運載火箭氧自生增壓不銹鋼管道的安全性研究

趙耀中，鄭 然，彭龍濤，劉 屹

（北京航天試驗技術研究所，北京100074）

0 引言

我國某型新一代運載火箭液氧貯箱采用氧自生增壓。氧氣廣泛運用于化工、航空航天、鋼鐵、醫療保健等行業，隨著使用范圍擴大，氧氣使用帶來的故障事例也相應增加。純氧氣本身作為強氧化劑，在使用過程中對設備結構、材料及內部條件等均有諸多限制[1-2]。在火箭貯箱氧自生增壓中，需將氧氣進行預熱[3]，其對使用設備的要求就更為苛刻。氧氣管道材質的選擇直接影響其加工工藝和經濟性，不銹鋼作為工業常用的金屬材料[4]，也是氧氣系統上使用最多的材質之一。根據試驗測定，常壓純氧中，10 g金屬鐵塊的瞬間引燃溫度為930～950℃，該溫度低于鐵的熔點（1 500℃），說明鐵在純氧中的燃燒會發生在鐵熔融之前。而不銹鋼在1 MPa下與純氧的引燃溫度為920℃，在3.5 MPa下與純氧的引燃溫度會降至840℃[5]。因而，預熱后的氧氣在06Cr19Ni10不銹鋼材質的管道中流動的安全性，是火箭液氧貯箱采用氧自生增壓方式的關鍵問題之一。

1 不銹鋼管道中氧氣危險因素分析

無論是氧氣管道中發生燃燒或爆燃事故，都必須滿足著火的必備條件[6]，即：燃料、氧化劑和點火能量。如前文述，不銹鋼在純氧中的燃燒溫度較低，因而在氧氣管道中，燃料和氧化劑這兩個條件是滿足且不可避免的，而至關重要的就是點火能量。經多項氧氣管道燃燒事故調查和分析[7-8]，可能形成點火能量的因素包括：氧氣流速過大、閥后管道絕熱壓縮、管道中存在可燃固體顆粒[9-10]和氧氣流靜電放電等[11]。……