Стандарты очистки кислородных расходомеров без использования масла

Стандарты очистки кислородных расходомеров без использования масла: разъяснение стандартов CGA G-4.1 и ASTM G93.

Быстрый ответ

Расходомеры кислорода нуждаются в очистке без использования масла, поскольку остатки углеводородов, смазка и рыхлые частицы могут воспламениться внутри системы, обогащенной кислородом, даже без внешнего искрового разряда.

Это регулируются двумя стандартами: CGA G-4.1, предназначенным для оборудования по добыче, хранению и распределению газа, и ASTM G93, разработанным для более широкого спектра сред, обогащенных кислородом, включая аэрокосмическую и полупроводниковую отрасли.

Компания Silver Automation Instruments проводит обезжиривание и проверку контактирующих с жидкостью деталей каждого кислородного расходомера, стремясь к достижению уровня нелетучих остатков 220 мг/м² или ниже, что соответствует базовому показателю CGA G-4.1.

Почему для очистки кислорода требуются иные стандарты, чем для очистки воздуха или азота?

Кислород с концентрацией выше 23,5% по объему классифицируется как окислитель согласно обоим стандартам. Эта цифра важна, поскольку обычный воздух содержит около 21% кислорода, и даже небольшое его обогащение изменяет свойства горящих материалов. Смазка и масло, находящиеся на стальной поверхности в окружающем воздухе, легко воспламеняются, как только чистый кислород под давлением проходит мимо них.

Перед выбором расходомера для работы с кислородом следует знать два механизма воспламенения. Адиабатическое сжатие происходит, когда порция кислорода быстро сжимается у тупика или седла клапана, и одной только теплоты сжатия достаточно, чтобы воспламенить находящиеся там остатки. Воспламенение от удара частиц происходит, когда незакрепленный кусочек сварочной окалины или стружки движется с высокой скоростью и ударяется о поверхность датчика, генерируя искру от трения. Ни один из этих механизмов не требует внешнего источника воспламенения.

Таким образом, корпус расходомера, исправно работающий со сжатым воздухом, может стать неисправным при работе с кислородом, если его никогда не обезжиривали. Это не теоретический риск. Именно поэтому поставщики газа, больницы и металлургические заводы указывают стандарты очистки в своих заказах на закупку, а не полагаются на предположения.

Стандарты CGA G-4.1 и ASTM G93, и в чем их различия.

CGA G-4.1, Очистка оборудования для работы с кислородом

Стандарт CGA G-4.1, опубликованный Ассоциацией сжатых газов, является основным стандартом, на который ссылается большинство поставщиков газа, операторов кислородных заводов и дистрибьюторов медицинских газов. Он охватывает резервуары для хранения, автоцистерны, компрессоры, насосы и контрольно-измерительные приборы — по сути, все, что контактирует с кислородом с концентрацией выше 23,5%. Стандарт носит предписывающий характер: в нем изложены конкретные методы очистки (растворители, водные растворы, ультразвуковая очистка), этапы проверки и требования к упаковке. Он также устанавливает базовый уровень чистоты, поэтому покупатель, который просто пишет «чисто по CGA G-4.1» в заказе на покупку, все равно получает определенный уровень чистоты.

ASTM G93, Методы очистки и уровни чистоты в средах, обогащенных кислородом.

Стандарт ASTM G93 использует более широкий, основанный на оценке рисков подход. Вместо одного базового уровня он определяет уровни чистоты от A до D, где уровень A является самым строгим (используется в авиационных двигателях и системах подачи кислорода под высоким давлением), а уровень D — самым свободным. В отличие от CGA G-4.1, здесь нет автоматического значения по умолчанию, поэтому покупатель должен указать, какой уровень применяется. Этот стандарт чаще используется в аэрокосмической, полупроводниковой и газовой промышленности, хотя оба стандарта частично совпадают, и сам CGA G-4.1 ссылается на ASTM G93 для получения подробных данных о методах испытаний.

Для типичного потребителя промышленных газов, кислородного завода, центральной системы снабжения больницы или линии кислородно-топливной сварки на металлургическом заводе обычно достаточно базового стандарта CGA G-4.1. Однако предприятиям аэрокосмической отрасли, производителям жидкостных кислородных двигателей и некоторым производителям полупроводников необходимо явно указывать уровень ASTM G93 в заказе.

Технология измерительных приборов влияет не только на уборку, но и на безопасность использования кислорода.

Сертификат очистки сам по себе не решает конструктивную проблему. Турбинные и объемные расходомеры используют вращающиеся детали, работающие на подшипниках, и для многих конструкций подшипников необходима смазочная пленка. Стандартные смазки на основе углеводородов — это именно то, для удаления которых существует стандарт CGA G4.1, поэтому для этих расходомеров обычно требуется кислородосовместимая смазка, более жесткие интервалы проверки или и то, и другое.

Термомассовые расходомеры и вихревые расходомеры позволяют избежать этой проблемы более конструктивным способом. Ни один из них не имеет движущихся частей в потоке, поэтому нет подшипников, требующих смазки, и нет износа поверхности, отслаивающего металлические частицы в течение многих лет эксплуатации. Это одна из причин, почему термомассовые расходомеры SRK-100 и вихревые расходомеры STLU-G часто упоминаются в запросах на кислород и азот, которые мы получаем из Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока. Датчик все еще нуждается в обезжиривании и проверке перед отправкой. Просто после установки расходомера отсутствует постоянный риск, связанный со смазкой.

Перед заказом стоит проверить варианты материалов и комплектующих.

В большинстве запросов, касающихся расходомеров кислорода, возникает несколько вопросов, поэтому стоит изложить их напрямую, а не ждать вопроса.

• В качестве уплотнений, контактирующих с рабочей средой, следует избегать стандартных нитрилов или неопрена. Наиболее распространенными вариантами, совместимыми с кислородом, являются ПТФЭ и витон, однако оба материала требуют проверки на соответствие давлению и температуре реальным условиям эксплуатации.
• Латунь и нержавеющая сталь обычно используются в качестве материалов для корпусов, предназначенных для работы с кислородом низкого и среднего давления. Алюминий и титан требуют инженерной экспертизы перед использованием в кислороде высокого давления из-за риска воспламенения от удара частиц в самом металле, а не только при загрязнении поверхности.
• Резьбовые фитинги ни в коем случае нельзя собирать с использованием стандартного герметика для резьбы на основе углеводородов. Существуют кислородобезопасные смазочные материалы для сборки, которые должны быть указаны в заказе на покупку, а не предполагаться монтажником.
• Если по трубопроводу ранее подавался другой газ, прежде чем его перевели на подачу кислорода, то счетчик нуждается в полной очистке для повторной сертификации, а не просто в протирке.

Как мы изготавливаем расходомеры для подачи кислорода

Термомассовый расходомер кислорода

Когда поступает заказ на обработку кислородом, мы извлекаем смачиваемые компоненты и обезжириваем их отдельно от остальной части конструкции, следуя этапам очистки растворителем, описанным в CGA G-4.1. После обезжиривания детали проверяются с помощью УФ-света, а при более жестких требованиях проводится тест на наличие нелетучих остатков для подтверждения того, что их уровень не соответствует запрошенному. После прохождения проверки деталь упаковывается в пакет, маркируется датой очистки и примененным стандартом и хранится в герметично закрытом виде до окончательной сборки.

Это стандартная практика для термомассовых расходомеров SRK-100 и вихревых расходомеров STLU-G, заказанных для работы с кислородом. По запросу мы можем обеспечить более высокий уровень чистоты, чем стандарт CGA G-4.1, хотя это и увеличит время выполнения заказа. Мы не заявляем о сертификации цеха по стандартам CGA G-4.1 или ASTM G93. Мы подтверждаем в письменной форме конкретный уровень чистоты, метод проверки и документацию, поставляемую с каждым устройством, и рекомендуем клиентам со строгими внутренними требованиями к контролю качества указывать требуемый уровень и формат документации непосредственно в заказе на покупку.

Применение стандартов CGA G-4.1 и ASTM G93 в различных отраслях промышленности

В Юго-Восточной Азии небольшие кислородные установки с псевдоожиженным слоем (PSA) и вакуумно-перфорационным псевдоожиженным слоем (VPSA) являются постоянным источником подобных запросов. Интеграторы установок во Вьетнаме, Индонезии и на Филиппинах часто устанавливают термомассовый или вихревой расходомер на выходной линии продукта именно потому, что это позволяет избежать вопроса о смазанных подшипниках, который возникает в случае турбинных расходомеров.

Клиенты с Ближнего Востока задают этот вопрос в основном в связи с обогащением кислородом при сжигании стекла и металла, где на одних линиях обогащение остается ниже порогового значения в 23,5%, а на других в рамках одного и того же предприятиях превышает его, поэтому для каждой линии требуется отдельный анализ, а не общий ответ.

В больницах Австралии и Новой Зеландии мониторинг расхода центрального кислородного баллона, как правило, осуществляется в соответствии с базовым стандартом CGA G-4.1, поскольку этого требуют стандарты NFPA 99 и аналогичные региональные кодексы по медицинским газам. Однако окончательные требования к документации устанавливает инженер по газовым системам самого учреждения, а не поставщик счетчиков.

Южноамериканские металлургические заводы, использующие кислородно-топливные линии резки или прокола, как правило, являются наиболее чувствительной к затратам группой в этом списке, и они обычно специально спрашивают, можно ли переаттестовать более дешевый турбинный расходомер для работы в кислородной среде, вместо того чтобы заказывать специально очищенный термический или вихревой блок.

Пример из практики

Вьетнамский интегратор газового оборудования, поставляющий небольшие кислородные генераторы PSA, обратился к нам с просьбой предоставить коммерческое предложение на термомассовые расходомеры SRK-100, очищенные в соответствии с базовым стандартом CGA G-4.1, для выходной линии установки производительностью 50 Нм³/ч. Инженер-проектировщик унаследовал установку турбинных расходомеров, которая не прошла внутреннюю проверку, поскольку смазка подшипников не была рассчитана на работу с кислородом. Мы довольно часто сталкиваемся с подобными случаями непрохождения проверок смазываемых расходомеров, обычно после смены оператора установки или после инцидента в другом месте региона, что отчасти объясняет, почему в подобных запросах постоянно фигурируют термомассовые и вихревые конструкции.