第４１卷第２３期 郭兆银：主冷凝蒸发器液氧管线出口弯头失效性分析 １２７ 这一现象，我们通过表面微区分析发现该物质为超轻元素碳， 这可能来源于空气中的有机物，如乙炔等气体组分。 （１）５０８３合金母材成分和相关力学性能指标符合国家标 准，液氧工作温度下的塑性、韧性较高，不是构成失效穿孑Ｌ的 主要因素。 （２）穿孔洞ＶＩ周围存在熔融燃烧痕迹非常明显，管内壁烧 蚀面积较大，烧蚀程度较严重，断定失效方式是管壁内侧燃爆 引起的烧蚀穿孔，管壁内侧氧化皮下存在较大量的网状或连续 片状分布的残碳，证明有大量有机物在此积聚并且有机物的剧 ５分析与讨论 从失效样品的化学成分、金相组织、力学性能等指标上来 看，各项指标符合相关生产工艺条件的产品标准和国家标准， 该型号铝合金能满足低温、富氧、低压、低流速液体应用环 境，能够满足该工况要求。 从熔爆断口及其周边形貌看，在爆炸失效以前主冷管弯管 内弧内侧出现比较剧烈的燃烧现象，由于燃烧非常剧烈，产生 大量的热量，高温的熔融液体及形成的氧化熔渣四处飞溅，引 起更大面积的熔融燃烧，最终导致较大面积的失效穿洞。在熔 渣覆盖下的管道板材内壁及铝合金内衬的表面上遗留一些黑色 物质，经分析发现该物质的化学成分中含有大量的碳元素，这 种黑色物质只可能来源于液氧中－ｚ Ｊ。 管道中碳主要来源于空气中的碳氢化合物，其组分也非常 复杂，主要包括甲烷、乙炔、丙烷、丁烷、丁烯、丙烯等，它 们虽在空气中的含量非常低，但在非常低的低温条件下，仍然 有过饱和析出的可能。在空分设备中可通过分子筛将它们的绝 大部分除掉，而不至于在液氧中析出晶体，但是如果管道中出 现液氧流动的死区，便会形成干蒸发条件而在局部区域析出晶 体并积聚。由于不论是液氧，还是这些有机物晶体均是绝缘 体，在管道内介质流动的作用下，互相摩擦碰撞产生静电，电 荷累积到一定程度就会放电形成微火花产生爆炸燃烧，同时不 饱和烃累积到一定程度，即使在缺氧的条件下也会发生分解爆 炸。 另外，主冷管道失效处位于焊缝区，由于焊缝内侧不光 滑，且焊缝内侧的铝合金内衬和不锈钢施焊冷铁的存在，使得 该处死区的形成更加容易，范围也更大，造成了乙炔在该处管 壁上积聚结晶析出的几率更高 ｊ。在富氧、富易燃物的条件 下，带正负电荷粒子的累积到一定程度，并达到放电条件产生 电火花，便能迅速燃烧，燃烧放出的热量，将周围的液氧气 化，使得反应更加剧烈，燃烧在极短的时间内产生大量的反应 热量，这些热量足以使铝合金发生氧化燃烧产生更多的热量， 使得铝合金板材熔化飞溅 Ｊ。 ６ 结论 通过以上分析，认为主冷凝蒸发器液氧管线出口弯头失效 性分析的结论及可能原因如下： 烈燃烧放热引燃铝合金板材及不锈钢冷铁，这是烧蚀穿孔的主 要原因。 （３）有机物晶体在剧烈燃烧结束后残留的未完全燃烧形成 残碳，这些有机析出物可能的来源是主冷管道液氧干蒸发而在 管道死区管壁内侧积聚起来的。 （４）不锈钢冷铁燃烧，对铝合金管道板材与氧的反应起了 催化加速作用。 （５）管道转弯的液氧流过的入口处有一个环形焊缝，管道 内侧焊缝处加了不锈钢冷铁和铝合金内衬，在液氧流速较慢 时，此处更容易发生干蒸发，使得有机物在此处大量积聚。 ７建议 （１）联合设备制造厂家解决弯道干蒸发问题，如改善弯道 接头，增大弯道半径，减少弯道处的焊缝数量，改进加冷铁施 焊的工艺，减少铁的存在，如不可避免，尽量采用低锰低镍型 的不锈钢。 （２）在设备维护方面，防止主冷储液罐的液面过低，增加 主冷管道内的液氧的流速，降低死区的形成，减少干蒸发存在 的可能，降低微爆风险。 （３）加大系统的管理，严格控制乙炔、二氧化碳、氧化亚 氮等有害气体或粉尘颗粒等在系统内的含量。 参考文献 ［１］王志奎．化工原理［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９８：２７—２８． ［２］ 王建安．金属学与热处理［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８２：２１９— ２２０． ［３］ 丁宏亮，彭振康．ＩＢ／Ｔ５９０２—２００１空气分离设备用氧气管道技术条 件［ｓ］． ［４］ ＧＢ １６９１２—２００８深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程 『Ｓ］． ’
