Válvulas en servicio de oxígeno

El oxígeno tiene propiedades químicas típicamente activas. Es una sustancia fuertemente oxidante y combustible y puede combinarse con la mayoría de los elementos para formar óxidos, excepto oro, plata y gases inertes como helio, neón, argón y criptón. Una explosión ocurre cuando el oxígeno se mezcla con gases combustibles (acetileno, hidrógeno, metano, etc.) en una cierta proporción o cuando la válvula de la tubería se incendia repentinamente. El flujo de oxígeno en el sistema de tuberías cambia en el proceso de transporte de gas oxígeno, la Asociación Europea de Gas Industrial (EIGA) desarrolló el estándar IGC Doc 13/12E “Sistemas de tuberías y tuberías de oxígeno” dividió las condiciones de trabajo del oxígeno por “impacto” y “ sin impacto". El “impacto” es una ocasión peligrosa porque es fácil estimular energía, provocando combustión y explosión. La válvula de oxígeno es la típica “ocasión de impacto”.

La válvula de oxígeno es un tipo de válvula especial diseñada para una tubería de oxígeno y se ha utilizado ampliamente en la metalurgia, el petróleo, la química y otras industrias que involucran oxígeno. El material de la válvula de oxígeno se limita a la presión de trabajo y al caudal para evitar la colisión de partículas e impurezas en la tubería. Por lo tanto, el ingeniero debe considerar plenamente la fricción, la electricidad estática, la ignición de no metales, los posibles contaminantes (corrosión de la superficie del acero al carbono) y otros factores al seleccionar una válvula de oxígeno.

Propiedades del oxígeno

• La concentración normal en el aire es 21%.
• Incoloro, inodoro e insípido.
• No puede ser detectado por los sentidos humanos.
• No inflamable pero favorece y acelera la combustión.
• Materiales inflamables, incluidos algunos materiales que normalmente son relativamente
• No inflamable en el aire, arde muy rápidamente en altas concentraciones de oxígeno.
• Tres elementos necesarios para un incendio de oxígeno son una fuente de ignición, oxígeno y material inflamable (combustible), conocido como el "triángulo del fuego".

Material utilizado en la válvula de oxígeno

Los materiales orgánicos tienen temperaturas de ignición inferiores a las de los metales. Se debe evitar el uso de materiales orgánicos en contacto con oxígeno, particularmente cuando el material está directamente en la corriente de flujo. Cuando se debe utilizar un material orgánico para piezas como asientos de válvulas, diafragmas o empaquetaduras, es preferible seleccionar un material con la temperatura de ignición más alta, el calor específico más bajo y las propiedades mecánicas necesarias.
Los lubricantes y compuestos selladores deben usarse sólo si son adecuados para el servicio de oxígeno y luego usarse con moderación. Los lubricantes de petróleo comunes no son satisfactorios y son particularmente peligrosos debido a su alto calor de combustión y su alta velocidad de reacción.
Las temperaturas de ignición aproximadas en oxígeno de 138 bar (2000 psig) para algunos materiales orgánicos se muestran en la tabla 1.
Tabla 1. Temperaturas de ignición típicas

MATERIAL	TEMPERATURA TÍPICA DE IGNICIÓN EN 138 BAR (2000 PSIG) DE OXÍGENO
PTFE y PCTFE	468
70% PTFE relleno de bronce	468
Fluoroelastómero	316
Nylon	210
Polietileno	182
Cloropreno y Nitrilo	149

Rieles

La selección de metales debe basarse en su resistencia a la ignición y su velocidad de reacción. A continuación se muestra una comparación de estas dos propiedades para algunos materiales de válvulas comúnmente utilizados.

Resistencia a la ignición en oxígeno

Los materiales se enumeran en orden desde los más difíciles de encender hasta los más fáciles de encender.

1. Cobre, aleaciones de cobre y aleaciones de níquel-cobre: las más resistentes
2. Acero inoxidable (serie 300)
3. Acero carbono
4. Aluminio ‐‐ menos resistente

Tasa de reacción

Los materiales se enumeran en orden desde la velocidad de combustión más lenta hasta la velocidad de combustión más rápida.

1. Cobre, aleaciones de cobre y aleaciones de níquel-cobre: normalmente no propagan la combustión.
2. Acero carbono
3. Acero inoxidable (serie 300)
4. Aluminio: se quema muy rápidamente.

Tenga en cuenta que el acero inoxidable, una vez encendido, se quema más rápidamente que el acero al carbono. Sin embargo, los grados austeníticos (serie 300) de acero inoxidable se consideran mucho mejores que el acero al carbono debido a su alta resistencia a la ignición.

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¿Qué tan peligroso es el oxígeno?

El oxígeno no es combustible por sí solo. Sin embargo, si hay un evento de combustión, el alto contenido de oxígeno significa que los materiales combustibles se queman mucho más rápido. El impacto de partículas, la presurización rápida o la compresión de materiales pueden provocar un calentamiento que podría provocar una combustión. La contaminación y la energía mecánica, como la fricción, también pueden provocar ignición y provocar incendios rápidos y calientes cuando hay más oxígeno presente. Cuanto mayor sea la concentración de oxígeno, mayor será el riesgo de combustión.

Larson señaló que, si bien se deben tomar ciertas precauciones con el oxígeno líquido, es aún más importante estar atento cuando se trabaja con él en estado gaseoso.

Minimizar el riesgo

Para minimizar el riesgo de incendio, es importante elegir materiales altamente compatibles para las válvulas, tanto metales como materiales blandos. También es importante minimizar los mecanismos de ignición. Esto se puede lograr minimizando los productos blandos y limitando el uso de lubricantes. También es esencial utilizar las mejores prácticas, desde el diseño hasta la fabricación, pasando por llevar el producto al sitio y operarlo.

¿Cómo elegir una válvula utilizada para oxígeno?

Algunos proyectos prohíben explícitamente el uso de válvulas de compuerta en tuberías de oxígeno con una presión de diseño superior a 0,1 mpa. Esto se debe a que la superficie de sellado de las válvulas de compuerta se daña por la fricción en el movimiento relativo (es decir, la apertura/cierre de la válvula), lo que hace que pequeñas “partículas de polvo de hierro” se caigan de la superficie de sellado y se incendien fácilmente. De manera similar, la línea de oxígeno de otro tipo de válvula también explotará en el momento en que la diferencia de presión entre los dos lados de la válvula sea grande y la válvula se abra rápidamente.