【www.zhangdahai.com--其他范文】
＊王进飞
（杭氧集团股份有限公司 浙江 310014）
氧气在管道内输送的过程中其与管道内壁不断地进行摩擦，在摩擦过程中氧气和管道会发生化学反应，在这个过程中管道可能会产生较大磨损，同时极大可能会产生爆炸并对环境造成极大破坏，从而影响化工装置或空分装置的安全运行并产生极大的人员和经济损失[1]。
(1)免除型材料
铜、镍及其合金材料（Monel）应用于氧气输送系统中具有非常好的氧相容性，在21MPa以下，没有流速限制，通常此类材料被定义为“免除型材料”，如高表面积和体积比率的过滤器丝网很容易燃烧，镍和锡铜因具有很好的氧相容性，常用作此类过滤器丝网材料。虽然铜合金可称之为“免除型材料”，但其铝含量不得超过2.5%。
(2)不锈钢
奥氏体不锈钢可用于所有压力，温度在-200℃～+200℃氧气中。奥氏体不锈钢在中压氧气中具有一定抗燃性，当最大允许使用压力低于1.4MPa、壁厚大于3.18mm的奥氏体不锈钢，可不限制流速，若壁厚小于3.18mm，需流速限制。
(3)碳钢
碳钢可应用于压力低于3MPa，温度在-10℃～+200℃氧气中。选择-10℃是基于更安全考虑，参照欧标并且取决于管道壁厚，碳钢也可用在更低温度。进一步讲，考虑到不同碳钢成分和操作压力，低于-10℃也可适用。如果碳钢在低于-10℃使用有任何疑问或不确定性，需进行风险评估和论证后确定。在湿氧系统（如露点高于-15℃）操作压力大于1MPa，碳钢不可用。
(4)铝及铝合金
铝及铝基合金即使在大气中也可燃烧，并且燃烧时迅速释放出很高的能量，一般情况下，冷箱外传送氧气和液氧不能使用铝管道。除出冷箱用法兰转换成不锈钢管道前一小段铝管道或者连接至安全阀很短的一小段管道可用铝合金，或者标准的低温板翅换热器、空浴式汽化器（由于表面具有氧化铝阻燃保护）。
(5)非金属材料
非金属材料（例如：垫片、阀座、阀门填料等）和金属相比更易燃烧。很多非金属材料即使在常压，氧气纯度大于23.5%时也可燃烧。在氧气管道中应尽量避免使用非金属材料并且减少或消除非金属材料和氧气之间的直接接触，非金属材料必须要物理和化学稳定性良好，并且必须选择在实践中已经验证良好效果的可以用于氧气流体当中。全氧化的非金属材料或者柔性石墨（稳定的碳结构）具有很好的氧相容性。一般评估非金属材料的氧相容性，主要看其自燃温度和燃烧热（不同供应商使用的加工工艺不同，非金属材料的自然温度和燃烧热也不同），一般选择的非金属自燃温度需比最大使用温度高100℃。尽量选择有过使用经验并且进行过冲击、燃烧等测试的非金属材料（可参考ASTM G63）。具有很好氧相容性的材料，如：①氟聚合物，如PTFE，FEP或PCTFE；
②人造橡胶，如Neoflon，Kalrez，Viton或Flourel；
③非晶质聚合物。
如果最大可能工况在流速曲线以下，可用碳钢（3MPa以下）或不锈钢管道，若在此曲线以上则需选用免除型材料或考虑用其他保护措施。最高允许的流速是指管系最低工作压力、最高工作温度时的实际流速。
当流体方向突然发生改变、撞击或管道中由于流体漩涡扰动的造成颗粒对撞击管壁的场合，对于撞击场合下的流程规定按以下要求：管道中氧气的最高允许流速，根据管道材质、工作压力，不应超过以下规定[2]：
碳钢：
0.1 Ma＜P≤1.0MPa,V≤20m/s；
1.0 Ma＜P≤3.0MPa,V≤15m/s。
不锈钢：
中汽公益联盟王局子希望小学落成当天，当地县武装部政委、县教育局局长、镇长书记、教委领导、镇中心学校领导和村委领导以及众多热心村民参加了为公益交接而举办的简单剪彩仪式。因是雨天，全程没有让孩子们参与。
0.1 Ma＜P≤1.0MPa,V=30m/s；
1.0 Ma＜P≤1.8MPa,V=25m/s；
1.8 Ma＜P≤10MPa,PxV≤45MPa·m/s；
10MPa＜P,V=4.5m/s。
P=工作压力；
V=流速。
（1）支管连接：支管连接（未加固和加固）和支管管件可以认为是冲击影响区域。分支管件比如三通、半管接头或者焊接支管台、承插焊支管台，分支连接口的主管道也可以认为是冲击区域，主管上此位置不能采用承插焊或者是螺纹连接主管道的撞击部位。当分支管小于或等于DN40（NPS 1/2）时，在主管道上安装半接箍或锻造三通，以此来保护主管道不受冲击。在蒙乃尔合金和镍合金管道系统中允许有承插焊或者是螺纹连接。
图1 氧气由支管流向主管时冲击区域
图2 氧气由主管流向支管时冲击区域
尺寸：h=80mm（3in）或使用标准管件尺寸；
w=80mm（3in）或使用标准三通尺寸。
（2）管道安装时应尽量避免产生灰尘聚集、颗粒碰撞、死角等场合。碳钢、不锈钢或铜合金、镍及镍基和金不应使用衬圈。铝管道中也应尽可能少用衬圈。
图3 氧气管道变向时正确设计
（4）弯头：氧气管道的弯头严禁采用褶皱弯头，当采用冷弯或热弯弯制时，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（≥1.5d）。操作压力小于0.1MPa的钢板卷焊管斜接弯头是可以使用的，90。弯头可以用大于或等于两段制作的管件，弯头内壁需要无焊瘤，并且要平滑无锐边和毛刺。
（5）变径管：变径管的最大流速应按照小口径段计算，若氧气流速在小口径处过高，变径管需使用抗燃型材料。用于氧气介质的管道大小头应该采用压制对焊，制作焊件的时候变径总长度应该大于两边外径差值的3倍，氧气管道内部要光滑，无焊瘤和毛刺等。当使用偏心变径管时，平面应处于底部。
图4 变径管口径正确设计
说明：D为变径管大端口径；
d为变径管小端口径；
L为变径管长度。
三通：氧气管道的三通宜采用压制对焊，当不能取得时，应在工厂或现场预制，加工到无锐角、无突出部位及焊瘤。三通安装应避免产生灰尘聚集或颗粒碰撞等场合。
图5 氧气管道三通正确设计
（6）垫片：氧气管道法兰的垫片，应按以下规定选取：当工作压力（P）低于1.6MPa（g）时，选择聚四氟乙烯垫片（PTFE）；
当工作压力（P）大于等于1.6MPa（g）且小于12.0MPa（g）时，选择缠绕式垫片；
当工作压力（P）大于等于12.0MPa（g）时，选择退火软化铜垫片。
（7）法兰：法兰连接处会产生静电，故氧气设备、管道、阀门上的法兰连接处，应采用金属导线跨接，其跨接电阻应小于0.03Ω。
（8）锥形过滤器：用于氧气的锥形过滤器应该设计为带孔的锥形筛网。过滤器应该安装在管道系统中，以便网孔在上游流侧，锥孔在下游流侧。筛孔尺寸应该是100目，转换成140μm的颗粒尺寸捕获。
锥形过滤器的网格直接受到撞击，是一个高风险区域，因为它的目的是捕获碎片和颗粒。高表面积和薄材料容易在高流量颗粒撞击时着火，所以禁止使用不锈钢网。主要的滤网材料和反吹滤网（如果需要）应该是镍200或合金400或铜或锡青铜，最好是镍200，合金400（蒙乃尔）用于PN20（150级）压力系统。镍200应为用于压力PN50（300级）或更高的系统。中心加强网合金400（蒙乃尔）适用于所有压力等级。
锥体材料应根据管道系统使用的材料来选择，由于网格（100目大小）保护锥体免受直接撞击。不锈钢锥体可用于碳钢或不锈钢管道系统。在Monel®管道系统锥体应为合金400（Monel）。锥体材料不能使用碳钢
（9）y型过滤器：y型过滤器上的排污阀在气态氧气管道中是禁止使用的。
排污阀为清洗过滤器提供了一种简单的方法。然而，排污阀门很容易在不适当的时间打开，并可能导致危险的局部富氧条件。
（1）材料形式：工作压力对应的材料选择,如表1所示。
表1 作压力对应的材料选择
（2）节流阀：节流阀有四种类型，分别为：调节阀，用于调节流量和压力参数；
旁通阀，用于维持氧气输送系统均压；
没有旁通阀的隔断阀，用于均压或切断下游装置；
排空阀。
图5 旁路压力平衡系统原理图
节流阀下游8倍管径（阀门口径，并且长度不小于1.5m）的变径管和管道，应分别计算流速。若其氧气流速（变径管按小口径处计算）在流速曲线以上，应使用免除型材料。弯头、三通不应与阀门出口直接连接，并且应安装8倍管径或1.5m的直管段。当工作压力（P）小于等于3.0MPa（g）时，旁通阀采用不锈钢。其下游管道可采用不锈钢，但应将氧气流速控制在25m/s以下。阀头、阀座应采用堆焊Stellite合金。当工作压力（P）大于3.0MPa(g)时，旁通阀应选用免除型材料，其下游管道亦应采用免除型材料。
旁路系统的设计应包括确认压力平衡，例如，安装上游和下游压力表。使用差压开启隔离阀有两个风险因素：阀门开启期间的高速和湍流以及开启后的快速压降，通过使用旁路压力平衡系统，可以完全消除这两个风险，在开启隔离阀之前，平衡隔离阀两端的压力[3]。
如果在主管线上的手动隔离阀门、控制阀或紧急关闭阀下游有止回阀，旁路管线应该回接到主管止回阀上游的工艺管线。这种布置防止止回阀下游侧压力过高，在隔离/控制/关闭阀和止回阀之间形成“死腔”。
旁路阀用于缓慢地对下游系统加压以减轻过度压力。旁路系统的尺寸应在可接受的时间内实现压力平衡最大增压速率为2bar/min（30psi）的周期。旁路系统尺寸从DN15（NPS 1/2）到DN40（NPS 1/2）。
（3）隔断阀：隔断阀处于全开或全关状态，通常维修或停车时才会操作。手动隔断阀当公称压力大于或等于1.0MPa且公称直径大于或等于150mm，需配有DN25～DN40的旁通阀。当开隔断阀时，应先开启旁通阀，使下游侧先充压，当隔断阀两侧压差小于或等于0.3MPa时才可开启，推荐充压速度低于0.2MPa/min（充压时间不得小于1s）。隔断阀禁止采用闸阀。
（4）安全阀：安全阀可视作节流阀，通常喉径处流速非常高，甚至到声速。所以安全阀喉径处需用抗燃材料，推荐使用API526阀门，阀座阀瓣处使用抗燃材料，阀体至少为不锈钢。
（5）止回阀：止回阀应具有适当压降，避免发生振颤现象。应使用有资质和丰富经验的供应商产品。
在化工装置的安全操作和运行过程中，氧气管道的安全问题非常重要，虽然影响氧气介质管道的因素比较多，但是只要认真研究其原因，并且对安全富有极大的责任心，从源头消除其影响，严格按照国家规范和要求操作，在材料、设备和管道布置以及施工和验收等方面采取严格的控制措施，就可以有效的保证氧气管道的安全运行，进而保证化工装置的安全。
猜你喜欢 过滤器流速不锈钢 液体压强与流速的关系初中生学习指导·提升版(2022年4期)2022-05-11保护母亲河第二课堂(小学版)(2021年4期)2021-01-18山雨欲来风满楼之流体压强与流速大众科学(2020年7期)2020-10-26爱虚张声势的水小天使·六年级语数英综合(2018年1期)2018-10-08针对石化行业过滤器流阻的探讨及研究科学与技术(2018年16期)2018-05-16花粉过滤器儿童故事画报·发现号趣味百科(2017年4期)2017-06-30新型纳米材料过滤器发明与创新·大科技(2017年5期)2017-05-16基于混淆布鲁姆过滤器的云外包隐私集合比较协议计算机应用(2016年10期)2017-05-12不锈钢器具安全吗食品与生活(2015年9期)2015-09-12本文来源：http://www.zhangdahai.com/shiyongfanwen/qitafanwen/2023/0426/589576.html
