制氧站氧气管道设计

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

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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

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，燃烧速度快，抗燃烧性能差，着火能消散之后仍继续燃烧。C. 不锈钢燃烧温度比碳钢高，着火较困难，但一旦燃烧起来比碳钢的燃烧速度还要快，在着火能消散之后仍继续燃烧。D. 铝管在氧气中燃烧得非常急速，抗燃烧能力最差，一般不选用。

按照我国GB16912- 2008规定，结合以上分析，从输氧安全性及经济性方面综合考虑，制氧站内氧气管材宜依据以下原则进行设计:

(1)空分冷箱送出的低压氧气管( 压力约0.1mpa) ，材质宜选用碳钢管道。其中管径大于等于200 mm，宜采用螺旋焊管或焊接钢管；管径小于200 mm，宜采用无缝钢管。

(2)中压氧气管( 含内压缩流程空分冷箱送出) ，当压力小于等于3.0 mpa 时，材质可根据用户需要，选用碳钢管或不锈钢管。其中管径大于等于500 mm 可采用成品焊接钢管，管径小于500 mm，宜采用无缝钢管; 当压力大于3.0 mpa 而小于10 mpa时，应采用不锈钢无缝管。

(3)氧压车间内送单个氧压机的低压氧气支管、氧压机内联管道，由于经压缩后的氧气温度升高,(一般在160℃- 180℃左右) 管径由于机器附近受空间位置

的限制，管径选用偏小，气流速度大，为防止管壁铁锈进入压缩机内部，造成危险，材质宜选用不锈钢管。调节阀组前后，管内气流速度变化很大一般采用不锈钢管，也有采用脱氧铜管。

(4)氧气球罐区氧气管道，区域主管可根据用户需要，材质宜选用不锈钢管，进出氧气球罐支管应选用不锈钢管。

（5）高压氧气管( 压力大于等于10. 0 mpa) ，应采用不锈钢无缝管或挤制、拉制的铜及铜合金管。

（6）输送温度低于-20°的低温气氧管道，液氧管道，考虑低温影响，材质选用不锈钢管。

2.2 管件设计选型

(1)氧气管道的弯头严禁采用折皱弯头，当采用冷弯或热弯弯制碳钢弯头时，弯曲半径不应小于公称直径的5 倍; 当采用压制对焊弯头时，宜选用长半径弯头。工作压力不大于0. 1 mpa 的钢板卷焊管，可用弯曲半径不小于公称直径1.5倍的斜接弯头，90°弯头应采用中间为大于或等于二段管制作的管件。

(2)氧气管道的变径管宜采用压制对焊管件。焊接制作时，变径部分长度不宜小于两端管外径差值的3 倍。

(3)氧气管道宜采用压制对焊三通。

(4)氧气管道法兰及垫片按表3选用

(5)氧气调节阀前宜设过滤器。氧气过滤器壳体应用不锈钢或铜及铜合金，过滤器内件应用铜及铜合金。滤网宜优先选用镍铜合金材质，其次为铜合金材质，网孔尺寸宜为60- 80 目。

2.3 氧气阀门选用

(1)氧气管道的阀门应选用专用氧气阀门；

(2)公称压力大于或等于1.0 mpa 且公称直径大于或等于150 mm 口径的手动氧气阀门，选用带旁通的阀门；

(3)经常操作的公称压力大于或等于1.0mpa且公称直径大于或等于150 mm 口径的氧气阀门,宜采用气动遥控阀门。

2.4 氧气流速

氧气管道中的最高工况流速，根据管道材质、工作压力及工作温度来确定。

2.5 防雷、防静电接地措施

制氧站区架空氧气管道应在管道分岔处、与架空电缆的交叉处、无分岔管道每隔80- 100 m 处以及进出装置或设施等处 …… 此处隐藏：1945字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……