• AIT试验可以参考ASTM (G72), BSI (3/4N 100), BAM and CEN。
• BOC使用BS 3/4N 100 SIT （高压腔）试验来 确定材料的自点燃温度。
用于选择非金属材料的数据在压力升高时有 可能产生温度偏差。
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BOC的BS 3N 100 SIT 试验机
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• 外部污染物：碳氢化合物，油/脂
(化学反应 w/ O2: AIT, DH, /润滑剂，加工毛刺，焊巴等。
O.I.，
热导率, 结构：厚度/方位等
）
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影响材料氧兼容性的因素
氧兼容性涉及许多变量
• 压力 • 浓度
• 部件的结构形式 • 清洁程度
• 温度
• 运行程序
• 速度
• 部件的厚度
• 稀释剂(CO2, N2, Ar) • 点火链
Selection of Materials for Oxygen Service 氧服务材料的选择
非金属材料 金属材料
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SCOPE 范围
• 金属和非金属的选择取决于它们性质，这些性 质是通过氧兼容性评估方法及其相关的材料选 择指导原则确定。
• 不同氧服务应用场合材料的选择。 • 氧兼容性试验方法概述。
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氧的性质
• 最普通的元素（空气中含量为21%）。 • 生命必需的，无色无嗅的气体。 • 不可燃，但强力地支持燃烧。 • 氧化剂，大多数材料可以与氧反应。
–氧化能力低于F2 (7.5) 和 NF3 (1.5)；O2 (1.0)。
• 本身具有热力学稳定性（不像N2O, NF3 ）。
eactivity of O2 Creates its Values & Problems
氧的反应性是其价值之源，也是其问题之源！
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“氧兼容性”的定义(ASTM)
在用户可以接受的风险水平之内，一种物质与氧和潜在点火 源两者在预期的压力和温度下可以共存的能力。（在规定的 运行条件下）
一个系统可以被看作是氧兼容的，条件是： –它不能或不大可能燃烧（不可燃的）； –失火事件是极为罕见的； –如果失火可以得到隔离，并且对其影响可以承受。
• 垫片材料（有/无压缩石棉纤维）：
• 油/脂/润滑剂/密封剂：机械零件，螺纹接 头等。
对于医用氧系统，非金属材料的选择 有严格的规定（O&ED 03/98）。
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非金属材料的选择
非金属材料的选择可以按照下列性质进行：
（这些性质是根据给定运行条件和可能的点火机制通过相关的氧 兼容性试验确定的）
行业人士的观点仍然认为要设置一个浓度极限阈值（ ≥21%；23.5%;25%或其他值），在此极限阈值以上 必须考虑材料的氧兼容性。
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燃烧三角形
氧
点火源
• 温度
• 压力
• 速度 • 稀释度
燃料
• 从周围材料释放的能量 • 颗粒冲击 • 电能 • 绝热压缩 • 共振谐振 • 摩擦 • 机械撞击
• 结构材料
• 绝大多数有机材料，包括聚合材料，油/脂，和 碳氢化合物在大气压下的富氧气氛中是可燃的。 全氟弹性材料可能是唯一的例外，如PTFE和 PCTFE（依靠燃烧结构）。
• 非金属的可燃性由它们在环境温度和压力下的 氧指数（OI）表征。
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自点燃试验（AIT试验）
• 在静态条件下确定液体和固体在高压 （1500~2000psig）富氧环境中的自点燃温度。
• 防止继续反应 – 选择那些在点火后有熄灭 （停止反应）倾向的材料。 ：是最现实和最可行的方法！
• 减小反应速率 – 选择那些点火后反应速度尽 可能慢的材料，以便可以对反应（燃烧）进行 控制/封堵。
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非金属材料的选择
• 聚合材料：
• 塑性材料：阀门座，填料，软管衬里等； • 弹性材料：O型环，膜片，软管衬里等。
特氟隆 PFA C
>400 C
Vespel SP 21 350
Fluorel 268 C
297 C
维通橡胶 A
PVDF偏聚氟乙烯 243-310 C
EPDM
206 C
硅橡胶
178 C
200-300 C
尼龙 6,6
氯丁橡胶
166 C
170 - 250 C
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布纳橡胶 N
AIT 数据(垫片: 有/无压缩石
冲击试验（点火） l 绝热压缩（压力波冲击）试验（点火，评估材料
或压力部件） l 填料环试验（燃烧/损坏可能性，评估部件） l 促进燃烧试验（燃烧） l 摩擦试验（点火）
l 颗粒冲击试验（点火） 精品课件
材料选择的先后顺序
• 消除点火 – 选择在给定运行条件下点火可能 性最低的材料。 ：要实施这一点可能是困难的或不切合实际 的！！
• 自点燃温度（AIT）：AIT试验和Pot维持试验 • 燃烧热：燃烧发热量测试 • 氧指数（O.I.）：氧指数试验 • 液氧和气氧中机械冲击的敏感性 ：液氧机械冲击试验和气氧机械冲击试验 • 抗绝热压缩能力：气氧压力波冲击试验 • 法兰垫片损坏可能性：垫片环形试验
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非金属与金属的对比
非金属材料（除无机材料外）
自点燃试验
热电偶 加热套 气态 O2 高压试验腔 内反应容器
温度记录仪
样品夹持器 试验样品
温度停止上升或压力波动即表明自点燃发生。 精品课件
AIT 数据 (聚合物: 塑性材料和弹
性材料)
绝大多数聚合物自点燃温度在 150-500oC
聚四氟乙烯PTFE C
427+ C
聚三氟氯乙烯 400 - 405
• 系统设计
Hale Waihona Puke 精品课件点火机制• 温度升高 • 颗粒冲击 • 机械撞击 • 摩擦 • 绝热压缩 • 新鲜金属暴露
（反应性金属如铝，钛等）
• 流动摩擦 • 静电 • 电弧/电火花 • 声学共振 • 雷电
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氧兼容性评估方法的分类
l 自动点火试验（点火） l 氧指数试验（燃烧） l 燃烧发热试验（损坏可能性） l 环境压力下，液氧冲击试验；压力下液氧/气态氧
棉纤维型)
大多数非金属自点燃温度为 150-500oC
RM 607 190-223 C
(CAF+PTFE)
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氧兼容性评估/试验的作用
• 材料的选择取决于在将要运行的状态（最 差情况）下它们影响点火和燃烧的能力。
• 一种材料的氧兼容性质随特定点火机制下 材料评估所设计的试验方法而不同 –不同 材料及其适用的选择规则。
• 为了选择适当的氧服务材料，关键是要完 全理解一个部件在其使用结构中潜在的点 火机制。