Глава 10.
АЦЕТИЛЕНОВЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Наряду с электрическими источниками света в навигационном оборудовании морей и рек применяются ацетиленовые светооптические аппараты, источником света в которых является ацетилен.
Ацетиленовые источники света обладают достаточной яркостью и силой света, а маячные ацетиленовые установки обладают высокой автономностью, надежностью и обеспечивают создание различных характеристик огней.
§ 10.1. АЦЕТИЛЕН И ЕГО СВОЙСТВА
Ацетилен относится к группе непредельных углеводородов, его химическая формула С2Н2. Он ядовит подобно окиси углерода. В промышленности ацетилен получается разложением карбида кальция
водой: |
CaC 2 |
+ 2H 2 O = C2 H 2 +Ca(OH )2 |
|
Из 1 кг карбида кальция получают 250—300 л ацетилена.
Химически чистый ацетилен представляет собой бесцветный газ со слабым эфирным запахом. Технический ацетилен имеет специфический резкий запах вследствие наличия в нем примесей, в частности фосфористого водорода.
Плотность р ацетилена при давлении 760 мм рт. ст. в зависимости от температуры t приведена в табл. 10.1.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 10.1 |
|
t °с |
- 20 |
- 15 |
- 10 |
- 5 |
0 |
+ 5 |
+10 |
+ 15 |
+20 |
+25 |
+ 30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρ, кг/м3 |
1,263 |
1,239 |
1,215 |
1,193 |
1,171 |
1,150 |
1,131 |
1,110 |
1,091 |
1,073 |
1,055 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Знание закономерности изменения плотности ацетилена позволяет расчетным путем определять газовую емкость ацетиленовых баллонов.
Ацетилен способен растворяться во многих жидкостях, но лучше всего он растворяется в ацетоне. Растворимость ацетилена в ацетоне αa и воде αB при атмосферном давлении (в литрах на литр растворителя) в зависимости от температуры t приведена в табл. 10.2.
Таблица 10.2
t °с |
- 20 |
- 15 |
- 10 |
- 5 |
0 |
+ 5 |
+ 10 |
+ 15 |
+ 20 |
+25 |
+30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
αа, л |
52 |
47 |
42 |
37 |
33 |
29 |
26 |
23 |
20 |
18 |
16 |
αВ л |
- |
- |
- |
- |
1,73 |
1,49 |
1,31 |
1,15 |
1,03 |
0,93 |
0,84 |
Как видно из табл. 10.2, растворимость ацетилена резко возрастает с понижением температуры. Растворимость ацетилена в ацетоне зависит также от давления и растет прямо пропорционально его увеличению. При сжигании в смеси с воздухом в специальных горелках ацетилен дает яркое пламя с высокой температурой (максимальная температура 2350°С). Свечение ацетиленового пламени зависит от степени смешения газа с воздухом. Если воздуха подается достаточно, то происходит полное сгорание ацетилена и наилучшее свечение пламени. При недостатке воздуха яркость пламени резко понижается. Для полного сгорания 1 м? ацетилена требуется 12 м3 воздуха, т. е. полностью сгорает ацетиленовоздушная смесь, содержащая 7,7% ацетилена. При содержании ацетилена более 17,4% выделяется свободный углерод в виде сажи. Горение прекращается, когда в смеси более 81% ацетилена.
Ацетилен представляет собой эндотермическое соединение, для образования которого требуется значительная затрата тепла. Благодаря этому ацетилен содержит больше потенциальной энергии, чем исходные вещества, и склонен к разложению с выделением поглощенного при образовании ацетилена тепла. При определенных условиях (повышении давления, температуры и др.) разложение ацетилена может принять характер взрыва.
Взрывоспособность ацетилена в растворенном состоянии резко понижается, поскольку при растворении ацетилена его молекулы разобщаются веществом растворителя. При этом предельное давление, выше которого ацетилен распадается со взрывом, значительно повышается. На этом свойстве ацетилена основано устройство ацетиленовых баллонов, заполненных пористой массой, пропитанной аце-
тоном, который, как указывалось выше, является хорошим растворителем ацетилена.
Ацетиленовые баллоны
Ацетиленовые баллоны (рис. 10.1) предназначаются для аккумулирования, хранения и транспортирования ацетилена.
Ацетиленовый баллон (рис. (10.2) состоит из стального корпуса 1 с кольцом 3 горловины и предохранительным колпаком, мембранного вентиля 4 с фильтром, служащего для присоединения газопровода и перекрытия газа, и пористой массы 6, состоящей из березового активированного угля с размером зерен 1—4,5 мм, пропитанного ацетиленом. В горловине баллона имеются стальные сетки 2 и войлочные пыжи 5. На днище баллона надевается башмак для предохранения баллонов от ударов и удобства установки их в вертикальное положение.
Ацетиленовые баллоны в зависимости от их •емкости разделяются на две группы:
—баллоны средней емкости (50, 40, 33, 27 и 25 л),
—баллоны малой емкости (12, 5, 1 и 0,7 л).
Изготавливаются баллоны из бесшовных труб углеродистой или легированной стали шести типов 100, 150, 200, 100Л, 150Л и 200Л (цифры указывают условное давление в кгс/см2, на которое рассчитан баллон, а буква Л означает, что баллон изготовлен из легированной стали; у баллонов из углеродистой
стали буквенный индекс не ставится). Баллоны окрашиваются в белый цвет, красной краской на них наносится надпись «Ацетилен».
В верхней части баллона под его горловиной остается неокрашенное место для паспортных данных и отметок о различных проверках баллона, где указывается: товарный знак завода-изготовителя, номер баллона, дата (месяц, год) изготовления (испытания) и год следующего испытания, назначенное рабочее давление Р и пробное гидравлическое давление П, емкость баллона в л, масса корпуса баллона в кг, клеймо ОТК, клеймо завода, производившего наполнение корпуса баллона пористой массой и ацетоном, масса баллона (без колпака), наполненного пористой массой и ацетиленом, дата заполнения корпуса баллона.
На ацетиленовой наполнительной станции баллон под давлением наполняется ацетиленом. Поступающий в баллон ацетилен растворяется в ацетоне, заполняющем пористую массу, находящуюся в баллоне. Благодаря большой способности ацетона растворять в себе ацетилен (см. табл. 10.2) баллон аккумулирует в сравнительно небольшой емкости корпуса значительное количество растворенного ацетилена.
Баллон с ввернутым в него вентилем должен быть герметичным при давлении 35 кгс/см2 и обладать газовбираемостью не менее 0,125 кг на 1 л вместимости корпуса баллона.
Объем накаченного в баллон ацетилена определяется делением разности массы баллона до и после наполнения на плотность ацетилена (см. табл. 10.1). Для облегчения подсчетов можно воспользоваться табл. 10.3 (при температуре +20°С и давлении 760 мм. рт. ст.).
Для определения газовой емкости ацетиленовых баллонов в эксплуатационных условиях при ус-
тановке их на знаке или буе можно воспользоваться приближенной формулой |
|
Q = Kt V (P +1) |
(10.1) |
где Kt — коэффициент пропорциональности, зависящий от температуры (табл. 10.4); |
|
V — емкость корпуса баллона, л;
Р — давление ацетилена в баллоне, кгс/см2
Таблица 10.3
|
Разность массы |
|
Разность массы |
Объем |
|
|
Объем |
баллона до и по- |
|
||
|
баллона до и после |
ацетилена,, |
|
||
|
ацетилена, л |
сле наполнения, |
|
||
|
наполнения, кг |
|
кг |
л |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
1,0 |
900 |
3,6 |
3300 |
|
|
l,2 |
1100 |
3,8 |
3500 |
|
|
1,4 |
1300 |
4,0 |
3700 |
|
|
1,6 |
1500 |
4,2 |
3900 |
|
|
1,8 |
1700 |
4,4 |
4000 |
|
|
2,0 |
1800 |
4,6 |
4200 |
|
|
2,2 |
2000 |
4,8 |
4400 |
|
|
2,4 |
2200 |
5,0 |
4600 |
|
|
2,6 |
2400 |
5,2 |
4800 |
|
|
2,8 |
2600 |
5,4 |
5000 |
|
|
3,0 |
2700 |
5,6 |
5100 |
|
|
3,2 |
2900 |
5,8 |
5300 |
|
|
3,4 |
3100 |
6,0 |
5500 |
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 10.4
t °с |
- 20 |
- 15 |
- 10 |
- 5 |
0 |
+5 |
+ 10 |
+ 15 |
+20 |
+25 |
+30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Kt |
15,4 |
13,9 |
12,4 |
10,9 |
9,7 |
8,6 |
7,7 |
6,8 |
5,9 |
5,3 |
4,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По формуле (10.1) составлена номограмма (рис. 10.3), пользование которой весьма просто и не требует особых пояснений.
Ориентировочно для определения среднего количества ацетилена в полностью заряженном баллоне нужно емкость баллона увеличить в 100 раз
§ 10.2. УСТАНОВКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ АЦЕТИЛЕНОВЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Монтаж ацетиленовых трубопроводов
Ацетилен из баллонов, установленных в шкафу у основания навигационного знака или в пеналах буя, подается к светооптическому аппарату по трубопроводам высокого давления, которые изготавливаются из стальных бесшовных труб с наружным диаметром 8 мм и толщиной стенки 1,5—2 мм. Трубы монтируются на штуцерных соединениях при помощи ниппелей с накидными гайками для обеспечения герметичности газовой цепи. Штуцерные соединения герметизируют алюминиевыми или кожаными прокладками. Все соединения ацетиленовых трубопроводов и других коммуникаций должны быть газонепроницаемыми
Во внутреннюю газовую цепь, расположенную внутри баллонного шкафа, можно подключить через коллекторную коробку требующееся количество баллонов.
В зависимости от количества расходуемого ацетилена и необходимого запаса газа применяют трехгнездные, пятигнездные или шестигнездные коллекторные коробки с соответствующим количеством коммуникационных трубопроводов и баллонов. В коллекторную коробку ввертывается контрольный манометр на 30 кгс/см2.
Схема монтажа трех баллонов показана на рис. 10.4.
Внутри пеналов буя (рис. 10.5) трубопровод 2 с помощью штуцерных соединений подключается к баллонам / и проходным муфтам 3 пеналов, от проходных муфт трубопровод включается в коллекторную коробку 4 и далее идет вдоль надстройки к светооптическому аппарату 8. В трубопровод включают специальные фильтры 5, 6, 7 для очистки и осушки газа.
Трубопроводы газовой цепи надлежит надежно укреплять на опорах, избегая прогибов и острых изгибов, и снабжать компенсаторами, допускающими свободное изменение длины трубопровода при изменении температуры. Запрещается прокладывать ацетиленовый трубопровод в непосредственной близости от поверхностей, нагревающихся до температуры выше 50° С. Если поверхность трубопровода, а также опор, к.которым крепится трубопровод, нагревается солнечными лучами до температуры +50° С, следует наложить теплоизоляцию на смонтированный трубопровод.
При прокладке через стены ацетиленовый трубопровод заключают в предохранительную трубу, диаметр которой должен быть по крайней мере на 20 мм больше диаметра трубопровода. Внутри зданий трубопровод можно прокладывать вдоль стен в расположенных ниже уровня пола специальных каналах, засыпанных песком и закрытых плитами или щитами из несгораемых материалов.
Все ацетиленовые трубопроводы должны быть надежно заземлены, чтобы не допустить накапливания статического электричества в результате трения частиц газа о стенки трубопровода и друг о друга. Трубопроводы не должны касаться электрических проводов и кабелей во избежание образования искр при коротких замыканиях в случае пробоя изоляции, которые могут привести к взрыву ацетилена.
Все трубопроводы газовой цепи должны быть проверены на газонепроницаемость и плотность соединений. Герметичность соединений проверяется только мыльной водой. Отсутствие видимых пропусков (мыльных пузырьков) свидетельствует о герметичности трубопровода.
После того, как монтаж газовой цепи закончен и устранены все утечки газа в ней, наружная поверхность трубопровода покрывается масляной или эмалевой краской для предохранения от коррозии. После этого магистраль предъявляется к сдаче в эксплуатацию.
Эксплуатация ацетиленовых баллонов
Эксплуатация ацетиленовых баллонов связана со строгим выполнением правил техники безопасности, поскольку они относятся к категории взрывоопасных. К обслуживанию ацетиленовых баллонов допускаются лица, прошедшие специальное техническое обучение.
На навигационных знаках ацетиленовые баллоны должны быть установлены вертикально в специальном баллонном шкафу (см. рис. 10.4). Запрещается работать в баллонном шкафу с электрическим фонарем, с открытым огнем, зажигать любой огонь вблизи от шкафа и курить около него.
На буях перед установкой ацетиленовых баллонов в пеналы, последние необходимо тщательно осмотреть, чтобы внутри их не осталось металлических обломков или предметов, могущих вызывать искрообразование при ударах о внутреннюю поверхность пенала. Запрещается перекатывать буи с ацетиленовыми баллонами и ударять их о борт или палубу при подъеме на корабль.
Запрещается зажигать воспламенитель ацетиленовой горелки светооптического аппарата без предварительного и тщательного проветривания фонаря. Нарушение этого правила может привести к взрыву ацетилена, скапливающегося внутри фонаря.
При замене ацетиленовых баллонов на знаке или буе запрещается пользоваться инструментом, могущим вызвать искрообразование.
Расчет расхода ацетилена
Расчет расхода ацетилена в светооптических аппаратах для определения сроков замены баллонов
производится по формуле |
24qN |
|
(10.2) |
|
QП = |
+ dN |
|||
c |
||||
|
|
|
где Qn — количество ацетилена, необходимое для обеспечения работы светооптического аппарата, л; q — литраж горелки, л;
с — скважность проблескового огня (отношение периода огня к продолжительности света);
N — продолжительность непрерывного действия светооптического аппарата с заданной скважностью, сут.;
d — суточный расход ацетилена воспламенителем (d=\0 л).
Расход ацетилена за сутки и за месяц может быть определен по номограмме (рис. 10.6).
Для обеспечения бесперебойного действия СНО необходимо также рассчитать количество ацетилена, которое можно отобрать из баллонов, установленных на знаке или буе, и, зная расход ацетилена, определить срок их действия и дату замены.
Количество ацетилена в литрах, которое можно отобрать из баллона, определяется по формуле
QP = KV (P −1) |
(10.3) |
тде Qp — количество ацетилена, которое можно отобрать из баллона, л, Kt —коэффициент пропорциональности (см. табл. 10.4);
V — емкость корпуса баллона, л;
Р — давление ацетилена в баллоне, кгс/см2
Пример. Характеристика огня светящего знака: проблеск 0,5; темнота 2,5 с, скважность 6. В аппарате используется горелка 25 л. На знаке установлены 3 баллона емкостью по 40 л каждый. Давление в баллонах 12, 13 и 15 кгс/см2 при температуре 10° С.
Определить срок действия баллонов. Решение.
1. По номограмме рис. 10.6 находим суточный расход ацетилена в светооптическом аппарате
QСУТ =110 л
2. По формуле (10.3) находим количество ацетилена, которое можно отобрать из баллонов:
Q = 7,7 •40(12 +13 +15 −3)≈11400 л
3. Определим срок действия баллонов:
11400110 =103сут
Раздел IV
ОСНОВЫ
НАВИГАЦИОННОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
МОРСКИХ
ТЕАТРОВ