氧气在工业和其他部门中的应用

氧气在大气（T = 18 °C，p = 760 mm Hg）中是一种无色、无味的气体。它在大气中所占的比例为 21%（按体积计算）。

在一定条件下，氧气很容易与大多数元素发生反应，形成相应的氧化物。它也是燃烧的必要条件。氧气可能导致油和油脂或被它们污染的纺织品（如清洁用品）发生自燃。

氧气是各种行业和工艺中不可缺少的物质。

例如，它被用于：

• 冶金、铸造和食品行业
• 在水处理中用于水净化和用作氧化剂
• 在医疗领域用于帮助呼吸
• 用于水下探险
• 在航空航天中用作火箭燃料的氧化剂
• 在化工行业，例如，用于硫酸或硝酸的生产
• 用于从煤中制备合成气和从重油中制备氢气
• 用于通过氢氧焰熔化高熔点的金属
• 用于燃料电池
• 在使用乙炔的氧燃料技术中，用于氧燃料焊接和切割
• 在激光火焰切割中用作切割气体
• 在等离子切割中用作工艺气体
• 在造纸工业中用于漂白
• 用于纺织业，例如洗衣店
• 用于医院

与在空气中燃烧相比，物质在常压下的纯氧中会更加剧烈地燃烧。在纯氧环境中，在压力增加的情况下，可能发生爆炸性燃烧，因为在这种条件下，点火所需的能量较少。

有许多材料在空气中不燃烧，但在相同条件下的纯氧中却发生燃烧。在这种情况下，增加压力也会增加火灾风险，因为随着压力的上升，易燃物质的数量也会增加。

导致起火的三要素是：氧化剂、燃料和点火源。缺少这三个要素中的其中一个，通常就可以阻止火灾的发生。

我们假设，纯氧在一个加压的工业设备中流动。阀门、压力调节器、管道和管件内的部件就是燃料。氧气是氧化剂，而氧气的压缩又提供了点火能量。

当氧气通过膨胀从高压降到低压时，它的速度可以达到声速。如果它在如此高的速度下遇到阻力，由于绝热压缩，它的温度会上升。这里的背景是，在压缩过程的短时间内，没有热能释放到环境中。如果出口压力增加，温度就会上升。

由于温度上升，应用中的塑料、有机化合物和小金属颗粒就会达到自燃点，它们的燃烧可以产生足够的热量引发火灾。

污染物、突出的金属颗粒和污物颗粒通常不会燃烧，但它们会变得非常热，它们除了产生撞击能量和摩擦热之外，还可能引起火灾甚至爆炸。

总之，我们在这里谈论的点火机制又可以细分为粒子撞击、机械撞击以及摩擦和加压生热等类别。

良好的风险管理尤为重要。这包括正确地制造、操作和维护系统：

• 防止较高的气体速度
• 避免突然的障碍物
• 只有在能够通过相邻的金属表面充分散热的情况下才使用塑料密封件
• 根据可能的最高压力选择金属材料，有时需要使用特殊合金
• 由于铝的低点火能量和低熔点，在纯氧应用中应排除使用铝
• 应检查是否可以使用非金属材料，如有可能，应使用经过氧气适用性测试的非金属材料
• 在操作过程中，应避免阀门因压力波动而发生快速开启和关闭

在安装过程中，清洁是重中之重，所以不能有任何有机化合物或颗粒出现在纯净的氧气流动区域。由于有着火的危险，在技术上可能的情况下，所有与氧气接触的系统部件都必须得到清洁。它们必须不含熔渣、铁锈、焊接残留物、喷砂材料、油、油脂、溶剂以及其他外来物质和外来颗粒（包装、防锈剂、加工碎片）。在这里，必须严格避免通常的润滑方式，例如在系统中安装管道时进行润滑。此外，还应避免用含油的抹布或沾有油脂的手触摸这些部件。在处理氧气时，不能穿沾有油或油脂的衣服。

在制造和维护过程中，要注意选择正确的部件。一方面，这些部件必须是在最高的清洁度下生产出来的，以避免污染，另一方面，它们必须与所使用的介质和辅助剂相容。

联邦材料研究和测试研究所（BAM）提供关于哪些部件可以用于包含氧气流的工艺的信息。“BAM 认证”通常会对与介质接触的非金属材料（如密封材料）在不同温度和压力下与气态或液态氧的反应情况进行测试。

此外，还要注意 BG RCI（原材料和化工行业工伤事故保险联合会）的 M 034 信息表。该信息表给出了氧气的特点和特性、处理氧气和氧气混合物时的危险和保护措施以及采购和操作氧气设备的建议。