壓縮純氧及其危險性分析

　在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氧氣是一種無色、無味、無臭的活性氣體，其分子式為O2密度為1．43kg／m3，比空氣稍重(空氣密度為1．29k8／m3)；在－183℃時，氧變成淡藍色的液體；在－219℃時，就凝成淡藍色雪狀的固體。
　　
　　國內(nèi)經(jīng)常發(fā)生輸氧管道著火事故，其燃燒多始于管路或管件內(nèi)部，尤其是減壓閥、截止閥、彎頭、三通或四通、法蘭連接等管件處。當(dāng)其因某種原因被引燃后，首先管壁的某處被高熱的火焰燒穿，高壓氧氣流夾帶火舌從孔口噴出，引起管道呈白熱狀態(tài)的更熾熱的燃燒。同時，常在氧氣流噴出之際，發(fā)生爆炸似的響聲，此響聲常被誤認(rèn)為發(fā)生爆炸。其實只不過是伴隨金屬火災(zāi)而產(chǎn)生的管道破裂，并在壓力下氣體噴出的燃燒現(xiàn)象。
　　
　　氧氣只是助燃物質(zhì)，本身是不燃燒的，管道材質(zhì)為碳鋼也是難燃的，那為什么會發(fā)生輸送管道火災(zāi)呢?
　　
　　(1)氧氣流中夾帶的可燃固體顆粒是造成輸氧管道火災(zāi)的能源之一。
　　
　　當(dāng)管道中殘存有鐵銹垢，或氧氣流中因某種原因混入固體顆粒，而被高速流動的氧氣流席卷流動時，盡管固體小顆粒經(jīng)摩擦所攜帶的熱量很小。但顆粒間被熱導(dǎo)率很低的氧氣流所包圍，就存在蓄熱可能。如該顆粒是砂子、Fe3O4等難燃物質(zhì)，是不會引燃管壁而著火；若為焦炭粒子(積炭)、煤粒子、鐵粉(FeO、Fe2O3)等可燃粒子，因其著火溫度遠(yuǎn)低于鐵的著火溫度，在常壓氧氣中約300～400℃，而在高壓氧氣流中還要低數(shù)十?dāng)z氏度。因此鐵粉，在氧氣中流中流動時與管壁摩擦很容易達到著火溫度而自燃引起受熱燃燒。鐵粉燃燒放熱量大(7285J／g)，而且又被熱導(dǎo)率很低的氧氣流包圍，熱的傳遞受阻，故鐵粉在高壓氧氣流中燃燒熱的蓄積會使自身成為高熱(多為1000～2000℃)的熾熱粒子，其溫度足以把管道內(nèi)的可燃
　　
　　物點燃，特別是燃燒反應(yīng)的鐵粒子表面，具有中間生成物的活性氧使燃燒反應(yīng)更為劇烈。
　　
　　在鐵銹垢中，主要是未完全氧化的FeO、Fe2O3和Fe3O4，鐵銹垢的顆粒度為10目、50目、100目時，瞬間引燃溫度為312～315℃。比鐵粉著火溫度還低。由此可見，輸送潮濕氧氣的管道，如再改輸干燥氧氣時，因其內(nèi)壁會產(chǎn)生鐵銹，則有發(fā)生輸氧管道火災(zāi)的極大危險。
　　
　　(2)輸氧管道中存在著可燃物，必定會造成輸氧管道著火。
　　
　　任何可燃物質(zhì)在氧氣流中的燃點要比在空氣中為低，而氧的濃度和純度越高，燃點越低，壓力越大，燃點越低。
　　
　　又如，工業(yè)礦物油脂與30atm(3039750Pa)以上的氧氣接觸，會立即發(fā)生強烈的化學(xué)反應(yīng)而自燃，并且這些可燃物一旦燃燒起來，燃燒速度比空氣中快得多。這樣強烈的燃燒是以誘發(fā)法蘭盤、管道等金屬材料的燃燒，而且當(dāng)可燃材料的燃燒熱越大，引燃金屬材料的可能性越大。特別是當(dāng)管道的法蘭、閥門、三通等處的密封元件為橡膠、石棉板、塑料等高分子材質(zhì)時，燃燒軟化后會被帶壓的氧氣流吹走，進而造成噴氧災(zāi)害。
　　
　　(3)絕熱壓縮產(chǎn)生的熱量可以釀成管道火災(zāi)的火源。
　　
　　在管道內(nèi)，當(dāng)處于高壓狀態(tài)的氧氣急劇降至低壓狀態(tài)，可產(chǎn)生近于絕熱狀態(tài)的壓縮過程。由于壓縮熱量產(chǎn)生的速度快，而且難于在瞬間傳遞出去，故會使壓縮系統(tǒng)急劇升溫。其溫升與壓力變化幅度的函數(shù)關(guān)系為
　　
　　式中Y――氣體的比熱容比(Cp，Cv)。
　　
　　當(dāng)p2＝150atm(15198750Pa)時絕熱壓縮后的氣體溫度為953℃，足以引起管壁與氧之間的燃燒反應(yīng)發(fā)生。當(dāng)其中存有鐵垢(312～315℃)、鐵粉(300～400℃)、潤滑油、纖維、橡膠聚乙烯(300～500℃)等可燃物時，15atm(1519875Pa)的氧氣急劇壓縮就可引起可燃物質(zhì)著火。因此，絕熱壓縮發(fā)生在輸氧管道內(nèi)是不可忽視的火源之一。
　　
　　(4)熔敷在內(nèi)壁上的赤熱鐵粉會燒穿管壁。
　　
　　根據(jù)資料記載；鐵粉自燃點為316℃，粉碎下限為120g／m3，最小點火能量為100mJ。這樣，堅硬固體顆?；驓饬鳑_刷管壁，而摩擦損耗脫離的鐵粉，在摩擦熱的作用下，是很容易發(fā)生自燃。處于自燃狀態(tài)的赤熱鐵粉在高速氧氣流中高速運動，而流到急變的直轉(zhuǎn)彎部位(如T形管處)，便以極大的動量撞擊管內(nèi)壁，耗去大部分動能后，沿管壁沉積下來，造成赤熱鐵粉的蓄積，其在燃燒中會逐步熔化而黏附在管內(nèi)壁上。熔敷處的管壁在此高溫下，可發(fā)生鐵與氧的燃燒反應(yīng)，造成管壁切割穿孔，發(fā)生噴氧災(zāi)害。
　　
　　因此，輸氧管道選用不銹鋼管材。密封墊選難燃或不燃材料。潤滑油選用蒸氣冷儲液。安裝檢修完后要認(rèn)真脫脂，并用干燥氮氣吹掃、試壓。