船舶储存液氧的安全性及防护措施分析范文

摘要:水面船舶应采取可燃物隔离、环境监测、超压泄放、防爆通风、相关设备抗冲击保护等防火防爆措施，提供充分的人员冻伤防护和氧中毒救治保障，加强施工和使用管理，定期检验储存容器，化解火灾、爆炸、低温和氧中毒风险，保障液氧的储存和使用安全。

关键词:液氧;安全风险;防护措施

1液氧的储存环境

随着保障要求的提高，水面船舶对氧气的需求日趋增大，造成用于储存氧气的高压储气钢瓶数量不断增加，不仅占用了大量的空间，还因为储气瓶室对安全性要求较高，给总体设计带来诸多限制。若对大量高纯氧气采用液态形式进行储存，可以有效减少储气钢瓶的数量，节省总体资源，优化总体布置。水面船舶储存液氧面临着火灾、爆炸、人员冻伤和人员氧中毒等的安全性风险，需要在总体设计时予以充分考虑。目前，陆用液氧储存及应用设施通常应满足GB16912—2008《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》、GB50030《氧气站设计规范》和JB6898《低温液体储运设备使用安全规则的要求》等标准规范要求［1］。潜艇对于储存液氧的安全性设计，在供氧系统中设置氧烟囱，既用作液氧的灌注通道，也作为在紧急情况下将液氧向舷外释放的通道［2］。水面船舶人员密度大，环境复杂，层高受限，进排气通道相对较多，且存在受到猛烈冲击的可能性，与陆地、潜艇环境存在一定差异，因此，水面船舶储存液氧的安全性设计存在特殊性，需要针对性地进行安全风险分析，并在设计时充分考虑安全防护措施。

2水面船舶储存液氧的安全性风险

2．1火灾和爆炸风险火灾和爆炸风险包括三种:燃烧事故、可燃物爆炸和超压物理爆炸。液氧虽然不可燃，但能助燃，火灾危险性为乙类。液氧贮槽发生爆燃危险的原因有两种:①杂质点燃;②机械冲击对杂质提供了能量［3］。当舱室内发生液氧泄漏事故后，舱室内空气的氧气浓度升高，在出现火情时极易发生富氧燃烧事故。包括气体、液体、固体物质在内的所有可燃物质与液氧混合时，都具有爆炸危险性，在受到机械冲击、火源、静电等外因的影响时都可能发生爆炸。当液氧储罐或者液氧管路的隔热措施发生破坏或引入其他热源时，容器或管道内的液氧受热发生气化，造成容器或管道内的压力急剧升高［4］。液氧等低温系统应按照标准配置可靠的泄压措施，避免因泄压能力不足导致液氧储罐或者液氧管路发生物理性爆炸。

2．2低温风险低温液体对水面舰艇带来的危险包括:人员冻伤和设备甚至船体受低温发生破坏。液氧在一个大气压下的沸点为－183℃，当液氧发生泄漏事故并喷到人体皮肤上时，将由于瞬间低温液体气化吸热对人员造成严重的冻伤事故。由于低温环境下大部分金属材料会变脆、延展性变差，低温系统通常采用奥氏体不锈钢、铝、铜等金属，严禁使用碳钢等低合金［5］。常规船体材料和船用设备外壳材料在与大量液氧接触时，在材料延展性下降和降温收缩的综合作用下，容易发生破坏。

2．3氧中毒氧中毒是指人体在吸入高于一定压力的氧一段时间后，某些系统或器官的功能与结构发生病理性变化而表现的病症。对于水面船舶储存液氧的情况，若舱室内发生液氧或氧气泄漏而没有进行有效换气，则人员将较长时间工作在富氧环境中，容易发生氧中毒事故。氧中毒的常见症状包括:胸闷、呼吸困难、肌肉抽动、面色苍白、眩晕等症状。

3水面船舶储存液氧的安全防护措施

3．1防火防爆水面船舶需采取的防火防爆措施包括:可燃物隔离、环境监测、超压泄放、防爆通风、相关设备抗冲击保护。水面船舶总体布置应充分考虑液氧储罐与可燃物和引火源、人员活动范围、重要设备的相对位置，规划防火防爆区域。水面船舶上可能出现的引火源包括:明火、高温设备或管路表面、运动件摩擦、设备撞击、静电和雷击等。液氧储存舱室应配置火灾报警、可燃物监测、氧气浓度监测、温度监测等措施，实时监测储存环境的安全。对舱室环境中的可燃物和氧气浓度均进行监测。定期对液氧中乙炔含量进行化验，乙炔含量应小于1×10－7［6］。高纯液氧储罐液位应控制在10%～95%之间，压力不宜过高。定期检查接地电阻(每年至少1次)，阻值不大于10Ω。液氧贮槽和液氧管路均应按要求设置压力表、安全阀或爆破片等附件，在发生液氧汽化超压故障时，可通过安全阀或爆破片泄放容器和管道内压力，保障安全。对于水面船舶，液氧和氧气均不可以直接泄放在舱室内，应通过专用泄压通道送至船体外，应全面统筹考虑全船进排气口的位置，避免泄放的大量氧气与其他可燃物接触或重新吸入船体。为了避免氧气积存，必须采取有效的通风排气措施。水面船舶对氧气相关舱室应按照防爆舱室处理，配置防爆通风。水面船舶受冲击可能性较高，对相关设备应采取足够的抗冲击设计，不仅不能造成液氧储罐内的受冲击爆炸，也不能因冲击造成液氧泄漏事故。当设备上的阀门和仪表、管道连接头等处被冻结时，严禁用铁锤敲打或明火加热冻结部位，而应使用干净且无油的热空气、热氮气或温水进行融化解冻。对储存舱室内的运动旋转部件均应设置防护罩，发热部件贴上警示牌，避免人员靠近。

3．2人员冻伤防护人员对低温系统进行操作时，应佩戴大小合适的防护手套。作业期间不可将皮肤裸露在外。裤脚应套在鞋外边，并高于鞋顶，防止液氧意外进入。佩戴防酸型护目镜或面罩，对头和面部进行防护。如果出现人员冻伤的情况，应立即使冻伤人员脱离液氧环境并把冻伤的部位浸泡在42℃左右的温水中;若冻伤的部位与衣物冻结在一起，则应将衣服一同浸入温水中，避免冻伤部位自融或处于10～25℃的“危险温度”范围，以免耽误了早期复温的时机。

3．3氧中毒防治禁止人员在无保护措施的情况下在氧浓度超过40%的环境中工作，对可能发生氧气或液氧泄漏的舱室，要设置氧气浓度监测报警和防爆通风装置。当人员必须进入氧气浓度超标的舱室时，应佩戴空气呼吸器。一旦出现人员氧中毒事故时，应尽快帮其离开氧浓度超标环境，安置到通风良好的安全环境中，并保持呼吸道畅通，请专业医护人员进行急救治疗。

3．4施工安全措施为保证液氧操作系统的密闭性，在保证安装检修方便的情况下，应尽可能通过焊接的方式连接管路，并确保焊缝质量，提高贮槽的强度和气密性。液氧贮槽焊缝应经过100%射线探伤，且质量评定达到Ⅱ级;外壳、内容器、外壳底板与槽体间角等部位的焊缝要经过100%渗透探伤，质量评定达到Ⅰ级。液氧贮槽在投入使用前，应对内容器进行清洗、脱脂、强度试验等，保证贮槽强度和气密性。为确保高纯液氧储罐的液位控制在10%～95%之间，应对贮槽的几何容积和有效容积进行实际测量。在强度试验、容积测量试验结束后，应使用干燥氮气对液氧贮槽进行吹扫和置换，要求液氧贮槽内露点不大于－50℃，从而保证在使用过程中不发生水分冻结、堵塞的情况。液氧贮槽在投入使用后，应检测是否存在泄漏、结霜等情况，然后再进行静态日蒸发率测试，检测贮槽密性。

3．5低温液体储存容器定期检验使用的低温液体储存容器结构通常为全封闭的真空夹层容器，储存介质为低温液体，容器内无法直接检验。陆用液氧储存容器，应遵照《压力容器定期检验规则》，资料审查、外观检验、夹层真空度测试、日蒸发率测量、安全附件检查等作为重要的定期检验内容［7］。对于船用环境，也应按照相关规定定期进行检验，确保液氧系统及设备运行工况良好且稳定，禁止带故障运行。

参考文献

［1］方增炎．氧气(液氧)储存，充装过程中的危险有害因素和防范措施［J］．中国科技博览，2011(36):366-366．

［2］向祖权，刘一平，茅云生，等．潜艇供氧系统液氧水下排放安全性研究［J］．交通信息与安全，2006，24(3):106-108．

［3］LAINOFFSM，顾荣而．大型液氧贮槽发生灾难性断裂的潜在危险性［J］．深冷技术，1985(6):34-37．

［4］王爱玲．液氧的危险性分析及其安全防护技术措施［J］．载人航天，2008(3):19-21．

［5］杜平，于开录，吕东方，等．液氮液氧在海军舰艇上的应用进展［J］．化学工程师，2015(12):41-44．

［6］陈斌．液氧贮存充灌与运输过程中的安全管理［J］．深冷技术，2000(1):40．

［7］姜秀海，尚巍，杨熙．低温液体储存容器的定期检验［J］．中国特种设备安全，2010，13(1):32-33．

作者：张益诚 王俊新 杨海燕 单位：中国舰船研究设计中心