 |
5.2. Общие сведения о горючих газах
|
|
|
|
5. 2. Общие сведения о горючих газах
В качестве горючих газов при сварке и резке применяют ацетилен, водород, пропан, бутан, нефтяные газы, природный газ и другие горючие, а также пары бензина и керосина (табл. 5. 1).
Таблица 5. 1
Горючие газы, применяемые при газопламенной сварке
| Горючие газы, их состав | Плотность при 200С нормальном давлении, кг/м3 | Температу-ра пламени при сгорании в кислороде, 0С | Коэффициент замены ацетилена | Количество кислорода на 1 м3 газа подаваемого в горелку, м3 |
| Ацетилен С2Н2 | 1, 17 | 1, 0 | 1, 1... 1, 7 | |
| Водород Н2 | 0, 089 | 5, 2 | 0, 4 | |
| Метан СН4 | 0, 67 | 2200-2700 | 1, 6 | 1, 5 |
| Природный газ: 94... 98% СН4 и 2... 6% негорючих примесей | 0, 73-0, 9 | 1850-2200 | 1, 5 | 1, 5-2, 0 |
| Пропан С3Н8 | 1, 88 | 0, 6 | 3, 5 | |
| Бутан С4Н10 | 2, 54 | 0, 45 | 4, 0 | |
| Пропан-бутановая смесь: 85% С3Н8, 12% С4Н10 и 3% С2Н6 | 1, 92 | 2500-2700 | 0, 6 | 0, 6 |
| Коксовый газ: 50% Н2, 25% СН4 8... 10% СО3Н, 15... 17% негорючих примесей | 0, 4-0, 55 | 3, 2 | 0, 6 | |
| Нефтяной газ: 12% Н2, 50% смеси СН4 и С3Н8, 28% других углеводородов и 10% примесей | 0, 87-1, 37 | 2200-2300 | 1, 2 | 0, 65 |
| Пары бензина С7Н15 | 0, 7-0, 75 | 2300-2400 | 1, 4 | 2, 5 м3/кг |
| Пары керосина С7Н14 | 0, 79-0, 82 | 2100-2450 | 1, 3 | 2, 0 м3/кг |
5. 3. Ацетилен
Ацетилен бесцветен, обладает резким неприятным запахом, взрывоопасен: при давлении 0, 15... 0, 2 МПа для взрыва достаточно искры или быстрого нагрева до температуры 200 °С. При температуре 530 °С разлагается со взрывом. Смеси ацетилена с кислородом и воздухом способны взрываться даже при атмосферном давлении, если содержание ацетилена в смеси с кислородом лежит в пределах 2, 8—93% и в смеси с воздухом — в пределах 2, 2—81 % (по объему). Присутствие окиси меди снижает температуру его самовоспламенения до 240 °С. Может реагировать с медью, образуя взрывоопасные соединения. Поэтому при изготовлении ацетиленового оборудования нельзя применять сплавы с содержанием меди более 70 %. Взрываемость ацетилена понижается при растворении его в жидкостях, особенно в ацетоне (СН3СОСН3), в одном объеме которого можно растворить 20 объемов ацетилена и еще больше, если увеличить давление и уменьшить температуру. Поэтому к месту сварки ацетилен доставляют в стальных баллонах, заполненных пористой массой (например, древесным активированным углем с размером частиц 2... 3 мм). Эту массу пропитывают ацетоном, в котором под давлением 1, 9 МПа растворен ацетилен.
|
|
|
Взрывы ацетилена обладают большой разрушительной силой, поэтому при использовании его необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.
Длительное вдыхание технического ацетилена вызывает головокружение и даже отравление.
Ацетилен получают из карбида кальция СаС2, воздействуя на него водой в ацетиленовых генераторах. Идет реакция
СаС2 + 2Н2О = С2Н2 + Са(ОН)2.
Реакция эта экзотермическая, нужно принимать меры для предупреждения перегрева ацетилена, иначе возможен взрыв. Теоретически для разложения 1 кг карбида кальция требуется 0, 562 кг воды. При этом получается 0, 406 кг ацетилена и 1, 156 кг гашенной извести. Гашеная известь (шлам) используется в строительстве.
Из карбида кальция в ацетилен переходят вредные примеси, загрязняющие ацетилен: сероводород, аммиак, фосфорный водород, кремнистый водород. Эти примеси могут ухудшать свойства наплавленного металла и поэтому удаляются из ацетилена промывкой в воде и химической очисткой. Особенно нежелательна примесь фосфористого водорода, содержание которого более 0, 7% в ацетилене повышает взрывоопасность последнего.
В настоящее время разработаны и применяются в промышленности новые способы получения ацетилена: термоокислительным пиролизом природного газа в смеси с кислородом; разложением жидких углеводородов (нефти, керосина) действием электродугового разряда.
|
|
|
Ацетилен обеспечивает наибольшую температуру пламени (до 3200 °С). Поэтому он чаще остальных газов применяется при всех видах газопламенной обработки.
5. 4. Газы — заменители ацетилена.
Для сварки и резки металлов применяют также горючие — заменители ацетилена. При сварке необходимо, чтобы температура пламени примерно в два раза превышала температуру плавления металла. Поэтому газы-заменители, поскольку температура их пламени ниже, чем у ацетилена, обычно используют при сварке металлов с более низкой температурой плавления, чем сталь (чугуна, алюминия и его сплавов, латуни, свинца), при пайке и т. п.
При замене ацетилена другими газами требуемое их количество можно примерно определить с помощью коэффициента замены: отношения объема газа-заменителя Vгаза к объему ацетилена Vс2н2, при условии, что оба эти объема обеспечивают одинаковое количество теплоты, вводимое при сварке в металл в единицу времени (одинаковую эффективную тепловую мощность Qэф):
Кз= Vгаза/ Vс2н2, при Qэф=const.
Вследствие более низкой температуры пламени применение газов-заменителей при сварке ограничено. Некоторые газы и жидкие горючие (например, нефтяной газ, пропан, керосин) для получения высокотемпературного пламени требуют по сравнению с ацетиленом большего удельного расхода кислорода. Низкокалорийные газы-заменители ацетилена неэкономично транспортировать в баллонах под высоким давлением на значительные расстояния. Такие газы следует использовать на предприятиях в тех районах, где эти газы имеются в достаточном количестве и могут додаваться к местам сварки и резки по трубопроводам.
Водород в нормальных условиях - один из самых легких газов, он в 14, 5 раз легче воздуха, бесцветен, не имеет запаха, с кислородом и воздухом образует взрывчатые смеси - гремучий газ, чем опасен.
Метан - газ без цвета и без запаха, при концентрации в воздухе 5... 15 % взрывоопасен, является главной составляющей частью большинства природных или попутных при добыче и переработке нефти и каменного угля горючих газов.
Пропан — бесцветный газ с резким запахом, получаемый при переработке нефтепродуктов. Так же получают и бутан - газ без цвета и без запаха, сжижающийся при температуре 0 °С, взрывоопасный при его содержании в воздухе 1, 5... 8, 5 %. Для сварки применяют чаще всего смесь пропана с бутаном, которую получают как побочный продукт переработки нефти. Пропан, бутан и их смесь подают к месту сварки в стальных баллонах в жидком состоянии под давлением 1, 6 МПа.
|
|
|
Нефтяной и пиролизный газы получают при переработке нефти и нефтепродуктов. Они похожи по составу и свойствам, которые могут изменяться в широких пределах в зависимости от состава исходных продуктов. Бесцветны, могут обладать запахом сероводорода. К месту сварки подаются очищенными от смолистых примесей и сероводорода в баллонах красного цвета под давлением в 15 МПа, в сжиженном виде или по трубопроводам.
Коксовый газ бесцветен, с запахом сероводорода (тухлых яиц). Получают его при выработке кокса из каменного угля. Может содержать ядовитые цианистые соединения. Для сварки применяют после очистки от сероводорода и смолистых веществ.
Жидкие горючие, бензин и керосин, доступнее, дешевле и безопаснее горючих газов. В пар они превращаются непосредственно в сварочных горелках при подогреве специальным пламенем, что усложняет конструкцию горелок. Бензин для сварки предпочтительнее использовать с низким октановым числом. Применение этилированного бензина запрещено. Керосин нужно применять осветительный, предварительно профильтровав его через войлок и кусочки едкого натра NаОН для очистки от механических частиц, смолистых веществ и воды.
Главное значение при газопламенной обработке и особенно сварке имеет температура пламени, которую эти газы могут обеспечивать при сгорании в кислороде. Этим определяются области применения различных газов при сварке (табл. 5. 2).
|
|
|
