Вопрос 2. Производство ацетилена из карбида кальция. Пожарная опасность производства и меры пожарной безопасности.

Ацетилен можно получать разными способами, но чаще всего его получают из карбида кальция и пиролизом природного газа.

Карбид кальция СаС₂ представляет собой химичес­кое соединение кальция с углеродом. Хранят и перево­зят карбид в герметических барабанах из волнистой стали вместимостью 50—130кг.

Карбид кальция обладает большой химической ак­тивностью по отношению к воде (1 кг карбида выделяет 250—300 л C₂H₂). Реакция взаимодействия СаС₂ с водой протекает с образованием ацетилена и гашеной извести:

СаС₂ + 2НаО = С₂Н₂ + Са (ОН)₂ + Q.

Аппараты, служащие для получения С₂Н₂ из СаС₂, называют генераторами. По способу применения генера­торы бывают стационарные (АСК, ГРК-10-57; ГНД-40;АСР-1-56 и др.) и передвижные (АНВ-1,25; АМВ-1,25;ГВР-1-25; ГВР-3; МГ-55 и др.), низкого (до 0,02 МПа), среднего (0,02—0,15 МПа) и высокого давления (свы­ше 0,15 МПа), по способу взаимодействия карбида с водой генераторы работают по трем системам: ВК («вода на карбид»), KB («карбид на воду») и ВВ («вы­теснение воды»). Производительность генераторов ко­леблется от 0,8 до 640 м³/ч.

На стационарных установках ацетилен получают в газообразном и растворенном виде. Станции газообраз­ного С₂Н₂ отпускают газ потребителям под давлением не свыше 0,15МПа, а станции растворенного ацетилена — в растворенном виде в баллонах.

Применяемые для газовой сварки и резки кислород, ацетилен и другие газы в большинстве случаев находят­ся в баллонах.

Однако нередко еще ацетилен получают из карбида кальция (СаС₂) на месте проведения огне­вых работ в специальных ацетиленовых генераторах. Этот процесс значительно увеличивает пожарную опас­ность мест сварки (резки).

Карбид кальция, взаимодействуя с водой, быстро разлагается с образованием газообразного ацетилена и гашеной извести:

Реакция сопровождается выделением значительного количества теплоты—до 2000х10³ Дж (475 кал) на 1 кг карбида кальция.

Карбид кальция активно взаимодей­ствует с водой и интенсивно поглощает влагу из воздуха, выделяя при этом ацетилен. На складах и рабочих местах карбид кальция хранят в специальных бидонах, снабженных герметичной крышкой. Вскрывать бараба­ны с карбидом кальция необходимо специальным латунным ножом или латунным зубилом и молотком с соблю­дением мер безопасности. При раскупорке барабана за счет влаги воздуха образуется взрывоопасная ацетилено-воздушная смесь, что при наличии искры может привести к взрыву.

Кроме ацетилена при сварке и резке металлов применяют и другие, менее опасные горючие га­зы и жидкости.

Ацетиленовым генератором называется аппарат, слу­жащий для получения ацетилена разложением карбида кальция водой. Генераторы в зависимости от способа взаимодействия карбида кальция с водой бывают: систе­мы KB (карбид на воду), в которых разложение карби­да кальция осуществляется при его подаче на воду; сис­темы ВК (вода на карбид), в которых разложение карбида кальция происходит при подаче определенного количества воды в реакционное пространство; системы ВВ (вытеснение воды), в которых разложение карбида кальция осуществляется при соприкосновении его с во­дой, находящейся в реакционном пространстве и вытес­няемой образующимся газом.

Производительность генераторов различна: 1,25; 3; 5; 10; 20; 40; 80; 160; 320; 640 м3/ч. По способу примене­ния генераторы бывают передвижные (производи­тельностью 1,25—3 м³/ч) и стационарные (произ­водительностью 5—640 м³/ч), низкого (до 0,02 МПа) и среднего давления (0,02—0,15МПа).

Переносные ацетиленовые генераторы (ПАГ).

Все ацетиленовые генераторы независимо от давле­ния, производительности и способа взаимодействия кар­бида кальция с водой имеют одинаковые основные узлы:

газообразователь, газосборник, предохранительное ус­тройство, препятствующее повышению давления больше допустимого значения, и предохранительный водяной за­твор, защищающий регенератор от проникания пламени при обратном ударе из горелки (резака).

Наиболее распространенным является переносной ге­нератор низкого давления АНВ-1,25, предназначенный для получения газообразного ацетилена из карбида кальция и воды способами «вытеснение воды» и «вода на карбид», действующими одновременно. Это однопостовый однороторный генератор периодического действия, рассчитанный для работы при температурах до —25 °С, для чего он укомплектован карбидным осушителем аце­тилена и водяным затвором, установленным в циркуля­ционной трубе. В теплое время года или при работе в помещении водяной затвор монтируют на корпусе гене­ратора.

Кроме того, используют переносные аце­тиленовые генераторы АМВ-1,25; АСВ-1,25, а также стационарный генератор АСК.

Рис.1. Ацетиленовый генера­тор АНВ-1,25

1 — корпус; 2 — циркуляционная труба; 3—сифонная труба; 4 — во­дяной затвор;

5—ниппель; 6—шлан­ги; 7—карбидный осушитель; 8— газоотводящая труба; 9— реторта; 10—загрузочная корзина; 11—крыш­ка реторты; 12 — кольцевой резер­вуар

Рас­смотрим устройство и работу переносных генераторов АНВ-1,25 и ГВР-1-25м. Генератор низкого давления АНВ-1,25 (см. рис.) периодического действия предназна­чен для получения C₂H₂ из CaC₂ способами ВВ и ВК, действующими одновременно. Корпус генератора, от­крытый сверху, разделяется перегородкой на две части, сообщающиеся между собой с помощью циркуляционной трубы. В нижнюю часть корпуса вварена реторта, в ко­торую наклонно вставлена корзина с карбидом кальция. Воду заливают до шайбы 5. При открывании крана 9 вода по трубке 10 поступает в реторту и, поднявшись до нижнего опущенного края корзины, соприкасается с кар­бидом. Начинается реакция, и ацетилен по трубке 8 по­ступает под перегородку, вытесняя часть воды по цир­куляционной трубе 7, затем по трубе 7, резиновому шлан­гу через гидрозатвор к потребителю. При уменьшении отбора газа его давление возрастает, и вода вытесняет­ся ниже крана, передаваясь в буферную емкость 4. Карбид кальция перестает смачиваться водой и реакция прекращается.

При аварийном повышении давления ацетилен будет преодолевать слой воды в генераторе и по циркуляцион­ной трубе выходить в атмосферу.

Рис.2. Ацетиленовый генератор ГВР-1—25М:

1 — реторта; 2 — корпус; 3 — контрольный краник; 4, 9, 12 — трубки; 5 — бачок; 6 —трубка подачи воды; 7 — предохранитель­ный клапан; 8 — пробка с мембраной:10—клапан; 11—мембрана регулирующего устройства; 13— вентиль; 14— корзина;15 — крышка реторты; 16 — воздушная полость; 17 — перегородка

Ацетиленовый генератор среднего давления ГВР-1-25м (рис.) работает по типу ВК. Он состоит из корпуса, в нижнюю часть которого вварена реторта, а в верхнюю часть — бачок, сообщающийся с атмосферой.

Воду заливают в бачок генератора через трубу 9 при снятой пробке 8. Переливаясь через его края, она заполняет нижнюю часть корпуса до контрольного кра­ника. Наружная поверхность реторты при этом погру­жена в воду, что способствует ее охлаждению. Пуск ге­нератора осуществляют открытием вентиля 13, после чего вода поступает в реторту, наполняя ее нижнюю часть. Образующийся ацетилен по трубе 4 поступает в газосборник, а из него—через гидрозатвор к потреби­телю.

С уменьшением отбора ацетилена увеличивается давление, которое воздействует на мембрану 11 регу­лирующего устройства (РУ), клапан которого частично (или полностью) перекрывает трубку подачи воды в ре­торту. При этом под давлением газа вода переливается через перегородку 17 из газовой полости реторты в воз­душную, уменьшая поверхность контакта карбида с во­дой. При прекращении отбора С₂Н₂ клапан РУ полно­стью перекрывает трубку 6 и вода в реторту не посту­пает. Одновременно под воздействием давления газа уровень воды в реторте понижается ниже корзины и реакция прекращается. При аварийном повышении дав­ления газ стравливается через ПК. Для этой цели слу­жит и разрывная мембрана, установленная в проб­ке 8.

Как видно из устройства ПАГ, внутри одного из них (ГНВ-1,25) нет воздушной подушки, а во втором такая подушка имеется.

Пожарная опасность ПАГ во многом анало­гична опасности стационарных генераторов: возможно образование горючих ацетилено-воздушных концентра­ций внутри генераторов и в помещениях, в которых они установлены.

Пожарная опасность ацетиленовых генераторов воз­никает при образовании внутри генератора ацетилено-кислородной или ацетилено-воздушнои взрывчатой сме­си; утечке газа из генератора в помещение и образова­нии в нем взрывоопасной концентрации ацетилена; разложении ацетилена в ге­нераторе в результате одно­временного нагревания и увеличения давления. В свя­зи с этим следует работать только с исправными гене­раторами заводского изго­товления.

Особое снимание надо обращать на состояние водяных затворов. Эксплуатация генераторов без зали­того водой предохранитель­ного затвора запрещается.

Нельзя применять мед­ные инструменты и проволо­ку для закрепления шлангов на ниппелях, а также при вскрытии барабанов с кар­бидом кальция, так как при этом могут образовываться взрывоопасные соединения.

Следует использовать инст­рументы и проволоку из бронзы и других сплавов с со­держанием меди не более 70 %.

Перед пуском генераторов внутри реторт, в трубках и шлангах находится воздух, поэтому первые порции ацетилена, смешиваясь с ним, образуют горючую смесь. В ретортах образуются ГК в начале реакции СаС₂ с водой (после их загрузки карбидом) и при выгрузке корзин с илом, если их вынимают из реторт раньше, чем они успевают полностью заполниться водой и освобо­диться от газа. Когда газ из генератора низкого давле­ния потребляется мощными горелками, внутри системы может образоваться вакуум, что вызовет подсасывание воздуха через ГЗ и образование ГК.

Значительную опасность представляет утечка ацети­лена в окружающую среду, особенно если генератор эксплуатируется в небольшом помещении (менее 300м³).

Причинами утечки ацетилена из ПАГ являются:

• негер­метичное уплотнение в крышках реторт;

• выброс газа через гидрозатвор, или вырыв крышек реторт при повы­шении давления в генераторе;

• неполная заливка водой при выгрузке ила;

• недостаточный уровень воды в гене­раторах и ГЗ или установка генераторов с наклоном;

• нарушение целостности шлангов, неплотная насадка шлангов на ниппели;

• коррозия корпусов и газоотводящих труб генераторов.

Форсированный процесс получения ацетилена, умень­шение его расхода из генератора, попадание в загрузоч­ный ящик карбидной пыли, забивание газоотводящей и водоподводящей трубок при переполнении реторт карби­дом, замерзание воды в генераторе или водяном затво­ре могут быть причинами повышения давления в гене­раторах.

Источниками зажигания при эксплуатации ПАГ яв­ляются: чрезмерный разогрев СаС₂ в зоне реакции, теп­лота при разложении ацетилена в результате резкого повышения давления в генераторе, а также открытый огонь при оттаивании замерзшего генератора, искры при скалывании льда и т. п.

Значительную опасность представляют обратные удары пламени из горелок, возникающие при сильном нагревании мундштука и трубки наконечника горелки (до 350—400 °С), засорении и уменьшении сечения мунд­штука горелки частицами расплавленного металла, приближении мундштука горелки к свариваемому ме­таллу, резком уменьшении давления кислорода (при за­мерзании редуктора, опорожнении баллона, засорении инжектора и т. п.).

Меры профилактики ПАГ. Генератор уста­навливают в строго вертикальном положении, во время работы его предохраняют от наклонов, ударов, толчков и падения, а после каждой загрузки продувают для удаления воздуха и ацетилено-воздушной смеси из ре­торт, шлангов и газосборников. Продувку реторты про­изводят подачей в нее воды при открытом продувочном кранике до появления ацетилена, шланги, очиститель, гидрозатвор и газосборник продувают ацетиленом через горелку, которую можно зажечь только после продувки системы. В дальнейшем после каждой зарядки реторты продувают первыми порциями ацетилена для удаления воздуха через продувочный краник, а перед выгрузкой загрузочной коробки с илом проверяют, полностью ли реторты залиты водой.

Во избежание закупоривания газоотводящей трубки повышения давления в ретортах и отрыва их крышек карбид в корзины загружают до половины их высоты.

СаС₂ для загрузки используют лишь той грануляции, которая указана в паспорте (пыли должно быть не более 2%). Крышки реторт с резиновыми прокладками плотно закрывают. Полное разложение СаС₂ определя­ют с помощью контрольного краника реторты. Реакция считается законченной, если при открытом кранике из него потечет вода. В генераторы воду заливают до уров­ня контрольных краников или специальных меток. Ис­пользование одного генератора для снабжения ацетиле­ном более чем одного поста газопламенной обработки не разрешается, кроме генератора типа ГВР-3, от которого ацетиленом можно питать до четырех постов.

Генераторы оборудуются устройствами (пружинными, мембранными клапанами) для стравливания избытка газа при повышении давления (свыше 0,15МПа). Для защи­ты от обратного удара пламени все ПАГ оборудованы устойчивыми против разрушения гидрозатворами. Ос­мотр и очистку предохранительных и обратных клапа­нов производят не реже 4 раз в месяц; промывку и чи­стку всех аппаратов (без разборки) — не реже одного раза в месяц.

По окончании работы СаС₂ в генераторе полностью дорабатывают, сливают ил, корпус и реторты промыва­ют водой, а неиспользованный карбид в закрытой таре и генератор устанавливают в безопасном месте. Ил, удаляемый при перезарядке ПАГ, выгружают в приспо­собленную для этой цели тару и сливают в иловую яму или в специальный бункер.

Для устранения источников зажигания используют куски карбида каль­ция определенного размера — не ниже 25Х50 и 15х25 мм. Чтобы сразу не смачивать весь кар­бид, загрузочные ящики разделяют на несколько секций перегородками.

Перед выгрузкой ила реторты полностью заливают водой, чтобы изолировать раскаленные куски карбида под слоем ила и тем самым ликвидировать возможный источник зажигания.

Допустимая температура воды в генераторе, 60 °С, а ацетилена в зоне разложения карбида 100 °С. Темпера­тура ацетилена после гидрозатвора может быть на 10 — 15°С выше температуры окружающего воздуха.

Если в генераторе или водяном затворе замерзла вода, то его отогревают только горячей водой, паром или горячим песком.

ПАГ преимущественно используют на открытом воз­духе или под навесом. Для выполнения временных газопламенных работ в рабочих и жилых помещениях их ус­танавливают из расчета не менее 300 м³ на каждый ап­парат с возможностью проветривания или 100 м³, если газопламенные работы выполняются в другом помеще­нии.

В горячих цехах (кузнечных, термических, литей­ных, котельных и др.) ПАГ размещают на расстоянии 10 м от открытого источника огня и нагретых предметов. И только в тех местах, где нет опасности нагревания гене­ратора теплотой излучения, попадания на него отлетаю­щих горячих частиц металла или искр и засасывания выделяющегося С₂Н₂ в работающие печи, вентиляторы и компрессоры.

Для работы на открытом воздухе в зимнее время луч­ше применять морозоустойчивые генераторы типа ГВР, АНВ, АСМ, МЧ, остальные генераторы при температу­ре ниже 0°С защищают ватными чехлами и заливают гидрозатворы незамерзающей жидкостью.

На месте сварки разрешается держать не более двух баллонов. Генератор и баллоны размещают на расстоя­нии 10 м от горелки. Карбид кальция дробят только ла­тунным молотком. Место сварки обеспечивают первич­ными средствами пожаротушения.

До начала газосварочных работ производят осмотр места сварки и его подготовку. В пожароопасных поме­щениях горючий материал убирают в радиусе 5 м. Сго­раемые конструкции, расположенные ближе 5 м от места сварки, ограждают металлическими или асбоцементны­ми листами, поливают водой и т.д. Недопустима сварка свежеокрашенных конструкций. Во взрывоопасных по­мещениях сварку осуществляют после удаления из них взрывоопасных веществ, продувки аппаратуры или за­полнения ее инертным газом.

После сварки закрывают вентиль баллона, снимают редуктор, навертывают колпак, промывают генератор, осматривают место сварки и при необходимости полива­ют его водой. Через 3—4 ч после сварки осмотр повто­ряют. Помещение, в котором был установлен генератор, по окончании работы тщательно проветривают.