Проблемы возгорания редукторов из алюминия

Конструкторы редукторов и разработчики инженерных систем уже длительное время решают проблему возгорания систем, в том числе и кислородных редукторов. Ее возникновение обусловлено разрушительным действием кислородного пламени, которое часто становится причиной серьезных увечий работников, а иногда и летальных исходов во время производства работ.

В большинстве случаев это случается с кислородными баллонами, имеющими малые размеры, применяемыми в медицинской практике. Для облегчения веса в их конструкцию включаются детали, изготовленные из алюминия. Такие агентства как ASTM, FDAи UL ведут кампанию по запрету применения деталей для редукторов, изготовленных из алюминия. Стоит ли это делать? Чтобы ответить на этот вопрос, есть смысл разобраться сначала в самой проблеме. 

В том случае, когда текучая среда помещена в объем, имеющий постоянную величину, теплообмен может быть конвекционным, когда среда, имеющая более высокую температуру, перемещается в области с более низкой температурой либо термодиффузионным, когда тепло передается от части, имеющей более высокую температуру к более холодной. 

Теплообмен, происходящий в кислородном редукторе, точнее во входной его полости, происходит путем адиабатического сжатия. Суть механизма теплообмена состоит в том, что при быстром открывании вентиля баллона расширяющийся нагретый газ работает по принципу поршня, сжимая содержимое редуктора, находящееся в полости высокого давления и тем самым способствуя повышению его температуры. Увеличение давления сопровождается резким повышением температуры. При этом тепло газа не может покинуть корпус редуктора через его стенки. 

Правильно проведенные расчеты при создании данной конструкции позволяют справиться с возникающим скачком температуры. Однако если в объем газа случайным образом попали, какие либо посторонние частицы в виде масла, грязи, пыли, насекомых и прочих, то велика вероятность возникновения возгорания, поскольку инородные включения, как правило, воспламеняются при более низких значениях температур, чем элементы конструкции. Возгорание посторонней частицы дает начало цепной реакции возгорания других компонентов, которая продолжается до тех пор, пока температура не достигнет значений, достаточных для того, чтобы произошло воспламенение металла. Наличие источника возгорания в присутствии чистого кислорода приводит к тому, что редуктор превращается в топливо, интенсивно горит, наносит вред окружающей среде и становится источником повышенной опасности для людей, находящихся в непосредственной близости от него. 

Большое количество возгораний вызвано именно присутствием посторонних веществ или частиц, попавших в редукторе вовнутрь полости высокого давления. Подобных ситуаций вполне можно избежать, если соблюдать все необходимые правила безопасности во время замены кислородных баллонов, открытия вентилей, устранять возможности попадания загрязнений. 

В большинстве случаев промышленные редукторы изготовлены с использованием латунных деталей. В баллонах небольшого объема, в частности применяемых в медицинских целях, производители довольно часто в целях уменьшения их веса используют более легкие редукторы с установкой деталей из алюминия либо латунных деталей в алюминиевых баллонах. Алюминию присуща более низкая температура возгорания, чем та при которой горит латунь. Одновременно он выделяет при горении большое количество тепла. Данные обстоятельства повышают вероятность возникновения взрывоопасных ситуаций по сравнению с конструкциями, изготовленными из латунных деталей. Поэтому в настоящее время отмечается тенденция возврата к применению деталей из латуни при изготовлении газовых баллонов, предназначенных для медицинских целей. 

Быть может, стоит отказаться от применения алюминиевых конструкций, как к тому призывают ASTM, FDAи UL ? Имеется ли возможность создать конструкцию редуктора из алюминия более устойчивую к воспламенению, даже если в нее попали посторонние частицы? Следует внимательнее присмотреться к возможностям, которые имеются в практике их применения, позволяющие повысить устойчивость редукторов из алюминия к воспламенению. 

В первую очередь посторонние частицы попадают при загрязнении кислородного оборудования. Поэтому необходимо принимать меры по контролю над чистотой газа путем установки фильтров, соблюдения мер предосторожности во время замены баллонов, используя для продувки от стружки и пыли резкое открытие на короткий промежуток времени вентиля до момента присоединения редуктора. Аварии можно предотвратить, если соблюдать условие медленного открытия вентиля.