论文部分内容阅读
[摘 要]由于氧气是助燃介质，在使用过程中，若管道内压力过高、流速过大在特定场合造成夹带颗粒的湍流撞击效应引起激发能量，或者存在非金属及金属颗粒导致的摩擦静电，再或者存在油脂等易燃物，其助燃性能极易引起并加剧爆炸事故。在氧气阀门选型时，应严格控制材质选择。在检验中应该严格控制。
[关键词]氧气 阀门选型
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0176-01
许多阀门具有管道走向和介质流向要求，例如截止阀、节流阀、减压阀、止回阀等，如果装倒装反，就会影响使用效果与寿命（如节流阀），或者根本不起作用（如减压阀），甚至造成危险（如止回阀）。一般阀门，在阀体上有方向标志，安装时，方向标志应与介质流向一致；万一没有，应根据阀门工作原理，正确识别。
氧气无色无味，氧元素最常见的单质形态。熔点-218.4℃，沸点-183℃。不易溶于水，1L水中溶解约30mL氧气。在空气中氧气约占21% 。液氧为天蓝色。固氧为蓝色晶体。常温下不很活泼，与许多物质都不易作用。但在高温下则很活泼，能与多种元素直接化合，这与氧原子的电负性仅次于氟有关。随着工业的发展，氧气在生产中的作用越来越大，要求越来越高。不论是在工业生产和使用中，氧气管道作为用氧的中枢，其在选材及安装等各个环节都应该进行控制，否则将会发生不可估量的影响。而作为中间的阀门，在选用及安装过程中显得由为重要。以下重点探讨从《氧气站设计规范》及《氧气用阀门 技术条件》二个方面对氧气阀门的要求。
一、设计压力对氧气阀门材质的限制
（一）《氧气站设计规范》（GB 50030-2013 ） 中关于氧气阀门形式、材质和压力之间的要求如下：
1 、设计压力大于0.1MPa的氧气管道上，不得采用闸阀；
2 、设计压力大于或等于1.0MPa且公称直径大于或等于150mm的氧气管道上的手动阀门，宜设旁通阀；
3 、设计压力大于1.0MPa，公称直径大于或等于150mm的氧气管道上经常操作的阀门，宜采用气动阀门；
4 、阀门材料选用应符合以下的规定。
（1）设计压力<0.6MPa，阀体、阀盖采用可锻铸铁、球墨铸铁或铸钢，阀杆采用碳钢或不锈钢，阀瓣采用不锈钢。
（2）设计压力为0.6～10MPa，采用全不锈钢、铜基合金或不锈钢与铜基合金组合、镍及镍基合金。
（3）设计压力>10MPa，采用铜基合金、镍及镍基合金
注：① 设计压力大于或等于0.1MPa管道上的压力或流量调节阀的材料，应采用不锈钢或铜基合金或以上两种材料的组合。
② 阀门的密封填料宜采用聚四氟乙烯或柔性石墨材料。
（二）《氧气用阀门 技术条件》（JB/T 12955-2016）中对氧气阀门材质和压力之间的要求如下：
1、最高工作压力p≤0.1，壳体材料为碳钢、不锈钢，阀内件材料为不锈钢。
2、最高工作压力0.1 3、最高工作压力0.6 4、最高工作压力3 5、最高工作压力10 二、介质流速对氧气阀门材质的限制
《氧气站设计规范》（GB 50030-2013 ） 中关于氧气阀门材质和流速之间的要求如下：氧气管道的管径应按下列条件计算确定： 1 计算流量应采用该管系最低工作压力、最高工作温度时的实际流量； 2 流速应为工作压力下的管内氧气实际流速，氧气管道内的最高流速不得超过要求。
《氧气用阀门 技术条件》（JB/T 12955-2016） 中对氧气阀门材质和流速之间的要求如下： 阀门体内的流速应不高于氧气管道流速的限制，不同材料管道的氧气流速限制的规定。
在氧气流体输送的过程中，氧气在管道系统中流动会发生改变，欧洲工业气体协会（EIGA）制定的标准 IGC Doc 13/12E《Oxygen Pipeline and Piping Systems》中将氧气工况划分为“撞击场合”和“非撞击场合”。同样在《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》（GB16912-2008）中也参考了EIGA的划分方式。其定义：使氧气流动方向突然改变或产生旋涡的位置，从而引起氧气中夹带的颗粒对管壁的撞击，这样的位置称为“撞击场合”。“撞击场合”容易发生激发能源，引起燃烧与爆炸，是危险场合，安全控制要求更加严格。氧气阀门就是典型的“撞击场合”。
《氧气用阀门 技术条件》（JB/T 12955-2016）中给出流速计算的方法： 按使用管道的工况条件，应采取适当的措施控制阀门流道内的流速，流速应以阀门内实际截面积进行计算。对于阀内结构有明显节流的阀门，应以相应开度时，阀前压力下的体积流率与节流口面积作为计算流速的依据，并据此选择阀门内件材质。对于阀门出口流速，应以节流后压力下的体积流率及阀门出口面积作为计算流速的依据。由于阀门内部的流速要高于管道的流速，因为截面积发生了变化，所以根据上表1去选择的话，不大好把握。因此JB/T12955-2016 对阀门的材质和流速之间的关系作出了如下的补充：当阀门流道内的流速超过范围时，阀体应选用相应压力下的豁免材料。
三、禁油脱脂
根据《氧气用阀门 技术条件》（JB/T 12955-2016） 中对于脱脂处理的定义如下：“用无机非可燃清洗剂、二氯乙烷、三氯乙烯等溶剂或超声波方法去除零件表面油污的处理过程”。阀体和阀内件在组装前后都应该进行禁油脱脂处理，以防止内腔在制造过程中产生或遗留的铁屑、油脂、灰尘、极小的固体颗粒等。在氧气通过阀门时产生摩擦，引起燃烧或爆炸等危险后果。
四、氧气阀门选型检验要点
1、阀门类型
氧气管道上的阀门应选用氧气专用阀，国内氧气管道上多选用截止阀（也可选用氧气专用球阀），普通阀门介质流动方向是下进上出。在氧气工况下，阀门流道与普通阀门有所不同，选择上进下出，以保证阀杆受力良好，且阀芯快速关闭。
2、阀体材质
建议在3MPa以下选用不锈钢；在3MPa以上选用Inconel 625 或Monel 400 合金钢。
3、阀内件材质
常规做氧气阀门内件只有Inconel 和 Monel，但是由于Inconel 625在高溫应用场合较Monel K500有优势，故选择如下：
（1） 阀内件选用 Inconel 625加表面硬化处理；
（2） 阀杆/套筒材质选用 Inconel X-750 或 Inconel 718；
（3） 阀门尽量不做缩径处理，保持与原有管道同口径；且阀芯阀座不宜做硬质堆焊，因为堆焊时由于工艺水平限制，易产生一定的不安全因素。
（4） 阀门密封环材质选用无油脂模压石墨（含碳量低）；
（5） 上阀盖选用双填料，填料选用耐高温无油脂石墨（可耐468℃）；
（6） 因为氧气在流动中遇到毛刺或凹槽，都会产生高速摩擦，积聚大量热能，如果遇到碳化合物可能发生爆炸，阀门内件表面的光洁度要达到 ISO 8051-1 Sa2的要求。
[关键词]氧气 阀门选型
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0176-01
许多阀门具有管道走向和介质流向要求，例如截止阀、节流阀、减压阀、止回阀等，如果装倒装反，就会影响使用效果与寿命（如节流阀），或者根本不起作用（如减压阀），甚至造成危险（如止回阀）。一般阀门，在阀体上有方向标志，安装时，方向标志应与介质流向一致；万一没有，应根据阀门工作原理，正确识别。
氧气无色无味，氧元素最常见的单质形态。熔点-218.4℃，沸点-183℃。不易溶于水，1L水中溶解约30mL氧气。在空气中氧气约占21% 。液氧为天蓝色。固氧为蓝色晶体。常温下不很活泼，与许多物质都不易作用。但在高温下则很活泼，能与多种元素直接化合，这与氧原子的电负性仅次于氟有关。随着工业的发展，氧气在生产中的作用越来越大，要求越来越高。不论是在工业生产和使用中，氧气管道作为用氧的中枢，其在选材及安装等各个环节都应该进行控制，否则将会发生不可估量的影响。而作为中间的阀门，在选用及安装过程中显得由为重要。以下重点探讨从《氧气站设计规范》及《氧气用阀门 技术条件》二个方面对氧气阀门的要求。
一、设计压力对氧气阀门材质的限制
（一）《氧气站设计规范》（GB 50030-2013 ） 中关于氧气阀门形式、材质和压力之间的要求如下：
1 、设计压力大于0.1MPa的氧气管道上，不得采用闸阀；
2 、设计压力大于或等于1.0MPa且公称直径大于或等于150mm的氧气管道上的手动阀门，宜设旁通阀；
3 、设计压力大于1.0MPa，公称直径大于或等于150mm的氧气管道上经常操作的阀门，宜采用气动阀门；
4 、阀门材料选用应符合以下的规定。
（1）设计压力<0.6MPa，阀体、阀盖采用可锻铸铁、球墨铸铁或铸钢，阀杆采用碳钢或不锈钢，阀瓣采用不锈钢。
（2）设计压力为0.6～10MPa，采用全不锈钢、铜基合金或不锈钢与铜基合金组合、镍及镍基合金。
（3）设计压力>10MPa，采用铜基合金、镍及镍基合金
注：① 设计压力大于或等于0.1MPa管道上的压力或流量调节阀的材料，应采用不锈钢或铜基合金或以上两种材料的组合。
② 阀门的密封填料宜采用聚四氟乙烯或柔性石墨材料。
（二）《氧气用阀门 技术条件》（JB/T 12955-2016）中对氧气阀门材质和压力之间的要求如下：
1、最高工作压力p≤0.1，壳体材料为碳钢、不锈钢，阀内件材料为不锈钢。
2、最高工作压力0.1
《氧气站设计规范》（GB 50030-2013 ） 中关于氧气阀门材质和流速之间的要求如下：氧气管道的管径应按下列条件计算确定： 1 计算流量应采用该管系最低工作压力、最高工作温度时的实际流量； 2 流速应为工作压力下的管内氧气实际流速，氧气管道内的最高流速不得超过要求。
《氧气用阀门 技术条件》（JB/T 12955-2016） 中对氧气阀门材质和流速之间的要求如下： 阀门体内的流速应不高于氧气管道流速的限制，不同材料管道的氧气流速限制的规定。
在氧气流体输送的过程中，氧气在管道系统中流动会发生改变，欧洲工业气体协会（EIGA）制定的标准 IGC Doc 13/12E《Oxygen Pipeline and Piping Systems》中将氧气工况划分为“撞击场合”和“非撞击场合”。同样在《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》（GB16912-2008）中也参考了EIGA的划分方式。其定义：使氧气流动方向突然改变或产生旋涡的位置，从而引起氧气中夹带的颗粒对管壁的撞击，这样的位置称为“撞击场合”。“撞击场合”容易发生激发能源，引起燃烧与爆炸，是危险场合，安全控制要求更加严格。氧气阀门就是典型的“撞击场合”。
《氧气用阀门 技术条件》（JB/T 12955-2016）中给出流速计算的方法： 按使用管道的工况条件，应采取适当的措施控制阀门流道内的流速，流速应以阀门内实际截面积进行计算。对于阀内结构有明显节流的阀门，应以相应开度时，阀前压力下的体积流率与节流口面积作为计算流速的依据，并据此选择阀门内件材质。对于阀门出口流速，应以节流后压力下的体积流率及阀门出口面积作为计算流速的依据。由于阀门内部的流速要高于管道的流速，因为截面积发生了变化，所以根据上表1去选择的话，不大好把握。因此JB/T12955-2016 对阀门的材质和流速之间的关系作出了如下的补充：当阀门流道内的流速超过范围时，阀体应选用相应压力下的豁免材料。
三、禁油脱脂
根据《氧气用阀门 技术条件》（JB/T 12955-2016） 中对于脱脂处理的定义如下：“用无机非可燃清洗剂、二氯乙烷、三氯乙烯等溶剂或超声波方法去除零件表面油污的处理过程”。阀体和阀内件在组装前后都应该进行禁油脱脂处理，以防止内腔在制造过程中产生或遗留的铁屑、油脂、灰尘、极小的固体颗粒等。在氧气通过阀门时产生摩擦，引起燃烧或爆炸等危险后果。
四、氧气阀门选型检验要点
1、阀门类型
氧气管道上的阀门应选用氧气专用阀，国内氧气管道上多选用截止阀（也可选用氧气专用球阀），普通阀门介质流动方向是下进上出。在氧气工况下，阀门流道与普通阀门有所不同，选择上进下出，以保证阀杆受力良好，且阀芯快速关闭。
2、阀体材质
建议在3MPa以下选用不锈钢；在3MPa以上选用Inconel 625 或Monel 400 合金钢。
3、阀内件材质
常规做氧气阀门内件只有Inconel 和 Monel，但是由于Inconel 625在高溫应用场合较Monel K500有优势，故选择如下：
（1） 阀内件选用 Inconel 625加表面硬化处理；
（2） 阀杆/套筒材质选用 Inconel X-750 或 Inconel 718；
（3） 阀门尽量不做缩径处理，保持与原有管道同口径；且阀芯阀座不宜做硬质堆焊，因为堆焊时由于工艺水平限制，易产生一定的不安全因素。
（4） 阀门密封环材质选用无油脂模压石墨（含碳量低）；
（5） 上阀盖选用双填料，填料选用耐高温无油脂石墨（可耐468℃）；
（6） 因为氧气在流动中遇到毛刺或凹槽，都会产生高速摩擦，积聚大量热能，如果遇到碳化合物可能发生爆炸，阀门内件表面的光洁度要达到 ISO 8051-1 Sa2的要求。