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固定式氧气-乙炔管系
“船海人”

在天然气没有大量用作推进主机燃料时,乙炔就早早走进了船舶机舱中。然而少量的这种可燃碳氢化合物气体,并没有让IMO和船级社认为有必要为此考虑可燃气体探测系统,或者引入安全型机舱的概念。

乙炔在船上使用的范围,仅限于切割、焊接(钎焊或者铜管焊接)和加热源,特别是船舶在营运过程中,氧炔焰为临时机修提供了便利,因此,海船上氧气-乙炔系统是必不可少的,某些船级社规范干脆把这套管系称为氧乙炔焊接气体系统。

今天的文章,吉米哥结合ABS规范、BV规范和原GL规范来介绍。完整的一套氧气乙炔管系包括这样几个部分:气瓶室或气瓶柜,低压配气管路和气体分配站,如下图所示。


1、气瓶间or气瓶储存柜?

气瓶间和气瓶储存柜是两个不同概念,它们都可以用来存放气瓶。储存柜的样子,如同油漆间外存放固定式CO2气瓶的那个柜子,多年前,吉米哥在入级LR的系列多用途货船上见过,此后所见绝大多数为气瓶间。

实际上,在船上还会看到下图的这种开放储存间,不过在BV规范和GL规范中都没有提到这种布置。而在ABS规范中,有这样一段话:如果没有设置储存间,气瓶可以放置在开敞存储区域,但是需采取防止海洋或阳光等环境的保护措施……。


所以,如果你在船上看到下面这种格栅门的氧乙炔储存间,也就不足为奇。


2、气瓶数量

氧乙炔系统所指的气瓶,包括在用气瓶、备用气瓶和空置气瓶。规范规定气瓶1个储存柜最大只能存放4个气瓶。4个气瓶包括上述在用气瓶(氧气和/或乙炔),备用气瓶和空置气瓶。如果备用气瓶和空置气瓶没有放在储存柜,那么必须放在气瓶间。如果气瓶都放在1个气瓶间,那么在用气瓶、备用气瓶和空置气瓶最多只能8个。

超过8个氧气瓶和乙炔瓶,不管这些瓶子数量和大小如何,也不管是在用的、备用的或者是空置的、必须分开到2个房间存放。而且一个用作氧气间,另一个用作乙炔间。

BV和GL规范总结为四句话:1个柜子4个瓶,8个瓶子1个间。超过8个分开放,一个氧来一个炔。

但ABS规范有点区别,只要气体类型不同,就要分开房间放置。


3、气瓶间布置

3.1、位置

不管哪种储存位置,都不能设在起居处所、控制站和机器处所。气瓶间必须在最高一层连续甲板以上,并且与其他处所气密分隔,如果是带门的气瓶间,那么门的方向应朝向逃生方向开启。

3.2、通风和隔热

气瓶间应该进行适当隔热和通风,保持内部温度不超过40℃。如果自然通风不能保持在这个温度范围,那么必须设置机械通风。在后者的情况下,机械通风出口还要考虑防火防爆的要求,至少3米以外不能有着火源和其他空气进口,通风出口带防火网。并且房间换气次数不能少于每小时6次,如果是储存柜存放的话,柜子上下方都要求通风口(GL要求)。此外,不允许燃油管和其它气体管通过气瓶间。

3.3、电气设备

对于气瓶间或储存间的照明等电气设备,这三个船级社的要求是一致的,都应该选择至少爆炸组别IIC,温度组别T2的防爆设备。比如今天这艘化学品船的氧乙炔间,照明灯具为IICT4。


4、气瓶

氧乙炔瓶最大的单个容积不能超过50升,存放时必须竖直朝上。竖直固定后,还要方便拆除更换。如果瓶子放在储存柜中,GL还规定,柜子下面的底座至少高出甲板100mm。当然,吉米哥觉得,如上图那种开放位置的储存间,瓶子最好也不要直接放在甲板上,防止积水后,雨水海水腐蚀瓶子底部。

气瓶经过调压阀排出的气体,必须引到甲板以上无着火源的安全位置,图1和图2中高高矗在外面的管子就是安全阀出口管。

吉米哥不止一次收到这样的提问:氧气和乙炔瓶要不要证书?我们来看看三家船级社怎么说的。

GL:气瓶应以适当材料按照认可的标准来制造,……。它们应由GL公认的组织来型式认可。


BV:气瓶应在船级社在场情况下试验,或者由船级社公认的机构来试验。


ABS:CO2气瓶、氧乙炔瓶等大批量生产的工业压力气瓶,……应按公认标准制造和试验,但是接受与否,取决于船级社或国家机关(制造国)验证是不是满足标准要求……,此外,要把合格证/证书、可追溯的序列号提交给验船师。


综上,可以这么理解,氧乙炔瓶不必要持有船级社证书,比如在中国新造的船舶,乙炔瓶可以参照GB 11638,该标准等效于ISO 3817,只要气瓶按照安监规程制造和持有有效合格证书,应该视为船级社接受的。

GL规范还要求气瓶上有这些标识:制造厂名称和商标,序列号,气体类型,容积,初次检验和后续检验的日期,检验还需要考虑挂旗国的要求,比如德国旗SBG和UVV的要求。吉米哥确实查到某些挂旗国关于船上存放气瓶用于焊接、切割等热工作业的要求,比如挪威海事局。

另外,GL还规定不同类别的气瓶需要有颜色标识,在用气瓶、备用气瓶和空置气瓶还需要差异对待。比如,氧气瓶:蓝色,乙炔瓶:黄色或红色,还取决于挂旗国的规定。

吉米哥今天从船上下来,在码头注意到船厂气包也有类似的颜色标识。天然气:黄色,二氧化碳:白色,氧气:蓝色,压缩空气:灰色。


5、管系和附件

5.1、材料、等级和设计压力

规范中定义氧乙炔管系为I级管,而无论压力大小。BV规范要求乙炔管为不锈钢无缝管,氧气管为铜或不锈钢无缝管。高压部分设计压力需能承受295公斤。对于管子的壁厚,低压部分的管子在开敞区域取2.5mm,其他位置取2mm。

GL要求高压部分试验到300bar,低压部分为25bar。

而ABS规范这部分更为详细,所有高低压管均为无缝管,气瓶和调压阀之间的高压部分乙炔管,应该选取钢制,而超过65%铜含量的铜和铜合金管不能用于乙炔管。高压部分的氧气管可以为铜或钢制。所有高压部分的氧气管和乙炔管最好具有防腐蚀保护。高压部分的设计压力为207bar,即3000psi,储存间外的管子均采用对接焊连接,管子采用标准壁厚。

另外ABS要要求试验的时候采用氮气或气体惰性气体,采取适当措施除去管路总可能的油、油脂或其他垃圾,并在系统投入使用前用不含油份的氮气吹通。


为什么在ABS规范中,明确禁止使用高铜含量的管子作为乙炔管呢?相同情况下,烷烃、烯烃和炔烃稳定性依次降低,从完美,到稀少,到缺乏。乙炔作为最小的炔烃相当有个性,它在高压下很不稳定,火花、热力、磨擦均能引起乙炔的爆炸性分解而产生氢和碳。一般,在乙炔发生和使用管道中的压力均保持在1个大气压的表压以下,而且乙炔可以与汞、银、铜等化合生成爆炸性化合物,比如生成的乙炔铜又作为催化物质,会进一步加重爆炸危险。因此乙炔管系不能用铜、银和汞,并要避免使用含铜66%以上的黄铜、含铜银的焊接材料和含汞的压力表。

5.2、管系布置

管系不能穿过起居处所和服务处所,穿舱件能保证气密,并采用能防磨损的套管保护。GL规范要求整个氧乙炔系统的管子,也要采用与气瓶颜色相对应的颜色区别。包括调压阀,不光有颜色区别,还要按公认标准制造并得到型式认可,在调压阀的进出口各安装一个压力表。这一点类似机舱压缩空气减压阀组前后的压力指示要求,具有规范通用性。

然后瓶头阀和调压阀之间,通过高压管、集管阀和压力软管连接起来。如果两个或多个氧乙炔瓶连接到高压管上,那么每一供气管还需要一个止回阀。

在低压部分的分配站,每一氧乙炔管上也需要有调压阀。分配站在船上只可能布置在机舱或者机修间,需防止机械损伤,并在配气站所在位置设有机械通风。

5.3、高压软管

对于氧乙炔系统的高压软管,ABS规范在2009年更新了这样一段话,连接乙炔瓶的软管材料内部,应能耐丙酮和二甲基甲酰胺的降解,这里丙酮到底搞演哪一出?


你以为乙炔瓶子中是液化的乙炔?too young,too naive。前文提到乙炔在高温下容易发生分解爆炸。因而按照工业惯例,乙炔瓶中安装有无石棉,且不具有穿透性溃散和裂纹的多孔性填料,然后浸满丙酮,然后乙炔是被加压溶解在瓶中。

而氧气瓶的软管,ABS规范这样要求,氧气软管内衬的材料需要能耐受氧气中不少于400℃的自燃温度,我屮艸芔茻,这太高级了!

6、告示牌和标识

GL规范对气瓶间要求如下:


吉米哥发现GL规范的黑体字告示内容,竟然与挪威海事局竟然完全雷同。



氧气压力表上(GL):


BV规范汇总如下:


7、乙炔or丙烷

虽然在船上这套管系俗称为氧乙炔系统,但规范也指出了可以使用其他液化其他的可能性。

实际上在陆地上,很早就用丙烷来代替乙炔气体,甚至用天然气来代替乙炔,比如我今天拍的那张图片,船厂就是用的天然气。下面来对比以下乙炔和丙烷其体经济性和危险性。

乙炔在常温常压下为具有麻醉性的无色可燃气体。纯时没有气味,但是在有杂质时有大蒜味。能与空气形成爆炸性混合物,极易燃烧和爆炸。因为乙炔很不稳定,在加压时能自行分解发出大量热。纯乙炔当温度大于200~300℃时即发生聚合反应。发生聚合时温度升高很容易发生爆炸,爆炸时气体温度达到2500~3000℃,压力增大10~12倍。。

丙烷气体有鱼腥味,与空气混合浓度为2%至9%会形成爆炸,而乙炔在空气中爆炸范围为2.5%,虽然丙烷爆炸范围略宽,但丙烷分子中的碳与碳之间是饱和键,化学性质比乙炔稳定,使用中比炔安全。氧-丙烷火焰温度虽不如氧炔火焰温度高,但火焰比较柔和,体积发热量比乙炔大。

按照燃烧方程,1体积丙烷完全燃烧,理论需要5体积氧。当丙烷火焰在空气中燃烧时,实际耗氧量3.5个体积,即形成中性火焰,比乙炔多消耗2.4个体积的氧,火焰的温度为2520℃,比乙炔低约580℃。而氧化焰的最高温度约2700℃(比乙炔低约600℃),耗氧量比乙炔高。


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