氧气系统材料的选择
作者：徐秀伟
来源：《科技创新导报》2012年第18期
摘要：对氧气和氧气系统来说，由于它有极大的危险性，这样，对设计者和使用者来说，对它都有莫名的担心和惊悚，唯恐设计和制程的不周造成巨大的事故，本人在大量阅读了国外文献，并结合工作中碰到的问题，着重从氧气的特性，氧气和氧气系统的操作安全，材料在氧气中的燃点，氧气系统设计的一些要点，分别有一定的介绍，最后，着重阐述了氧气系统所用材料的选用，以对相关人员安全地进入这一领域，起一定的指导作用。
关键词：氧气和氧气系统的操作安全材料在氧气中的燃点氧气系统设计氧气系统材料选用
中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2012)06(c)-0045-02
1 氧气特性和操作危险性
氧气自身是化学稳态的物质,没有振动的敏感性,不会分解,也不易燃烧,但它的使用有一个危险的温度问题,这一点,有时是不会被人所注意的,其危险在于:氧气是种很强的氧化剂,它强力支持燃烧,如果氧气在环境温度下会起反应,那么,它的反应能力随压力的增高,温度和浓度也会急剧地提高,会很容易引起爆炸。绝大部分的金属和非金属,在高压氧气下是可燃的。因此,系统设计应该降低或消除燃点引起的危险。
1.1 液态氧操作危险性
(1)液态氧在系统中浓缩后,如果滴漏在一些不与之兼容的表面,比如柏油表面,会发生事故。一些材料当它们被暴露于液态氧系统,它们将会由于振动冲击等引燃(碳,纤维素,燃料和油),浸有液氧的材料,会很容易被静电放电或别的点火源等点燃。
(2)氧气当温度高于(-118.57℃(-181.41F))时,就不能保持在液态,在1个标准大气压下,液态氧在-182.9℃(-297.3F)下气化,可能会引起系统爆裂和飞片。
(3)液态氧在低温下,会有冻伤皮肤等伤害。
1.2 气态氧操作危险性
(1)氧气系统发生的绝大部分火灾是由于系统材料中有污染或不兼容的物质存在而引起的。
(2)氧气的毒性,在一个标准大气压和浓度大于50%时,要考虑它对人呼吸的毒性。
2 材料在氧气系统中的燃点机制
(1)在氧气或富氧的大气中,燃料氧混合物的燃点与普通大气相比,所需的输入能量和温度都更低。
(2)材料点燃要遵循3T原则:①足够高的温度;②足够长的反应时间;③紊流,必须有足够高的紊流使燃料和氧化物相混合,从而使能量从反应媒体转移到未反应的物质上。
(3)影响固体材料燃点的因素有:材料的组份、纯度、尺寸、形状和样品的状态、氧化物层的特性、燃点源、气体压力和气体组份等。
(4)到现在为止,没有单一的测试能产生材料的绝对燃点或一致性的相对率,材料的燃点是通过测试燃点或燃烧特性,研究氧气相关的失败数据中被估算出来的。
潜在的燃点机理和点燃源
(1)粒子的冲击:热量由运动,热或化学能转移而来,当小粒子高速运动并撞击粒子时,这热量足够能点燃粒子。
(2)机械冲击:热量将由运动能量中转移过来而产生,当一个物体有一个相对大的质量和瞬态撞击一组件时,热量和机械能在不同物体间的相互作用足以点燃被冲击的组件。
(3)压缩空气的冲击:当气体从低压变成高压时,热量由机械作功转变而来,压缩空气的冲击对非金属聚合体而言是有效的点燃方式。
(4)提高了的燃点:热输入源的产生,它让最近的材料点燃。
(5)摩擦:热量由两物体相互摩擦而产生,两零件的相互作用,一方面,破坏了保护的氧化层或表皮层,引起零件的燃烧。
(6)共振:在共振腔中,声音的共振能引起温度的快速上升。
(7)电弧击穿:发动机的摩擦,电力源,点火等都能引起电弧放电击穿。
3 氧气系统中材料的选择
3.1 选择的原则
(1)材料的选择不能完全解决不成功系统,但选择合适的材料再加上好的设计实践能降低系统失败的可能性。材料的评估和选择是基于对材料点火和燃烧特性的测试和研究液态氧和气态氧相关失效的基础上得出的。