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综合资讯
EIGA氧服务材料的选择(二)
来源:气体分离bingqi2017-02-15 09:34
 六、加压的机械冲击试验的应用

与液氧相比,在气氧中的冲击试验更为敏感和剧烈。在液氧中(低温下)点火比较难以实现;而在液氧中的燃烧通常则更为严酷(强化的供氧和体积膨胀)。
       液氧冲击试验一般是用于材料的筛选鉴别:如果通过(合格),可以放弃该材料的气氧冲击试验;如果失败(不合格),则拒绝使用。如果一种材料通过了给定压力下的气氧冲击试验,它就可以在类似或更高压力下适用于液氧。
(1)绝热压缩—气流冲击试验
       研究材料在气流冲击下点火敏感性的标准试验方法。运行原理类似于BAM的绝热压缩试验和CEN的气氧压力波冲击试验(CEN/TC268/WG2)。数据的应用:用于氧压缩机活塞环,O型密封环,压力调节装置中的软密封,软管等的非金属材料的筛选鉴别,选择和研发。
(2)气流冲击试验
       在某些系统改造过程中,绝热压缩试验可以用于评估压力部件(例如阀门,调压器,软管等)的氧兼容性。

根据法规标准,需要的压力循环次数可达到50次。一般用于欧洲共同体内部(由欧洲标准化委员会CEN管理),对于气瓶阀,汇流排调节器和压力调节器进行标准部件试验。


七、金属材料
       所有的金属,除了贵金属金、银、铂以外,与氧接触时在热力学上都是不稳定的。与非金属相比,金属的自点燃温度一般要更高一些。金属拥有很高热导率,有助于热量的消散。大多数金属在燃烧时产生凝聚的氧化物,而不会产生可以稀释附近氧气的气体。金属在更高的温度下燃烧,将更有可能将火传播到临近的材料。
       金属材料可以根据其预期的运行状态和可能的点火机制,按照相关氧兼容性试验确定的下列性质选择,对于持续燃烧,极限压力:促进燃烧试验。
       对于在液氧中经由引火链促进燃烧的倾向性:与液氧的兼容性试验;Pv 乘机:摩擦试验;抗粒子冲击性能(极限温度):粒子冲击试验。
(1)促进燃烧试验
       确定金属材料在富氧气氛中燃烧行为(易燃性)的标准试验方法。确定极限压力(或自熄灭压力);考虑结构影响(例如管/板或杆状);采用安全系数(风险分析)。
       数据的应用: 对于A S U / I C O /PPU/VSA 的管道和阀门,压缩的氧,C&P处理反应器,氧枪、克劳思/苏尔炉等所用的材料的选择和研发。


(2)促进燃烧试验数据


(3)碳钢、铝合金、不锈钢和其他金属


(4)金属丝网促进燃烧能力的等级
       金属/合金的可燃性与其组分(合金元素)关系极大,但这种关系不能从一个混合规律进行外推使用。根据对铝 6061,304/316不锈钢, 9%Ni 的镍钢和1018 碳钢的大量实验研究可知:用类似的或稍微小的材料尺寸(壁厚相对于直径)进行试验,与棒状试样相比,管道试样的可燃性较低,板状试样可能是可燃性最低的。
       如果氧管道材料的选择以棒材的可燃性为依据,会提供一个安全余量。固体状态的燃烧具有极大的多样性,并且受到试样结构和环境条件的巨大影响。材料在氧中的点火和燃烧涉及非常复杂的反应,在材料、环境或系统运行状态上即使是不大的变化都会对点火和燃烧造成巨大的影响。


八、金属材料与液氧的兼容性
       在Fushan, Bintulu 和 Highveld的空分装置事故发生之前,大家认为大多数金属与液氧是兼容的。Fushun 和Bintulu 的事故表明:板式铝热交换器(BAHX)有可能被烧掉并产生“巨大能量释放”从而引起重大爆炸。Highveld 的事故证明:1-5/8英寸316不锈钢阀体的笼式阀,在用于液氧时(P 从40降低到3bar)有可能被烧掉40~50%。
       在液氧中使用金属金属材料(特别是铝和铝合金)时需要特别注意。在液氧中点火比在气态氧中点火要困难的多。如果一种材料可以被点燃,它将剧烈地燃烧(气态氧增强供给和液氧膨胀形成的极大体积)。
(1)摩擦点火试验
       NASA的试验方法是用于确定在气/液氧中一对材料摩擦点火的阈值极限(Pv乘积)。Pv(w/m2):单位接触面积上所产生的能量。SulzerBrothers公司有一个类似的装备,但具有不同的设计结构。数据的应用:氧系统/部件中具有摩擦运动(例如泵、压缩机、轴承等)材料对的选择和研发。


(2)粒子冲击试验
       NASA的试验方法是用于确定在气态氧中材料对以音速或亚音速运动的粒子冲击产生点火的敏感性。数据的应用:对于在预期的运行结构中有可能遭遇粒子冲击工况的氧管道系统(例如管道、阀体、阀杆)和氧工艺反应器的金属材料的选择和研发。


九、氧系统中铝青铜的使用
       铝青铜(含铝最高到14%)历史上用于阀门、泵、压缩机和压力装置中需要高强度的地方。铝青铜通过摩擦可容易地被点燃,对于促进燃烧试验表现出较低的极限压力(1/8英寸棒料为 200~225psig)。普莱克斯的工程指导中规定氧中使用的1/8英寸壁厚的铝青铜,极限压力为150psig。
       鉴于(含铝5~13%)铝青铜对于促进燃烧试验的压力极限过低,O&ED05/99 给出的解决办法是:氧充装系统中与氧直接接触的部件消除铝青铜的使用;确定需要修改消除铝青铜的范围:在空分装置、管道、客户工程、气体应用和输送系统所使用的材料中减少铝的含量,在气瓶充装系统中:新建或更新的充瓶系统中不得使用铝青铜;现有系统中更新零部件时不得使用铝青铜;对于不与氧直接接触的零件,像填料函的螺母,仍允许使用,以达到需要的强度;对于现有系统必须进行调查以确定铝青铜使用的范围,将有助于确定是否需要整改。
       在空分装置和管道系统中:阀门和管件的结构材料中许可的最大铝含量减小到2.5%;现有零部件不需要更新;必须对所有的工程规格规范进行修改更新,以反映该新要求。对于客户工程、气体应用和运输系统:阀门和管件的结构材料中许可的最大铝含量减小到2.5%;现有零部件不需要更新;应将它们尽可能地转移到氮、氩或空气的应用场合。
十、用于氧管道系统的全球行业指南
       作为CGA和EIGA之间广泛联合的一个成果,在2002年制订了用于氧管道系统的全球行业指南。该行业指南(CGA G-4.4/EIGA 13/02/E)是在对由CGA G4.4 (1993) 和 EIGA规定的工程实施规范进行协调整和后得到的。
       运行在规定条件下的那些材料是免除速度限制的。当 P≤3000psig ;含氧量O2<35%(体积)时,对于由含铁或不含铁材料构成的无碳氢化合物的系统(包括空压机、增压机组及膨胀机的润滑油,液体泵的润滑脂、需要检测主冷的总碳氢),速度限度可以豁免。

 有冲击场合的速度曲线:对于碳钢管道最高温度为150℃;对于不锈钢管道最高温度为200℃。如果进行了危险分析,碳钢的温度极限可以提高到200℃。
       压力极限最大为21MPa。“如果冲击场所有可能存在,在新管道系统,阀门,设备以及相关管道的设计中必须使用有冲击的速度曲线。”
       无冲击场合的速度曲线:对于碳钢管道最高温度为150℃;对于不锈钢管道最高温度为200℃。如果进行了危险分析,碳钢的温度极限可以提高到200℃。压力极限最大为21MPa。
       如果速度在无冲击曲线以上,在无冲击场合也必须使用豁免材料。


结束语
       创新发展是世界前进的永恒主题,随着我国创新能力的不断增强,毫无疑问21世纪我国将成为全球除欧美之外三大创新中心,并会助力世界科学技术的不断发展和进步。
       工业气体是指氧、氮、氩、氖、氦、氪、氙、氢、二氧化碳、乙炔、天然气等。由于这些气体具有固有的物理和化学特性,因此在国民经济中占有举足轻重的地位,推广应用速度非常快,几乎渗透到各行各业。
       工业气体用量最多的传统产业有:炼钢、炼铁、有色金属冶炼、化肥生产、乙烯、丙烯、聚氯乙烯、人造纤维、合成纤维、硅胶橡制品、电缆和合成革等石油化学工业、机械工业中的焊接,金属热处理、氦检漏等,浮法玻璃生产等。由于这些传统产业在近几年发展迅速,工业气体的用量也不断增长。
       工业气体用量正在崛起的产业有:煤矿灭火、石油开采、煤气化和煤液化,玻璃熔化炉、水泥生产窑、耐火材料生产窑,砖瓦窑等工业炉窑、食品速冻,食品气调包装、啤酒保鲜、光学、国防工业中的燃料、超导材料生产、电子、半导体、光纤生产、农业、畜牧业、鱼业、废水处理、漂白纸浆、垃圾焚烧、粉碎废旧轮胎等环保产业、建筑、气象、文化、文物保护、体育运动、公安破案、医疗保健产业中的冷刀、重危病人吸氧、高压氧冶疗、人体器管低温冷藏、麻醉技术及氧吧等。
       工业气体应用正在试验中的产业有:固体氮生产,燃料电池生产,磁性材料生产,超细加工,天然气发电,压缩天然气汽车,氢能汽车生产等。
       工业气体用量较多的产业,如钢铁、化肥、化工、玻璃及化纤行业均自建气体生产设备,实行自产自销的企业经营方针,一些工业气体用量较少的产业,主要依靠市场购买工业气体。因此工业气体的市场正在扩张,应用领域也越来越广泛,氧服务材料的选择至关重要,也是一套空分装置安全运行的首要保障。

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