книги из ГПНТБ / Иванов Б.А. Безопасность применения материалов в контакте с кислородом

воспламенения конструкционных неметаллических материалов вследствие снижения энергии зажигания увеличивается и для изготовления деталей оборудования, по-видимому, следует исполь­ зовать металлы.

Уплотнительные (прокладочные) материалы

Предельные давления кислорода, при которых возможно горение неметаллических материалов в условиях, когда они находятся в виде достаточно тонкой прокладки между металли­

многих прокладочных материалов настолько высоки, что пред­ ставляется возможным рекомендовать использовать материалы в условиях, обеспечивающих абсолютную безопасность. В табл. 9.5 приведены типы прокладочных соединений, а в табл. 9.6 при­ ведены рекомендуемые условия применения прокладочных мате­ риалов для наиболее распространенного (открытого) типа уплот­ нительного соединения, когда прокладочный материал нахо­ дится в непосредственном контакте с кислородом.

Таблица 9.5. Типы прокладочных соединений

При сгорании материалов в щелях продукты горения (газо­ образные и твердые), а также негорючие компоненты материалов препятствуют доступу кислорода в зоне реакции. Поэтому, чем меньше щель, тем выше давление кислорода, при котором стано­ вится возможным прогорание прокладок. Если размеры щели не определяются толщиной уплотнительного материала, то пре-

260

Таблица 9-6. Условия применения неметаллических материалов при изготовлении из них прокладок кислородного оборудования группы А в соединениях открытого типа

дельные давления кислорода для определенных типов конструкции уплотнительных соединений (см. табл. 9.6, закрытый тип) значи­ тельно (в 1,5—3 раза) повышаются. Рекомендуемые условия использования неметаллических материалов в качестве уплотни­ тельных в соединениях с ограниченным доступом кислорода к материалу приведены в табл. 9.7. Следует отметить, что значе­ ния р пр значительно снижаются, если в уплотнении имеется неплотность. Поэтому должны приниматься особые меры, исклю­ чающие утечки кислорода через уплотнительные соединения.

Таблица 9.7. Условия применения неметаллических материалов при изготовлении из них прокладок кислородного оборудования группы А в соединениях закрытого типа

(г= 60°С )

261

Материалы подвижных уплотнений

Условия применения неметаллических материалов при изго­ товлении из них сальников кислородного оборудования опре­ деляются по значениям предельных давлений, измеренных при горении материалов различной толщины и формы в щелях (с. 136).

Наиболее часто неметаллические материалы используют в сле­ дующих двух типах подвижных уплотнительных соединений: сальниковое и с резиновым уплотнительным кольцом (табл. 9.8).

Таблица 9-8. Типы подвижных уплотнений кислородного оборудования

Условия безопасного использования неметаллических мате­ риалов в указанных соединениях приведены в табл. 9.9.

Таблица 9.9. Условия применения неметаллических материалов при изготовлении из них подвижных уплотнений оборудования группы А

( ( = ± 6 0 ° С )

Уплотнительные материалы запорных органов арматуры

Условия безопасного применения неметаллических материалов в качестве элементов запорных органов арматуры могут быть определены по результатам измерений величин пределов горения.

262

предельных параметров прогорания в щелях и энергий зажигания. Энергии зажигания Q3 неметаллических материалов достаточно малы: при р > 10—20 кгс/см2' Q3 < . 5 Дж. Поэтому условия использования материалов в оборудовании группы А и группы Б

Таблица 9.10. Типы уплотнительных элементов запорных органов кислородной арматуры

Уплотнительный неметаллический материал практически не имеет

теплового контакта с поверхностью Монолитный металла. Значительная часть по­

верхности неметаллического мате­ риала имеет непосредственный контакт с кислородом

Неметаллический материал имеет хороший контакт с металлической

Таблеточный поверхностью. Доступ кислорода к материалу ограничен диаметром

таблетки

Неметаллический материал в макси­ Кольцевой мальной степени контактирует с поверхностью металла. Доступ кислорода к материалу ограничен

шириной кольца

Таблица 9.11. Условия применения неметаллических материалов при изготовлении из них элементов запорных органов оборудования группы А

263

отличаются лишь в области, где энергия зажигания материалов больше 5 Дж и является определяющей величиной для их клас­ сификации (с. 148).

В запорных органах арматуры, клапанов и другого кислород­ ного оборудования уплотнительные неметаллические материалы обычно применяются в виде монолитных деталей, таблеток и колец. Эскизы указанных типов уплотнительных элементов показаны в табл. 9.10.

Рекомендуемые условия безопасного применения материалов приведены в табл. 9.11 и 9.12.

Таблица 9.12. Условия применения неметаллических материалов при изготовлении из них элементов запорных органов оборудования группы Б

(г = ± 6 0 °С, т0 = 2 • 105 ч)

Предельное давление кислорода (в кгс/см“) в зависимости от типа уплот­

нительного элемента и его размеров

Материалы разделительных мембран

Неметаллические материалы часто используют в качестве разделительных мембран кислородного оборудования, например редукторов. В табл. 9.13 приведены основные типы, эскизы и крат­ кие характеристики разделительных мембранных узлов. Условия безопасного применения неметаллических материалов могут быть установлены из данных по пределам горения, пределам горения при ограниченном доступе кислорода к материалу и по энергиям зажигания. Рекомендуемые условия применения мембранных материалов приведены в табл. 9.14.

Герметизирующие материалы

Условия применения герметизирующих материалов опреде­ ляются из данных по пределам распространения горения в щелях и резьбах (с. 135). Рекомендуемые условия применения гермети-

264

Таблица 9.13- Типы конструкций мембранных узлов кислородного оборудования

Таблица 9.14. Условия применения неметаллических материалов при изготовлении из них мембран кислородного оборудования групп А и Б

( t= ± 50 °С)

зирующих материалов приведены в табл. 9.15. Следует отметить, что технология нанесения герметика должна исключать его попа­ дание в «проточную» часть оборудования. Если имеются излишки герметика, выдавливаемые из разъема, то они должны быть обя­ зательно удалены.

265

Таблица 9.15• Условия применения герметизирующих материалов в оборудовании группы А

(г = ±60° С)

Лакокрасочные покрытия

Для защиты кислородного оборудования от коррозии можно использовать различные лакокрасочные покрытия и эмали. Основ­ ным требованием при их применении является контроль за отсла­ иванием покрытия и исключение накопления материала покрытия в отдельных местах оборудования. Условия применения лако­ красочных покрытий и эмалей в кислородном оборудовании приведены в табл. 9.16.

Таблица 9.16. Условия применения лакокрасочных покрытий и эмалей в кислородном оборудовании групп А и Б

( < = ± 6 0 °c)

Теплоизоляционные материалы

В качестве теплоизоляционных материалов для работы в не­ посредственном контакте с кислородом при любых его давлениях в оборудовании группы А могут быть рекомендованы материалы

26В

неорганического происхождения — стекловолокно, шлаковая вата, стеклохолст, пеностекло, перлит, асбестовая крошка. Сле­ дует отметить, что при применении этих материалов необходимо контролировать в материалах содержание органических веществ, количество которых не должно превышать 0,5 вес.%.

Кроме указанных материалов в атмосфере чистого кислорода при атмосферном давлении можно использовать пенополиуре­ таны (ППУ-ЗН, ППУ-30, ППУ-304Н), пенополивинилформаль, поропласт, вспененную эпоксидную смолу, если эти вещества нанесены слоем определенной толщины (б ^ 200 мм) и' покрыты каким-либо негорючим покрытием, например термоцементом, жидким стеклом и т. п. При необходимости увеличения толщины изоляции она набирается из нескольких слоев, каждый из кото­ рых покрывают негорючим покрытием.

Вслучае, когда имеется не чистый кислород, а смеси кислорода

сазотом, условия применения теплоизоляционных материалов

следует выбирать в соответствии с данными табл. 9.171

Таблица 9.17• Предельная концентрация кислорода в азотно-кислородной смеси, ниже которой возможно применение теплоизоляционных материалов

( р = 1 , 0 кгс/см2 и f=s;60sC)

Тканые материалы

Предельные давления кислорода, при которых возможно горение многих тканых материалов, довольно низки (0,05— 0,1 кгс/см2), что практически исключает их применение в обору­ довании групп А., Лишь ткани из стеклянного волокна могут, быть использованы до давлений 420 кгс/см2 и из фторопластового

267

волокна — только до 0,5 кгс/см2. Однако в оборудовании группы Б возможно применение многих материалов (табл. 9.18).

Таблица 9.18. Предельное давление кислорода, ниже которого возможно применение тканых материалов в оборудовании группы Б

(i=ss + 60 °С)

Следует напомнить, что скорость горения тканей из искусствен­ ного волокна при указанных в табл. 9.18 давлениях невелики (1—2 см/с), что позволяет использовать эти ткани в оборудовании группы А при наличии эффективных средств гашения. Хлопчато­ бумажные ткани в этих условиях имеют значительно более высо­ кую скорость горения, поэтому при их использовании необходимо иметь сложные системы подавления загорания.

При применении тканых материалов для изготовления одежды обслуживающего персонала следует применять гладкие, плотные неворсистые ткани с антистатическими добавками. Кроме того, не следует применять комбинированные композиции из тканей на основе искусственного и натурального волокна.

В качестве средства подавления горения можно использовать душирование водой. При давлениях до 5 кгс/см2 следует при­ менять душирование с плотностью воды 5 мл/мин на 1 см2 защища­ емой поверхности [7]. По-видимому, душирование целесообразно применять в малых барокамерах, операционных помещениях и т. п. Можно также использовать специальные ванны и бассейны для ликвидации загораний одежды обслуживающего персонала в больших помещениях, например комнатах оксигенотерапии.

Еще раз отметим, что указанные средства гарантируют без­ опасность, если скорость горения невелика. Очевидно, что при скоростях распространения пламени 1—1,5 м/с, которые наблю­ даются у ворсистых хлопчатобумажных тканей, подавить загора­ ние быстро и без серьезных последствий для обслуживающего персонала крайне трудно.

268

9.4. УСЛОВИЯ БЕЗОПАСНОГО ПРИМЕНЕНИЯ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Энергии зажигания большинства смазочных материалов, даже при давлениях кислорода, близких к р п , невелики — меньше

5 Дж.

Опыт эксплуатации кислородного оборудования показывает, что при попадании в него жиров, смазок, а также минеральных масел происходят загорания, т. е. в работающем оборудовании имеется высокая вероятность появления источников, энергии которых достаточно для поджигания этих веществ.

Приведенные ранее (с. 173 и 181) данные по предельным пара­ метрам горения различных смазочных материалов позволяют определить условия, в которых применение смазочных материалов или случайное попадание минеральных масел и жиров на поверх­ ности кислородного оборудования является безопасным.

Условия безопасного применения смазочных материалов в кислородном оборудовании

Смазочные материалы могут использоваться как антифрик­ ционные и как консервирующие. В первом случае смазка нахо­ дится в зазоре между трущимися поверхностями, где доступ кислорода к ней ограничен (закрытый контакт); во втором — на открытой поверхности, когда имеется непосредственный кон­ такт всей поверхности смазки с кислородом (открытый контакт). Характеристики указанных типов контакта даны в табл. 9.19.

Таблица 9.19. Типы контакта смазочных материалов с кислородом в конструкциях оборудования

Предельно допустимые давления кислорода в зависимости от вида смазочных материалов, рабочей температуры и концентра­ ции кислорода приведены в табл. 9.20 и в табл. 9.21.

269