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2002年第3期
钢铁技术
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对氧气管道安全问题的探讨
燃气卒贯德训
摘要】简芸介绍了德国W. Wcgcncr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交全等问题。
【关键词】氧气管道安全氧气流速箐道燃烧机坩
随着钢铁业的发展,氧气用量日益增加,村,它是在燃烧之前;燃烧是第柑,是金属与氧
但是在氧气生产、供应特別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,危极其惨痛。为此,引起各国普遍关注,
金属在氧べ中非常容易燃烧,氧纯度愈
德用和H本进行了大量研究和试验,特別是1963高,燃烧速度愈快;氧气力愈高,金属着火点
年德国材料试验所W- Wcgcncr的《氟气在管中愈低
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′
10日~20日铁粉421℃
管道的规范进行了修改和完普。本文将结合这些
20日~30日铁粉408℃
研究成果,对氧管道的燃烧机理、着火源、材
30日~50日铁粉392℃
质选用、氧气流速以及有关安全问题进行以下的
100日
铁粉382℃
200目
铁粉315℃
铁块842℃~948℃
氧气管道开始着火燃烧,管壁要达到800℃
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
氧气管道发生的安?事故,一般均为着火燃烧
?金属材料燃烧特性主要考虑以下四个条
和燃。
件
氧气是蝨助燃气体,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·?燃烧起
2)抗燃烧能力:共分4数,1数抗燃烧能力
米,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
铁在氧气中燃烧的反应式
级不散燃烧。
Fe+(3/4)02>(1/2)Fe_O
4)热导率:热导率大,散热快,燃烧速度慢。
97.6kcal(408.63kJ)/
金属的抗燃烧能力取决于以下因素:达到着
铁的原子厚m=55.8
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
1克铁燃烧需氧气:
1.3常用管材的抗燃烧性能比较
3/4×22.4/55.85=0.31/g
金属燃烧分为炳相:省火和燃烧。着火是第
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表1常用金属材料燃烧特性
金病名称空气中常压下燃烧温度
不同氧气压カド燃温度(で)」抗燃能力「燃境速度「热导率
(℃)
3.0 MH
导热性时腐蚀性
12. 6 MIA
(级次)
886~904836~-854806~824
4
106~-407「+++
++
1106
018
931--948
826~-842「741~-7581592--630
661~678
1)铜管
3)掺入焊渣
铜管摩探不起火,抗燃烧能力最烛,不邦散燃
当流速为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?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5.3m/s时发生燃烧
提高焊接性能,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
IUl2含铜99.95%)。
烧
白铜(铜镍合金,含镍约10%)焊接性能女
:述试验结果表明,当氧气管道中只有不
可与碳钢及不锈铡焊接,但价格吏高
燃烧物质粒时,即使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。但有叮燃物质颗粒
碳钢管燃烧温度稍低,燃烧速度快,抗燃烧性时,只要达到·定流速,管道就叮能燃烧。燃
能差。不锈钢燃烧溫度比碳钢高,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
凵燃烧起来比碳钢的燃烧速度还要快些、激烈速愈低。
均。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巾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
不锈钢管的抗燃烧能力介于碳钢和锕管之
经上述试验和各国实证明,氧气管道发生燃
当有足够的氧且燃烧热不能急速消散吋,碳钢管和烧事故的先決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)铝管
氧气管道的燃烧分两个阶段,第一阶段,氧气
铝管在氧气中燃烧得非常急速,抗燃烧能力最管道中低着火点的可燃物质粉末在着火源温度达
差,“般不选用。
300℃~400℃时先着火燃烧;第二阶段,可燃物质
粉术的燃烧速度很快,能在短时间内放H大量热
氧气管道燃烧的条件及产生火源的因素
量,使管道局部产生800℃~900℃高温,导致氧
2.1W. Wegener试验的主要结某
气管道燃烧
Wegener用不同物质在不同流速的氧气流
靠摩擦生热升温,产生:热量铰小,要形成
中进行多次着火燃烧试验,其主要结果如下:
800℃~900℃的品温是困难的。低着火点可燃物质
1)氧流巾掺入铁锈、高炉灰和沙子
主要是Fe和FoO粉木。
在始端压丿2.8MPa,流速53m/s:木端压力2.3产生着火源的因素
1.7MPa,流速85m/s的情況下,直管和弯管均尢
即使是在氧管道中存在低省火点的可燃
燃烧现象发牛
物质粉末,如果没有省火源,管道也不会发牛燃
2)掺入化铁皮(FcO)
烧事故。省火源是管道燃烧的必要条件,在
在直管段不燃烧,但在弯管中当流速达到53氧气管道系统巾,产生着火源有以下三个网素:
m/s时,即发牛:燃烧。
1)固体顺粒的撞击和摩擦
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