Что касается положений «Правил по безопасной эксплуатации воздухоразделительных установок», то следует подчеркнуть безопасную эксплуатацию кислородных клапанов и принять меры безопасности во избежание взрывов вследствие превышения скорости потока и других причин. В этой статье рассказывается о важности углехимических проектов при выборе материалов кислородных регулирующих клапанов. Посредством анализа скорости потока кислородной среды, мер безопасности по выбору материала корпуса кислородного регулирующего клапана и трима клапана, а также решения проблемы взрыва, вызванного чрезмерной скоростью потока в источнике, и требований к заводская проверка кислородного регулирующего клапана, чтобы убедиться, что все материалы кислородных клапанов соответствуют состоянию.
1. Анализ причин чрезмерно быстрого расхода среды в кислородных клапанах и трубопроводе.
Одной из причин, вызывающих взрыв устройства, является слишком высокая скорость потока, а причина чрезмерной скорости потока имеет следующие причины.
1.1 Характеристики кислорода
Кислород сам по себе не может гореть, но представляет собой очень активный газ, поддерживающий горение, обладающий химическими свойствами и являющийся сильным окислителем. Кислород соединяется с другими веществами с образованием оксидов. Реакция окисления идет постоянно. Легко взорваться при смешивании с горючими газами, такими как водород, ацетилен, метан, угольный газ и природный газ в определенной пропорции. Способность его химической реакции значительно возрастает с увеличением давления кислорода и температуры. Чем выше чистота кислорода, тем выше давление и тем выше риск. Когда все виды смазки вступают в контакт с кислородом под высоким давлением, происходит бурная реакция окисления, которая приводит к быстрому горению или даже взрыву. Таким образом, кислород является не только газом, поддерживающим горение, но также может способствовать самовозгоранию некоторых легковоспламеняющихся веществ.
1.2 Взрыв кислорода
а. Физический взрыв.
Химической реакции нет, и существенного повышения температуры нет. Обычно при нормальной температуре сосуд под давлением или трубопровод разрывается, потому что давление воздуха превышает предел текучести и даже предел прочности. Если кислородный баллон использовался в течение длительного времени, коррозия серьезная, стенки баллона становятся тонкими и не проверялись, поэтому во время или после надувания происходит физический взрыв избыточного давления.
б. Химический взрыв.
Происходит химическая реакция, высокая температура и высокое давление, и мгновенный взрыв. Если водород и кислород смешать в бутылке, она взорвется при воздействии огня.
в. Взрыв кислорода.
Для взрыва должны одновременно присутствовать горючие материалы, окислители и энергия возбуждения. И кислород, и жидкий кислород являются сильными окислителями. При смешивании горючих веществ с кислородом и наличии источника энергии возбуждения возможно возгорание, но взрыв невозможен. Только когда кислород и горючий газ равномерно смешаны и объемная доля находится в пределах взрыва, взрыв может быть вызван при столкновении с энергией возбуждения. Это также единственное отличие условий горения от условий взрыва.
1.3 Причины взрыва кислородного трубопровода
Слишком много аварий с возгоранием и взрывом в кислородном трубопроводе произошло, и большинство из них произошло при открытии регулирующих клапанов. Кислородный трубопровод изготовлен из стального материала, когда феррит загорается в аэробном состоянии, температура резко возрастает, и стальная труба сгорает и плавится. При анализе причины следует отметить, что она должна быть вызвана внезапной энергией возбуждения, а в клапане должны быть горючие вещества, такие как смазка. Энергия возбуждения включает в себя механическую энергию, такую как удар, трение, адиабатическое сжатие и т. д.; тепловая энергия, такая как высокотемпературный газ, пламя и т. д.; электрическая энергия, такая как электрическая искра, статическое электричество и т. д.
Ржавчина, пыль, сварочный шлак в кислородном трубопроводе или трение на входе в клапан вызывают высокую температуру и горение, что зависит от типа, размера частиц и скорости потока газа этих примесей. Железный порошок легко горит кислородом, и чем мельче размер частиц, тем ниже температура воспламенения. Чем выше скорость потока кислорода, тем больше вероятность его возгорания.
1.4 Причины возгорания кислородных клапанов
Необходимым условием возгорания кислородного клапана является источник воспламенения. Если нет источника воспламенения, кислородный клапан не сгорит. Пламя в источнике возгорания является непосредственной причиной возгорания и взрыва кислородного трубопровода. Существует множество причин возникновения пламени, таких как удар частиц, адиабатическое сжатие, трение, статическое электричество и т. д. При установке трубопровода, если нет достаточного заземления, поток воздуха будет тереться о стенки трубы, создавая статическое электричество. Когда потенциал накапливается до определенного значения, могут возникнуть электрические искры, вызывающие возгорание кислорода в трубопроводе.
1.5 Потенциальные опасности при эксплуатации кислородного клапана
При наличии в кислородном трубопроводе горючих веществ с низкой температурой воспламенения 300-400°С легковоспламеняющееся вещество может быстро сгорать в кислороде и выделять тепло при температуре 800-900°С, что вызывает закрытие кислородного клапана. сжечь. Горючими веществами с низкой температурой воспламенения в кислородных трубопроводах обычно являются твердые частицы или порошки железа (Fe) и оксида железа (FeO), обычно ржавчина, сварочный шлак и другие вещества. Когда клапан быстро открывается и закрывается, скорость потока кислорода в трубопроводе заставляет твердые частицы сталкиваться и треться о входное отверстие клапана или стенку трубы. Чем короче время открытия и закрытия клапана, тем больше скорость потока кислорода, тем выше тепло, выделяемое при трении. В это время кислород вызывает повышение температуры адиабатического сжатия, и теоретические расчеты могут достигать повышения температуры от 300 до 500 ℃, а материалы с низкой температурой воспламенения, такие как ржавчина и сварочный шлак в трубопроводе, будут гореть. Из-за быстрого открытия клапана скорость потока кислорода на выходе из клапана может достигать скорости звука, образуя статическое электричество напряжением 6-7 кВ, а искровой разряд произойдет, когда разность потенциалов достигнет 2 кВ и более.
Таким образом, чистота кислорода, производимого углехимической установкой разделения воздуха, составляет около 99.6%, высокое давление подачи кислорода в трубопроводе, а также короткое время открытия и закрытия клапана являются основными факторами, которые приводят к чрезмерно высокой скорости потока кислорода.
2. Влияние скорости потока кислорода на выбор материала клапана.
Контроль максимально допустимой скорости потока в кислородном трубопроводе является важнейшим вопросом безопасности. Ниже приведены технологические параметры клапана регулирования соотношения кислород-углерод технологии газификации угольно-водной суспензии в качестве примера, иллюстрирующего схему выбора материала кислородного трубопровода высокого давления и регулирующего клапана кислорода в расчетных условиях.
Условия технологических параметров: наружный диаметр кислородопровода 219 мм, внутренний диаметр 202 мм, при нормальных условиях эксплуатации рабочая температура 33°С, расчетная температура 65°С, давление на входе клапана 8.48 МПа. G, расчетное давление — 9.90 МПа G. Стандартная плотность — 1.43 кг/м3, рабочая плотность — 119 кг/м3, стандартный нормальный расход — около 4.16×104 м3/ч, стандартный максимальный расход — около 4.64. ×104м3/ч. После расчета нормальная скорость потока и максимальная скорость потока кислорода в трубопроводе составляют 4.33 м/с и 4.84 м/с. Согласно следующему листу выбираем материал трубопровода и регулирующего клапана.
2.1 Национальные стандарты Китая по скорости потока кислородной среды в трубопроводе
Таблица 1. Максимально допустимая скорость потока в спецификации стандартного кислородного трубопровода GB50030–2013.
| Расчетное давление, p/МПа | Материал трубопровода | Максимально допустимая скорость потока v/(м•с-1) |
| 3.0 | Нержавеющая сталь | 4.5 |
| 10.0 | Нержавеющая стальСплав на основе меди | 4.56.0 |
В GB16912-2008 «Технический регламент безопасности при производстве кислорода и родственных газов методом глубокой заморозки» также определена соответствующая скорость потока, когда кислородный трубопровод изготовлен из различных материалов, как указано в Таблице 2.
Таблица 2 Определение скорости потока в кислородном трубопроводе GB16912—2008
| Рабочее давление, п/МПа | ||||||
| Материалы | P≤0.1 | 0.1 | 1.0 | 3.0 | 10.0 | р≥15.0 |
| Углеродистая сталь | Определяется в зависимости от падения давления в системе трубопроводов. | 20m / s | 15m / s | Недопустимо | Недопустимо | Недопустимо |
| Аустенитная нержавеющая сталь | Определяется в зависимости от падения давления в системе трубопроводов. | 30m / s | 25m / s | pv≤45МПа•м/с (при ударе)pv≤80МПа•м/с (при отсутствии удара) | 4.5 м/с (при ударе) 8.0 м/с (при отсутствии удара) | 4.5m / s |
Примечание:
- В ситуации отсутствия удара из нержавеющей стали, когда p>10 МПа, скорость потока ограничивается 8.0 М/с;
- Максимально допустимые данные относятся к фактической скорости потока при наименьшем мин. давление и макс. рабочая температура трубопроводной системы;
- Медь и медные сплавы (кроме медных сплавов, содержащих алюминий), никель и сплавы на его основе, при условии не более 21.0 МПа, скорость потока не ограничивается, если допускается перепад давления.
Положение, в котором направление потока жидкости внезапно меняется или создается вихрь, который приводит к столкновению частиц жидкости со стенкой трубы. Такое положение называется событием воздействия, иначе — событием без воздействия.
Определение скорости потока см. Европейская ассоциация промышленных газов (EIGA) Спецификация систем кислородных трубопроводов. Из Таблицы 1 и Таблицы 2 видно, что при давлении кислорода в трубопроводе p около 10 МПа и скорости потока более 4.5 м/с материал трубопровода предпочтительно должен быть изготовлен из сплава на основе никеля Инконель или сплава на основе меди Монель. .
2.2 Международные стандарты по материалу и скорости потока, состоянию кислорода
При выборе материала труб для кислородной среды будут определенные ограничения на скорость потока кислорода в зависимости от горючести различных металлов. Материал сплава может быть огнестойким при расчетном давлении трубопровода, поэтому в настоящее время нет необходимости учитывать ограничение скорости потока. EIGA предложила освобожденное давление в спецификации кислородных трубопроводных систем, что означает минимальное давление, которое можно исключить из рассмотрения предела скорости потока металла в случае кислорода. В течение 10 лет, с 2002 по 2012 год, в спецификации были внесены существенные изменения в освобожденное давление для материала сплава Монель на основе меди и материала Инконель из сплава на основе никеля, а также толщину стенок металлических труб.
В 2002 году документ IGC Doc13/02/E для кислородных трубопроводных систем определил недопустимое давление и минимальную толщину металлов из различных материалов, как указано в таблице 3. В спецификации модернизации кислородных трубопроводов и трубопроводных систем IGCDoc2012/13/E 12 года освобожденные давления Инконель 600 и Инконель 625 прямо противоположны, а толщина стенки металлической трубы также дополняется, как указано в Таблице 4.
Таблица 3 IGC Doc13/02/E: Давление, исключающее металл, и требования к минимальной толщине.
| Материал из легированной стали | Мин. Толщина стенки/мм | Давление освобождения/МПа |
| Инконель 600 | Не указан | 6.9 |
| Инконель 625 | 3.18 | 8.7 |
| Инконель 400 | Не указан | 21 |
| Инконель 500 | Не указан | 21 |
| 304/304L, 316/316L, 321, 347 | 3.18 | 1.4 |
| 304/304L, 316/316L, 321, 347 | 6.35 | 2.0 |
Таблица 4 IGC Doc13/12/E: Давление без металла и требования к минимальной толщине
| Материал из легированной стали | Мин. Толщина стенки/мм | Давление освобождения/МПа |
| Инконель 600 | 3.180 | 8.61 |
| Инконель 625 | 3.180 | 6.90 |
| Инконель 400 | 0.762 | 20.68 |
| Инконель 500 | 0.762 | 20.68 |
| 304/304L, 316/316L, 321, 347 | 3.180 | 1.38 |
| 304/304L, 316/316L, 321, 347 | 6.350 | 2.58 |
Из Таблицы 3 и Таблицы 4 мы знаем, что когда свободное давление Monel400 и Monel500 не превышает 20.68 МПа, скорость потока кислорода не ограничивается, когда допускается падение давления; в то время как освобожденное давление Inconel 600 не превышает 8.61 МПа и освобождение Inconel 625. Когда давление не превышает 6.90 МПа, скорость потока кислорода не ограничивается, когда допускается падение давления.
2.3 Правила выбора материалов для кислородные регулирующие клапаны
Когда кислородный регулирующий клапан открывается и закрывается, направление потока кислорода внезапно меняется, и образуется вихрь, который заставляет частицы, увлеченные кислородом, ударяться о плунжер клапана. Поэтому мы должны учитывать материал плунжера клапана с точки зрения воздействия на скорость потока. В стандарте GB16912-2008 разное давление соответствует разному материалу клапана, см. Таблицу 5.
Таблица 5. Выбор материала кислородного клапана GB16912—2008.
| Рабочее давление, п/МПа | Материалы |
| р≤0.6 | Корпус клапана и крышка изготовлены из кованой стали, ковкого чугуна или литой стали. Для штока используйте нержавеющую сталь. Используйте вилку из нержавеющей стали. |
| 0.6 | Используйте нержавеющую сталь, сталь из медного сплава или сталь из монеля, сталь из инконеля. |
| р>10 | Используйте сталь на основе меди, Ni или сталь на основе Ni. |
Примечание:
- Материал клапана регулирования давления или расхода, рабочее давление которого превышает 0.1 МПа, должен быть из нержавеющей стали или сплава на основе меди или комбинации двух вышеуказанных материалов.
- Уплотнительный и набивочный материал клапана должен быть изготовлен из политетрафторэтилена или гибкого графита.
Таким образом, при проектировании технологии газификации угольной воды в соответствии с проектными условиями, если расчетная температура кислородной среды ниже, расчетное давление выше, скорость потока выше и т. д., согласно таблице 1. , Таблица 2, Таблица 4, материал кислородного трубопровода может быть выбран из сплава на основе никеля или сплава на основе меди; Согласно Таблице 5, корпус кислородного регулирующего клапана может быть изготовлен из сплава на основе никеля или сплава на основе меди, а материал плунжера клапана может использовать сплав на основе никеля Inconel 625 или сплав на основе меди Monel 500, это означает материал корпуса и клапана. Материалом пробки являются огнестойкие сплавы. В это время не существует ограничения скорости потока, когда кислородная среда сталкивается с плунжером клапана. Даже если в кислороде есть захваченные частицы, искр не возникнет, и следует избегать давления кислорода и высокой скорости потока, представляющих потенциальную угрозу безопасности.
3. Выбор кованого корпуса клапана и литого корпуса кислородного регулирующего клапана и требования к производственному контролю.
3.1 Выбор кованого корпуса клапана и литого корпуса клапана для кислородного регулирующего клапана
В стандарте ASME B16.34-2013 Клапаны с фланцевыми, резьбовыми и приварными концами группы материалов из сплава на основе меди и сплава на основе никеля для корпуса клапана:
а. Группа материалов сплавов на основе меди 3.4, Спецификация поковок. № B564, марка N04400, а именно Монель 400, не имеет определения отливки.
б. Группа материалов сплава на основе никеля Группа материалов 3.8, Поковки № спецификации B564, марка N06625, а именно Инконель 625, не имеет определения литья.
в. Для сплава Монель 05500 на основе меди N500 ни ковка, ни литье не определены в группе 3 «Материалы».
д. В пункте 8.5.1 спецификации GB16912-2008, когда материал кислородного клапана находится под давлением p>10 МПа, допускается использование сплавов на основе меди и сплавов на основе никеля. но не указаны группы материалов сплавов на основе меди и сплавов на основе никеля.
В соответствии со стандартом ASME B16.34-2013, правила материалов кованого корпуса клапана и литого корпуса клапана, для материалов сплавов на основе меди и сплавов на основе никеля существуют правила для марок ковочных материалов, но почти нет определения марок литейных материалов. Немецкий стандарт DIN содержит правила ковки и литья из специальных сплавов. Поэтому, когда в качестве материала корпуса клапана требуется сплав на основе меди или сплав на основе никеля, предпочтительным является кованый корпус клапана.
3.2 Рекомендации по требованиям к производственному контролю кислородных клапанов
Из-за важности кислородных регулирующих клапанов (особенно в условиях эксплуатации при высоком давлении), в соответствии с ASME B16.34-2013 и предыдущим инженерным опытом, при покупке кислородных регулирующих клапанов мы предлагаем учитывать следующие требования к проверке производства клапанов:
а. Использование ковочного материала для обработки корпуса клапана.
Фланец и корпус клапана должны быть откованы как единое целое. Категорически запрещается приваривать фланец к корпусу. Между тем, Кованый корпус клапана должен быть подвергнут 100% ультразвуковому (UT) контролю и 100% контролю проникновения жидкости (PT).. Проверка и приемка соответствуют стандарту ASME B16.34-2013, отчеты о проверке предоставляются один за другим.
б. Использование литьевого материала для обработки корпуса клапана.
Фланец и корпус клапана должны быть отлиты как единое целое, а литой корпус должен быть на 100% подвергнут радиографическому контролю. Метод проверки и оценка качества должны соответствовать стандарту ASME B16.34-2013. Результаты контроля должны соответствовать: порам (А) не ниже уровня 2, песчаным включениям (Б) не ниже уровня 2, усадочным полостям (СА, СВ, СС, CD) не ниже уровня 2, негорячим трещинам и холодные трещины (D, E), отсутствие включений и питтинга (F, G), а также отчеты о проверке предоставляются один за другим.
4. Рекомендации по подбору материала корпуса и заглушки кислородного регулирующего клапана
Как правило, температура газообразного кислорода, подаваемого из установки разделения воздуха в углехимической промышленности в установку газификации угля, близка к нормальной температуре, а регулирующий клапан, установленный рядом с головкой печи газификатора, вызывает закалку головки печи газификатора. событие неудачи. Локальное явление высокой температуры в кислородном трубопроводе, расчетная температура составляет около 455 ℃. В этой части для подбора материала корпуса кислородного регулирующего клапана и сердечника клапана необходимо учитывать давление, которое может выдержать эту температуру, и влияние коэффициента линейного расширения выбранного материала при высоких температурах. Средние коэффициенты линейного расширения сплавов на основе меди и сплавов на основе никеля при различных температурах приведены в таблице 6.
Таблица 6. Средний коэффициент линейного расширения сплава на основе меди и сплава на основе никеля 1/℃
| Температура / ℃ | Монель 500 | Монель 400 | Инконель 600 | Инконель 625 |
| 100 | 1.37 х 10-5 | 1.42 х 10-5 | 1.33 х 10-5 | 1.28 х 10-5(93 ℃) |
| 300 | 1.49 х 10-5 | 1.57 х 10-5 | 1.42 х 10-5 | 1.33 х 10-5(316 ℃) |
| 500 | 1.57 х 10-5 | 1.63 х 10-5 | 1.49 х 10-5 | 1.40 х 10-5(538 ℃) |
| 700 | 1.67 х 10-5 | 1.70 х 10-5 | 1.58 х 10-5 | 1.53 х 10-5(760 ℃) |
| 900 | – | 1.77 х 10-5 | 1.64 х 10-5 | 1.62 х 10-5(927 ℃) |
Когда корпус клапана и плунжер клапана выбираются из разных групп сплавов, особенно в условиях высоких температур, необходимо обратить внимание на соответствие коэффициента линейного расширения материала. По данным сравнения коэффициентов линейного расширения сплавов на основе меди и сплавов на основе никеля в таблице 6, коэффициенты линейного расширения металлов при 100°С и 500°С сильно изменяются. Поэтому для работы кислородного регулирующего клапана на горелке газификатора мы рекомендуем использовать коэффициент линейного расширения материала плунжера клапана, который меньше коэффициента линейного расширения корпуса клапана, чтобы избежать застревания плунжера клапана с корпусом клапана под высокотемпературные условия.
Основываясь на приведенной выше информации и богатом опыте инженерных проектов, при выборе материалов для кислородных клапанов в первую очередь следует учитывать безопасность, а затем прочность и экономичность. Рекомендуется, чтобы материал корпуса клапана был таким же, как и материал трубы.
● Согласно Таблицам 2 и Таблице 5, если p<10 МПа или скорость потока менее 4.5 М/с, используйте корпус клапана из нержавеющей стали 316 и плунжер клапана из Inconel 625.
● Согласно Таблице 4-6, при p<6.90 МПа используйте корпус клапана из Inconel 600 и плунжер клапана из Inconel 625; или используйте корпус клапана из монеля 400 и плунжер клапана из инконеля 625; при p<8.61 МПа используйте корпус клапана из монеля 400 и плунжер клапана из инконеля 600; при p<20.68 МПа используйте корпус клапана Monel 400 и плунжер клапана Monel 500.
Нержавеющая сталь нелегко ржавеет, сплавы на основе меди и сплавы на основе никеля не воспламеняются при воздействии трения кислорода, обладают хорошей огнестойкостью и высокой безопасностью.
5. Внимание при проектировании и применении кислородного клапана.
Во время строительства, эксплуатации и технического обслуживания кислородного регулирующего клапана следует уделять больше внимания следующим аспектам:
а. Кислородный трубопровод после строительства и обслуживания должен быть чистым и свободным от мусора перед передачей кислорода, а кислородный фильтр следует регулярно чистить.
б. После того, как кислородный трубопровод установлен, отремонтирован или введен в эксплуатацию после длительного простоя, оставшуюся влагу, железные опилки и мусор в трубе следует продуть обезжиренным сухим воздухом или продуть азотом до тех пор, пока не исчезнет железные опилки, пыль и другие загрязнения. Скорость продувки должна быть не менее 20 м/с и расчетная скорость потока кислорода в трубопроводе. Категорически запрещается использовать кислород для продувки трубопровода..
в. Регулярно проверяйте герметичность фланцевого соединения кислородного клапана.
д. Кислородные трубопроводы и клапаны должны быть обезжирены и обезжирены.
е. Операторы производства должны регулярно проходить обучение по технике безопасности.
При проектировании кислородного регулирующего клапана следует обратить внимание на следующие аспекты:
- Категорически запрещается использовать задвижки при проектировании кислородных поводов.
- Кислородный регулирующий клапан должен иметь седло металл по металлу, а класс утечки клапана должен быть выше уровня ANSI V.
- Корпус клапана, шток, упаковочный материал и т. д. могут быть реализованы в соответствии с правилами.
- Группа кислородных регулирующих клапанов должна быть оборудована независимой камерой клапана или противопожарной перегородкой, а шток ручного клапана должен быть выдвинут за пределы противопожарной перегородки для работы. Если противопожарная перегородка клапанной камеры не установлена отдельно, следует использовать трубы из сплава монель на основе меди или сплава инконель на основе никеля в диапазоне, в 8 раз превышающем номинальный диаметр трубы регулирующего клапана до и после регулирующего клапана кислорода.
- При давлении кислорода p>1.0 МПа и номинальном диаметре D≥150 мм необходимо использовать пневматические регулирующие клапаны для дистанционного управления во избежание несчастных случаев.
Свяжитесь с нами
Если у вас есть какие-либо вопросы о кислородных клапанах, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к торговым представителям, чтобы помочь вам.
