氧环境下材料的选择.ppt

SelectionofMaterialsforOxygenService氧服务材料的选择非金属材料金属材料 SCOPE范围 金属和非金属的选择取决于它们性质 这些性质是通过氧兼容性评估方法及其相关的材料选择指导原则确定 不同氧服务应用场合材料的选择 氧兼容性试验方法概述 氧兼容性评估 试验的作用 材料的选择取决于在将要运行的状态 最差情况 下它们影响点火和燃烧的能力 一种材料的氧兼容性质随特定点火机制下材料评估所设计的试验方法而不同 不同材料及其适用的选择规则 为了选择适当的氧服务材料 关键是要完全理解一个部件在其使用结构中潜在的点火机制 氧的性质 最普通的元素 空气中含量为21 生命必需的 无色无嗅的气体 不可燃 但强力地支持燃烧 氧化剂 大多数材料可以与氧反应 氧化能力低于F2 7 5 和NF3 1 5 O2 1 0 本身具有热力学稳定性 不像N2O NF3 ReactivityofO2CreatesitsValues Problems 氧的反应性是其价值之源 也是其问题之源 氧兼容性 的定义 ASTM 在用户可以接受的风险水平之内 一种物质与氧和潜在点火源两者在预期的压力和温度下可以共存的能力 在规定的运行条件下 一个系统可以被看作是氧兼容的 条件是 它不能或不大可能燃烧 不可燃的 失火事件是极为罕见的 如果失火可以得到隔离 并且对其影响可以承受 行业人士的观点仍然认为要设置一个浓度极限阈值 21 23 5 25 或其他值 在此极限阈值以上必须考虑材料的氧兼容性 燃烧三角形 结构材料 化学反应w O2 AIT DH O I 热导率 结构 厚度 方位等 从周围材料释放的能量颗粒冲击电能绝热压缩共振谐振摩擦机械撞击 温度压力速度稀释度 外部污染物 碳氢化合物 油 脂 润滑剂 加工毛刺 焊巴等 氧 燃料 点火源 影响材料氧兼容性的因素 压力浓度温度速度稀释剂 CO2 N2 Ar 系统设计 部件的结构形式清洁程度运行程序部件的厚度点火链 氧兼容性涉及许多变量 点火机制 温度升高颗粒冲击机械撞击摩擦绝热压缩新鲜金属暴露 反应性金属如铝 钛等 流动摩擦静电电弧 电火花声学共振雷电 氧兼容性评估方法的分类 自动点火试验 点火 氧指数试验 燃烧 燃烧发热试验 损坏可能性 环境压力下 液氧冲击试验 压力下液氧 气态氧冲击试验 点火 绝热压缩 压力波冲击 试验 点火 评估材料或压力部件 填料环试验 燃烧 损坏可能性 评估部件 促进燃烧试验 燃烧 摩擦试验 点火 颗粒冲击试验 点火 ClassificationofO2CompatibilityTests cont ContinuedDescriptiononNotes 材料选择的先后顺序 消除点火 选择在给定运行条件下点火可能性最低的材料 要实施这一点可能是困难的或不切合实际的 防止继续反应 选择那些在点火后有熄灭 停止反应 倾向的材料 是最现实和最可行的方法 减小反应速率 选择那些点火后反应速度尽可能慢的材料 以便可以对反应 燃烧 进行控制 封堵 非金属材料的选择 聚合材料 塑性材料 阀门座 填料 软管衬里等 弹性材料 O型环 膜片 软管衬里等 垫片材料 有 无压缩石棉纤维 油 脂 润滑剂 密封剂 机械零件 螺纹接头等 对于医用氧系统 非金属材料的选择有严格的规定 O ED03 98 非金属材料的选择 非金属材料的选择可以按照下列性质进行 这些性质是根据给定运行条件和可能的点火机制通过相关的氧兼容性试验确定的 自点燃温度 AIT AIT试验和Pot维持试验燃烧热 燃烧发热量测试氧指数 O I 氧指数试验液氧和气氧中机械冲击的敏感性 液氧机械冲击试验和气氧机械冲击试验抗绝热压缩能力 气氧压力波冲击试验法兰垫片损坏可能性 垫片环形试验 非金属与金属的对比非金属材料 除无机材料外 绝大多数有机材料 包括聚合材料 油 脂 和碳氢化合物在大气压下的富氧气氛中是可燃的 全氟弹性材料可能是唯一的例外 如PTFE和PCTFE 依靠燃烧结构 非金属的可燃性由它们在环境温度和压力下的氧指数 OI 表征 自点燃试验 AIT试验 在静态条件下确定液体和固体在高压 1500 2000psig 富氧环境中的自点燃温度 AIT试验可以参考ASTM G72 BSI 3 4N100 BAMandCEN BOC使用BS3 4N100SIT 高压腔 试验来确定材料的自点燃温度 用于选择非金属材料的数据在压力升高时有可能产生温度偏差 BOC的BS3N100SIT试验机 自点燃试验 温度记录仪 试验样品 样品夹持器 内反应容器 高压试验腔 加热套 气态O 2 热电偶 温度停止上升或压力波动即表明自点燃发生 AIT数据 聚合物 塑性材料和弹性材料 绝大多数聚合物自点燃温度在150 500oC聚四氟乙烯PTFE427 C聚三氟氯乙烯400 405 C特氟隆PFA 400 CVespelSP21350 CFluorel297 C维通橡胶A268 CPVDF偏聚氟乙烯243 310 CEPDM206 C硅橡胶200 300 C尼龙6 6178 C氯丁橡胶170 250 C布纳橡胶N166 C这些数据可参考BOCOCSB 6 8章 以及ASTMTPT相关资料 AIT数据 垫片 有 无压缩石棉纤维型 大多数非金属自点燃温度为150 500oCRM607 400 CScandura1786190 223 C CAF PTFE CAF 黏结剂 Grafoil 500 CFlexicarbNR 400 C 石墨纤维 石墨 镍层压结构 GylonFawn 3500 400 CSigma511 522 533 400 CTop Chem2000 400 CKlingersil4430184 CGrafoilTG323 400 CValqua7020 400 CCAF CompressedAsbestosFiber压缩石棉纤维BOC批准的非CAF垫片 可参考OCSB 8章中 表8 2 AIT数据 油 脂 润滑剂 以全氟聚合物和CTFE为基础的 大多数非金属的自点燃温度为150 500oCLOX 8 500 CKrytox240AC427 CFomblinRT 15 425 CBraycote1720 1730 400 CHalocarbon25 5S 425 C氟碳润滑剂362 290 425 CMolykote321427 C烃基液压油150 250 C 矿物油或合成油 阀门密封A280 C液压油199 C 道 科尔宁 硅基 中 高 5606 这些数据可参考BOCOCSB 第3章 以及ASTMTPT相关资料 AIT数据 续 大多数金属材料的自点燃温度为900 2000oC 通过在富氧气氛中电阻加热金属丝来确定 点燃温度 oC O2压力 psig 金属050010001800铜1084885835805镍1457 430不锈钢1365 中碳钢127611041018926碳钢900 1100 铁 Fe 930825740630铝Al1640 AIT试验数据的应用 材料分级按照由ASTM BAM BSI CEN设定的指导原则为基础选择材料ASTM 最小160 加100 的余量 最好大于400 BAM 最小160 加100 的安全余量 BSI CEN 按照BS3N100中同样的指导原则将这些数据与运行条件相比较 制订材料选择的指导原则 应用范围 阀座 O型环 螺纹密封剂 油 脂 润滑剂 软管的选择 影响AIT的各种变量 AIT随着试样加热速度的提高而升高 在下列情况下AIT下降 试样数量增加试样表面积增大氧纯度增加氧压力增大例外的情况 Nihart Smith 1964 NASA 1995 BOC 1997 BS3N100PotTest 在下列条件下确定大气压的氧中标准点燃温度SIT 耐热玻璃反应器动态氧流量为2升 分温度步进 每次增量为20 试验通过 或者失败接受标准 6次试验 AIT 250 材料适用于纯氧 最高压力到0 4MPa 用于非金属材料选择的数据在低压时有可能产生温度偏差 例如氧 乙炔焊割炬的软管材料 用于食品MAP的包装材料等 燃烧热试验 ASTMD4809 采用高压量热器测量液体碳氢化合物燃料或固体有机物燃烧热的标准试验方法 数据的应用 用于氧服务的软阀座 O型环密封 填料 油 脂 润滑剂等有机材料的鉴别和选择 燃烧热试验 试验腔 电极 试样杯 盛放样品 点火丝 铂或镍铬合金 气态O2 通过电点火装置实施肯定的点火 量热器温度升高值测量并与刻度标准 苯甲酸进行对照 高压瓶充装以25 35atm的纯氧 燃烧热数据 非金属燃烧热数据 DHc cal g 燃烧热数据 金属的燃烧热 DHccal g 燃烧热试验结果的应用 材料分级评估一种金属燃烧时通过点火链机制点燃周围材料的可能性 根据ASTM建议的指导原则选择材料 最好是DHc10 000cal g时不适用于氧服务 氧指数试验 ASTMD2863 测量在与氮的混合上升气流中维持塑性材料蜡烛一样燃烧的最低氧浓度的标准方法 氧指数 OI 的定义是 体积百分数型式表示的氧浓度 这些数据的应用 选择用于低压富氧环境中的服装材料和聚合材料 氧指数试验 O2进 N2进 O2 N2混合气 玻璃珠 点火器 丙烷枪 玻璃园柱塔 试验腔 试验样品 聚合物 服装材料 油 不挥发性残余物 等 样品夹持器 热阻型玻璃园柱塔 最小尺寸 高450毫米 内径75毫米 在NASA WSTF进行的氧指数实验 聚苯乙烯薄膜 聚苯乙烯膜在空气中是不可燃的 但在含氧达30 气氛中立即燃烧 标准及ASTMD2863方法修订的燃烧极限 NASA的最新数据 数据的比较 高氧指数O I 倾向于相对较低的燃烧热HoC和高的AIT物质O I HoC cal gram AIT oC 在大气压下聚四氟乙烯1001274510 525纯氧中测量聚三氟氯乙烯811001877 2337425 480维通橡胶56 1003084 4446460 480聚氯乙烯PVC374988400氯丁橡胶32 356386 6523300 320布纳 N228355200 220聚氨酯泡沫21 265200 6500 聚丙烯PP1811000230 260聚乙烯PE 17 511154225这些数据可参考BOCOCSB 第8章 以及ASTMTPT相关资料的OI 3页表3 液氧机械冲击试验 ASTMD2512 用于研究在大气压下有机械冲击能量影响的条件下材料与液氧兼容性的标准试验方法以ABMA型冲击试验机为基础进行设计 可以用做 合格或不合格试验 98焦耳 72ft lb 用于确定冲击能量极限阈值 从14到98焦耳之间的某一数值 BOC习惯于使用BS3N100液氧机械冲击试验 液氧机械冲击试验 数据的应用 鉴别 选择用于液氧的主要非金属材料 大多数非金属材料 除了像Chemraz Kalrez PTFE PCTFE Kel F81 等氟化物 一般是与液氧不相兼容的 大多数金属材料 除了比较薄的反应性金属 如Al Ti Mg 等 一般都是与液氧相兼容的 液氧冲击试验 重锤 9 07Kg 冲击销导向器 冲击销 试样杯 液氧O 2 试样杯夹持器 试样 砧座 BS3N100液氧机械冲击试验机 6英尺 重锤 试样夹持器 三脚支撑滑行导轨 加压的机械冲击试验 ASTMG86 用于确定材料在压力氧 包括液氧和气氧 到10000psig 环境下对机械冲击的点火敏感性的标准试验方法 以ABMA型冲击试验机为基础进行设计 数据的应用 用于泵 压缩机 透平机械 化学反应器中 通常是处于高压环境的非金属密封和填料材料的选择和研发 加压的机械冲击试验 试验气体进口 试验气体出口 冲击销 试验腔 试验样品 试样杯 加热器 砧座螺母 重锤 加压的机械冲击试验的应用 与液氧相比 在气氧中的冲击试验更为敏感和剧烈 在液氧中 低温下 点火比较难以实现 而在液氧中的燃烧通常则更为严酷 强化的供氧和体积膨胀 液氧冲击试验一般是用于材料的筛选鉴别 如果通过 合格 可以放弃该材料的气氧冲击试验 如果失败 不合格 则拒绝使用 如果一种材料通过了给定压力下的气氧冲击试验 它就可以在类似或更高压力下适用于液氧 绝热压缩 气流冲击试验 ASTMG74 研究材料在气流冲击下点火敏感性的标准试验方法 运行原理类似于BAM的绝热压缩试验和CEN的气氧压力波冲击试验 CEN TC268 WG2 数据的应用 用于氧压缩机活塞环 O型密封环 压力调节装置中的软密封 软管等的非金属材料的筛选鉴别 选择和研发 GaseousFluidImpactTest ContinuedDescriptiononNotes 气流冲击试验 气态O2进入 试验腔 试样 试样夹持器 热偶 需要产生的快速增压循环次数 增压时间 50毫秒 鉴定标准 在达到给定压力的20次试验中未发生一次实质性的反应 部件的绝热压缩试验 在某些系统改造过程中 绝热压缩试验可以用于评估压力部件 例如阀门 调压器 软管等 的氧兼容性 根据法规标准 需要的压力循环次数可达到50次 一般用于欧洲共同体内部 由欧洲标准化委员会CEN管理 对于气瓶阀 汇流排调节器和压力调节器进行标准部件试验 绝热压缩试验循环 汇流调节器或气瓶阀 下一次压力冲击 30s P CEN ISO部件的绝热压缩试验 EN849用于气瓶阀EN961用于汇流排调节器EN585用于压力调节器ISO EN7291用于300bar汇流排系统的压力调节器ISO EN2503用于300bar气瓶的压力调节器 绝热压缩部件试验的优点 在接近复制的运行条件下进行实际的部件试验 与材料氧兼容性相关联 以复制的环境条件和实际使用的结构 对一个压力部件的工程设计进行仔细考察 系统和部件的氧兼容性是一个复杂的函数 其变量包括工程设计 材料选择 以及运行的结构和条件 医用氧系统 O ED03 98 用于医用氧 氧化气体系统中的聚合物 医用氧系统 呼吸器 氟化 氯化物材料 包括塑性的 PTFE PFA PCTFE等 弹性的 Kalrez VitonA等 以及油 脂类 Krytox 卤化碳等 在氧系统中有着广泛的应用 在一定运行条件下 例如气瓶充装 系统的设计结构和现场工程实践指出 卤素化合物材料在氧中有可能发生点火或热分解 从而导致促进燃烧并 或产生毒性高的反应产物 绝热压缩是最可能发生的点火机制 聚合物的选择和使用受到严格的控制 医用氧系统 呼吸器 续 按照BOCO ED03 98 用于医用氧气 氧化气体系统的聚合物 中的定义 承受氧压力大于20barg并直接位于氧气流中的部件和系统为高风险部件 它们包括 但不限于软管 外圆接头 汇流排阀门 气瓶阀门以及逆止阀 控制阀 调节阀 截止阀 承受氧压力小于等于20barg 并在正常运行条件下或非正常条件下直接位于氧气流中的部件和系统为低风险部件 它们包括 例如 动作时气体释放到大气中的压力释放阀 运行与工程指令O ED 03 98 高风险部件 高风险部件 20barg 不得使用卤化的 氟化的或氯化的 聚合物 包括PTFE PFA TFE FEP PCTFE Neoflon Kel F PVDF Kynar ECTFE Halar Kalrez Viton 氯丁橡胶 氯化物的替代材料是 尼龙66 PEEK Delrin VespelSP 21 EPDM 硅树脂 低风险部件卤素聚合物允许用于低风险部件 调节器膜片 截止和逆止阀密封等 运行与工程指令O ED 03 98 续 新设备和装置只能使用经过认证和试验的设备 与氧气流直接接触的高风险部件绝对不能含有卤素聚合物 所有新的高风险部件必须通过绝热压缩试验检验批准 现有设备和装置消除所有没有取得试验证明的含有卤素聚合物的高风险部件 取得试验证明的高风险部件 如果其上游安装有20mm的过滤器 可以继续使用 过滤器必须定期交换或清洗 运行与工程指令O ED 03 98 续 按照O ED03 98 所有高风险部件必须由批准的试验机构进行试验并取得许可证明 批准的机构包括 BAM AL 巴黎 DNV 奥斯陆 挪威 WHA 或NASA WSTF 低风险部件的安装应符合BOC最佳实施规范 运行与工程指令O ED 03 98 续 软管只允许用于BOC的设施和充装站 不得用于客户现场 根据系统的设计 实际运行结构配置和风险分析 需要装配1个或2个水冷却器 冷却器必须由黄铜或铜制造 长度至少要大于150mm 当软管长度大于4英尺时 冷却器长度的选择必须符合 0 2比例 的设计指南 见IMSS OCSB1 5章 ASTMPS127关于医用氧调压器 像G175一样 PS127 制订并出版了 用于评估医疗和紧急应用场合的氧压力调节器点火敏感性和故障耐受能力的试验方法 G175预期要控制美国所有 铝和黄铜阀体的 医用氧调节器的制造资质和市场准入 按照G175修订的ISO10524预计将在全球执行 ASTMPS127关于医用氧调压器 G175是用于压力调节器的评估工具 它由两个部分组成 即 绝热压缩 和 强迫点火 强迫点火 是通过一个 尼龙6 6点火弹丸 实现的 它可以释放500卡热量使之点火 对于绝热压缩 G175比O ED03 98的要求更严格 某些压力调节器 黄铜或铝阀体 以前已经由BAM型的绝热压缩试验认可的 在G175的试验中通不过 医用氧系统 呼吸器 原则上 运行在18barg以下的清洁氧系统是难以通过绝热压缩点火的 氧从0压缩到18barg能达到的最高温度是400 但是 其他的点火源 如碳氢化合物污染等 可能仍然存在 它们具有相当低的点火极限 如果含有任何聚合物的部件要用于氧系统 必须对它进行彻底的脱脂 达到50mg m2的清洁程度 气氧中的垫片填料环试验 部件试验仅在BAM中有 用于评估与气氧接触的垫片材料在被点火时抵抗运行故障性能的标准试验 数据的应用 用于氧系统运行压力和温度下填料垫片的选择和筛选 BAM的垫片填料环试验如何进行 两个不锈钢管道之间的做法兰并加入垫片 垫片的内径伸入到气流之中 气源 气态氧 系统密封并增压到选择的试验压力 从外部对垫片加热到低于其自点燃温度50k的温度 通过电热丝点燃伸出的垫片部分 评估对管道和垫片造成的损坏 确定是否合格 填料垫片材料选择指南 如果在4次试验中有一次或多次实质性的反应发生 该填料不合格 实质性反应就是 产生的能量足以使不锈钢管道或法兰之间的垫片填料发生燃烧或破坏 最低要求 压力大于4MPa温度高于60 垫片填料环试验的优点 部件试验非常接近填料的实际运行条件 可以用于研发在一定运行压力和温度条件下使用的材料 BS3N100SIT试验 没有部件试验 只能确定在最大工作温度 90oC 下的使用压力 SelectionofMetallicMaterials 金属材料的选择 金属材料 所有的金属 除了贵金属金 银 铂以外 与氧接触时在热力学上都是不稳定的 与非金属相比 金属的自点燃温度一般要更高一些 金属拥有很高热导率 有助于热量的消散 大多数金属在燃烧时产生凝聚的氧化物 而不会产生可以稀释附近氧气的气体 金属在更高的温度下燃烧 将更有可能将火传播到临近的材料 金属材料的选择 金属材料可以根据其预期的运行状态和可能的点火机制 按照相关氧兼容性试验确定的下列性质选择 对于持续燃烧 极限压力 促进燃烧试验 对于在液氧中经由引火链促进燃烧的倾向性 与液氧的兼容性试验 Pv乘机 摩擦试验 抗粒子冲击性能 极限温度 粒子冲击试验 对于小尺寸 薄结构的材料 可能要考虑 绝热压缩 促进燃烧试验 ASTMG124 确定金属材料在富氧气氛中燃烧行为 易燃性 的标准试验方法 如何应用数据 确定极限压力 或自熄灭压力 考虑结构影响 例如管 板或杆状 采用安全系数 风险分析 数据的应用 对于ASU ICO PPU VSA的管道和阀门 压缩的氧 C P处理反应器 氧枪 克劳思 苏尔炉等所用的材料的选择和研发 BOC的促进燃烧试验机 促进燃烧试验 试验气氛出口 试验气氛进口 试样 视孔 点火器引线 试样夹持器 试验腔 促进剂 为了确定极限压力 需要在不同的压力下进行多次 大于5次 试验 促进燃烧试验中金属的消耗 试验前和试验后的金属杆结构 1 8 Al6061AlloyBeforeAfter 1 8 316不锈钢前后 1 8 Al6061合金前后 Al Pd熔断点火丝 300psig 99 7 O2 2000psig 99 7 O2 促进燃烧试验中金属的消耗 1 8 Al6061AlloyBeforeAfter 1 8 Al Bronze AB2 Cu 10Al 5Fe 5Ni BeforeAfter Al PdPyrofuzeignitionwire 300psig 99 7 O2 2000psig 99 7 O2 1 4 碳钢A216WCB前后 1 8 铝铜合金 AB2 Cu 10Al 5Fe 5Ni 前后 试验前和试验后的金属杆结构 99 6 O2 Ar 100psig 99 6 O2 Ar 2500psig 铝 铅热熔保险丝 促进燃烧数据 材料 1 8 杆料 蒙乃尔400 K 500Cu Ni Co Cu Ni合金黄铜 Sn Si P 青铜海恩斯188 242 哈斯合金C22440CS S Inconel600 哈斯合金C276316 304不锈钢铝青铜1018碳钢Al 6061铝合金Ti Ti 6Al 4V 极限压力 psia 10 000 10 000 7 0005 0002 500 3 00050020030251 促进燃烧数据 按照G124 促进燃烧试验是在静态下 作为氧压力和浓度的函数有代表性的进行 数据的特性曲线 极限压力 O2 100 下层 上层 转换区域 数据有重大分散 抵抗燃烧的材料 Ni200 Cu Monel400 etc 抵抗能力较差的材料 Al C S S S etc 材料 结构 尺寸 温度 O2 稀释剂 速度 其他 合金杆 1 8 1 2 管RT 1000C25 100 N2 Ar CO20 500ft s 促进燃烧试验 试验参数 316不锈钢 1 8 RT 100 O2 500尺寸影响316不锈钢 1 4 RT 100 O2 725碳钢 1 8 177C 96 O2 4 N2 25 不燃烧 温度影响碳钢 1 8 1000C 96 O2 4 N2 25 100 燃烧 碳钢 1 4 RT 100 O2 25O2浓度影响碳钢 1 4 RT 93 O2 7 Ar 80铝 1 8 RT 100 O2 30稀释剂影响铝 1 8 RT 99 82 O2 0 18 Ar 115316L不锈钢 1 2 99 5 O2 静止 无流动1200流速的影响316L不锈钢 1 2 99 5 O2 流动 75f s 50 材料状态极限压力 psig 材料的使用范围碳钢 铝合金 不锈钢和其他金属 金属丝网促进燃烧能力的等级 NASA的试验结果TP大于10000psig NFPA 普莱克斯大于5000psig 镍200是对尺寸最不敏感的材料 被认为是最适用于薄尺寸工程部件 例如过滤器 的材料 燃烧速率是在0 6MPa压力下的数据 不同结构合金的极限压力 MPa 材料组分 合金元素的影响 金属 合金的可燃性与其组分 合金元素 关系极大 但这种关系不能从一个混合规律进行外推使用 例如 Ni Al Al重量 极限压力 MPa 1 0 3 0 5 1 6 0 6 9 7 8 69 10 000psi 9 4620 7 3000psi 10 32 1 305psi 13 92 1 305psi 试样结构 尺寸的影响 根据对铝6061 304 316不锈钢 9 Ni的镍钢和1018碳钢的大量实验研究可知 用类似的或稍微小的材料尺寸 壁厚相对于直径 进行试验 与棒状试样相比 管道试样的可燃性较低 板状试样可能是可燃性最低的 如果氧管道材料的选择以棒材的可燃性为依据 会提供一个安全余量 根据促进燃烧的性质选择材料 固体状态的燃烧具有极大的多样性 并且受到试样结构和环境条件的巨大影响 材料在氧中的点火和燃烧涉及非常复杂的反应 在材料 环境或系统运行状态上即使是不大的变化都会对点火和燃烧造成巨大的影响 金属材料与液氧的兼容性 在Fushan Bintulu和Highveld的空分装置事故发生之前 大家认为大多数金属与液氧是兼容的 Fushun和Bintulu的事故表明 板式铝热交换器 BAHX 有可能被烧掉并产生 巨大能量释放 从而引起重大爆炸 Highveld的事故证明 1 5 8英寸316不锈钢阀体的笼式阀 在用于液氧时 P从40降低到3bar 有可能被烧掉40 50 在液氧中使用金属金属材料 特别是铝和铝合金 时需要特别注意 在液氧中点火比在气态氧中点火要困难的多 低温 如果一种材料可以被点燃 它将剧烈地燃烧 爆炸 气态氧增强供给和液氧膨胀形成的极大体积 摩擦点火试验 没有ASTM标准化的试验 NASA的试验方法是用于确定在气 液氧中一对材料摩擦点火的阈值极限 Pv乘积 Pv w m2 单位接触面积上所产生的能量 SulzerBrothers公司有一个类似的装备 但具有不同的设计结构 数据的应用 氧系统 部件中具有摩擦运动 例如泵 压缩机 轴承等 材料对的选择和研发 NASA的摩擦点火试验 试验气体进 出口 轴 固定试样 转动试样 试验腔 气态O2 同轴的一对固定和转动轴 配置有特殊尺寸管状试验零件 摩擦试验数据 试验金属Pv 乘积值固定试样转动试样 W m2x10 8 锡青铜锡青铜2 1 2 2 球墨铸铁WC 涂层41401 7 1 8 1 8锡青铜304不锈钢0 95 1 0 1 2球墨铸铁硬质合金6B0 82 0 88 1 1球墨铸铁锡青铜0 80 1 4 1 7球墨铸铁Nitronic600 44 0 51 0 75铝青铜C355铝0 29 0 31 青铜浇注巴氏合金蒙乃尔K 5000 09 0 16 0 19 在6 9MPa的纯氧中 以每分钟17000的转速 在逐渐增加负荷过程中发生点火时的Pv乘积值 P是作用于原始试样表面的正常接触压力 v是转动试样上的平均线速度 粒子冲击试验 没有ASTM标准化的试验 NASA的试验方法是用于确定在气态氧中材料对以音速或亚音速运动的粒子冲击产生点火的敏感性 数据的应用 对于在预期的运行结构中有可能遭遇粒子冲击工况的氧管道系统 例如管道 阀体 阀杆 和氧工艺反应器的金属材料的选择和研发 粒子冲击试验 粒子注入器 加热的气态氧 试验腔 试样 试样夹持器 渐缩 扩张喷嘴 系统增压到4000psig 速度达到音速 试样温度控制的目标最高为700K 点火阈值极限用试样温度表示 根据粒子的速度 可以使用两种温度目标范围 壁厚 0 06 1 5mm 粒子冲击试验数据 NASA WSTF 材料 C 反应温度 F 蒙乃尔400 329 625锡青铜 307 585黄铜 346 655硬质合金600 332 6307 铝青铜304580硬质合金625302575球墨铸铁202395硬质合金718202395耐热合金800196385316不锈钢52125304不锈钢461156061铝合金 34 30 O ED05 99 氧系统中铝青铜的使用 铝青铜 含铝最高到14 历史上用于阀门 泵 压缩机和压力装置中需要高强度的地方 铝青铜通过摩擦可容易地被点燃 对于促进燃烧试验表现出较低的极限压力 1 8英寸棒料为200 225psig 普莱克斯的工程指导中规定氧中使用的1 8英寸壁厚的铝青铜 极限压力为150psig O ED05 99 氧系统中铝青铜的使用 鉴于 含铝5 13 铝青铜对于促进燃烧试验的压力极限过低 O ED05 99给出的解决办法是 氧充装系统中与氧直接接触的部件消除铝青铜的使用 确定需要修改消除铝青铜的范围 在空分装置 管道 客户工程 气体应用和输送系统所使用的材料中减少铝的含量 O ED05 99 氧系统中铝青铜的使用 在气瓶充装系统中 新建或更新的充瓶系统中不得使用铝青铜 现有系统中更新零部件时不得使用铝青铜 对于不与氧直接接触的零件 像填料函的螺母 仍允许使用 以达到需要的强度 对于现有系统必须进行调查以确定铝青铜使用的范围 将有助于确定是否需要整改 O ED05 99 氧系统中铝青铜的使用 在空分装置和管道系统中 阀门和管件的结构材料中许可的最大铝含量减小到2 5 现有零部件不需要更新 必须对所有的工程规格规范进行修改更新 以反映该新要求 O ED05 99 氧系统中铝青铜的使用 对于客户工程 气体应用和运输系统 阀门和管件的结构材料中许可的最大铝含量减小到2 5 现有零部件不需要更新 必须对所有的工程规格规范进行更新 以反映该新要求 O ED05 99 氧系统中铝青铜的使用 现有库存 现有库存的铝青铜部件 凡不符合O ED05 99要求的 不得用于氧服务 应将它们尽可能地转移到氮 氩或空气的应用场合 用于氧管道系统的全球行业指南 作为CGA和EIGA之间广泛联合的一个成果 在2002年制订了用于氧管道系统的全球行业指南 该行业指南 CGAG 4 4 EIGA13 02 E 是在对由CGAG4 4 1993 和EIGA规定的工程实施规范进行协调整和后得到的 CGAG 4 4 EIGA13 02 E和CGAG 4 4 1993第3版 之间的主要差别是 扩大了内容目录CGAG 4 4 2003第4版 和EIGA13 02 E中增加的内容有 清洗 第6章 气站的设计和施工 第8章 阀门 流量计 过滤器 仪表 屏障 气体储存等 总体保护措施 第10章 根据有冲击和无冲击两种场合下 对于以工艺气体速度为基础的材料选择提供了更详细的分析说明 CGAG4 4 EIGAIGC13 02 E 氧管道系统 CGAG4 4 EIGAIGC13 02 E 氧管道系统 与CGAG4 4 1993版 相比 是一个更为全面 氧管道系统 的行业指南 绘制出用于碳钢和不锈钢的压力 速度曲线 并且与CGAG4 4 1993的数据协调一致 按照 豁免压力 和 最小厚度 对材料列表 运行在规定条件下的那些材料是免除速度限制的 CGAG4 4 EIGAIGC13 02 E 氧管道系统 当P 3000psig 含氧量O2 35 体积 时 对于由含铁或不含铁材料构成的无碳氢化合物的系统 速度限度可以豁免 根据促进燃烧试验 碳钢和不锈钢是阻燃的 该文件可以在网上下载 CGAG4 4 EIGAIGC13 02 E 氧管道系统 豁免压力和最小厚度合金最小厚度 in 豁免压力 MPa 黄铜没有规定21 3000psig 斯太立特6 6B没有规定3 6 500psig 铜没有规定21 3000psig Cu Ni合金没有规定21 3000psig 锡青铜没有规定21 3000psig 蒙乃尔400 k 500没有规定21 3000psig 镍200没有规定21 3000psig 304 304L 316 316L 321 3471 81 4 200psig 304 304L 316 316L 321 3471 42 0 290psig Carpenter20Cb 31 82 6 375psig 410 430 X3NiCrMo13 41 81 8 250psig 17 4PH aged 1 82 2 300psig CGAG 4 4 1993 和CGAG 4 4 2003 EIGA13 02 E之间的主要差别最常用金属列表如下 完整的材料列表见CGAG 4 4和EIGA13 02 E的附件D CGAG4 4 EIGAIGC13 02 E 氧管道系