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高压氧气管道的燃烧事故及防止措施

  1 高压氧气管道的燃烧事故原因
    高压氧气管道一般都采纳钢管。但是在阀门的操作过程中，屡次发生过管道本身的燃烧引起高压氧气喷出的事故。还有在高压氧气瓶充装工厂中见到的高压氧气管道的燃烧弓[起的喷出事故，瓶阀飞出伤人等等。因案例较多，在此不再一一罗列，事故案例可参见《深冷技术》。这种事故不是单纯的气体喷出事故，而是输送高压氧气的钢管或阀门，由于在里面的高压氧介质中被点火燃烧，使管壁穿孑L，喷出高压气体的事故。其直接原因是基于铁和氧之间的化学反应，是一种金属火灾。
    2 在氧气中铁的燃烧反应
    在氧气介质中，如果要燃烧金属，先把金属加热到一定燃点温度以上。在常压氧气下，不锈钢的燃点为1380~C，钢的燃点为1290℃，约10g的铁块燃点却降到930℃，约200目的铁粉为315℃。不管这样，在常压下氧气中的铁的燃点呈粉状时比较低，呈块状时燃点高，即铁粉颗粒越细，燃点温度越低。如果把氧气压力提升到3MPa时，氧气中的燃点约为842℃。所以在压力氧的条件下，燃点温度还要降低几十度乃至100℃左右。
    铁在氧气中一旦被燃起来，它的燃烧热是非常大的。因此急剧升高温度浮现灼热状态，能生成氧化铁在熔化后被气流冲击。在连绵不断地供给氧气的条件下，可使燃烧继续下去。氧和铁的化学反应及其燃烧热可由下式表示
    Fe+ (3／4)02→
    每克铁的发热量为：
    408．3／55．85=7.31kJ／g
    燃烧每克铁所需氧气
    (3/4)×
    即在常温常压下燃烧每克铁时所需氧气量大约300mL。因此，铁如果继续燃烧时，需要的氧气比铁的体积多2360倍。由于这个原因，在氧气管上发生燃烧事故时，管路的燃烧方向是向着提供氧气的方向烧去。也就是向着与氧气流相反的方向传播。因此只要关闭管路的阀门，切断氧气的供应，就很容易消灭铁的燃烧。
    3 氧气管路的点火原理
    氧气管路自行燃烧，首先把管壁至少加热到块状燃点温度800~900℃以上。其次是否有可能把氧气管路加热到这样高的燃点温度。
    1．氧气流中锈垢的摩擦
    氧气在管道中高速流动，锈垢颗粒也随着一起流动，与管壁摩擦后产生热量。由于锈垢颗粒质量小，致使热量也很小。但管壁是无穷大，因此管壁的摩擦热量很快消失，故在管壁本身的温度上升并不显然。由于这个原因可认定管壁不可能被加热到燃点以上的温度。

    2．管道内可燃物的燃烧
    在氧气管道内存在可燃物时，如果碰到某种点火源时即可燃烧。管道内可能存在可燃物：
    (1)雾状润滑油。液氧中常含有很微量的润滑油，成为油雾，混入氧气流中，凝结在管路连接部位或阀门部位等死角里，也有在锈垢和油雾掺混在一起形成粘性物质的状况。
    (2)安装管路或清洗管路用可燃性洗涤剂，而这种洗涤剂可能残留在管路内部的状况。
    (3)使用可燃性衬垫材料。如纤维、橡胶等做衬垫材料，如错用这种衬垫材料的状况。
    以上是氧气管路可能存在可燃物所要合计的三种状况。假如这些可燃物在氧气中被点燃，那么它的燃烧热可能引起管路的燃烧。
    3．管路摩擦时产生的铁粉
    氧气管路内壁生成锈垢，尤其是在拐弯部位的内壁上，由于冲击磨损生成锈垢中的不完全氧化铁粉被剥落下来，甚至还有铁的颗粒，在氧气中可能引起管路燃烧。
    4．赤热铁粉点燃可燃物
    在高压氧气中，铁粉随氧气流动时与管壁摩擦，很容易达到燃点温度而自燃。这时铁粉是被导热率很小的氧气流所包围，故积存了燃烧热成为高温赤热粒子(大约有1000℃以上)在氧气流中高速流动。另一方面，管道内有可能存在可燃物(油雾、洗涤剂、衬垫等)。当赤热状态的铁粒子与这些可燃物相碰时，其温度足以把可燃物瞬间点燃。也可以说，铁粉成为可燃物的着火源。而且也会直接导致管壁被烧穿孔，喷出高压氧气。
    5．绝热压缩引起的发热
    如果急剧打开高压氧气管路中的阀门或者氧瓶阀时，由于绝热压缩，出现发热现象成为事故的原因。
    4 防止措施
    为了防止氧气管道的燃烧事故。必须合计如下几方面的措施：
    (1)在高压氧气管道的内壁、阀门、接头等的表面，应平滑无突起部位，且对管内气流不会造成死角。
    (2)衬垫(特别是纤维)严禁使用可燃物材料。
    (3)氧气管道要尽量采纳直管，少用弯头，以便磨损。生成危险的铁粒子，且因赤热粒子的冲撞，有可能引起着火的危险。
    (4)管内无油或不许管内残留洗涤剂。
    (5)要尽力排除管道内的锈垢和吸附剂粒子。氧气中带有水分能够促进产生锈垢，因此还要除掉管内的水分。要求通过十分干燥的氧气，此时不许通过潮湿氧气，这是为了避免在通过潮湿氧气后又通过干燥氧气，会生成锈垢脱落，招来祸根。
    (6)管道采纳不锈钢或部分管道使用铜材，是可以抑制生产氧化的锈垢及磨损的铁粒子。但是如果别的部位仍然产生这些粒子或别的可燃物，即使使用了不锈钢或铜材，也不能防止管道的燃烧事故。
    (7)管道内氧气流速在3MPa内，限制在8m／s以下的速度，如果限制各方面的因素，并处理得当的话，管内流速可选用25m／s以下。
    (8)阀门的启闭操作要缓慢，避免过急。