2.2. Горючие газы.
В качестве горючих газов, образующих высокотемпературное пламя при газопламенной обработке, чаще всего используются ацетилен, пропан и природный газ.
При газопламенной обработке горючие газы сгорают, как правило, в смеси с кислородом.
Ацетилен (химическая формула С2Н2) является бесцветным газом с резким специфичным запахом.
Плотность ацетилена при комнатной температуре составляет 1,09 кг/м3.
То есть ацетилен немного легче воздуха.
При атмосферном давлении и температуре - 84°С ацетилен становится жидким, а при температуре – 85°С затвердевает.
Ацетилен способен в смеси с кислородом образовывать пламя, температура которого может достигать 3200°С, что является наивысшей температурой среди всех газов.
Для сгорания 1 объема ацетилена необходимо 2,5 объема кислорода.
Ацетилен - единственный газ, горение и взрыв которого возможен как присутствии кислорода, так и без присутствия кислорода.
Для чистого ацетилена взрываемость определяется его давлением и температурой.
При нагреве ацетилена может может наступить его распад (полимеризация), который сопровождается выделением большого количества тепла.
Если интенсивно охлаждать ацетилен, то распад произойдет без взрыва.
Температура взрывчатого распада (самовоспламенения) ацетилена составляет примерно 500°С при давлении 2 бар и снижается при повышении давления.
При давлении ацетилена 22 бар температура самовоспламенения ацетилена составляет уже 350°С.
В случае присутствия в ацетилене катализаторов (железный порошок, силикагель, уголь) температура самовоспламенения составляет около300°С.
Присутствие в ацетилене окиси меди снижает температуру самовоспламенения до 240°С.
Поэтому при изготовлении ацетиленового оборудования запрещается применять медь.
При нагреве происходит разложение ацетилена, которое идет с выделением тепла и при температуре примерно 550°С может начаться взрывчатый распад ацетилена.
Ацетилен образовывает также взрывчатые смеси с воздухом и кислородом.
Если ацетилен содержит кислород, то взрывоопасность смеси повышается.
Пределы взрываемости ацетилена в смеси с воздухом и кислородом составляют примерно (2 – 100)% даже при атмосферном давлении. То есть, даже незначительное содержание ацетилена в воздухе может привести к взрыву, если температура в какой либо точке смеси достигнет температуры самовоспламенения, которая составляет для смеси ацетилена с воздухом 305-470°С, а для смеси ацетилена с кислородом около 300°С.
- 3 -
При газопламенной обработке ацетилен используют в газообразном виде при получении его генераторах, либо в растворенном виде.
Во втором случае ацетилен растворяют в ацетоне, которым заполняют пористую массу,
которая помещается в баллон. Это повышает взрывобезопасность ацетилена.
В одном объеме ацетона при комнатной температуре растворяется 23 объема ацетилена.
Это способствует повышению взрывобезопасности ацетилена.
Растворимость ацетилена в ацетоне зависит от температуры и давления.
Чем выше температура ацетилена, тем ниже его растворимость в ацетоне.
Наибольшее давление растворенного ацетилена в баллоне при комнатной температуре не должно превышать 19 бар.
Остаточное давление ацетилена в баллоне не должно быть меньше 2 бар.
Ацетилен получают в ацетиленовых генераторах путем взаимодействия карбида кальция СаС2 с водой по следующей реакции:
СаС2 + Са(ОН)2 = С2Н2 + 2СаО
В связи с высокой температурой ацетиленового пламени ацетилен может применяться во всех видах газопламенной обработки.
Недостатком ацетилена является его высокая стоимость.
Выводы. Ацетилен является горючим газом, который образует с кислородом высотемпературное пламя с температурой до 3200°С.
Ацетилен является газом, который может привести к взрывчатому распаду при нагреве до температуры выше 500°С.
Смесь ацетилена с кислородом может взрываться при нагреве до температуры 300°С.
Пропан.
Пропан используется в качестве горючего в смеси с бутаном (около 5%) и является заменителем ацетилена.
Пропан-бутановые смеси получают при переработке нефтепродуктов.
Пропан-бутановая смесь (формула С3Н8; С4Н10) поставляется в сжиженном виде в баллонах или по газопроводам в газообразном виде.
Используется пропан-бутановая смесь в газообразном виде при испарении жидкого пропан-бутана.
Газообразный пропан-бутан в смеси с кислородом или воздухом образует взрывчатую смесь, которая взрывается при нагреве до температуры около 450°С.
Температура пламени при сгорании смеси кислорода с пропаном составляет около 2500°С.
При испарении 1 кг жидкого пропан-бутана получается около 0,5 м3 газообразной смеси.
В процессе отбора газа из баллона температура пропана в баллоне снижается. При большом объеме использования газа баллон может замерзнуть. В этом случае баллон рекомендуется установить в поддон с теплой водой с температурой 30 – 40°С. Для увеличения площади испарения баллон можно немного наклонять.
Вес газообразного пропан-бутана составляет 1,9 кг/м3, то есть он значительно тяжелее воздуха и при утечке из аппаратуры может скапливаться на поверхности земли или пола, что может привести к взрыву. Поэтому необходимо избегать утечки пропана.
Пропан-бутан значительно дешевле ацетилена, поэтому несмотря на более низкую температуру пламени он широко применяется при газопламенной обработке, особенно в газовой резке.
- 4 -
Природный газ получают из газовых месторождений.
Природный газ в основном состоит из метана (75 – 99%).
Метан ( формула СН4) – это бесцветный газ без запаха, в который добавляют одорант для возможности определения утечки газа.
В зависимости от состава вес природного газа составляет 0,7 – 0,9 кг/м3.
Температура самовоспламенения смеси природного газа с воздухом или кислородом составляе 300 – 550°С.
Природный газ в смеси с кислородом образует газовое пламя с температурой до 2000°С.
В связи с низкой температурой пламени природный газ имеет ограниченное применение при газопламенной обработке ( в основном при газовой резке).
Жидкие горючие.
В качестве жидких горючих используют керосин и бензин.
Бензин и керосин – летучие и огнеопасные горючие жидкости, являются продуктами переработки нефти.
В газопламенной обработке из используют в виде паров, которые получают в специальных испарителях, обеспечивающих давление до 3 бар.
Температура пламени при сгорании их паров в кислороде составляет 2400 – 2500°С.
Температура самовоспламенения паров бензина и керосина составляет 250 – 450°С.
Пары керосина и бензина ядовиты. Керосин или бензин могут использоваться при сварке легкоплавких металлов, пайке и газовой резке.
Однако в связи со сложностью газовой аппаратуры применение их ограничено.
Выводы. Горючие газы и жидкости – заменители ацетилена образуют с кислородом газовое пламя, имеющее более низкую температуру воспламенения по сравнению с ацетиленом.
Однако более низкая стоимость и легкость производства обеспечивают их широкое использование во многих видах газопламенной обработки.
Все горючие газзы и жидкости - заменители ацетилена в смеси с воздухом и кислородом образуют смесь, которая может привести к взрыву при атмосферном давлении, если хотя-бы в одной точке температура смеси достигнет температуры самовоспламенения.
- 5 -