膜法富氧空气的安全输送和吹送6-7.doc

膜法富氧用于工业助燃的安全性分析? 膜富氧技术是国际上七十年代兴起的用高分子膜将浓度为20.9%的空气制成氧浓度较高的富氧空气的新技术。 普通空气只含氧20.9%，在燃烧过程中，近80%的不助燃的氮气吸收了大量的热能并于废气中排掉，这一部分热损失使能源无谓消耗。同时在高温下生成氮氧化物，造成环境污染。采用富氧空气助燃能克服或减轻这些问题。如燃烧一公斤重油需要12.2Nm3普通空气，如果采用30%浓度的富氧空气则只需要8.5Nm3，所产生的氮氧化物减少40%。因此大大提高了燃烧效率，减轻了污染；同时，在高温熔炉中使用富氧空气，火焰温度升高，燃烧速度加快，火焰强度加大，提高了火焰辐射和对流传导，提高了燃烧质量，提高产品质量和生产率。 气体膜分离技术的原理是在压力驱动下，借助气体中各组分在高分子膜表面的吸附能力以及在膜内溶解-扩散上的差异来进行分离的。现在作为成熟的工艺技术，广泛用于许多气体的分离、提浓工艺。它的主要优点是无相变，能耗低，装置规模根据处理量的要求可大可小，而且设备简单，操作方便，运行可靠性高，膜的寿命可达数年，无噪声，清洁生产。 下面针对氧气在工业应用中的安全性进行说明和分析，以验证膜法富氧工业助燃的安全可靠性： 1．压缩纯氧及其危险性 　　在标准状态下，氧气是一种无色、无味、无臭的活性气体，其分子式为O2密度为1．43kg／m3，比空气稍重(空气密度为1．29k8／m3)；在－183℃时，氧变成淡蓝色的液体；在－219℃时，就凝成淡蓝色雪状的固体。 　　国内经常发生输氧管道着火事故，其燃烧多始于管路或管件内部，尤其是减压阀、截止阀、弯头、三通或四通、法兰连接等管件处。当其因某种原因被引燃后，首先管壁的某处被高热的火焰烧穿，高压氧气流夹带火舌从孔口喷出，引起管道呈白热状态的更炽热的燃烧。同时，常在氧气流喷出之际，发生爆炸似的响声，此响声常被误认为发生爆炸。其实只不过是伴随金属火灾而产生的管道破裂，并在压力下气体喷出的燃烧现象。 　　氧气只是助燃物质，本身是不燃烧的，管道材质为碳钢也是难燃的，那为什么会发生输送管道火灾呢? 　　(1)氧气流中夹带的可燃固体颗粒是造成输氧管道火灾的能源之一。（进膜前过滤要求为0.1μ以下） 　　当管道中残存有铁锈垢，或氧气流中因某种原因混入固体颗粒，而被高速流动的氧气流席卷流动时，尽管固体小颗粒经摩擦所携带的热量很小。但颗粒间被热导率很低的氧气流所包围，就存在蓄热可能。如该颗粒是砂子、Fe3O4等难燃物质，是不会引燃管壁而着火；若为焦炭粒子(积炭)、煤粒子、铁粉(FeO、Fe2O3)等可燃粒子，因其着火温度远低于铁的着火温度，在常压氧气中约300～400℃，而在高压氧气流中还要低数十摄氏度。因此铁粉，在氧气中流中流动时与管壁摩擦很容易达到着火温度而自燃引起受热燃烧。铁粉燃烧放热量大(7285J／g)，而且又被热导率很低的氧气流包围，热的传递受阻，故铁粉在高压氧气流中燃烧热的蓄积会使自身成为高热(多为1000～2000℃)的炽热粒子，其温度足以把管道内的可燃物点燃，特别是燃烧反应的铁粒子表面，具有中间生成物的活性氧使燃烧反应更为剧烈。 　　在铁锈垢中，主要是未完全氧化的FeO、Fe2O3和Fe3O4，铁锈垢的颗粒度为10目、50目、100目时，瞬间引燃温度为312～315℃。比铁粉着火温度还低。由此可见，输送潮湿氧气的管道，如再改输干燥氧气时，因其内壁会产生铁锈，则有发生输氧管道火灾的极大危险。 　　(2)输氧管道中存在着可燃物，必定会造成输氧管道着火。（膜法富氧输送选用不锈钢等难燃不燃材质） 任何可燃物质在氧气流中的燃点要比在空气中为低，而氧的浓度和纯度越高，燃点越低，压力越大，燃点越低。表1列出金属的燃点与氧气压力的关系。 表1 金属的燃点与氧气压力的关系 　　又如，工业矿物油脂与30atm(3039750Pa)以上的氧气接触，会立即发生强烈的化学反应而自燃，并且这些可燃物一旦燃烧起来，燃烧速度比空气中快得多。这样强烈的燃烧是以诱发法兰盘、管道等金属材料的燃烧，而且当可燃材料的燃烧热越大，引燃金属材料的可能性越大。特别是当管道的法兰、阀门、三通等处的密封元件为橡胶、石棉板、塑料等高分子材质时，燃烧软化后会被带压的氧气流吹走，进而造成喷氧灾害。 　　(3)绝热压缩产生的热量可以酿成管道火灾的火源。（膜法仅存在低压0.01MPa~0.05MPa富氧空气输送） 在管道内，当处于高压状态的氧气急剧降至低压状态，可产生近于绝热状态的压缩过程。由于压缩热量产生的速度快，而且难于在瞬间传递出去，故会使压缩系统急剧升温。其温升与压力变化幅度的函数关系为 式中 Y——气体的比热容比(Cp，Cv)。 　　当p2＝150atma)时绝热压缩后的气体温度为953℃，足以引起管壁与氧之间