Ventile im Sauerstoffbetrieb

Sauerstoff hat typischerweise aktive chemische Eigenschaften. Er ist eine stark oxidierende und brennbare Substanz und kann sich mit den meisten Elementen zu Oxiden verbinden, außer mit Gold, Silber und Edelgasen wie Helium, Neon, Argon und Krypton. Eine Explosion tritt auf, wenn Sauerstoff in einem bestimmten Verhältnis mit brennbaren Gasen (Acetylen, Wasserstoff, Methan usw.) vermischt wird oder wenn ein Rohrventil plötzlich auf Feuer stößt. Der Sauerstofffluss im Rohrleitungssystem ändert sich beim Sauerstoffgastransport. Die European Industrial Gas Association (EIGA) hat den Standard IGC Doc 13/12E „Sauerstoffpipelines und Rohrleitungssysteme“ entwickelt, der die Sauerstoff-Arbeitsbedingungen in „Aufprall“ und „Nicht-Aufprall“ unterteilt. Der „Aufprall“ ist ein gefährlicher Anlass, da dabei leicht Energie freigesetzt wird, die zu Verbrennung und Explosion führt. Das Sauerstoffventil ist ein typischer „Aufprallort“.

Ein Sauerstoffventil ist eine Art Spezialventil, das für Sauerstoffleitungen entwickelt wurde und in der Metallurgie, Erdölindustrie, Chemie und anderen Industriezweigen, in denen Sauerstoff verwendet wird, weit verbreitet ist. Das Material des Sauerstoffventils ist auf den Betriebsdruck und die Durchflussrate beschränkt, um das Aufeinandertreffen von Partikeln und Verunreinigungen in der Leitung zu verhindern. Daher sollte der Ingenieur bei der Auswahl eines Sauerstoffventils Reibung, statische Elektrizität, Zündung von Nichtmetallen, mögliche Schadstoffe (Oberflächenkorrosion von Kohlenstoffstahl) und andere Faktoren umfassend berücksichtigen.

Sauerstoffeigenschaften

• Die normale Konzentration in der Luft beträgt 21%
• Farblos, geruchlos und geschmacklos.
• Kann von den menschlichen Sinnen nicht wahrgenommen werden
• Nicht brennbar, unterstützt und beschleunigt jedoch die Verbrennung.
• Brennbare Materialien, darunter auch einige Materialien, die normalerweise relativ
• In der Luft nicht entflammbar, verbrennt jedoch sehr schnell in hohen Sauerstoffkonzentrationen.
• Drei Elemente, die für einen Sauerstoffbrand notwendig sind, sind eine Zündquelle, Sauerstoff und brennbares Material (Brennstoff) – bekannt als das „Branddreieck“

Im Sauerstoffventil verwendetes Material

Organische Materialien haben Zündtemperaturen, die unter denen von Metallen liegen. Die Verwendung von organischen Materialien in Kontakt mit Sauerstoff sollte vermieden werden, insbesondere wenn sich das Material direkt im Strömungsstrom befindet. Wenn ein organisches Material für Teile wie Ventilsitze, Membranen oder Dichtungen verwendet werden muss, ist es vorzuziehen, ein Material mit der höchsten Zündtemperatur, der niedrigsten spezifischen Wärmekapazität und den erforderlichen mechanischen Eigenschaften auszuwählen.
Schmiermittel und Dichtungsmassen sollten nur verwendet werden, wenn sie für den Einsatz mit Sauerstoff geeignet sind, und dann sparsam eingesetzt werden. Gewöhnliche Schmiermittel auf Mineralölbasis sind nicht zufriedenstellend und aufgrund ihrer hohen Verbrennungswärme und hohen Reaktionsgeschwindigkeit besonders gefährlich.
Die ungefähren Zündtemperaturen bei 138 bar (2000 psig) Sauerstoff für einige organische Materialien sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1. Typische Zündtemperaturen

MATERIAL	TYPISCHE ZÜNDTEMPERATUR BEI 138 BAR (2000 PSIG) SAUERSTOFF
PTFE und PCTFE	468
70% Bronzegefülltes PTFE	468
Fluorelastomer	316
Nylon	210
Polyethylen	182
Chloropren und Nitril	149

Metalle

Die Auswahl der Metalle sollte auf ihrer Entzündungsbeständigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit basieren. Nachfolgend finden Sie einen Vergleich dieser beiden Eigenschaften für einige häufig verwendete Ventilmaterialien.

Entzündungsbeständigkeit in Sauerstoff

Die Materialien sind in der Reihenfolge vom schwersten bis zum leichtesten Entzündbaren aufgelistet.

1. Kupfer, Kupferlegierungen und Nickel-Kupfer-Legierungen – am beständigsten
2. Edelstahl (Serie 300)
3. Kohlenstoffstahl
4. Aluminium – am wenigsten beständig

Reaktionsrate

Die Materialien werden in der Reihenfolge von der langsamsten bis zur schnellsten Verbrennungsrate aufgelistet.

1. Kupfer, Kupferlegierungen und Nickel-Kupfer-Legierungen leiten normalerweise keine Verbrennungsprodukte weiter.
2. Kohlenstoffstahl
3. Edelstahl (Serie 300)
4. Aluminium ‐‐ brennt sehr schnell

Beachten Sie, dass Edelstahl nach dem Entzünden schneller brennt als Kohlenstoffstahl. Dennoch gelten die austenitischen Edelstahlsorten (Serie 300) aufgrund ihrer hohen Entzündungsbeständigkeit als viel besser als Kohlenstoffstahl.

PREIS FÜR SAUERSTOFFVENTIL ERHALTEN

Wie gefährlich ist Sauerstoff

Sauerstoff allein ist nicht brennbar. Kommt es jedoch zu einer Verbrennung, führt ein hoher Sauerstoffgehalt dazu, dass brennbare Materialien viel schneller verbrennen. Partikeleinschlag, schnelle Druckbeaufschlagung oder Kompression von Materialien können zu einer Erhitzung führen, die eine Verbrennung auslösen kann. Auch Verunreinigungen und mechanische Energie wie Reibung können eine Entzündung auslösen und bei mehr Sauerstoff zu schnellen, heißen Bränden führen. Je höher die Sauerstoffkonzentration, desto größer das Verbrennungsrisiko.

Larson wies darauf hin, dass bei flüssigem Sauerstoff zwar gewisse Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden müssen, beim Umgang mit gasförmigem Sauerstoff jedoch besondere Wachsamkeit geboten sei.

Risikominimierung

Um das Brandrisiko zu minimieren, ist es wichtig, für die Ventile hochverträgliche Materialien zu wählen – sowohl Metalle als auch weiche Materialien. Es ist auch wichtig, Zündmechanismen zu minimieren. Dies kann durch die Minimierung weicher Materialien und die Einschränkung des Schmiermitteleinsatzes erreicht werden. Es ist auch wichtig, bewährte Verfahren anzuwenden – vom Entwurf über die Herstellung und den Transport des Produkts zum Einsatzort bis hin zu seinem Betrieb.

Wie wählt man ein für Sauerstoff verwendetes Ventil aus?

Einige Projekte verbieten ausdrücklich die Verwendung von Schiebern in Sauerstoffleitungen mit einem Auslegungsdruck von mehr als 0,1 MPa. Dies liegt daran, dass die Dichtfläche von Schiebern durch Reibung bei der Relativbewegung (d. h. beim Öffnen/Schließen des Ventils) beschädigt wird, was dazu führt, dass kleine „Eisenpulverpartikel“ von der Dichtfläche abfallen und leicht Feuer fangen. In ähnlicher Weise explodiert auch die Sauerstoffleitung eines anderen Ventiltyps in dem Moment, in dem der Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des Ventils groß ist und das Ventil schnell öffnet.