，對可燃性氣體主要應(yīng)著眼于安全流速。氫氣具有著火能量低，與空氣、氧混合燃燒和爆炸極限寬，燃燒速度快等特點(diǎn)，所以在生產(chǎn)和使用過程中的燃燒、爆炸問題應(yīng)特別注意。氫與空氣或與氧混合形成處于爆炸極限范圍內(nèi)的可燃性混合物和著火源同時存在，是燃燒和爆炸的兩個基本條件。為此，應(yīng)管理好可燃燒性物質(zhì)，防止氫氣泄漏、逸出和積累，注意系統(tǒng)的密封、抑制和監(jiān)視爆炸性混合物的形成。同時要管理好著火源。著火源分自燃和外因點(diǎn)燃兩大類?；鹪吹男纬珊托再|(zhì)見表6。表6  火源的形成和性質(zhì)    氫氣在管道內(nèi)流動，當(dāng)流速大，與管壁摩擦增強(qiáng)，特別

2、是管道內(nèi)含有鐵銹雜質(zhì)時，形成靜電火花。據(jù)美國宇航局統(tǒng)計(jì)的96次氫氣事故中，氫氣釋放到大氣與空氣混合后著火事故占62，靜電引起的著火事故占17.2。多年以來，氫氣管道設(shè)計(jì)中控制流速為8ms，本規(guī)范修訂前，規(guī)定碳鋼管中氫氣最大流速：當(dāng)壓力大于1.6 MPa時為8ms，0.11.6 MPa為12ms；不銹鋼管為15ms。原規(guī)范執(zhí)行中一些單位詢問和提供超過規(guī)定最大流速的有關(guān)問題和情況，如揚(yáng)子石化一巴斯夫公司提供，該公司相關(guān)石化裝置的氫氣流速采用小于20ms。近年來，隨著我國引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和技術(shù)交往，許多單位實(shí)際又突破原規(guī)范的規(guī)定流速。國內(nèi)已建部分氫氣管道流速見表7。表7  國內(nèi)部分單元?dú)錃夤?/p>

3、道流速    從表7可見，氫氣流速比修訂前規(guī)定流速有所提高是可行的。為確保安全生產(chǎn)，應(yīng)在接地、防泄漏方面加強(qiáng)技術(shù)措施。隨著技術(shù)、材料及施工管理水平的提高，這是完全可以做到的，如：管道內(nèi)壁除銹至本色；碳鋼管氬弧焊作底焊，防焊渣落入管道中；安裝過程中和安裝后防止焊渣、鐵銹遺留在管內(nèi)并進(jìn)行吹掃；泄漏量試驗(yàn)要求泄漏率以小于O.5為合格；室外管道接地，閥門、法蘭金屬線跨接，設(shè)備、管道設(shè)接地端頭等。    在國家標(biāo)準(zhǔn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程GB 16912-1997中規(guī)定管道中氧氣的最高允許流速為：工作壓力大于0.1小于或等于3.0 MPa時，

4、碳鋼15ms、不銹鋼25ms；工作壓力大于3.0小于10 MPa時，不銹鋼10ms。本次修訂參考此規(guī)定對氫氣最大流速作了適當(dāng)修改。 為避免因氫氣泄漏造成燃燒和爆炸事故的發(fā)生，規(guī)定氫氣管道的管材應(yīng)采用無縫鋼管，不采用具有焊縫的焊接鋼管、電焊鋼管等。 法蘭和墊片的選用按工作介質(zhì)的壓力、溫度和需要密封程度確定。由于氫氣易泄漏，密封程度要求高，規(guī)定壓力大于2.5 MPa采用凹凸式或榫槽式或梯形槽法蘭。    根據(jù)實(shí)際使用情況和保證氫氣管道連接部位的密封，規(guī)定工作壓力小于10MPa，氫氣管道墊片采用聚四氟乙烯或金屬纏繞式墊片；壓力大于等于10 MPa，墊片采用硬鋼紙板或退火

5、紫銅板。 氫氣是易燃易爆氣體，管道應(yīng)采用焊接，以防止產(chǎn)生泄漏。與設(shè)備、閥門連接處允許采用法蘭或絲扣連接，是因受閥門、設(shè)備本身連接方式的限制，從國內(nèi)外氫氣管道敷設(shè)情況看，幾乎全是采用這種方法。    絲扣連接處采用聚四氟乙烯薄膜作填料，具有清潔、施工方便，安全性、密封性好的優(yōu)點(diǎn)，目前國內(nèi)外應(yīng)用較為普遍，可以替代以往常用的涂鉛油的麻或棉絲。 管道穿過墻壁或樓板時，為使管道不承受外力作用并能自由膨脹及施工檢修方便，故要求敷設(shè)在套管內(nèi)；套管內(nèi)的管段不得有焊縫，是為了避免因有焊縫不便檢查而無法發(fā)現(xiàn)泄漏氫氣所帶來的不安全性。此外，為防止氫氣漏人到其他房間引起意外事故，故要求在

6、管道與套管的間隙應(yīng)用不燃材料填堵。 為防止檢修其他管道時，焊渣火花落在氫氣管道上發(fā)生危險，也為了防止氫氣管道發(fā)生事故時影響其他管道；又因氫氣輕，極易向上擴(kuò)散，所以規(guī)定氫氣管道布置在其他管道外側(cè)和上層。 輸送濕氫及需做水壓試驗(yàn)的管道，因有積水、排水問題，規(guī)定管道坡度不小于3 ，并在最低點(diǎn)處設(shè)排水裝置排水，防止排水時氫氣泄漏。 氫氣放空管設(shè)阻火器，是為了在氫氣放空時，一旦雷擊引起燃燒爆炸事故時起阻止事故蔓延作用。阻火器位置以往有的設(shè)在室內(nèi)，以便于維修；也有的設(shè)在室外，利于防雷擊。本條規(guī)定，應(yīng)設(shè)在管口處。氫氣放空管高出屋脊1m是為使氫氣排空時，不倒灌入室內(nèi)。    壓力

7、大于0.1 MPa氫氣放空管，為防止氫氣放空時流速過大，并考慮放空管設(shè)在室外被雨水、濕空氣腐蝕產(chǎn)生鐵銹引起放空時氫氣的燃燒、爆炸事故，本條規(guī)定放空管在阻火器后的管材應(yīng)采用不銹鋼管。 本條制定的依據(jù)是：    1 氫氣站、供氫站和車間內(nèi)氫氣管道，為便于施工和操作維修，避免或減少泄漏時的不安全性，規(guī)定宜沿墻、柱架空敷設(shè)。    2 為避免因氫氣泄漏造成不必要的人身和國家財(cái)產(chǎn)的損失，規(guī)定氫氣管道不準(zhǔn)穿過生活間、辦公室和穿過不使用氫氣的房間。    3 進(jìn)入用戶車間設(shè)切斷閥，是為便于車間管理，安全生產(chǎn)。一旦事故發(fā)

8、生時，切斷氣源。設(shè)流量記錄累計(jì)儀表，便于車間獨(dú)立經(jīng)濟(jì)核算。    4 氫氣系統(tǒng)在投入使用前或者需要動火檢修時，均需以氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w進(jìn)行系統(tǒng)的吹掃置換，因此規(guī)定管道末端設(shè)放空管。    5 氫氣的火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤欤坏┗鼗鸨阊杆賯髦琳麄€系統(tǒng)，后果嚴(yán)重。接至有明火的用氫設(shè)備的支管上裝設(shè)阻火器，是為了在一臺用氫設(shè)備出事故產(chǎn)生回火時不影響或盡量減少影響其他使用點(diǎn)的一項(xiàng)安全措施，以達(dá)到安全生產(chǎn)。 本條制定的依據(jù)是：    1 氫氣為易燃易爆氣體，為防止氫氣管道火災(zāi)事故擴(kuò)大，故規(guī)定支架采用不燃材料制作； 

9、   2 為防止?jié)駳涔艿涝诤涞貐^(qū)結(jié)凍堵塞，規(guī)定采取防凍措施。一般采取管道保溫或采用不超過70的熱水管伴隨保溫。 本條制定的依據(jù)是：    1 埋地敷設(shè)深度，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)工礦企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定。    2 土壤腐蝕性等級分為低、中、高三級，防腐層分別采用普通、加強(qiáng)及特加強(qiáng)三個等級。各級防腐層結(jié)構(gòu)見表8。表8  防 腐 層 結(jié) 構(gòu)    一般情況下埋地氫氣管道采用加強(qiáng)級防腐層。    3 按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)工礦企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)管線綜合和綠

10、化布置的規(guī)定。當(dāng)必須穿過熱力地溝時，加設(shè)套管。規(guī)定套管和套管內(nèi)的管段不應(yīng)有焊縫，是為了防止氫氣泄漏進(jìn)入地溝甚至竄人建筑物、構(gòu)筑物內(nèi)，形成氫氣爆炸混合物，引起事故的發(fā)生。    4 敷設(shè)在鐵路和不便開挖的道路下面的管道設(shè)套管，主要考慮到便于氫氣管檢修，同時避免使氫氣管道承受外力作用。套管內(nèi)的管段應(yīng)是無焊縫的。    5 為防止從管底到管子上部以上300mm范圍內(nèi)回填土塊、石頭等雜物形成空洞，一旦氫氣泄漏時，積聚形成爆炸性氣體，故回填土前應(yīng)在管子上部300mm范圍內(nèi)，用松散土填平夯實(shí)或填滿砂子后才可再回填土。 明溝敷設(shè)在電力部門應(yīng)用較多，

11、實(shí)質(zhì)上是一種低架空敷設(shè)，其要求與架空敷設(shè)相同。為確保安全，本條作了較嚴(yán)格的規(guī)定。 氫氣管道能否安全運(yùn)行，施工條件和施工質(zhì)量起著很重要的作用，必須引起重視。目前國內(nèi)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)對所有各種工業(yè)管道作出的規(guī)定具有通用性、普遍性。對氫氣管道來說，因它是易燃易爆氣體，具有危險性，從安全角度需要作補(bǔ)充規(guī)定。本條就是根據(jù)國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)提出的氫氣管道設(shè)計(jì)對施工及驗(yàn)收的要求。    1 氫氣管道引起燃燒爆炸的條件有兩個：一是形成氫氣與空氣或氧氣的爆炸混合氣；二是有火源。為防止氫氣事故的發(fā)生，必須要千方百計(jì)地消除或防止產(chǎn)生上述兩個條件。根據(jù)這一基本點(diǎn)，氫氣管道中如有鐵銹、焊渣等雜物時，被高

12、速氫氣流帶動與管壁摩擦容易產(chǎn)生火源，特別是管道內(nèi)壁有毛刺、焊渣突出物時更增加碰撞起火的危險，所以應(yīng)比其他管道要求嚴(yán)格。    2 碳鋼管焊接采用氬弧焊作底焊，是防止焊渣進(jìn)入管道內(nèi)的一項(xiàng)安全技術(shù)措施，但施工費(fèi)用增加，以往氫氣管道并未這樣做，為此，本條規(guī)定宜采用氬弧焊作底焊。    3 為確保氫氣管道系統(tǒng)安全運(yùn)行，在安裝過程中每個環(huán)節(jié)每個步驟均要采取措施防止焊渣、鐵屑、可燃物等進(jìn)入，否則在管道安裝完畢再來檢查和消除是十分麻煩、十分困難的，不易徹底清除于凈。為此，規(guī)定應(yīng)采取措施，防止焊渣等進(jìn)入管內(nèi)。    4

13、氫氣管道強(qiáng)度試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)和泄漏量試驗(yàn)是檢驗(yàn)施工安裝最終質(zhì)量的重要手段，為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)制定本條。    一般管道強(qiáng)度試驗(yàn)以液壓進(jìn)行，考慮到液壓試驗(yàn)后，水分除去很困難，易使管道內(nèi)壁產(chǎn)生銹蝕，影響安全運(yùn)行。為此，規(guī)定對壓力小于3.0 MPa的氫氣管道做氣壓強(qiáng)度試驗(yàn)；對壓力大于等于3.0 MPa的管道，為了安全，采用水壓強(qiáng)度試驗(yàn)。以氣壓做強(qiáng)度試驗(yàn)時，應(yīng)制定嚴(yán)密的安全措施，防止意外事故的發(fā)生。    氣密性試驗(yàn)一般管道按工作壓力進(jìn)行，考慮到氫氣滲透性強(qiáng)，為防止泄漏，按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)鋼制壓力容器規(guī)定的氣密性試驗(yàn)壓力，規(guī)定為1.05P。    對泄漏量試驗(yàn)合格的泄漏率規(guī)定，是根據(jù)氫氣滲透性強(qiáng)的特性，經(jīng)國內(nèi)多年實(shí)踐證明可行，并符合安全要求。泄漏率可按下列計(jì)