氧氣減壓閥燃爆事故分析

曾凡小，吳新偉

（湖南省特種設備檢驗檢測研究院，湖南 長沙 410117）

2017 年9 月12 日上午8 點30 分左右，某機關醫(yī)院值班護士聽到護士站氧壓報警儀發(fā)出低壓報警后，進入供氧站（供氧系統(tǒng)原理如圖1 所示）更換氧氣瓶。值班護士確認正在使用的5 個高壓氧氣瓶（靠窗戶側）氧氣已用完，先后關閉這5 個氧氣瓶上的控制閥，以及匯流排上的截止閥④和截止閥②。接著關閉靠門側的5 個高壓氧氣瓶（氧氣早已用完）上的控制閥，以及匯流排上的截止閥③和截止閥①。然后拆下靠門側的5 個空氧氣瓶，換上5 個新充裝好的高壓氧氣瓶。之后，先后打開截止閥①、截止閥③、各氣瓶上的控制閥，再依次從右往靠門側開啟這5 個新換的氧氣瓶瓶閥，在開啟第5 個（最靠近門側）高壓氧氣瓶瓶閥時，聽到事故減壓閥發(fā)出“吱吱”異響，隨即冒出火星，并發(fā)出“砰”的一聲，高壓減壓閥閥蓋熔斷炸開，并有大量霧氣涌出，事故現場照片如圖2 所示。事故發(fā)生后，醫(yī)院相關人員及時撥打了119 報警，并疏散所有病人，所幸未造成人員傷亡。

圖1 供氧站供氧系統(tǒng)原理圖

1 供氧站基本情況

該供氧站于2004 年建立并投入使用，匯流排及其配套的減壓閥在此之前已在該單位其他地方使用了兩年，匯流排主要技術參數如下。

圖2 供氧站事故現場照片

1.1 匯流排管道參數(表1)

表1 匯流排管道參數表

1.2 匯流排上減壓閥參數(表2)

表2 減壓閥參數表

2 事故原因分析

2.1 減壓系統(tǒng)結構及工作原理

該供氧站減壓系統(tǒng)結構原理如圖3 所示，由高壓減壓閥和低壓減壓閥組成，其中高壓減壓閥調壓系統(tǒng)從上往下主要由調節(jié)螺釘、調節(jié)彈簧、蝶形膜片、閥桿、進氣閥門和復位彈簧6 部分組成，主要承壓部件為閥蓋和閥座。工作時，通過控制調節(jié)螺釘的上下來調節(jié)輸出氣體壓力的大小。該供氧站高壓氧氣瓶輸出氧氣壓力為12.5 ～15MPa，經過減壓系統(tǒng)兩級減壓后變?yōu)?.02 ～0.6MPa 進入病房。

經核實，事故減壓閥型號：YQJ-11 型，進氣壓力P1≤15MPa，其結構如下圖3 所示。

圖3 供氧站減壓系統(tǒng)結構原理圖

2.2 宏觀檢查

對發(fā)生事故的高壓減壓閥（以下簡稱事故閥門）和匯流排上的另一個高壓減壓閥（以下簡稱非事故閥門）進行了詳細的解體檢查，如圖4 ～圖13 所示，其中事故閥門的調節(jié)彈簧已完全燒毀。此外，現場檢查發(fā)現匯流排未設置導除靜電的接地裝置。

圖4 事故閥門現場照片

圖 5 事故閥門閥蓋部分脫落照片

從圖4、圖5 可以看出，事故閥門斷口呈深灰色，閥蓋下部尤為明顯。閥蓋上部和下部之間有一部分被燒毀熔斷，上部分掉落在閥門下方不遠處。

從圖6、圖7 可以看出，事故閥門內蝶形膜片已大部分燒毀，只剩下閥蓋與閥座擰緊貼合的一圈，調節(jié)彈簧已完全燒毀不見。

圖6 事故閥門內部照片圖

圖7 非事故閥門內部照片

從圖8 可以看出，事故閥門閥座底部出氣孔部分熔化，原先單獨存在的小出氣孔已經連成一片；從圖9 可以看出，事故閥門內的閥桿尖端已經被燒毀，斷口呈綠色，非事故閥門內閥桿尖端有灰塵等污垢存在。

圖8 事故閥門閥座內部照片

圖9 事故閥門與非事故閥門 閥桿照片

從圖10 ～圖13 可以看出，事故閥門內進氣閥的尖端已被燒毀，橡膠墊圈被腐蝕1/3 左右，有大量腐蝕產物，呈銅綠色；非事故閥門內進氣閥結構完整，但閥體上有明顯的一層油脂狀污物附著。

圖10 事故閥門進氣閥與 底座照片

圖11 非事故閥門進氣閥與 底座照片

圖12 事故閥門內進氣閥照

圖13 非事故閥門內進氣閥照片

綜合圖4 ～圖13 可以看出：（1）事故減壓閥破壞形式為燒損，閥門內調節(jié)彈簧已全部融化，閥蓋上部、蝶形膜片大部分融化，進氣閥門與閥桿接觸處的兩個尖端均已燒毀。

（2）事故減壓閥內進氣閥門墊圈已被腐蝕，有大量腐蝕產物。

（3）非事故減壓閥內進氣閥上有油脂狀污物積聚。

2.3 能譜分析

對事故閥門的殼體、蝶形膜片、閥桿、進氣閥門、非事故閥門內閥桿上的粉塵分別取樣進行能譜分析，檢查相應部位的化學成分。分析結果顯示事故減壓閥的材質未見明顯異常，其化學成分符合GB/T 5231-2001《加工銅及銅合金化學成分和產品形狀》的相關規(guī)定，但非事故減壓閥的閥桿上檢測到了由C、O 元素組成的粉塵，由于事故減壓閥和非事故減壓閥的使用工況、年限均相同，可以推斷事故減壓閥的閥桿上也應該聚積了粉塵。

2.4 紅外光譜分析

對非事故減壓閥內進氣閥上油污狀物質進行了紅外光譜分析，檢測結果顯示進氣閥門上的污物為有機油污。事故減壓閥與該減壓閥使用工況、年限均相同，因此推斷事故減壓閥進氣閥門上也存在這種有機油污。

2.5 氧氣成分分析

對發(fā)生事故時開啟的5 瓶高壓氧氣瓶中的3 瓶進行氣質分析，檢驗結果均符合GB 8982-2009《醫(yī)用及航空呼吸用氧》的要求。

3 事故原因推斷

綜合宏觀檢查、能譜分析、紅外光譜分析和氧氣成分分析可知，本次事故的破壞形式為燒損，事故減壓閥的材質未見明顯異常，氧氣瓶內氧氣成分未見明顯異常。但從非事故減壓閥內閥桿上粉塵的能譜分析和進氣閥上污物的紅外光譜分析可以看出二者接觸的區(qū)域（從減壓系統(tǒng)原理圖可以看出二者相互接觸）存在C、O 元素組成的粉塵和有機油污。由于事故減壓閥與非事故減壓閥使用工況、年限均相同，因此可以推斷事故閥門相應部位也存在這種粉塵和有機油污。此外，現場檢查發(fā)現供氧站匯流排未設置導除靜電的接地裝置。

本次事故的破壞形式為燒損，而燃燒的三個基本要素是著火點、助燃物質和可燃物質，在本次事故中，上述三個要素均有條件滿足。

3.1 著火點

本次事故的著火點可能來自如下兩個方面。

（1）供氧管路系統(tǒng)無靜電接地裝置，靜電可能在閥桿尖端與進氣閥門尖端接觸處聚集而產生火花。

（2）進氣閥門尖端有油脂類物質積聚，在高純度氧氣作用下快速氧化放熱而自燃。

3.2 助燃物質

氧氣是一種化學性質比較活潑的氣體，它在氧化反應中提供氧，是一種常用的氧化劑，醫(yī)用氧氣的純度達99%以上，是強助燃物。

3.3 可燃物

進氣閥門上積聚的有機油污、與進氣閥門接觸的閥桿上積聚的C、O 元素組成的粉塵是最初的可燃物，在油污、灰塵快速燃燒放熱后，銅質蝶形膜片和鍍鋅的調節(jié)彈簧在高純度氧氣環(huán)境下成為可燃物，劇烈燃燒，在氧氣流作用下成噴射狀而形成事故場面。

綜上所述，減壓閥使用時間過長（15 年）使其內部聚積油污、粉塵和供氧管路未設置靜電接地裝置是事故發(fā)生的主要原因。

4 預防和安全措施

（1）定期更換匯流排上的減壓閥或定期對減壓閥內部進行清洗，避免閥門內油脂、灰塵積聚。

（2）制造或安裝單位在裝配之前對所有管路系統(tǒng)包括減壓閥進行徹底的脫脂清洗。

（3）供氧管路系統(tǒng)應按照GB50030-2013《氧氣站設計規(guī)范》的要求設置導除靜電的接地裝置。

（4）供氧站應單獨設置，不應與病房在同一棟樓內，以避免或減少氧氣事故造成人員傷亡。此外供氧站應通風良好、禁止堆放雜物、禁止使用可能產生火花的電氣設備。

（5）規(guī)范供氧站作業(yè)管理，更換氧氣瓶最好由專人操作，作業(yè)人員經培訓后上崗。