氧气阀门及管道燃烧爆炸机理的探讨VIP

工业安全与防尘 1 9 9 4 年第l 2 期 阀门及管道燃烧爆炸机理的探讨 箍 喜 生 龚 友 成 吴 建 星 f 西 环 保研 究嚏) 卢强 呔啦 气阀门及管道燃烧爆炸发生的机理。 ，氲 t 阙门曩蕾道燃烧爆炸的一维 不 定常 澹摸塑及其解 氧气安全规程 规定氧气管道应采用 截生闽，禁止葭用闸板阎。但采用截止阀也 发生事故，说明闻订两佣的高压差与开启速 度是主要因素 ，因此用闸板阀作为分析对象 是合理 的。 考察闸板闲瞬间开 启的 扳端 情况 (图 1) 。闸板阀左侧为高压静止的氧气，右倾 4 为低压静止的氧气 ( 低压侧为氧气、空气或 氨气，对气体动力学影响不大但对着火爆 炸影响很大 )。 左蚵气体状态用下标l 表 示， 矗傍气体状态用下标r 表示闸板 阎瞬 间 开 启时的波系图及其分区如 图 I 所示。 此为 典型 的击 波管问题 (R e ma n n 问题 的特 殊情形 )在低压 区传据一 冲击波 ，在 高压 区传播一 中心稀疏波 击波波后 的流场 圈 1波 杀 圈 与稀疏波波后的流场通过一接触 阔 断 相 连 接。重点 考 察 (I) 区，因 为 (I)区 与 ( ) 区压力、流速相同，但温度不同 ( 密 度也不同 ) 。 (I)区温度升高， (I ) 区 温度下降。 (I) 区 与 (I)区之 阿存 在 Hu g o n i o t 关系， (I )区 与 (V) 拯 之阿 存在等熵关 系。 (I) 嚣 与 (I )区 的 压 力、流速应满足如下关系 = 罄 1 一 ( 加 。 ) 百r - 1 ( 1 ) 一( 一 ) 了 再 薄 (2) 式 中 一 流速 ；p 一 压力j C 一胄 速 j 一 比 容；r - 一 绝热指数，对空气氧气、氮 气 ， 取1 4 。不带下标南量为 () 区、() 轷 一 一 防 r 维普资讯 2 l 区的参数。 将方程 (1 ) 、 (2) 联立求解 ，并应用 气体 动 力孥有 关公式 ，写 出无量 纲 形 式 的 、 和温度r(I)区温 度 用 ： 表 示 (I )区温 崖用 r 表示 ) r 一 + 鲁 一 ( ) 讯 而 ( 3 ) 一 高 ， 一 ( 击 ) -r 。 T , - 昔 专 三 凇 ( 5 ) r t ( 击 ) 号 ( 6 ) 非线性方程组 (3 ) (6) 的计算结果列予 与燃点因此 ，由气体的鲍热压缩所造成的 表 l。 裹 1 式( 3 ) 、 式( 4 ) ， 式( 5 ) 、 式( 6 ) 计算结果 2 0 2 5 3 0 3 5 o 5 s T 2 9 0 47 4 $ 20 4 5 59 4 T 7 3 4 9 66 1 5 5 2 1 6 O8 l 1 6 5 5 1 6 9 8 I 7 3 5 1 7 68 ： 2 氯气 阀 门爱 管逋燃 爆事故原因分折 2 1 发生物 理爆 炸 的可 能性 计算表明，假设阕门下游铡的韧始压力 为0 z MP a 则当PI 由0 1 MP a变 化 鞠 4 5 MP 4 时，期门瞬闻开启后 ，婀门下游饲的压 力由0 I MP a 变化到0 5 MP a 显然，这一压 力不致于引起管道破裂。除非管道的直径太 大、管壁太薄。即是说 ，氧 气阀 门及 管道 发 生物理爆炸的可能性是很小的 2 2 气体 绝热压缩与 高速流动摩 擦 发热 g f 燃闽 门及 管道 的可能性 计算条件同2 1 。容易 看 出 ( ) 区 的温度变化为初始温 度 的 I I 7 6 8 倍。取 初始温度为T =2 9 3 K，莉T： 为 2 9 3 K5 1 8 K。这一温度远僬予大多数盎属管材的熔点 温井并不足l； 【 引端氧气阉n夏管道 另一方面，上述计算结果是在忽略摩擦 的情况下稃出的实际上的斑速迭不到表 I 所列的数值。但 印使是这么高的流速 气流 与管壁摩擦发熬也不致于硪燃管道。摩擦发 热通常鼠有在高超声速酌情况下变得重妥。 当马赫数小于 5 时 ( 如 一 为4 5 MP a ，鲥 气 流马赫数为 I 暑 5 ，属超声速范厦 )这种效 应可 以不予考 虑。 为了说瞬遗一点考虑简单 的C o u e t t e 流动，即介于商块无I 曩 大平板之河柏二维流 动。平板之间的距离 为 (图 2) 上 面的 平扳在x 方向以匀逮 精动 y u 蟹 2库壤特流 动 假设下壁面是绝热的 刚下壁面的温度 与气流马赫数的关 系为 r ， r 一l + ! j If ：(T ) 式中 r 下壁面温度， r 流体温度， 岍Ij啪善 荸 ! 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 2 生 P 一流体的普 朗特 数 ( 不 同于式 条件 着手。 (2 中 的 意义 )，对手氧 5 1 定期清扫管道中的可燃物 “ 空t c 或氦气 ，在很宽的温 主要包括 定期吹扫氧气管道 中的铁锈t 度范围内 ，P 在 0 7 左右； 氧 气阀门及 管道应严格脱脂；严禁采 用低燃 r 绝热指数 仍取 1 4 ； 点可燃 物作 闷门填料；法 兰垫 片必 须 符 合 气 流马赫数 。 氧气 安全规程 等 。 容 易算出 当 M =1 3 5时 ， T T 。= 5 Z 消除着火源 1 2 5 5 ，即 T 仅 比T 提高 2 5 5 移 主要包括管道 良好 接地 ，消除静 电；降 2 3 可燃物燃烧引起氧气阍门及管遭 燃爆 低阀 两侧的压差 降低流速 减小摩擦碰 构丽能性 一 撞的强度；在阀门下游接一段铜管 ( 铜管不 许 多氧 气阀门及 管道 燃爆 事 故 都 与铁 会产 生碰 撞火花 )等 锈， 油脂 、橡胶类填料 垫 片等有 实际 5 5 在阀 门下游充人 氯气 上 ，正是 由于这些 可燃物在 高压 纯氧 审的 在 阀门下游充人氯气 的作用 ，一是 降低 燃 烧，导致了氧气阀门及管道的燃爆 压差，二是可以起到惰化的作用。由前述分 可燃物 在纯氧、 高压 ( 与常压相 比) 气氟 析可 以看出 ，这类事故 主要 发 生 在 (I ) 中的燃烧与常压、空气中的燃烧有很大的差 区。如果把 () 区的氧气换成氯气，则既 别 。 由粉尘爆炸 的基本知识知道 ， 爆炸压力与 可 起到抑制着火 的作 用 又具有灭火 的作 初始压力成正 比。虽然铁锈、橡胶填瓣等可 用。 撩物不是很细小 呈粉尘状态 但肯定对初 始压 力有影响。另一方面 ，纯氧 的影 响也是 可以想象的，氧气阀门及管道瞬间 发 生 燃 4 嚣 正是这些可燃物在纯氧 高压下剧烈燃 烧导致压力，温度剧增的结果。 至于可燃物着火 的原 因，可能有多种。 如铁锈与阀门及管道摩擦、撞击 静 电放电 产生的火花点燃等。可燃物在纯氧中的燃点 比在空l气中的燃点低，也是这类事故易发的 原 因 。 5 氧气阀 门及 管道燃爆事故的预防 上述 分析 表明 氧气阀门及管道燃爆事 故发生的必要条件是有可燃物和着 火 源 存 在。凼此 ，预 防这类 事故也应从破 坏这两个 除上述预 防措施 外 ，还可 采取 一些 防护 措施，使事故的危害减轻到最低限度 如在 阀门下游适当位置安装泄壤装置，一旦发生 燃爆 事故 ，泄压装置及 时打开 释放 压力 ， 达到保护 阀门及 管道 的 目的。