氧气管道燃爆机理及控制预防技术.doc

氧气管道燃爆机理及控制预防技术 1.氧气管道燃爆机理 从燃爆“三要素”进行分析，氧气管道本身材质一般是碳素钢或不锈钢，因含碳，属可燃性材料，而且铁素体燃烧时放热量大，温升很快。氧气管道内输送的高纯高压氧气是极强的氧化剂，纯度愈高，压力愈高，氧化性愈强，愈危险。导致氧气管道燃烧爆炸的激发能源有多种： 阀门在高低压段之间突然打开时，低压段氧气急剧压缩，由于速度很快，来不及散热，形成所谓“绝热压缩”，局部温度猛升，成为着火能源。 启闭阀门时，阀瓣与阀座的冲击、挤压，阀门部件之间的摩擦。 高速运动的物质微粒（如铁锈、灰尘、焊渣、杂质等）与管壁的摩擦、相与冲击和在阀门、弯头、分岔头、异径管及焊瘤等处的冲击碰撞。 加热面、火焰、辐射热等外部高温。 静电感应。 油脂引燃。 铁锈、铁粉的触媒作用等。 在碳钢、不锈钢材质的氧气管道内输送高纯度高压氧气时，为了防止氧气管道燃爆事故，应当在设计、制造、安装、使用、管理等各个环节采取措施，防止激发能源的形成，这是保证氧气管道安全的关键。 2．氧气管道流速控制 氧气管道中氧气流速过大，高压纯氧与钢管壁的摩擦，杂质颗粒的摩擦与碰撞，会引起氧气管道温升，造成燃爆事故。国外试验表明，碳钢管道内存有铁粉或未完全氧化的FeO粉末，它们在纯氧中的着火温度仅为300～4000C,并随氧压增高和粒度细化而降低,这些微粒的燃烧导致碳钢管起火。不锈钢虽然不产生锈蚀，但它含有大量铁元素和少量可燃的碳元素，且导热性差，只有碳钢的1／3，不易散热，当有摩擦撞击等激发能源时仍能引燃。因此，氧气管道中要严格控制氧气的流速，不得超过最高允许流速。GB16912《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》对氧气管道中氧气的最高允许流速的规定见表1。 表1 管道中氧气最高允许流速v 材质 工作压力p/Mpa p≤0.1 0.1＜p≤1.0 1.0＜p≤3.0 3.0＜p≤10.0 10.0＜p≤15.0 P＞15.0 碳钢 根据管系压降确定 20m/s 15m/s 不允许 不允许 不允许 奥氏 体不 锈钢 30m/s 25m/s pv≤45Mpa·m/s (撞击场合) pv≤80Mpa·m/s （非撞击场合） 4.5m/s (撞击场合) 8.0m/s （非撞击场合） 4.5m/s 注：1.最高允许流速是指管系最低工作压力、最高工作温度时的实际流速。 2.使流体流动方向突然改变或产生旋涡的位置，从而引起流体中颗粒对管壁的撞击，这样的位置称为撞击场合；否则，称为非撞击场合。 3.铜及铜合金（含铝铜合金除外）、镍及镍铜合金，在小于或等于21.0 Mpa条件下，流速在和允许时没有限制。 （1）管道中氧气最高允许流速与工作压力及管道材质有关。流速均指管内氧气在一定工作状态下的实际流速，与工作状态下的压力、温度、流量有关。最高允许流速是指管系最低工作压力，最高工作温度时的实际流速。氧气管道直径的确定，要在高峰负荷情况下满足安全流速（最高允许流速）的要求，并留有余地，确保安全。 液氧管道一般采用不锈钢管道或铜合金管道，液氧流速一般在1m/s左右。由于低温，液氧流速没有严格限制。 （2）将氧气管道及元件分为撞击场合和非撞击场合，然后根据大量试验结果，按氧气压力与管道材质确定氧气最高允许流速。 使氧气流动方向突然改变或产生旋涡的位置，从而引起氧气中夹带颗粒及异物对管壁的撞击，这样的位置称为撞击场合。撞击场合容易产生激发能源，引起燃烧与爆炸，是危险场合，氧气最高允许流速要严格控制。如压制对焊三通（氧气从支管流向主管时）、螺纹变径管、现场焊接三通，短半径弯头（弯曲半径小于1.5倍管道博士直径），缩径比大于3的变径（氧气从大端流向小端时），斜接弯头、放空阀和安全 阀的出口管，截止阀、针形阀、止回阀、减压阀、调节阀、旁通阀及其出口端8倍直径管道范围内，球阀或旋塞在开启和关闭时，蝶阀的阀板、过滤器、孔板等，均为“撞击场合”。 非上述位置即为非撞击场合，不易产生激发能源，较安全，氧气最高允许流速控制较宽松。如直管段，工厂制对焊三通（氧气从主管流向支管时），长半径弯头（弯曲半径大于或等于1.5倍管道直径），缩径比小于或等于3的变径管，球阀和旋塞在全开时，均为“非撞击场合” （3）氧气工作压力愈高，危险性愈大，最高允许流速愈小。表中工作压力区间划分为6个。工作压力p≤0.1Mpa的氧气，着火危险性小，属低压氧气管道，其流速根据管道系统压力降确定。0.1Mpa＜p≤1.0Mpa区间，碳钢和奥氏体不锈钢氧气管道，氧气最高允许流速分别为20m/s和30m/s。1.0Mpa＜p≤3.0Mpa区间，碳钢和奥氏体不锈钢氧气管道，氧气最高允许流速分别为15m/s和25m/s，这是钢铁冶金等行业氧气压力常用区间，经过十余年实践证明，只要按此严格控制，氧气管道是能安全、经济运行