Сварочные материалы (стр. 15 )

Ацетилен – единственный широко используемый в промышленности газ, относящийся к числу немногих соединений, горение и взрыв которых возможны в отсутствии кислорода и других окислителей. Ацетилен высокоэн-дотермическое соединение; при разложении 1 кг ацетилена выделяется более 2000 ккал, т. е. примерно в 2 раза больше, чем при взрыве 1 кг твердого ВВ тротила. Температура самовоспламенения колеблется в пределах 500-600єС при давлении 0,2 мПа и заметно снижается с увеличением давления; так, при давлении 2,2 мПа температура воспламенения ацетилена равна 350єС, а при наличии катализаторов, таких, как железный порошок, силикагель, активированный уголь и др. разложение ацетилена начинается при 280-300єС. Присутствие окиси меди снижает температуру самовоспламенения до 246єС. При определенных условиях ацетилен взаимодействует с медью, образуя взрывоопасные соединения; поэтому при изготовлении ацетиленового оборудования запрещается использовать сплавы, содержащие более 70% меди.

Взрывчатый распад ацетилена, как правило, начинается при интенсивном нагреве со скоростью 100-500єС/с. При медленном нагреве происходит реакция полимеризации ацетилена, идущая с выделением тепла, которая, как правило, при температуре свыше 530єС приводит к взрывчатому распаду ацетилена. Минимальное предельное давление, при котором возможно разложение ацетилена – 0,65 мПа. Пределы взрываемости для ацетилена широки. Наиболее опасными являются смеси ацетилена с кислородом стехиометрического состава (~30%). Скорости распространения пламени и детонации достигают максимального значения при соотношении ацетилена и кислорода 1:2,5 и соответственно равны 13,5 и 2400 м/с при нормальных условиях. Давление, образующееся при взрыве, зависит от начальных параметров и характера взрыва. Оно может возрасти примерно в 10-12 раз по сравнению с начальным при взрыве в небольших сосудах и может быть увеличено в 22 раза при детонации чистого ацетилена и в 50 раз при детонации ацетилено-кислородной смеси. 

При газопламенной обработке металлов ацетилен используют либо в газообразном состоянии при получении его в переносных или стационарных ацетиленовых генераторах, либо в растворенном состоянии. Растворенный ацетилен представляет собой раствор ацетилена в ацетоне, распределенный равномерно в пористом наполнителе под давлением. Растворимость ацетилена зависит от температуры и давления. Пористая масса в баллоне обеспечивает рассосредоточение ацетилена по всему объему и локализацию его взрывчатого распада. При отсутствии пористой массы в баллоне инициированный взрывной распад ацетилена, растворенного в ацетоне, происходит при давлении менее 5 мПа. В качестве пористых наполнителей могут быть использованы не только насыпные пористые массы, но литые пористые массы, которые нашли применение за рубежом.

Физико-химические показатели газообразного  и растворенного технического ацетилена оговорены ГОСТ 5457-75. По содержанию допустимого количества примесей различают ацетилен растворенный (со знаком качества), растворенный м газообразный. Допустимое содержание  примесей (в объемных долях) соответственно равно: воздуха и других малорастворимых в воде газов – не более 0,9, 1,0, 1,5; фосфористого водорода – 0,01, 0,04, 0,08; сероводорода – 0,005, 0,05, 0,15; водяных паров при 20єС и 0,1 мПа – 0,5, 0,6.

Технический растворенный ацетилен транспортируют в стальных баллонах по ТУ 6-21-32-78. Допустимое максимальное давление не должно превышать 1,34 мПа при температуре -5єС и давлении 0,1 мПа и 3,0 мПа при температуре +40єС и давлении 0,1 мП. Остаточное давление в баллоне при тех же параметрах не должно превышать соответственно 0,05 и 0,3 мПа.

Для газопламенной обработки металлов, наряду с ацетиленом, полученным из карбида кальция, применяют пиролизный ацетилен, полученный из природного газа термоокислительным пиролизом метана с кислородом. Пиролизный ацетилен также хранят и транспортируют в баллонах в растворенном виде. Наполнитель и растворитель тот же, что и для ацетилена из карбида кальция.

При применении растворенного ацетилена по сравнению с газообразным обеспечивается наибольший коэффициент использования карбида, чистота рабочего места сварщика, устойчивая работа аппаратуры и безопасность труда. Основным сырьем для получения ацетилена является карбид кальция. Ацетилен получают в результате разложения (гидролиза) карбида кальция водой. Действительный «литраж» ацетилена из 1 кг технического карбида кальция при 20єС и 0,1 мПа не превышает 285 л и зависит от грануляции карбида. С увеличением размеров кусков карбида «литраж» увеличивается, однако скорость разложения его уменьшается, т. е. увеличивается длительность разложения карбида. 

Таблица 21

Физико-химические показатели карбида кальция

Размеры кусков, мм	Обозначение	«Литраж», л/кг, не менее
Первый сорт	Второй сорт
25 – 80	25/80	285	265
15 –25	15/25	275	255
8 – 15	8/15	265	250
2 – 8	2/8	255	240
Для кусков смешанных размеров	275	255

Содержание фосфористого водорода в ацетилене по объему не более 0,08%, содержание сульфидной серы не более l,2%. В ГОСТ 1460-76 оговаривается также допустимое количество кусков карбида кальция других размеров в партиях ука­занной грануляции. Большой тепловой эффект реакции разложения карбида создает опасность сильного перегрева. Без отвода тепла при взаимодействии стехиометрического количества карбида кальция и воды реакционная масса разо­гревается до 700-800°С. Разложение карбида при недостаточном охлаждении и особенно в присутствии воздуха может привести к взрыву, поэтому необходимо процесс осуществлять при значительном избытке воды. Для разложения 1 кг карбида необходимо 5-20 л воды. Особое внимание необходимо обращать на наличие карбидной пыли в карбиде. Пыль разлагается почти мгновенно; за счет мгновенного разогрева может возникнуть взрыв ацетилена. Поэтому переработка пыли в обычных генераторах, не приспособленных для использования пыли, не допускается. Если содержание пыли значительно, карбид кальция перед загрузкой в генератор просеивают через сито с ячейками диаметром 2 мм. Нако­пившуюся пыль следует разложить на открытом воздухе в специальном сосуде вместимостью - не менее 800-1000 л при интенсивном помешивании, одновре­менно высыпая не более 250 г карбидной пыли. Воду следует менять после раз­ложения пыли в количестве до 100 кг.

Карбид кальция транспортируют и хранят в железных барабанах с толщи­ной стенки не менее 0,51 мм и массой 50-130 кг. Боковую поверхность барабанов делают гофрированной для большей жесткости. Карбид кальция интенсивно по­глощает влагу даже из воздуха, поэтому при плохой герметичности тары воз­можно образование ацетилена непосредственно и барабане. Герметичность бара­банов следует тщательно проверять; при перевозке барабанов на открытых ма­шинах необходимо покрывать барабаны брезентом. При обнаружении поврежде­ния барабана, карбид должен быть пересыпан в другую герметичную тару.

При обслуживании стационарных генераторов карбид из барабанов пересы­пают в специальные приемники-бункеры. Вскрытие барабанов на станции, как правило, механизировано. Для этих целей применяют станки, в которых верхняя крышка вырезается специальным режущим роликом или клиновыми ножами. Ножи и ролик изготовляют из неискрящегося материала. Кроме того, к месту реза подастся масло или азот.

Транспортировка карбида кальция в барабанах для стационарных генера­торов производительностью свыше 20 м3/ч экономически не оправдана, так как раскупорка барабанов занимает значительное время; накапливается большое количество порожней тары, которая вторично не может быть использована; потери карбида за счет его дробления при перекатывании барабанов и последующего отсева от пыли значительны. Поэтому можно считать наиболее перспективным контейнерный способ перевозки и хранения карбида для стационарных уста­новок.

При газопламенной обработке алюминия, латуни, свинца и других металлов, имеющих температуру плавления ниже температуры плавления стали, в качестве горючего газа целесообразно применять не ацетилен, а газы - заменители аце­тилена или жидкие горючие.

Основные физические и тепловые свойства горючих газов приведены в таблице 22.

Газы можно разделить на сжиженные, сжитые охлаждением, газовые смеси, растворенные газы, а также простые.

12.2.2 Сжимаемые газы

Сжимаемыми или сжатыми газами - заменителями ацетилена называют такие газы, которые при обычных условиях хранения и транспорти­ровки не переходят в жидкое состояние ни при каких давлениях. К сжимаемым горючим газам относятся водород, метан, окись углерода, коксовый, пиролизный, природные, нефтяные и сланцевые газы.

Водород выпускают марок А, Б, В, Г. Водород марки А получают электро­лизом воды; марки Б - железопаровым способом и взаимодействием ферросили­ция с раствором щелочи; марки В - электролизом хлористых солей; марки Г - при паровой конверсии углеводородных газов.

Водород представляет собой газ без цвета и запаха, практически нераство­рим в воде; применяемый для газопламенной обработки металлов должен удов­летворять требованиям, предусмотренным ГООС 3022-70, которым регламенти­ровано допустимое содержание примесей: кислорода, окиси углерода, щелочей, сероводорода, хлора и влаги. Для марки Л содержание водорода должно быть 98,8%, для марки Б - 98%. Водород марок К и Г выпускают двух сортов (пер­вого и второго): для марки В - предусмотрена чистота 98,5 и 97,5%, а для мар­ки Г - 97,5 и 95% .

Водородно-кислородное пламя бесцветно. Зоны пламени водорода не имеют резких очертаний, что затрудняет ею регулировку. На 1 м3 водорода в горелку подается 0,25-0,35 м3 кислорода, тогда как теоретически для полного сгорания необходимо 0,5 м3 кислорода. В смесях с кислородом и воздухом водород образует взрывоопасные смеси, поэтому при работе необходимо обращать особое внима­ние на герметичность аппаратуры и коммуникацию. В чистом виде водород для газопламенной обработки применяют сравнительно редко: в основном при сварке и пайке свинца и при особых видах кислородной резки, где требуется подача горючего в резак под высоким давлением. Чаще водород является одним из ком­понентов составного горючего газа. Чем больше водорода в горючем, тем ниже тепловые характеристики последнего, выше скорость воспламенения и верхний предел взрываемости.