气体管道的燃烧事故与预防任丘

气体管道的燃烧事故与预防

气体管道的燃烧事故与预防 2011年12月02日 来源： 　输送高压氧气的钢管或者阀门，由于某种原因，在里面的高压氧介质起火燃烧，使管壁穿孔，喷出高压气体。造成这类事故的原因主要是由于铁和氧之间发生化学反应，引起金属火灾。　　　　发生火灾时，气体立刻从管壁破裂处喷出，同时发出爆音，在连续不断的氧气流中钢管成为灼热状态而继续燃烧。这样一般很容易被误认为已经发生了爆炸，实际上这不是真正的爆炸，只是由于金属火灾而产生的管道破裂现象。　　　　从下面例子足可以看出氧气管道燃烧时的猛烈程度。在100mm直径的高压氧气管道上设置有铸钢阀门(压力2．4MPa)，就在稍微开启阀门的这一瞬间，同时发出了爆炸声，同时阀门下部出现了闪光，阀体及管道的一部分开始燃烧，并喷出氧气。正在操作阀门的二名操作人员被当场烧死。　　　　事故的原因可以做如下的解释：由于液氧中含有微量的润滑油，在蒸发器中被浓缩和积累，当液氧在沸腾时，浓缩油伴随液氧飞沫，成为雾状油滴，并随同氧气气流吸附于充气间附近的管路内壁和阀门上，在阀门切换操作中，管路内点燃起火。　　　　15MPa压力的氧气从聚合釜流出时，造成氟树脂制的截止阀瞬间分解气化，导致氧气喷出，其危险也是显而易见的。　　　　1．氧气中铁的燃烧　　　　在氧气介质中燃烧金属，一般须把该金属加热到在所处氧气浓度时的自燃温度以上。　　　　在常压下氧气中铁的自燃点，呈粉状时比较低，大约315℃以上；呈块状时高，至少要加热到930℃以上。如果把氧气压力提高到3．0MPa左右的高压时，一般自燃点温度可分别下降几十度到一百度左右。　　　　铁块的熔点一般在1500℃左右，而氧气中铁的自燃点都比这个温度低，所以铁在氧气中保持着固态，可使燃烧持续进行下去。　　　　氧和铁的化学反应式及其燃烧热可由下式表示：　　　　铁为颗粒状时，包围在热导率比较小的氧气中，则燃烧热是很容易积聚在反应生成的氧化铁颗粒中。实际上这个热量是通过周围气体或管壁的热传导，还有一部分是通过热辐射而消失的。现在假定燃烧热是绝热地积聚在这些颗粒上时，则粒子温度将会达到几千度高温。　　　　燃烧每克铁所需的氧气量可由下式求得：　　　　即燃烧每克铁时所需的氧气量大约为300mL(在常温常压下)。　　　　因为铁的相对密度为7．86kg／m3，比体积为0．127mL／g，因此，铁如要继续燃烧时，需要的氧气比铁的体积多2360倍(在常温常压下)。　　　　由于这个原因，在氧气管上发生燃烧事故时，管路的燃烧方向是向着提供氧气的方向烧去，也就是向着与氧气气流相反的方向传播。因此，只要关闭管路的总阀门，切断氧气供给，就很容易将火熄灭。　2．氧气管路的点火原理　　　　氧气管路如果开始自行燃烧，则首先必须把管壁加热到块状自燃点温度800～900℃以上。氧气管路起火的原因大体有以下几种：　　　　(1)气流中锈垢的摩擦在氧气管路中若投入若干铁锈锈垢，立即可以用肉眼看到一些从管的端头喷嘴上向空气中喷出来的炽热状态的颗粒。这是由于锈垢和管路之间的摩擦引起的。它受到氧气流速的影响，流速越快，影响越显著。　　　　因为锈垢颗粒重量小，故热量也很小，但是管路的管壁是无法与此相比的，由于热容量很大，而且导热性好，因此管路的摩擦热会立即消失，故在管壁本身的温度上升并不明显。由于这个原因可以认为管壁不可能被加热到自燃点以上的温度。　　　　(2)管道内可燃物的燃烧在氧气管道内存在可燃物时，如果它们遇到某种点火源时便开始燃烧。由于在纯度很高的高压氧气气流中燃烧，因此，燃烧速度是很快的，在很短时间内便产生很大的燃烧热。可燃物燃烧时，产生的火焰温度是很高的。如果管壁直接受到这种火焰加热，就好比遇到氧气切割的火焰一样，管壁很容易达到燃烧的温度，从而在氧气中燃烧。管道内存在可燃物有下面几种情况。　　　　1)雾状润滑油随着氧气气流在管路的连接部位或阀门部位等死角凝结吸附。　　　　在液氧中常常含有少量的润滑油，它是在汽化器中浓缩后，成为雾状气体，混入氯气气流中，凝结在氧气管路内。这时如果润滑油单纯地成为液体状态的油膜吸附于管壁上，那么油膜可随高速气流沿管壁扩散。油可以局部地聚焦在气流的死角，也可能使锈垢和油掺在一起，形成黏性物质吸附于管壁。　　　　如果把润滑油和锈垢粉末掺在一起，涂在铁管的内壁上，然后在氧气气流中进行燃烧，可以看到火焰所到之处铁管在被穿孔的同时，本身还在继续燃烧的情景。

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