【正文】 Selection of Materials for Oxygen Service 氧服務(wù)材料的選擇 非金屬材料 金屬材料 SCOPE 范圍 ? 金屬和非金屬的選擇取決于它們性質(zhì)，這些性質(zhì)是通過氧兼容性評估方法及其相關(guān)的材料選擇指導(dǎo)原則確定。 ? 不同氧服務(wù)應(yīng)用場合材料的選擇。 ? 氧兼容性試驗方法概述。 氧兼容性評估 /試驗的作用 ? 材料的選擇取決于在將要運(yùn)行的狀態(tài)（最差情況）下它們影響點(diǎn)火和燃燒的能力。 ? 一種材料的氧兼容性質(zhì)隨特定點(diǎn)火機(jī)制下材料評估所設(shè)計的試驗方法而不同 –不同材料及其適用的選擇規(guī)則。 ? 為了選擇適當(dāng)?shù)难醴?wù)材料，關(guān)鍵是要完全理解一個部件在其使用結(jié)構(gòu)中潛在的點(diǎn)火機(jī)制。 氧的性質(zhì) ? 最普通的元素（空氣中含量為 21%）。 ? 生命必需的，無色無嗅的氣體。 ? 不可燃，但強(qiáng)力地支持燃燒。 ? 氧化劑，大多數(shù)材料可以與氧反應(yīng)。 – 氧化能力低于 F2 () 和 NF3 ()； O2 ()。 ? 本身具有熱力學(xué)穩(wěn)定性（不像 N2O, NF3 ）。 Reactivity of O2 Creates its Values amp。 Problems! 氧的反應(yīng)性是其價值之源，也是其問題之源！ ―氧兼容性 ” 的定義 (ASTM) 在用戶可以接受的風(fēng)險水平之內(nèi)，一種物質(zhì)與氧和潛在點(diǎn)火源兩者在預(yù)期的壓力和溫度下可以共存的能力。（在規(guī)定的運(yùn)行條件下） 一個系統(tǒng)可以被看作是氧兼容的，條件是： – 它不能或不大可能燃燒（不可燃的）； – 失火事件是極為罕見的； – 如果失火可以得到隔離，并且對其影響可以承受。 行業(yè)人士的觀點(diǎn)仍然認(rèn)為要設(shè)置一個濃度極限閾值（ ≥21%； %。25%或其他值），在此極限閾值以上 必須考慮材料的氧兼容性。 燃燒三角形 ? 結(jié)構(gòu)材料 (化學(xué)反應(yīng) w/ O2: AIT, DH, .， 熱導(dǎo)率 , 結(jié)構(gòu)：厚度 /方位等） ? 從周圍材料釋放的能量 ? 顆粒沖擊 ? 電能 ? 絕熱壓縮 ? 共振諧振 ? 摩擦 ? 機(jī)械撞擊 ? 溫度 ? 壓力 ? 速度 ? 稀釋度 ? 外部污染物：碳?xì)浠衔铮?/脂 /潤滑劑，加工毛刺，焊巴等。 氧 燃料 點(diǎn)火源 影響材料氧兼容性的因素 ? 壓力 ? 濃度 ? 溫度 ? 速度 ? 稀釋劑 (CO2, N2, Ar) ? 系統(tǒng)設(shè)計 ? 部件的結(jié)構(gòu)形式 ? 清潔程度 ? 運(yùn)行程序 ? 部件的厚度 ? 點(diǎn)火鏈 氧兼容性涉及許多變量 點(diǎn)火機(jī)制 ? 溫度升高 ? 顆粒沖擊 ? 機(jī)械撞擊 ? 摩擦 ? 絕熱壓縮 ? 新鮮金屬暴露 （反應(yīng)性金屬如鋁，鈦等） ? 流動摩擦 ? 靜電 ? 電弧 /電火花 ? 聲學(xué)共振 ? 雷電 氧兼容性評估方法的分類 l 自動點(diǎn)火試驗（點(diǎn)火） l 氧指數(shù)試驗（燃燒） l 燃燒發(fā)熱試驗（損壞可能性） l 環(huán)境壓力下，液氧沖擊試驗；壓力下液氧 /氣態(tài)氧沖擊試驗（點(diǎn)火） l 絕熱壓縮（壓力波沖擊）試驗（點(diǎn)火，評估材料或壓力部件） l 填料環(huán)試驗（燃燒 /損壞可能性，評估部件） l 促進(jìn)燃燒試驗（燃燒） l 摩擦試驗（點(diǎn)火） l 顆粒沖擊試驗（點(diǎn)火） 材料選擇的先后順序 ? 消除點(diǎn)火 – 選擇在給定運(yùn)行條件下點(diǎn)火可能性最低的材料。 ：要實施這一點(diǎn)可能是困難的或不切合實際的??！ ? 防止繼續(xù)反應(yīng) – 選擇那些在點(diǎn)火后有熄滅（停止反應(yīng)）傾向的材料。 ：是最現(xiàn)實和最可行的方法！ ? 減小反應(yīng)速率 – 選擇那些點(diǎn)火后反應(yīng)速度盡可能慢的材料，以便可以對反應(yīng)（燃燒）進(jìn)行控制 /封堵。 非金屬材料的選擇 ? 聚合材料： ? 塑性材料：閥門座，填料，軟管襯里等； ? 彈性材料： O型環(huán)，膜片，軟管襯里等。 ? 墊片材料（ 有 /無 壓縮石棉纖維 ）： ? 油 /脂 /潤滑劑 /密封劑：機(jī)械零件，螺紋接頭等。 對于醫(yī)用氧系統(tǒng)，非金屬材料的選擇 有嚴(yán)格的規(guī)定（ Oamp。ED 03/98）。 非金屬材料的選擇 非金屬材料的選擇可以按照下列性質(zhì)進(jìn)行： （ 這些性質(zhì)是根據(jù)給定運(yùn)行條件和可能的點(diǎn)火機(jī)制通過相關(guān)的氧兼容性試驗確定的 ） ? 自點(diǎn)燃溫度 （ AIT） ： AIT試驗和 Pot維持試驗 ? 燃燒熱： 燃燒發(fā)熱量測試 ? 氧指數(shù) （ .） ： 氧指數(shù)試驗 ? 液氧和氣氧中機(jī)械沖擊的敏感性 ： 液氧機(jī)械沖擊試驗和氣氧機(jī)械沖擊試驗 ? 抗絕熱壓縮能力： 氣氧壓力波沖擊試驗 ? 法蘭墊片損壞可能性： 墊片環(huán)形試驗 非金屬與金屬的對比 非金屬材料（除無機(jī)材料外） ? 絕大多數(shù)有機(jī)材料，包括聚合材料，油 /脂，和碳?xì)浠衔镌诖髿鈮合碌母谎鯕夥罩惺强扇嫉?。全氟彈性材料可能是唯一的例外，?PTFE和PCTFE（依靠燃燒結(jié)構(gòu)）。 ? 非金屬的可燃性由它們在環(huán)境溫度和壓力下的氧指數(shù)（ OI）表征。 自點(diǎn)燃試驗（ AIT試驗） ? 在靜態(tài)條件下確定液體和固體在高壓（ 1500~2022psig）富氧環(huán)境中的自點(diǎn)燃溫度。 ? AIT試驗可以參考 ASTM (G72), BSI (3/4N 100), BAM and CEN。 ? BOC使用 BS 3/4N 100 SIT （高壓腔）試驗來確定材料的自點(diǎn)燃溫度。 用于選擇非金屬材料的數(shù)據(jù)在壓力升高時有可能產(chǎn)生溫度偏差。 BOC的 BS 3N 100 SIT 試驗機(jī) 自點(diǎn)燃試驗 溫度記錄儀 試驗樣品 樣品夾持器 內(nèi)反應(yīng)容器 高壓試驗腔 加熱套 氣態(tài) O 2 熱電偶 溫度停止上升或壓力波動即表明自點(diǎn)燃發(fā)生。 AIT 數(shù)據(jù) (聚合物 : 塑性材料和彈性材料 ) 絕大多數(shù)聚合物自點(diǎn)燃溫度在 150500oC 聚四氟乙烯 PTFE 427+ ?C 聚三氟氯乙烯 400 405 ?C 特氟隆 PFA 400 ?C Vespel SP 21 350 ?C Fluorel 297 ?C 維通橡膠 A 268 ?C PVDF偏聚氟乙烯 243310 ?C EPDM 206 ?C 硅橡膠 200300 ?C 尼龍 6,6 178 ?C 氯丁橡膠 170 250 ?C 布納橡膠 N 166 ?C 這些數(shù)據(jù)可參考 BOC OCSB6 amp。 8章 , 以及 ASTM TPT 相關(guān)資料。 AIT 數(shù)據(jù) (墊片 : 有 /無壓縮石棉纖維型 ) 大多數(shù)非金屬自點(diǎn)燃溫度為 150500oC RM 607 400 ?C Scandura 1786 190223 ?C (CAF+PTFE) (CAF+黏結(jié)劑 ) Grafoil 500 ?C Flexicarb NR 400 ?C (石墨纖維 ) (石墨 /鎳 層壓結(jié)構(gòu) ) Gylon Fawn/3500 400 ?C Sigma 511/522/533 400 ?C TopChem 2022 400 ?C Klingersil 4430 184 ?C Grafoil TG 323 400 ?C Valqua 7020 400 ?C CAF=Compressed Asbestos Fiber 壓縮石棉纖維 BOC 批準(zhǔn)的非 CAF 墊片 ,可參考 OCSB8章中 (表 82) AIT 數(shù)據(jù) (油 /脂 /潤滑劑 : 以全氟聚合物和 CTFE 為基礎(chǔ)的 ) 大多數(shù)非金屬的自點(diǎn)燃溫度為 150500oC LOX8 500 ?C Krytox 240 AC 427+ ?C Fomblin RT15 425 ?C Braycote 1720/1730 400 ?C Halocarbon 255S 425 ?C 氟碳潤滑劑 362/290 425 ?C Molykote 321 427+ ?C 烴基液壓油 150~250?C (礦物油或合成油 ) 閥門密封 A 280 ?C 液壓油 199 ?C (道 科爾寧 , 硅基 ) (中 高 5606) 這些數(shù)據(jù)可參考 BOC OCSB第 3章 , 以及 ASTM TPT 相關(guān)資料。 AIT 數(shù)據(jù) (續(xù) ) ? 大多數(shù)金屬材料的自點(diǎn)燃溫度為 9002022oC (通過在富氧氣氛中電阻加熱金屬絲來確定 ) 點(diǎn)燃溫度 . (oC)///O2 壓力 (psig) 金屬 0 500 1000 1800 銅 1084 885 835 805 鎳 1457 430不銹鋼 1365 中碳鋼 1276 1104 1018 926 碳鋼 9001100 鐵 (Fe) 930 825 740 630 鋁 Al 1640* AIT 試驗數(shù)據(jù)的應(yīng)用 ? 材料分級 ? 按照由 ASTM, BAM, BSI amp。 CEN設(shè)定的指導(dǎo)原則為基礎(chǔ)選擇材料 – ASTM: 最小 160℃ 加 100℃ 的余量，最好大于 400℃ 。 – BAM: 最小 160℃ 加 100℃ 的安全余量。 – BSI amp。 CEN: 按照 BS 3N 100中同樣的指導(dǎo)原則 ? 將這些數(shù)據(jù)與運(yùn)行條件相比較，制訂材料