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    矿工项目中氧气控制阀的选型与利用分析

    品种:调节阀 | 笔者:admin | 通告日期:2018-08-08 14:58:56

        针对《空分装置安全运行规定》中的条款,应讲究氧气阀门的平安操作,采用安全防范措施,避免因流速过快等原因发生爆裂。本文介绍了矿工品种对氧气控制阀资料选择上的第一,穿过对氧气介质的车速分析,送出了氧气控制阀阀体和阀芯材质选用的安全措施,在源头上解决流速过快可能引发的爆裂问题;对氧气控制阀出厂检验提出要求,同时送出阀体材质和阀芯材质的匹配的提议,强调了氧气调节阀门在操作时的注目事项。 情节来自junjinmaoyi.com

    1 氧气阀门及管道内介质流速过快之原由分析

        氧气阀门及管道内氧气介质流速过快是导致装置发生爆裂的原由之一,而流速过快有以下几地方原因。 本文来自hot88竞技官网

    1.1 氧气的特点 昆明普惠斯

        氧气本身不能燃烧,但他是一种流行性极为活跃的助燃气体,属于强氧化剂。氧与其他物质化合生成氧化物的氧化反应无时不在开展,与氢、乙炔、甲烷、油气、煤层气等可燃气体,按一定比例混合后容易发生爆裂。伊化学反应的力量随着氧气压力的附加和温度的上升而明确增长,氧气的资信度越高,压力越高,竞争性越大。各族油脂与高压氧气接触,就会发生猛烈的氧化反应而敏捷燃烧甚至爆炸。有鉴于此,氧气既是助燃气体,又可以促使某些易燃物质自燃。

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    1.2 氧气的爆裂和燃爆

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    1. 物理爆炸。电气化化学反应,也没有大幅升温现象。普通是在常温或比常温稍高的温度下,出于气压超过了受压容器或管道的让步极限乃至强度极限,造成压力容器或管道爆裂,如氧气钢瓶使用年限过久,腐蚀严重,瓶壁变薄,又没有检查,以致在充气时或充气后发生物理性超压爆炸。
    2. 化学爆炸。有化学反应,并产生高温、高压,霎时发生爆裂,如氢、氧混合装瓶,见火即爆。
    3. 氧气的燃爆。发生燃爆需要可燃物、复新剂和激励能源三要素同时存在。氧气和液氧都是很强的抛光剂,顶可燃物与氧混合并存在激发能源时,可能发生燃烧,但不一定爆炸。只有当氧与可燃气体均匀混合,面积分数在爆炸极限范围内时,赶上激发能源,才能引发爆炸。这也是燃烧条件和爆炸条件的专门差别。

    1.3 氧气管道发生爆裂的原由

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        氧气管道曾经发生过多队管道燃烧、爆炸的故事,并且多数是在调节阀门开启时。氧气管道材质为钢管,铁素身在有氧状态中一旦着火,伊燃烧热非常大,温度急剧上升,呈白热状态,光纤会把烧熔化。剖析他原因,必定要有突发性的激励能源,加之阀门内有油脂等可燃物质才能引起。激发能源包括机械能,如:碰上、摩擦、绝热压缩等;热能如高温气体、火焰等;电能如电火花、静电等。

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    氧气管道内的铁砂、尘烟、焊渣与管道内壁或阀门入口摩擦产生高温发生燃烧,和那些杂质的项目、难度及气体流速有关,铁粉易与氧气发生燃烧,且粒度越细,燃放越低,氧气流速越快,越易发生燃烧。 本文来自hot88竞技官网

    1.4 氧气阀门着火原因

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        氧气阀门发生燃烧事故的先决条件是着火源,如果没有着火源,氧气阀门是不会燃烧的。着火源中的明火,是导致氧气管道着火、爆炸的直接原因。引起明火的原由很多,如:球粒撞击、绝热压缩、摩擦、静电等。管道安装时,如果没有优秀的接地,气流与管壁摩擦产生静电,顶电位积聚到一定数值时,就可能产生电火花,引起管道内氧气燃烧。 情节来自junjinmaoyi.com

    1.5 氧气阀门操作存在的潜在创造性

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         顶氧气管道中生存低着火点300~400℃的可燃物质时,低着火点的现实在氧气中很快燃烧放出热量产生之温度可达800~900℃,而导致氧气阀门燃烧。氧气管道中的低着火点可燃物质一般主要是武器(Fe)和氧化铁(FeO)固体颗粒或粉末,一般说来为铁锈、焊渣等物质。顶阀门开、关操作较快时,管道内氧气流速带动固体颗粒与阀门入口或管壁产生撞击和摩擦,开、关阀门时间越短,即氧气流速愈大,摩擦产生之热量就会越高。这时氧气产生绝热压缩温升,辩论计算可达到300~500℃的温升,管道内的铁砂、焊渣等低着火点物质就会燃烧。因阀门快速打开,在阀门出口处氧气流速可能达到音速,形成6~7kV的核电,电位差达到2kV上述就会产生火花放电。

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        综合,矿工空分装置生产的氮气纯度为99.6%控制,管道内氧气输送压力高,阀门开、关时间短等是产生氧气流速过快之第一要素。 本文来自hot88竞技官网

    2 氧气流速对阀门材质选择的影响

        氧气管道中控制最高允许流速是根本的平安问题。下以某水煤浆气化技术氧碳比控制阀的手艺参数为例,表明在筹划规范下的高压氧气管道和二氧化碳控制阀的材料选择方案。 hot88竞技官网

        工艺参数条件:氧气管道外径为219MM,内径为202MM,正常运转工况下,借鉴温度为33℃,计划温度为65℃,阀前压力为表压8.48MPa,计划压力为表压9.90MPa,专业密度为1.43kg/M3,借鉴密度为119kg/M3,专业正常含量约为4.16×104M3/h,专业最大流量约为4.64×104M3/h。在该工艺操作条件下,历经计算,管道内氧气的例行流速和最大流速分别为4.33M/s和4.84M/s。穿过下面分析给出管道和控制阀的材料的取舍方案。

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    2.1 国家标准对管道内氧气介质流速的规定

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        在GB50030—2013《氧气站设计规范》外方规定的氮气管道内的最高时速要求见表1所列。 昆明普惠斯

    表面1 GB50030—2013氧气管道内的最高允许流速 昆明普惠斯

    GB50030―2013氧气管道内的最高允许流速

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        在GB16912—2008《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》外方对氧气管道采用不同材质时对应的车速也给出了定义,见表2所列。 junjinmaoyi.com

    表面2 GB16912—2008氧气管道中流速定义

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    GB16912―2008氧气管道中流速定义 本文来自hot88竞技官网

    注:1、不锈钢材质在非撞击场合,p>10MPa时,流速限制为8.0M/s;

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            2、高高的允许流速是指管系最低工作压力、高高的工作温度时的现实流速;

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           3、铜及铜合金(含铝铜合金除外)、镍及镍基合金,在不大于21.0MPa谱下,流速在压力降允许时没有限制; hot88竞技官网

         使流体流动方向突然改变或产生旋涡的职位,所以引起流体中颗粒对管壁的冲击,这样的职位称做撞击场合,否则称为非撞击场合。 junjinmaoyi.com

        对于流速的概念,户均参考了非洲邮电气体协会(EIGA)Oxygen Pipeline Systems专业中的流速定义。其次表面1,表面2可以看到,氧气管道压力p为10MPa控制,流速超过4.5M/s时,管道材质应优先征用镍基合金INconel或铜基合金Monel材质。 copyright junjinmaoyi.com

    2.2 国际规范对氧气场合材质和流速的规定

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        在氧气介质选择管道材质时,根据不同金属的服务性,对氧气的车速会有稳定的限制要求。铝合金材质在管道的计划压力下能够阻燃,则此时不需要考虑流速限制。EIGA在Oxygen Pipeline Systems专业中提出了豁免压力,即在氧气场合为金属可免除考虑流速限制的最小压力。其次2002—2012年10A期间该规范就铜基合金Monel材质和镍基合金Inconel材质的豁免压力和金属管壁厚度有了较大修订。 昆明普惠斯

        2002年IGC Doc13/02/E Oxygen Pipeline Systems外方,对不同材质的金属豁免压力和最小厚度给出了规定,见表3所列。而在2012年IGCDoc13/12/E Oxygen Pipeline and Piping Systems升版规范中,Inconel 600和Inconel625的豁免压力正好相反,同时对金属管壁厚度也做了补充规定,见表4所列。

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    表面3 IGC Doc13/02/E五金豁免压力和最小厚度要求 情节来自junjinmaoyi.com

    IGC Doc13/02/E五金豁免压力和最小厚度要求 本文来自hot88竞技官网

    表面4 IGC Doc13/12/E五金豁免压力和最小厚度要求 copyright junjinmaoyi.com

    IGC Doc13/12/E五金豁免压力和最小厚度要求 昆明普惠斯

        其次表面3,表面4外方得以看到,Monel400和Monel500的豁免压力在不大于20.68MPa时,氧气流速在压力降允许时没有限制;而Inconel 600的豁免压力在不大于8.61MPa和Incomel 625的豁免压力在不大于6.90MPa时,氧气流速在压力降允许时没有限制。

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    2.3 氧气控制阀材质选用的规定

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        氧气控制阀在开辟和关闭时,氧气流动方向突然发生了变动,并会产生旋涡,所以导致氧气中夹带的颗粒对阀芯产生撞击,所以必须考虑阀芯材质的冲击流速。在GB16912—2008外方给出了在不同工作压力下氧气阀门材料选用规定,见表5所列。

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    表面5 GB16912—2008氧气阀门材料选用规定 hot88竞技官网

    GB16912―2008氧气阀门材料选用规定 hot88竞技官网

       注:1、干活压力为0.1MPa上述的压力或流量调节阀的素材,应运用不锈钢或铜基合金或以上两种组成;

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               2、阀门的全封闭填料,应运用聚四氟乙烯或投机性石墨材料。

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          综合,在水煤浆无技术工程计划中,根据设计规范,如果氧气介质设计温度较低,计划压力较高,流速较快等,构成表1,表面2,表面4,氧气管道材质可选用镍基合金或铜基合金;构成表5,氧气控制阀阀体材质可选用镍基合金或铜基合金,阀芯材质可选用镍基合金Inconel 625或铜基合金Monel 500,即阀体材质和阀芯材质均为阻燃合金,这时氧气介质与阀芯在撞击时是没有流速限制的,即使氧气中有夹带颗粒也不会产生火花,所以避免了氧气管道介质压力高流速而产生之平安隐患。 本文来自hot88竞技官网

    3 氧气控制阀锻造阀体和铸造阀体的取舍及制造检验要求

    3.1 氧气控制阀锻造阀体和铸造阀体的取舍 hot88竞技官网

        在ASME B16.34-2013 Valves-flanged,Threaded,and Welding End外方,送出了阀体选用铜基合金和镍基合金的素材组别: copyright junjinmaoyi.com

    1. 铜基合金材料组别Material Group3.4,锻造Forgings Spec.No.B564,等级Grade N04400,即Monel 400,没有铸造定义。
    2. 镍基合金材料组别Material Group3.8,锻造Forgings Spec.No.B564,等级Grade N06625,即Inconel 625,没有铸造定义。
    3. 对于N05500铜基合金Monel 500,在Group 3 Materials外方无论锻造或铸造均未定义。
    4. 在GB16912—2008专业8.5.1条目中,送出了氧气阀门材质在p>10MPa时,同意利用铜基合金、镍基合金,没有切实可行给出黄铜基合金和镍基合金的切实可行材料组别。

        根据ASME B16.34—2013锻造阀体和铸造阀体材料规定可以看到,针对铜基合金和镍基合金材料,对锻造的素材等级有规定,而对铸造材料等级几乎没有定义,日本DIN专业对特别合金材料锻造和铸造都有规定。所以,顶需要铜基合金或镍基合金材料做为阀体材质时,优先推荐采用锻造阀体。 昆明普惠斯

    3.2 对氧气阀门的制作检验要求的提议

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        由于氧气控制阀(特别是高压操作条件)的第一,根据ASME B16.34—2013和过去水利经验,在氧气控制阀采购时,对阀门的制作检验要求提出如下建议:

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    1. 使用锻件加工阀体时。法兰和阀体整体锻造,禁止法兰与阀体焊接,同时锻件阀体必须逐台进行100%超声波(UT)检查和100%液态渗透(PT)检查,检查和验收按照ASME B16.34—2013专业进行,并逐台提供检验报告。
    2. 使用铸造加工阀体时。法兰和阀体整体铸造,铸造阀体应逐台100%开展射线检查,检查方法和质量评定按照ASME B16.34—2013专业进行。检查结果应符合:空洞(A)不小于2除,夹砂(B)不小于2除,缩孔(CA,CB,CC,CD)不小于2除,热裂纹和冷裂纹(D,E)电气化,夹杂、麻孔(F,G)电气化,同时逐台提供检验报告。

    4 氧气控制阀阀体和阀芯材质匹配的引进

        一般说来,矿工中的空分装置输送到煤气化装置的常态氧气温度接近常温,而在临近气化炉炉头安装的控制阀,在故障情况下气化炉回火会导致专业化炉炉头氧气管道局部高温的情景,计划温度约455℃。在该部位,对于氧气控制阀阀体和阀芯材质匹配,必须考虑在该温度下所能负担的压力以及所选材质在高温下可能产生之点膨胀系数的影响。铜基合金和镍基合金材质在不同温度下的平均线膨胀系数见表6所列。

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    表面6 铜基合金和镍基合金材质平均线膨胀系数    1/℃

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    铜基合金和镍基合金材质平均线膨胀系数 情节来自junjinmaoyi.com

        顶阀体和阀芯选用不同界别的有色金属材质时,尤其是在出现高温场合,应特别注意材质的点膨胀系数的匹配。根据表6中的铜基合金和镍基合金材质线膨胀系数对比,100℃与500℃五金的点膨胀系数变化还是比较大的,所以在现代化炉炉头部位的控制阀,提议选用的阀芯材质的点膨胀系数比阀体的点膨胀系数小,以免发生在高温情况下阀芯与阀体抱死的状况。 junjinmaoyi.com

        根据上述资料及以往水利项目采取经验的积蓄,对氧气阀门材料的适用,最先应考虑安全性,下是力度、经济性。铝合金材质做为阀体和阀芯时,在氧气场合不同工况下,优先推荐以下控制阀阀体和阀芯的材料组合,阀体材质建议与管道材质一致。

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    1. 根据表2和外部5,p<10MPa或流速小于4.5M/s时,使用316SS阀体加Inconel 625阀芯。
    2. 根据表4~6,p<6.90MPa时,使用Inconel 600阀体加Inconel 625阀芯;或使用Monel 400阀体加Inconel 625阀芯;p<8.61MPa时,使用Monel 400阀体加Inconel 600阀芯;p<20.68MPa时,使用Monel 400阀体加Monel 500阀芯。

        不锈钢不会生锈,铜基合金、镍基合金在氧气摩擦冲击时不帮火,阻燃性好,竞争性高。

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    5 氧气阀门在水利计划及利用中注意事项

    氧气控制阀在施工、运作及保护时,还需注意以下几地方:

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    1. 施工、维修后的氮气管道,在输送氧气前,应确认氧气过滤器内清洁无杂物,氧气过滤器应定期清洗。
    2. 氧气管道在设置、检修后或长期停用后再投入运用前,应将管内残留的水分、铁屑、杂物等用产业化油干燥空气或氮气吹扫干净,直至无铁屑、尘埃及其它杂物为止,吹扫速度应不小于20M/s,且不低于氧气管道设计流速,禁止用氧气吹扫管道。
    3. 为期检查氧气阀门法兰连接处是否有漏气。
    4. 氧气管道及阀门需进行脱油脱脂处理。
    5. 生产操作人员要求定期安全培训。

    氧气控制阀在筹划中需注意以下几个地方:

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    1. 计划中氧气场合严禁动用闸阀。
    2. 氧气控制阀应运用金属硬密封型式,阀门泄漏等级要求ANSI V除以上。
    3. 阀门、阀杆材质,石材材质等可根据规定实行。
    4. 氧气调节阀组应设置独立阀室或防火墙,手动阀杆宜伸出防火墙外操作。若不单独设置阀室防火墙时,氧气调节阀前后8倍调节阀管道公称直径范围内,应运用铜基合金Monel或镍基合金Inconel材质的管道。
    5. 氧气压力p>1.0MPa且公称直径D≥150MM谱的阀门,宜采用气动控制阀,开展远距离操作,避免事故伤人。
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