Применение кислорода | ЭФ-СИ-ЭС Автоматика

Применение кислорода

7 декабря 2021

В производственных применениях кислорода отведено важное значение правильному выбору компонентов

Ассортимент устройствдля работы с кислородом от Bürkert

У концерна Bürkert широкий ассортимент электромагнитных, пропорциональных и технологических клапанов, применимых для работы с кислородом. Для процессов с использованием кислорода в качестве среды Bürkert рекомендует следующие продукты:

Соленоидные клапаны

5282
2/2-ходовой клапан для слабозагрязненных потоков
6014
3/2-ходовой электромагнитный клапан прямого действия для использования с нейтральными газами
6027
2/2-ходовой плунжерный клапан прямого действия
6240
2/2-ходовой нормально закрытый сервоуправляемый электромагнитный клапан с жесткой сцепкой.
6281
2/2-ходовой сервоуправляемый электромагнитный клапан с сервомембраной, нормально закрытый / нормально открытый.
7011
2/2-ходовой плунжерный клапан прямого действия
7012
Плунжерный 3/2-ходовой клапан прямого действия

Пропорциональные клапаны

2871
Пропорциональный (регулирующий) 2/2-ходовой электромагнитный клапан, с диапазоном регулирования 1:200
2873
2/2-ходовой пропорциональный (регулирующий) электромагнитный клапан прямого действия
2875
2/2-ходовой пропорциональный (регулирующий) электромагнитный клапан прямого действия (стандартная комплектация)

Клапаны технические

2000
2/2-ходовой наклонно-корпусной пневмоуправляемый клапан для жидкостей, пара и газов
2031
2/2-ходовой клапаны с изолирующей мембраной

Далее рассмотрим, почему для работы с кислородом необходимы специальные решения.

Что такое кислород на самом деле?

Кислород представляет собой газ без цвета, запаха и вкуса в атмосферных условиях (T = 18 °C, p = 760 мм рт. ст.). Его доля в атмосфере составляет 21% объема.

При определенных условиях кислород легко вступает в реакцию с большинством элементов и образует соответствующие оксиды. Такая реакция также необходима для процесса горения. В случае загрязнения маслом, жиром или же материалом типа текстиля, например, оборудования для очистки, кислород может привести к самовоспламенению.

В каких отраслях и секторах используется кислород?

Кислород — незаменимый инструмент во многих отраслях и процессах.

Ниже представлены некоторые примеры сфер применений кислорода:

  • на металлургических заводах, литейных производствах и в пищевой промышленности
  • в водной технике для очистки воды и в качестве окислителя
  • с целями вентиляции легких
  • в подводных экспедициях
  • в космических путешествиях в качестве окислителя ракетного топлива
  • в химической промышленности (например, при производстве серной или азотной кислоты)
  • в производстве синтез-газа из угля и производства водорода из тяжелых нефтей
  • при плавке металлов с высокой температурой плавления кислородно-водородным пламенем
  • в топливных элементах
  • в автогенной технологии с ацетиленом при автогенной сварке и резке
  • лазерная газовая резка в качестве режущего газа
  • как технологический газ при плазменной резке
  • в бумажной промышленности для отбеливания
  • в текстильной промышленности — например, прачечные
  • в больницах

Как кислород становится опасным?

Вещества, горящие на воздухе, гораздо интенсивнее вступают в реакцию в чистом кислороде при нормальном давлении. В атмосфере чистого кислорода возможно взрывное горение при повышенном давлении, поскольку в этих условиях для воспламенения требуется меньше энергии.

Есть много материалов, которые не горят на воздухе, но реагируют с чистым кислородом в тех же условиях. В этих случаях риск возгорания также увеличивается из-за более высокого давления, поскольку количество легковоспламеняющихся веществ увеличивается при повышении давления.

Как возникают опасные ситуации в промышленных применениях?

Три фактора имеют решающее значение для возгорания огня: окислитель, горючее и источник возгорания. Отсутствие одного из этих трех компонентов обычно предотвращает возникновение пожара.

Предположим, что чистый кислород течет под повышенным давлением на промышленном предприятии. Компоненты внутри клапана, регуляторов давления, трубопроводов и трубопроводной арматуры становятся топливом. Кислород является окислителем, и сжатие кислорода также увеличивает энергию воспламенения.

Выделение кислорода из высокого давления в более низкое может достигнуть скорости звука. Если на пути он встречает резистор на такой высокой скорости, его температура повышается из-за адиабатического сжатия. Это связано с тем, что во время сжатия тепловая энергия не может передаваться в окружающую среду за короткое время. Если давление на выходе увеличивается, температура повышается.

Из-за повышения температуры от сжатия пластмасс, при органических соединениях и появления мелких металлических частиц в процессе работ, повышается уровень выделяемого тепла, достаточного для воспламенения.

Загрязняющие вещества, выступающие металлические частицы и частицы грязи, которые обычно не горят, могут стать настолько горячими, что могут вызвать пожар или взрыв в дополнение к энергии удара и теплу трения.

Таким образом, речь идет о механизмах воспламенения, которые можно разделить на удар частиц, механический удар, трение и нагрев под давлением.

Итак, как можно предотвратить возгорания в производственных процессах?

Важно хорошее управление рисками. Сюда входит производство установки, а также ее эксплуатацию и техническое обслуживание:

  • Предотвращение высокой скоростью газового потока
  • Исключение внезапных препятствий
  • Использование пластиковых уплотнений допустимо только в том случае, если обеспечивается необходимый отвод тепла через соединительную металлическую поверхность.
  • Подбор металлических материалов необходимо производить в соответствии с максимально возможным давлением, для этого используют специальные сплавы.
  • Исключение использования алюминия из-за его низкой энергии воспламенения и низкой температуры плавления в применениях с чистым кислородом.
  • Использование неметаллических материалов должно быть проверено, при этом, насколько это возможно, должны использоваться неметаллические материалы, которые также проходят нормативные испытания на пригодность к кислороду.
  • Во время работы необходимо избегать быстрого открытия и закрытия клапанов из-за скачков давления.

Высшим приоритетом во время установки является чистота, поэтому никакие органические соединения или частицы не должны попасть в зону с чистым, текущим кислородом. Из-за риска возгорания все компоненты установки, которые вступают в контакт с кислородом, должны быть очищены для работы с кислородом, насколько это технически возможно. На них не должно быть шлака, ржавчины, остатков сварки, абразивно-струйных материалов, масла, смазки, растворителей, а также других посторонних веществ и посторонних частиц (упаковки, ингибиторов ржавчины, стружки). Для работы с кислородом нужно строго отказаться от обычной смазки, например, при установке трубопроводов в системе. Также следует избегать контакта с масляными салфетками или смазанными маслом руками. При работе с кислородом нельзя носить одежду, загрязненную маслом или жиром.

Поэтому важно уделять особое внимание правильному выбору компонентов во время производства и обслуживания. С одной стороны, они должны производиться в строгой чистоте, чтобы избежать загрязнения, а с другой стороны, они должны быть совместимы со средой и используемыми ресурсами.

Какие учреждения поддерживают фактическое использование кислорода?

Федеральный институт исследования и испытаний материалов (BAM) предоставляет информацию о том, какие компоненты могут использоваться в процессах с потоком кислорода. «Допуск BAM» (BAM approval) в просторечии понимается как испытание неметаллических материалов, контактирующих со средой (например, уплотнительных материалов), на реактивность с газообразным или жидким кислородом при различных температурах и давлениях.

Кроме того, необходимо соблюдать информационный лист M 034 BG RCI (Торговая ассоциация сырьевых материалов и химической промышленности). Информационный лист охватывает характеристики и свойства кислорода, опасности и меры защиты при обращении с кислородом и кислородными смесями, а также рекомендации по приобретению и эксплуатации кислородных установок.

Какую роль играют клапаны?

Клапан становится топливом с того момента, например, когда в его диафрагме, небольшой пружине или фильтре случится произвольное возгорание. Частицы в потоке газа, а также нагревание под давлением эластомерного уплотнения или грязной поверхности могут быть спусковыми крючками для воспламенения. Также опасны препятствия, вызывающие нагрев под давлением. К ним относятся закрытые клапаны или регуляторы давления, на которых сжимается газ. Нагрев под давлением может происходить и в самом клапане — например, из-за прямого открытия седла клапана или на выходе частично открытого регулятора.

Производство кислородных клапанов как фактор безопасности

В Bürkert при разработке клапанов для кислородного оборудования уделяют внимание выбору соответствующих материалов и сборке их с соблюдением строгих стандартов чистоты. Все компоненты, контактирующие со средой (неметаллические уплотнительные материалы, пластмассы и клеи), должны быть пригодны для использования с кислородом.

Определенные процессы очистки и чистящие средства на производстве обеспечивают достаточную чистоту конечных продуктов для работы с кислородом. Ниже приведено небольшое представление об одной из «серых комнат», где производятся кислородные клапаны:

При производстве клапанов Bürkert, предназначенных для работы с кислородом, выполняются следующие условия:

  1. Очистка отдельных частей: Все отдельные части, контактирующие со средой, перед установкой подвергаются плазменной очистке.
  2. Внутренняя транспортировка и хранение: Очищенные отдельные части и целые устройства покрываются пленкой и транспортируются в отдельных ящиках.
  3. Испытательная установка в космических условия: компоненты, контактирующие со средой, собираются без использования масел, смазок или силиконов. В качестве вспомогательного оборудования можно использовать только дистиллированную воду.
  4. Тестирование в космических условиях: Тестирование готовых устройств проводится на специальном испытательном стенде. Лицо, проводящее тестирование, подтверждает надлежащее соответствие спецификациям, подписывая или ставя свой личный штамп на заказ.
  5. Обеспечение качества: внедренная система менеджмента качества в соответствии с ISO 9001 с проведением внутренних аудитов является такой же частью обеспечения качества, как и проверка испытательного и измерительного оборудования.\

Клапаны получают уникальный идентификационный код кислородной пригодности и специальную окончательную упаковку.

Документы доступа (декларация производителя)

Рабочая группа «Безопасное обращение с кислородом» BAM (Федеральный институт исследований и испытаний материалов) готовит протокол испытаний, который является основанием для декларации производителя Bürkert. Декларации производителя (HEE) содержат следующую информацию:

  • Продукты, обозначенные кодом переменной NL02, поставляются компанией Bürkert Werke GmbH без масел и смазок и подходят для использования с кислородом.
  • Эти свойства теряются при использовании масляных или жирных сред или при загрязнении продукта извне.
  • Продукты с кодом переменной NL02 можно идентифицировать по маркировке на типовой табличке, указывающей максимальную температуру — например, O2: Tмакс 60 °C.

Декларация производителя (т. е. утверждение материала относительно реакционной способности неметаллических материалов, контактирующих с веществами с кислородом) является действительной. По факту возможно получить декларацию на устройство целиком, но как правило это необходимо только для клапанов с максимально допустимым давлением 100 бар. Только при таком высоком давлении неметаллические материалы (уплотнения) проходят испытания в конструктивной среде.

Статья взята с официального сайта Bürkert