산소 호환성

Oxygen compatibility

산소 적합성은 고농도 산소에서 서비스할 수 있는 재료의 적합성의 문제입니다.이는 우주, 항공기, 의료, 수중 다이빙 및 산업 응용 분야에서 중요한 문제입니다.측면에는 산소 농도가 증가하여 이러한 농도에 노출된 재료 및 구성 요소의 점화 및 연소에 미치는 영향이 포함됩니다.

화재를 예방할 수 있도록 산소 시스템을 설계, 작동 및 유지관리할 때 화재 위험에 대한 이해가 필요합니다.발화 위험은 열원을 제어하고 해당 환경에서 발화되지 않거나 연소를 지원하지 않는 재료를 사용함으로써 최소화할 수 있습니다.일부 재료는 산소가 풍부한 환경에서 점화되기 쉬우므로 산소 [1]시스템에 구성 요소를 도입하기 전에 적합성을 평가해야 합니다.분압과 산소 농도 모두 화재 위험에 영향을 미칩니다.

청소와 디자인의 문제는 산소 서비스의 안전과 내구성을 위한 재료의 호환성과 밀접한 관련이 있습니다.

화재 방지

화재는 산소, 연료, 열에너지가 결합되어 자급자족하는 화학반응이 일어날 때 발생한다.산소 시스템에서는 산소의 존재가 암시되며, 충분히 높은 부분 산소 압력에서는 대부분의 물질이 연료로 간주될 수 있습니다.잠재적 발화원은 거의 모든 산소 시스템에 존재하지만, 화재 위험은 화학적 반응의 발생 경향을 제한할 수 있는 산소, 연료 또는 열과 관련된 위험 요소를 제어함으로써 완화될 수 있다.

재료는 산소 압력이나 농도가 높아지면 발화 및 연소가 더 쉬워집니다.따라서 작동 가능한 최저 압력 및 농도 산소 시스템은 점화 및 연소를 피하기에 충분할 수 있습니다.

본질적으로 발화가 더 어렵거나 지속적인 연소에 내성이 있거나 연소 시 에너지를 덜 방출하는 재료를 사용하면 화재의 가능성을 제거하거나 화재로 인한 손상을 최소화할 수 있습니다.

열원은 산소 시스템 작동에 고유할 수 있지만, 발화를 일으키는 열원의 능력을 제어함으로써 시스템 재료와 산소 간의 화학 반응 개시를 제한할 수 있습니다.시스템 재료의 점화 온도 이하로 온도를 유지하기 위해 발생하는 열을 제한하거나 방산할 수 있는 설계 기능은 발화를 방지합니다.

산소 시스템도 외부 [1]열원으로부터 보호해야 합니다.

산소 적합성 평가

산소 적합성 평가 프로세스에는 일반적으로 다음과 같은 [1]단계가 포함됩니다.

  • 최악의 경우 작동 조건 식별
  • 시스템 재료의 가연성 평가.대부분의 재료는 단면이 작거나 미세하게 분할되어 있을 때 인화성이 더 높기 때문에 기하학적 구조를 고려해야 한다.
  • 점화 메커니즘의 존재 및 가능성 평가.여기에는 다음이 포함됩니다.
    • 화학 반응:주변 물질을 점화하기에 충분한 열을 방출할 수 있는 화학 물질 간의 발열 반응.
    • 전기 아아크: 아크를 받는 물질을 점화하기에 충분한 에너지를 가진 전류 아크.
    • 엔진 배기
    • 폭약
    • 흐름 마찰:비금속 상에서의 고속 산소 흐름으로 인해 발생하는 열
      • 참고: 흐름 마찰은 가설입니다. 흐름 마찰은 실험적으로 검증되지 않았으며 검증된 점화 메커니즘과 함께만 고려되어야 한다.
    • 비교적 움직이는 부품 간의 마찰
    • 폭발하는 선박의 파편
    • 신선한 금속 노출:산화되지 않은 금속이 산화 분위기에 노출되었을 때 방출되는 산화열.보통 골절, 충격 또는 마찰과 관련이 있습니다.
    • 자극과 마찰:구성 요소를 함께 문지르면 열이 발생합니다.
    • 번개 및 기타 전기 아크 방전
    • 기계적 충격:발화하기에 충분한 에너지를 가진 물질에 대한 충격으로 인해 발생하는 열.
    • 불꽃을 피우다
    • 입자 영향:입자 또는 물질을 점화하기에 충분한 속도로 작은 입자가 물질에 부딪힐 때 발생하는 열.
    • 직원 흡연
    • 신속한 가압:단일 또는 여러 단열 압축 이벤트에서 발생하는 열입니다.
    • 공명:급격한 온도 상승을 일으키는 공명 공동 내 음향 진동.
    • 정전기 방전:축적된 정전하를 공급받는 물질을 점화하기에 충분한 에너지로 방전합니다.
    • 열폭주: 열을 방출할 수 있는 속도보다 빠르게 발생하는 프로세스입니다.
    • 용접
  • 점화 위험 및 점화 결과의 추정.화재의 추가적인 발전 또는 소멸.
  • 화재의 결과 분석

또한 호환성 분석에서는 유사한 조건 또는 유사한 구성요소의 사용 이력을 고려할 수 있다.

산소 서비스

산소 서비스는 높은 부분 산소 압력과 접촉하여 사용하는 것을 의미합니다.일반적으로 이는 압축 공기에서 가능한 한 높은 부분 압력을 의미하지만 농도가 높을 때는 낮은 압력에서도 발생할 수 있습니다.

산소 청소

산소 청소는 사용 중 산소 중 높은 부분 압력과 접촉할 수 있는 표면에 [2]점화 위험을 높이는 오염 물질이 없도록 함으로써 산소 서비스를 위한 준비 작업입니다.

산소 청소는 필수적이지만, 항상 고분압 또는 고농도 산소 서비스에 충분한 조건은 아닙니다.또한 사용되는 재료는 예상되는 모든 서비스 조건에서 산소 호환성이 있어야 합니다.알루미늄 및 티타늄 구성 요소는 산소 서비스에 적합하지 않습니다.[2]

다이빙 장비의 경우 산소 청소는 일반적으로 장비를 개별 구성 요소로 분해하여 불연성, 무독성 클리너를 사용하여 탄화수소 및 기타 가연성 오염 물질을 철저히 청소합니다.건조된 장비는 깨끗한 조건에서 재조립됩니다.윤활제는 재조립 [2]시 산소 호환 대체물로 대체됩니다.

다이빙 장비의 산소 청소에 대한 표준과 요건은 적용 및 적용 가능한 법률과 실무 규정에 따라 달라집니다.스쿠버 장비의 경우, 부피 기준 40% 이상의 산소 농도에 노출되는 호흡 장치를 [2]사용하기 전에 산소 세척을 해야 한다는 것이 업계 표준입니다.잠수부가 사고로 장비를 탈거하지 못할 수 있기 때문에 수면 공급 장비는 보다 엄격한 요건에 노출될 수 있습니다.23%[3]의 낮은 농도의 경우 산소 세척이 필요할 수 있습니다. 산소 세척을 위한 기타 일반적인 사양에는 ASTM G93 및 CGA G-4.[4]1이 포함됩니다.

사용되는 세정제는 액체 프레온, 트리클로에틸렌, 무수 인산삼나트륨과 같은 중질 공업용 용제와 세제, 그리고 탈이온수로 헹구는 세제에 이르기까지 다양합니다.이러한 재료들은 현재 일반적으로 환경에 좋지 않고 불필요한 건강상의 위험으로 간주되지 않는다.일부 강력한 만능 가정용 세제는 그 역할을 제대로 하는 것으로 밝혀졌다.사용 전 물로 희석하여 가열하여 최대 효과를 발휘합니다.유리 또는 스테인리스 비드 또는 연질 세라믹 연마재를 사용하여 초음파 교반, 흔들림, 압력 분무 및 텀블링을 효과적으로 사용하여 공정 속도를 높입니다.장비가 세정제에 오염되지 않도록 철저히 헹구고 건조해야 합니다.헹굼은 헹굼물이 맑아지고 흔들었을 때 거품이 지속되지 않을 때까지 계속해야 합니다.가열된 가스(일반적으로 뜨거운 공기)를 사용하여 건조하는 것이 일반적이며 프로세스 속도를 높입니다.낮은 산소 비율 건조 가스를 사용하면 강철 실린더 [2]내부의 순간 녹을 줄일 수 있습니다.

세척 및 건조 후 재조립 전에 세척된 표면을 검사하고 필요에 따라 오염물질 유무를 테스트합니다.자외선에 의한 검사에서는 형광성 오염물이 검출될 수 있지만, 모든 [2]오염물이 검출되는 것은 아닙니다.

산소 서비스 설계

산소 서비스 설계에는 다음과 같은 여러 측면이 포함됩니다.

  • 노출된 [5]구성 요소를 위한 산소 호환 재료 선택.
  • 기능상의 이유로 필요하지만 호환성이 떨어지는 재료의 노출 면적을 최소화하고 이러한 [5]재료와 접촉하는 높은 유속을 피한다.
  • 컴포넌트의 [5]온도 상승을 방지하기 위해 효과적인 열 전달을 제공합니다.
  • 압력의 급격한 증가에 의한 단열 가열의 가능성을 최소화합니다.예를 들어, 갑자기 풀보어로 열 수 없는 밸브를 사용하거나 압력 [5]조절기에 대해 열 수 있습니다.
  • 가능한 경우 흐름과 접촉하는 매끄러운 표면을 제공하고 흐름 방향의 급격한 변화를 최소화합니다.
  • 플렉시블 호스에서 화염 방지기/플래시백 방지기/산소 차단기 사용

산소 적합 물질

일반적으로 산소 적합성은 점화 온도가 높고 점화 [6]후 반응 속도가 낮습니다.

유기 물질은 일반적으로 산소 서비스에 적합한 것으로 간주되는 금속보다 점화 온도가 낮습니다.따라서 산소와 접촉하는 유기 물질의 사용은 피하거나 최소화해야 하며, 특히 물질이 가스 흐름에 직접 노출되는 경우에는 피해야 합니다.다이어프램, 씰, 패킹 또는 밸브 시트와 같은 부품에 유기 재료를 사용해야 할 경우 일반적으로 필요한 기계적 특성에 대해 점화 온도가 가장 높은 재료를 선택합니다.불화탄성체는 넓은 면적이 산소 흐름과 직접 접촉하는 경우에 선호됩니다.흐름이 구성 [6]요소와 직접 접촉하지 않는 정적 씰의 경우 다른 재료가 허용될 수 있습니다.

효과적인 기능을 위해 합리적으로 실행 가능한 적은 양으로 테스트 및 인증된 산소 호환 윤활제 및 씰링제만 사용해야 합니다.과도한 실란트나 윤활제에 의한 오염이 흐름 영역에 투영되지 않도록 [5]해야 합니다.

일반적으로 사용되는 내산소성 엔지니어링 금속으로는 구리, 구리 합금 및 니켈-동 합금이 있으며, 이러한 금속은 일반적으로 연소를 전파하지 않기 때문에 산소 서비스에 적합합니다.또한 자유 절단, 캐스터블 또는 고연성 합금으로 사용할 수 있으며 상당히 강하므로 산소 서비스를 [6]위한 다양한 구성 요소에 유용합니다.

알루미늄 합금은 점화 온도가 비교적 낮으며 연소 중에 많은 양의 열을 방출하며, 유량에 직접 노출되는 산소 서비스에는 적합하지 않지만 유속과 온도가 [5]낮은 저장 실린더에 적합합니다.

적용들

  • 항공우주 – 대기권 및 외부 공간을 가리키는 용어
  • 의료 – 질병의 진단, 치료 및 예방
  • 제조 – 노동 및 기계를 사용하여 판매용 상품을 생산하는 산업 활동
  • 수중 다이빙 – 수면 아래로 내려가 환경과 상호작용합니다.

조사.

위험 분석은 재료, 부품 및 시스템에 대해 수행되며, 고장 분석은 화재의 원인을 결정한다.결과는 안전한 산소 시스템의 설계 및 작동에 사용됩니다.

레퍼런스

  1. ^ a b c Rosales, K. R.; Shoffstall, M. S.; Stoltzfus, J. M. (2007). Guide for Oxygen Compatibility Assessments on Oxygen Components and Systems. NASA/TM-2007-213740 (Report). Johnson Space Center; White Sands Test Facility: NASA. Retrieved 4 June 2013.
  2. ^ a b c d e f Harlow, Vance (2001). Oxygen Hacker's Companion (4th ed.). Warner, New Hampshire: Airspeed Press.
  3. ^ Diving Advisory Board. Code Of Practice Inshore Diving (PDF). Pretoria: The South African Department of Labour. Archived from the original (PDF) on 9 November 2016. Retrieved 16 September 2016.
  4. ^ "Oxygen Cleaning Specifications". Harrison Electropolishing. Retrieved 28 July 2020.
  5. ^ a b c d e f Safety Advisory Group (2008). "Safety principles of high pressure oxygen systems". Brussels: European Industrial Gases Association. Retrieved 18 June 2018.
  6. ^ a b c "Product bulletin 59:045 - Material Guidelines for Gaseous Oxygen Service" (PDF). www.Fisher.com. October 2006. Retrieved 18 June 2018.