对氧气管道安全问题的探讨.pdf

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1、2002年第3期钢铁技术·45·对氧气管道安全问题的探讨燃气室贾德训【摘要】简要介绍了德国W.Wegener氧气管道燃烧试验结果，探讨了氧气管道燃烧机理、着火源、氧气流速、材质选用以及有关氧气管道安全等问题。【关键词】氧气管道安全氧气流速管道燃烧机理随着钢铁工业的发展，氧气用量日益增加，相，它是在燃烧之前；燃烧是第二相，是金属与氧但是在氧气生产、供应特别是输送氧气管线系统急剧化合，产生光和热。中，经常发生安全事故，造成设备损坏和人身伤1.2金属材料的燃烧特性亡，危害极其惨痛。为此，引起各国普遍关注，金属在氧气中非常容易燃烧，氧气纯度愈德国

2、和日本进行了大量研究和试验，特别是1963高，燃烧速度愈快；氧气压力愈高，金属着火点年德国材料试验所W-Wegener的《氧气在钢管中愈低。容许流速的研究》报告发表后，使人们对氧气管铁的粉粒愈小，着火点愈低。道的燃烧原因有了较深刻的认识，并据此对氧气10目～20目铁粉421℃管道的规范进行了修改和完善。本文将结合这些20目～30目铁粉408℃30目～50目铁粉392℃研究成果，对氧气管道的燃烧机理、着火源、材100目铁粉382℃质选用、氧气流速以及有关安全问题进行以下的200目铁粉315℃探讨。铁块842℃～948℃氧气管道开始着火燃烧，

3、管壁要达到800℃～1氧气管道的燃烧机理900℃高温。1.1铁的燃烧常用金属材料的燃烧特性列于表1。氧气管道发生的安全事故，一般均为着火燃烧对金属材料燃烧特性主要考虑以下四个条和燃爆。件：氧气是强助燃气体，当温度达到钢管燃点时，1)燃烧温度：燃烧温度愈低，愈容易着火。铁与氧就进行燃烧反应。铁在氧气中一旦燃烧起2)抗燃烧能力：共分4级，1级抗燃烧能力来，其燃烧热非常大，温度急骤上升，呈白炽状态。最强，4级最弱。抗燃烧能力愈强，愈不容易燃燃烧生成物为熔融状态的氧化铁。只要氧继续供烧。给，燃烧就会连续进行。3)燃烧速度：分4级，1级燃烧速度最快

4、，4铁在氧气中燃烧的反应式：级不扩散燃烧。Fe＋(3/4)O2®(1/2)Fe2O34)热导率：热导率大，散热快，燃烧速度慢。97.6kcal(408.63kJ)/mol金属的抗燃烧能力取决于以下因素：达到着铁的原子厚m=55.85火点所必需的活化能、金属的热导率、达到着火1克铁的反应热为：点前金属表面形成氧化物特性、金属的质量和形97.6/55.85=1.75kcal/g状。1克铁燃烧需氧气量：1.3常用管材的抗燃烧性能比较3/4×22.4/55.85=0.3l/g金属燃烧分为两相：着火和燃烧。着火是第一·46·钢铁技术2002年第3期

5、表1常用金属材料燃烧特性空气中常压下燃烧温度不同氧气压力下燃烧温度（℃）抗燃烧能力燃烧速度热导率金属名称导热性耐腐蚀性（℃）3.0MPa7.0MPa12.6MPa（级次）（级次）(W/m.k)铜1003～1085886～904836～854806～82414106～407＋＋＋＋＋＋不锈钢1367～1380///2224.5――＋＋低碳钢1278～12901106101892.83348－――铁931～948826～842741～758592～630///－－铝661～67841)铜管3)掺入焊渣铜管摩擦不起火，抗燃烧能力最强，不扩散燃当

6、流速为44m/s时，直管和弯管都发红了，烧。铜管在燃烧前先熔化，因而使燃烧不能继续进但无燃烧现象发生。行。在着火能一经消散之后，马上就会停止燃烧。4)掺入焦炭和烟煤铜管热导率大，抗腐蚀性能好。掺入焦炭时，当流速达30m/s时，直管和弯但铜管价格较高，强度低，焊接性能不好。为管开始发红，待流速达到53m/s时发生燃烧。提高焊接性能，可采用脱氧铜（TU1含铜99.97%，掺入烟煤时，流速为13m/s时，直管段就燃TU2含铜99.95％）。烧。白铜（铜镍合金，含镍约10％）焊接性能好，上述试验结果表明，当氧气管道中只有不可可与碳钢及不锈钢焊接，

7、但价格更高。燃烧物质颗粒时，即便是在比较高的氧气流速2)碳钢和不锈钢管下，管道也没有燃烧的危险。但有可燃物质颗粒碳钢管燃烧温度稍低，燃烧速度快，抗燃烧性时，只要达到一定流速，管道就可能燃烧。可燃能差。不锈钢燃烧温度比碳钢高，着火较困难，但物质的着火点愈低，引起氧气管道燃烧的氧气流一旦燃烧起来比碳钢的燃烧速度还要快些、激烈速愈低。些。碳钢管和不锈钢管在着火能消散之后仍继续燃这些试验结果是各国探讨和修订氧气管通规烧，直到供氧不足难以维持燃烧或由于热量消散使范的重要依据。反应温度低于燃点时，燃烧才会停止。2.2氧气管道燃烧的先决条件不锈钢管的抗

8、燃烧能力介于碳钢和铜管之间。经上述试验和各国实践证明，氧气管道发生燃当有足够的氧且燃烧热不能急速消散时，碳钢管和烧事故的先决条件是在氧气管道中存在可燃物质不锈钢管都会在氧气中扩散燃烧。颗粒。3