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氧气阀门的选型注意事项与安装要求—【阀门小知识】NO.01101期
氧气是一种活泼的气体。在氧气管道中，金属或非金属颗粒与管道金属碰撞；相临近的运动部件与静止部件之间的摩擦；由静电等产生的电弧会产生足够大的点燃能量；绝热压缩或气体冲击，声音回荡和流体摩擦等能引起温度的升高，这些情况都有可能产生点火机制。当点火机制发生后，燃烧就会沿着整个引火链蔓延。氧气阀门的正确选型与安装都很重要。
一. 氧气阀门的选用
1.1 关于氧阀材质的选择
氧阀材质遵照GBA16912标准，根据介质压力、温度、流速（根据不同金属的可燃性，对氧气的流速有一定限制要求。如果阻燃合金在管道的设计压力下能够阻燃，则此时不需要考虑流速限制）、纯度等参数综合确定，对承压材质有质保书和质量证明文件。
（1）常温常压氧阀材料选用原则：金属零（部）件禁止选用钛合金；非金属零（部）件禁止选用聚酰亚胺作为密封件，尽量避免选用含钛的不锈钢，如1Cr18Ni9Ti (321) ,0Cr19Ni10Ti等。
用于常温下的高压高纯度的氧气管路中专用阀门主体材质要选不氧化，不锈蚀、含碳量低的不镑钢，如锻件：F304,F304L，F316，F316L 等；棒材：S31600，S30400，316L,316, 304, 304L等；铸件：CF8, CF3, CF8M, CF3M,CF8C等。当选用不锈钢铸件时，必须要进行酸洗，以清除阀门中内腔的粘砂和氧化物等杂质。
（2） 当压力大于15 Mpa时，应考虑材料良好的阻燃性，阀门的材质可选用安全等级更高的镍基合金。如镍基合金：ASTM B164 Monel400, Monel K500, M35-1 ASTM A494 CY- 40 ; 因康乃尔合金：ASTM B164-A inconel600,inconel625, inconel718 ; 哈氏合金：Hasalloy C-276
（3） 当压力不大于15MPa时，承压部件可选用铜及铜合金，密封件可选用：紫铜、软招、PTFE ( F4 ) 、聚四乙稀缠绕垫片、柔性石墨、柔性石墨缠绕垫片，也可选用相关材质不锈钢（如：304, 316, 304L, 316L ) 制成的波纹管进行密封等。
密封圈可选用：3160, 3180, 5160, 8380, 8360,FM-2D, Karez (全氟橡胶）等。
油脂类可选用：7805, 7804, FL- 1 0 , 氟素油等，推荐使用7805。
下面列举相关规范对材质的要求
《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：
11.0.10 氧气管道的阀门应符合下列规定：
a、 设计压力大于0.1MPa的氧气管道上，不得采用闸阀；
b、 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；
c、 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；
另一个需要注意的是，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：
《氧气站设计规范》11.0.8 氧气管道的管径应按下列条件计算确定：
a 、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；
b 、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表11.0.8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：
5.2.4 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。
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/T12955-1026 对阀门的材质和流速之间的关系作出了如下的补充：
5.3.2 当阀门流道内的流速超过表1的范围时，阀体应选用相应压力下的豁免材料，豁免材料对应厚度下的豁免压力。
1.2 阀门结构要求
普通阀门介质的流动方向是下进上出，即介质流从阀瓣下方的阀体流道进人，经过阀座后从阀瓣上方的阀体流道流出。在高温高压工作条件下，阀门的流道与普通阀门流道不同，氧气介质的流动方向是上进下出，即高温高压 氧气流从阀瓣上方的阀体流道进人，经过阀座后从阀瓣下 方的阀体流道流出。氧气介质流束经过的流道内腔表面要光滑、流畅， 退刀槽加工要倒圆角；阀门内部零件锐角倒钝倒圆，无棱角、尖角、无凹凸不平、无突变，保证介质在流动过程中没有压力突变，没有流束的方向突变，阀体内腔中不能有任何固形物，从而防止产生静电；应具有良好的防静电结构，接地电阻不大于10Ω,法兰间电阻不大于0.03Ω。设置防护装置。主要包括阀杆填料函部分及阀杆螺纹 部分的防护，主要是防止灰尘粘结在阀杆上，进而在阀杆 运动过程中进人到填料涵内，进一步进人到氧气介质中而 产生静电。因此，需使防护阀杆不受灰尘污染，防止静电 火花的产生，使阀杆外露部分与大气隔离，防止灰尘通过 梯形螺纹进入到阀杆下部，从而在阀杆转动过程中进人到填料涵内。
1.3 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。
二 .氧气阀门的安装要求
氧气阀门对安装也有一定的要求。
（1）安装阀门前，管道内部要清洗，除去铁屑等杂质防 止阀门密封座夹杂异物，脱脂合格，安装时的阀门应该是 关闭状态。
（2）阀门在出厂前已进行脱脂的，在运抵现场后没有受到污染的，可以直接安装，建议对凡与氧接触的部位要进行严格检查，可用紫外光法和滤纸擦拭法进行检查。
（3）检修后的阀门必须进行严格地脱脂，脱脂合格后用 不含油的干空气或氮气吹净，安装之前要用洁净的绸布包裹好，防止二次污染。
（4）脱脂人员在脱脂时要穿戴好防护用品，部分脱脂剂 属于有毒试剂，检修人员要戴绸布手套，禁止用手直接接 触脱脂件。
（5）阀门配对安装法兰焊接时应采用氩弧焊或电弧焊，大口径阀门焊接后要进行探伤。
（6）在对焊凹凸法兰中，采用紫铜焊丝作0 型密封圈，这是氧气用法兰抗燃性可靠的密封形式。
（7）氧气管道应有导电的良好装置，接地电阻应小于 10Ω，管道和阀门上的法兰连接和螺纹连接处，应采用金属导线跨接，电阻应小于0.03Ω。
（8）法兰垫片选择。当压力小于3MPa时，可选择聚四氟乙烯垫片、柔性石墨复合垫片；在3Mpa~ 10Mpa时，可选择缠绕式垫片、退火软化铜垫片、镍及镍合金垫片；当 压力大于10Mpa时，可选择退火软化铜垫片，镍及镍合金垫片。
（9）当氧气阀门重量较大时，应该在阀前后管道上做好支撑，氧气调节阀组宜设置独立的阀门室或者防护墙。
《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》(GB16912-2008)中8.1.6提到：氧气管道的弯头、三通不应与阀门出口直接连接。调节阀组、干管阀门、供一个系统的支管阀门、车间入口阀门，其出口侧的管道宜有长度不小于5倍管道公称直径且不小于1.5m的直管段。
IGC Doc 13/12/E第5.2.1条明确管道的冲击场合包括且又不限于列出的工况，如三通、弯通等。且第5.3.2.3款指出节流阀和工艺控制阀紊流和撞击工况不仅在阀门的阀芯阀座中存在，而且会延伸到下游8倍管道公称直径的长度。
可以看出，阀门出口流速变化较快，冲击较为严重，不宜紧接安装弯通、三通，同时宜保证5-8倍的直管段。
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