制氧站氧气管道设计制氧站氧气管道设计.doc

制氧站氧气管道设计研究 摘要:文章通过对氧气管道燃烧的原因深入研究，提出了氧管设计防范措施，从设计根源上进行防范制氧站氧气管道爆燃事故的发生，为制氧站提供了安全、可靠运行的重要保障。 关键词:氧气管道 ， 燃烧，管道设计 ， 研究 abstract: the paper oxygen pipeline burning reason thorough research, puts forward the oxygen pipe design and preventive measures, preventing from design on root psa oxygen pipeline deflagration accident stood the occurrence, for oxygen generation station provides safe, reliable operation of the security. keywords: oxygen pipeline, burning, pipeline design, research 中图分类号：s611文献标识码：a 文章编号： 1、站内氧气管道燃烧的原因 1.1 氧气中带有可燃固体颗粒 当管道内残存着铁锈垢的时候，或者因坚硬固体颗粒、气流冲刷管壁，而摩擦消耗脱落的铁粉，由于所需点火能较低，在摩擦热的作用下，便很容易发生自燃。处于自燃状态的赤热铁粉在高速氧气流中高速运动，当通过流向急变的直转弯部位,便以极大的动量撞击其内壁，消耗掉大部分动能后，沿管壁沉积下来造成赤热铁粉的蓄积，其在燃烧中会逐步熔化而粘敷在管道内壁上。熔敷处的管壁在此高温作用下，可发生铁与氧的燃烧反应，并以势不可挡之势，速耗管壁的铁质，造成管壁穿孔。管道内若有凸凹之处，凹处则很容易积集可燃物粉尘而造成熔敷燃烧，而凹的尖端又很容易摩擦蓄热，以致由此烧穿管道。 1.2 氧管道中存在可燃物质 管道中存在油脂以及管道垫片脱落的橡胶或石墨等碎片及粉末。由于它的燃点较低，比如润滑油的最低燃点为273℃- 305℃，三氯乙烯的最低燃点为392 ℃，纤维的最低燃点为304℃，橡胶的最低燃点为341℃。而在高压氧气中，燃点要比上述数值还低100 ℃左右。该物质与管道内纯氧接触,便会立即发生强烈的化学反应以至自燃; 并且可燃物一经燃烧起来，燃烧速度较在空气中快，最终导致氧管爆燃。 1.3 绝热压缩升温 当制氧站内高压氧气经由管道输送时，氧气阀门开启前，管道内阀前为高压，阀后为低压( 相当于大气压) 。在氧气管道阀门快速开启时，由于将阀前高压氧气急剧充入至低压状态时，可产生近于绝热状态的压缩过程。由于压缩产生的热量速度快,很难在瞬间传递出去，故会使压缩系统急剧升温,产生接近于绝热压缩的温度。计算: t2=t1(p2/p1)(r-1)/r (2) t1 = t1 -273t2 = t2 -273 (3) 式中: t2 ----绝热压缩后的气体温度，k； t1----绝热压缩前的气体温度，k； p2 ----- 阀后( 绝热压缩后) 的气体压力，mpa ； p1 --------阀前( 绝热压缩前) 的气体压力，mpa； r ----气体的比热( 氧气为1.40) 。 根据制氧站外送氧气典型压力计算，可得出氧气阀门开启前后氧气温度变化，见表1。 表1 氧气阀门开启前后氧气温升表 表中可以看出，当瞬间输入13. 1 mpa 的氧气时，即使输氧管道内无可燃物，其急剧绝热压缩产生的温度就能使管壁与氧之间的燃烧反应发生。当其内部存留有铁垢( 312℃ - 315℃) 、铁粉(300℃- 400℃) 、润滑油、纤维、橡胶、三氯乙烯等( 300℃- 500℃) 可燃物时，瞬间输入1. 1mpa以上的氧气，就可达到可燃物质粉末的着火温度300℃- 400℃。 1.4 电火花放电 氧气与钢管接触，在氧气钢管之间的界面上形成双电层，由于双电荷中的一部分，随着氧气的流动而被带走，因而产生了静电。当产生的静电积蓄到一定的能量，也就是说气体的分子与管壁摩擦产生电位差，电位差达6000 v 时，就会出现电火花。成为引燃氧管火源。 2、氧管设计防范措施 依据以上分析，要保证氧气管道输送安全，可靠，我们应在设计中采取如下措施，才能有效防止防止输氧管道燃烧和燃爆。 2.1 氧气管道材质的设计选型 我国制氧站内氧气管道多选用金属材质。氧气纯度愈高，燃烧速度愈快; 氧气压力愈高，金属越易燃烧。常用金属材料的燃烧特性见表2。 表2 常用金属材料燃烧特性表 金属 从表中可得出，在一定氧气压力下，a. 铜材质导热率最大，散热快，燃烧速度慢，且铜管在燃烧前先熔化，不扩散燃烧，抗腐蚀性能好。但铜管价格较高，强度低，焊接性能不好。b. 碳钢管燃烧温度稍低