高壓氧氣管道的燃燒事故及防止措施

高壓氧氣管道的燃燒事故原因

高壓氧氣管道一般都采用鋼管。但是在閥門的操作過程中，屢次發(fā)生過管道本身的燃燒引起高壓氧氣噴出的事故。還有在高壓氧氣瓶充裝工廠中見到的高壓氧氣管道的燃燒弓[起的噴出事故，瓶閥飛出傷人等等。因案例較多，在此不再一一列舉，事故案例可參見《深冷技術(shù)》。這種事故不是單純的氣體噴出事故，而是輸送高壓氧氣的鋼管或閥門，由于在里面的高壓氧介質(zhì)中被點(diǎn)火燃燒，使管壁穿孑L，噴出高壓氣體的事故。其直接原因是基于鐵和氧之間的化學(xué)反應(yīng)，是一種金屬火災(zāi)。

在氧氣中鐵的燃燒反應(yīng)

在氧氣介質(zhì)中，如果要燃燒金屬，先把金屬加熱到一定燃點(diǎn)溫度以上。在常壓氧氣下，不銹鋼的燃點(diǎn)為1380~C，鋼的燃點(diǎn)為1290℃，約10g的鐵塊燃點(diǎn)卻降到930℃，約200目的鐵粉為315℃。不管這樣，在常壓下氧氣中的鐵的燃點(diǎn)呈粉狀時(shí)比較低，呈塊狀時(shí)燃點(diǎn)高，即鐵粉顆粒越細(xì)，燃點(diǎn)溫度越低。如果把氧氣壓力提高到3MPa時(shí)，氧氣中的燃點(diǎn)約為842℃。所以在壓力氧的條件下，燃點(diǎn)溫度還要降低幾十度乃至100℃左右。

鐵在氧氣中一旦被燃起來，它的燃燒熱是非常大的。因此急劇升高溫度呈現(xiàn)灼熱狀態(tài)，能生成氧化鐵在熔化后被氣流沖擊。在連續(xù)不斷地供給氧氣的條件下，可使燃燒持續(xù)下去。氧和鐵的化學(xué)反應(yīng)及其燃燒熱可由下式表示

Fe+

(3／4)02→(1/2)Fe2O3+408.3kJ/mal

每克鐵的發(fā)熱量為：

408．3／55．85=7.31kJ／g

燃燒每克鐵所需氧氣

(3/4)×22.4/55.85=0.3L/G

即在常溫常壓下燃燒每克鐵時(shí)所需氧氣量大約300mL。因此，鐵如果繼續(xù)燃燒時(shí)，需要的氧氣比鐵的體積多2360倍。由于這個(gè)原因，在氧氣管上發(fā)生燃燒事故時(shí)，管路的燃燒方向是向著提供氧氣的方向燒去。也就是向著與氧氣流相反的方向傳播。因此只要關(guān)閉管路的閥門，切斷氧氣的供應(yīng)，就很容易消滅鐵的燃燒。

氧氣管路的點(diǎn)火原理

氧氣管路自行燃燒，首先把管壁至少加熱到塊狀燃點(diǎn)溫度800~900℃以上。其次是否有可能把氧氣管路加熱到這樣高的燃點(diǎn)溫度。

1．氧氣流中銹垢的摩擦

氧氣在管道中高速流動(dòng)，銹垢顆粒也隨著一起流動(dòng)，與管壁摩擦后產(chǎn)生熱量。由于銹垢顆粒質(zhì)量小，致使熱量也很小。但管壁是無窮大，因此管壁的摩擦熱量很快消失，故在管壁本身的溫度上升并不明顯。由于這個(gè)原因可認(rèn)定管壁不可能被加熱到燃點(diǎn)以上的溫度。