燃料容器、管道补焊作业的安全技术与措施
发布日期：2014-11-26 ， 点击数：6265
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燃料容器、管道补焊作业的安全技术与措施
中国石化镇海炼化分公司安全环保处 张福毅
1 前言
石油化工企业的燃料容器、管道在运行过程中会因磨损、裂缝和腐蚀穿孔等原因而产生泄漏，从而影响生产的安全运行。为避免泄漏扩大引发事故和减少非计划停工，确保装置的“安全、稳定、长周期”运行，须对泄漏点进行补焊处理。由于石化企业泄漏的大多是易燃易爆、有毒有害介质，所以补焊作业存在着较大的安全风险，稍有不慎，极易发生火灾、爆炸事故。因而在补焊作业中必须采用科学的方法，制定和落实切实可靠的安全技术与措施，方能进行补焊作业。
目前常用的补焊方法有置换动火焊接作业和带压不置换动火焊接作业二种形式。
2、置换动火焊接作业
在动火焊接作业前，容器、管道在经彻底撤料，再用水、蒸汽或惰性气体将易燃易爆、有毒有害介质置换出来。通过置换，使容器、管道内的可燃物含量不致于形成爆炸性混合物的条件或有毒有害物质含量在国家允许的最高容许浓度以下。此类作业称为置换动火焊接作业。
置换动火焊接作业相对比较安全可靠，因而被广泛应用。但作业前容器、管道需暂停运行，要经过吹扫、清洗、置换等多道工序，存在着手续多、维修时间长、影响生产的缺点。
2.1 置换动火焊接作业的基本要求
凡在生产、贮存、输送可燃物料的容器、管道上用火，应首先切断物料来源加堵盲板，经吹扫、清洗、置换后打开人孔通风换气，并经取样分析检测合格方可动火。
2.2置换动火焊接作业的安全技术与措施
(1)容器、管道清洗。动火作业前，容器、管道必须进行吹扫、清洗和置换。对于不同的可燃介质，应采用不同的介质和方法进行吹扫、清洗。吹扫、清洗过程不但要保证蒸汽、氮气、水等介质的压力，还要保证吹扫、清洗的时间，确保容器、管道吹扫、清洗、置换合格。特别应注意，有时可燃物质被吸咐在容器内表面的积垢或外表面的保温材料中，由于温差和压力变化的影响，置换后还可能陆续散发出可燃气体，导致焊补操作中容器内可燃气体浓度发生变化，形成爆炸性混合物，这时一旦遇明火，就会发生爆炸燃烧事故。
在无法清洗的特殊情况下，应尽量多灌清水。以水作为置换介质时，须将容器内水灌满，排尽容器内可燃物，以缩小设备、容器内可能形成爆炸性混合物的空间。
(2)安全隔离。在燃料容器或管道停止运行后，用盲板将检修动火部位与生产系统完全隔离，使动火检修部位不再有易燃易爆的介质来源。为了有效地防止火灾、爆炸事故的发生，安装的盲板除必须保证严密不泄漏外，还应保证承受工作压力。对有些系统压力等级较低且短时间能完成的动火作业，可采用水封或其它临时性措施切断气源。
(3)取样分析。在置换作业过程中必须对容器内的不同部位取混合气体样品进行分析或检测。容器内的取样必须具有代表性，当被测介质比重大于空气时，取中部、下部各一个样，当被测介质比重小于空气时，取中部、上部各一个样。采样分析合格后，超过一小时动火的须重新分析检测，以防残留在容器内的可燃介质挥发，形成爆炸性气体。检修动火前，还必须对动火点的外部，作大气环境下的检测分析。
(4)严格控制介质含量。容器、管道经吹扫、清洗、置换，取样分析检测必须合格。用火安全要求为：
爆炸极限<4%的甲类可燃气体，浓度<0.2%(体积比)为合格。
爆炸极限>4%的甲类可燃气体，浓度<0.5%(体积比)为合格。
爆炸极限>10%的乙类可燃气体，浓度 <1.0%(体积比)为合格。
存在二种以上可燃气体的混合物，以爆炸下限低的介质为准。
附：生产火灾危险性分类
甲类 闪点＜28℃的易燃液体；爆炸下限＜10%的可燃气体。
乙类 闪点≥28℃至＜60℃的易燃可燃液体；爆炸下限≥10%的可燃气体。
丙类 闪点≥60℃的可燃液体；可燃固体。
在受限空间内进行焊接作业，除保证受限空间内可燃物不得超过上述含量外，还应保证受限空间内氧含量在18～21%，有毒有害物质含量符合国家相关标准。容器内未经彻底有效清扫、置换，取样分析合格，在该容器内不得进行动火作业。未经置换处理、置换后尚未分析气体成份或分析不合格的可燃容器、管道不得随意动火焊割。
(5) 容器顶部必须要有泄压孔。容器在动火前，应打开容器的人孔，手孔、清扫管、放空管等，防止容器内气体受热增压造成超压或发生爆炸。防止严禁在未开孔洞，在密闭的容器上直接进行焊补作业。
(6)在容器内进行补焊作业时，与该容器相连的管线未经有效隔离，不得同时在该管线上进行明火作业。在与容器相连的管线上进行明火作业时，与管线未经有效隔离的容器内不得随意进人作业。应实行“进人不动火，动火不进人”的基本原则。要绝对杜绝进入受限空间作业期间，在对系统未采取任何隔离措施，而又同步进行管线切割作业。避免管道内残存的油泥、油气被引燃，火焰进入受限空间内产生剧烈燃烧此类现象的发生。
3 带压不置换动火焊接作业
对于容器、管道内易燃易爆、有毒有害介质的泄漏，采用不泄压、不置换、不清洗，在保持系统内部为正压的前提下进行焊补，称为带压不置换动火焊接作业。
带压不置换动火焊接作业具有安全风险高、危险性大，但不需要容器、管道退出运行并进行吹扫、置换，不影响生产正常运行的特点，因而在实际操作中带压不置换动火焊接作业同样被广泛采用。但它的应用有一定的局限性，只能在容器的外部动火，而且需要在连续保持一定的正压条件下进行。
3.1 带压不置换动火焊接作业的理论依据
易燃易爆气体的燃烧或爆炸是在一定条件下进行的，当易燃易爆气体的含量在爆炸极限范围之外，即使系统内有明火或其它激发能源，也不会发生爆炸，只有当易燃易爆气体和空气混合达到爆炸极限时，有明火才会发生爆炸。所以只要低压系统内的易燃易爆气体始终保持正压，避免易燃易爆气体与空气混合达到爆炸极限，系统就不会发生爆炸。当焊接作业时，系统内的气体以一定的速度向外喷射，遇明火，易燃易爆气体只能在外部燃烧，不会蔓延到系统内部去。系统在焊割作业中，高温只在局部范围，加之高速气体的冷却作用，不会因金属高温引起系统内气体膨胀而产生物理爆炸。
3.2 带压不置换动火焊接作业的基本要求
在带有可燃物质或有毒有害介质的容器、管线上动火，因危险性大，在用火作业前，应组织相关人员针对作业内容进行充分的危害识别，制定相应的作业程序及安全措施，并作为特殊用火管理。
3.3 带压不置换动火焊接作业的安全技术与措施
（1）控制系统含氧量。对容器、管道系统内的气体必须进行取样，进行气体化学成份分析和含氧量测定，严格控制氧含量不得超过安全标准。可燃气体混合物的浓度低于爆炸下限，因含过量空气，空气的冷却作用可以阻止火焰蔓延。可燃气体混合物的浓度高于爆炸上限，空气不足，火焰不能传播。规定系统内含氧量不得超过1%。若超过1%，应立即停止焊割作业。对于动火点周围滞留空间的可燃物含量以小于爆炸下限1/3到1/4为合格。
目前控制氧含量的常用做法是在用火容器、管线内部充满液体，或虽未充满但能保证其液面始终高出用火点，使其空间无氧气存在。容器、管线内无法充满液体的，应适量通入氮气或蒸汽，保证氮气或蒸汽的压力，以控制氧含量。
对泄漏点的处理，目前广泛应用的做法有“包盒子”作业。“包盒子”作业普遍的做法是：在作业前先在“盒子”的预制件上焊二个导淋、装二个阀，利用导淋一头通入氮气或蒸汽，而在另一头则将气体导出，并使导出点与泄漏焊接点距一定距离，使得泄漏的介质在“盒子”内不易积聚，“盒子”内不会形成爆炸空间。同时又使导出的可燃气体远离动火点，以保证作业安全。
(2)介质流动。焊接作业时，金属表面温度可达2000℃，经管材传热到内壁温度也将达到800℃。(焊割作业时金属表面温度更高，当氧气与乙炔的比值为1～1.2时，中性焰的内焰温度最高可达3050～3150℃。)因此，在焊接作业时应保持系统内介质的流动，以保持及时带出热量并起到冷却作用，避免把系统内的易燃易爆介质由于焊接加热而引爆。严禁在二头卡死且又充满易燃、可燃介质的容器、管线上用火。
(3)保持系统稳定的正压。系统内保持一定的正压，气体以一定的速度向外喷射，遇明火易燃易爆气体只能在系统外部燃烧，不会蔓延到系统内部去。只要低压系统内的易燃易爆气体始终保持正压，避免易燃易爆气体与空气混合达到爆炸极限，系统是不会发生爆炸的。出现负压，空气进入动火的容器、管道内，容易发生爆炸。
压力太高，喷出的火焰就会很猛，焊条熔滴容易被气流吹走，给焊接操作带来困难。同时在火焰的高温作用下，穿孔部位的钢板易于变形或熔孔扩大，从而喷出更大的火焰，造成事故。压力的高低应控制在不出现猛烈喷火为宜，压力一般控制在1.4 ～4.7千帕(150～500毫米水柱)为宜。
在系统高的操作压力条件下实施焊补作业，应适当减处理量，降低操作压力。在条件允许的前提下，为使焊接部位没有可燃介质喷出，焊接时不会发生燃烧，可在所在管道上倒通入惰性气体。但惰性气体的压力必须高于管道内介质的压力，防止管道内可燃介质继续泄漏或倒串入惰性气体系统，此类操作应安排专人关注惰性气体的压力。
(4)器壁测厚。焊接时在中性焰的焰心与内焰之间，燃烧生成C0、H2与熔化金属相作用，使氧化物还原，内焰最高温度可达3000℃以上，过薄的钢材焊接时易造成穿孔。在焊接作业前应对外腐蚀相对严重的部位及对于设备、管线壁厚不清的进行测厚，比较确定钢材的减薄程度，一般要求壁厚不小于4㎜，并经锤击试验不变形的再进行焊接作业。防止因腐蚀、磨损等原因而焊穿设备、管线引发火灾。
(5)安全隔离。对于泄漏点泄漏量不大、压力等级较低且短时间能完成的动火作业，在动火前可采用铆（金属铆）、堵(木塞)、封（泥封或水封）的方法先将泄漏的介质隔离，使动火焊接部位没有易燃易爆介质泄漏，然后进行补焊或贴钢板焊接作业。
常用的做法是：先预制一个短管，上面焊有法兰。先将泄漏点用木塞塞住或经敲打铆死，使动火点没有可燃物泄漏，然后进行焊接作业。焊接结束后，法兰面端则用盲板盖封死。另一种做法是：作业前先将短管放在泄漏点所在的容器、管线上，在短管内四周糊上湿泥巴，然后放水形成水封，再进行焊接作业。但这种方法有其局限性，泄漏点只能向上，否则建立不起水封。对泄漏量较小的，可只在四周糊上湿泥巴，不建立水封。但不管采用何种隔离方法，在焊接作业前，必须对泄漏点进行检测分析，只有当确认没有可燃介质泄漏，方可进行焊接作业。同时要随时保持泥巴的湿润，以防隔离失效。
(6)电流控制。电流过大焊接容易熔扩穿孔，电流过小则容易出现未焊透。对于钢材已明显减薄的，焊接必须采用小电流操作，以防熔扩穿孔，焊接电流一般控制在≤150A。
(7) 制定应急措施,作好事故预案。对于风险度较大的抢修作业，在作业前应作好火灾、爆炸事故发生的预想，作好充分应急准备，在现场配备消防车。焊接期间在泄漏点周围进行不定时的可燃气体检测，一旦发现泄漏量增大，应立即停止动火作业，调整或采取其它相应的作业方案及安全措施。对于由于堵漏不成功，泄漏量进一步增大的，应作紧急停工处理。
4 区别对待，不同情况采用相对应的安全技术与措施
4.1 由于工艺条件、设备状况和对检修的要求不同，在实际应用中可根据不同情况和需要，选择采用置换动火焊接作业或带压不置换动火焊接作业。
4.2 就同一种焊接作业方式而言，也会因容器、管线的泄漏部位和泄漏量的不同，泄漏介质的理化性质不同，在具体作业中采取不同的作业方法。所以在实际焊接作业中应根据需要，结合具体的作业方法和作业过程，采用不同的安全技术与措施，确保焊接用火安全。
5 焊接作业的其它相关安全要求
动火焊接作业除根据需要采取相应的安全技术与措施外，还必须遵循安全用火的有关规定。
5.1 严格执行 “没有经批准有效的用火作业许可证不动火，防火安全措施不落实不动火，没有用火监护人或用火监护人不在埸不动火”三不动火的基本原则，实行严格的用火作业许可制度。
5.2 动火焊接作业前必须清除动火现埸的所有可燃物，避免动火作业过程大量散发的火星、敞开的火焰或割下的铁块引燃现埸的可燃物。动火现埸的下水井、地漏必须有效封堵，泵沟应建立水封，防止火星串入下水系统，引爆系统内的可燃气体。
5.3 动火期间距动火点30米内严禁排放各类可燃气体，15米内严禁排放各类可燃液体，特别要严格禁止烃类物质和轻质油品的排放。气瓶与动火点保持距离10米以上。在动火点周围不得同时进行可燃溶剂清洗或进行刷漆、喷漆等施工作业，防止在动火点周围形成爆炸性混合气体。
6 结语
用火作业系指在具有火灾爆炸危险场所内进行的施工过程，置换动火焊接作业和带压不置换动火焊接作业都是危险性作业，存在着较大的作业风险，带压不置换动火焊接作业更是在充满火灾、爆炸危险的环境下从事的高风险作业。因此，在有条件的情况下，应切实实行在生产区域内，凡是可动可不动的火一律不动，凡能拆除的设备管线应拆除移至安全区域动火，减少带压不置换动火焊接作业。
对确需在生产、贮存、输送可燃物料的容器、管道上直接动火，动火前必须进行充分的危害识别，采用科学的方法，制定并落实相应切实可靠的安全技术与措施，加强动火现场监控，这样才能有效地防止焊接作业过程火灾、爆炸事故的发生，使动火焊接作业更好地服务于生产，确保生产安全、平稳运行。
