Горючие газы—заменители ацетилена

Газы—заменители ацетилена могут быть использованы в тех процессах газопламенной обработки, для которых не требуется слишком высокая температура подогревающего пламени. К таким процессам относятся: сварка легкоплавких металлов (алюминия, магния н их сплавов, свинца), высоко– и низкотемпературная пайка, сварка тонколистовой стали, кислородная разделительная и поверхностная резка. Широкое применение газы-заменители находят при кислородной разделительной резке, где температура подогревающего пламени не влияет на характер протекания процесса, а лишь сказывается на длительности начального подогрева металла перед резкой. Поэтому для резки могут использоваться все газы-заменители, у которых температура пламени при сгорании в смеси с кислородом не ниже 1800—1200⁰С, а теплотворная способность не менее 10 000 кДж/м³.

Газы-заменители, как правило, дешевле ацетилена, недефицитны и доступны для использования в районах их производства. Использование дешевых горючих газов вместо ацетилена значительно снижает стоимость газопламенной обработки и упрощает организацию работ.

Эффективность и условия использования газов-заменителей при обработке материалов газокислородным пламенем в основном определяются следующими их свойствами: низшей тепловой способностью, плотностью, температурой воспламенения и скоростью горения в смеси с кислородом; соотношением между кислородом и горючим в смеси, эффективной тепловой мощностью пламени; температурой пламени при сгорании в смеси с кислородом; удобствами и безопасностью при получении, транспортировке и использовании.

Рассмотрим некоторые, наиболее важные свойства газов-заменителей.

Низшая теплотворная способность представляет собой количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании единицы объема или массы горючего. Для чистых углеводородов и водорода теплотворная способность является физической константой.

Для сложных газовых смесей известного состава теплотворная способность может быть подсчитана по теплотворной способности содержащихся составных частей.

Эффективная мощность пламени — это количество теплоты, вводимой в нагреваемый металл в единицу времени (кал/с). В наибольшей степени эффективная мощность пламени для данного горючего газа зависит от двух величин: соотношения кислорода и горючего газа в смеси и расхода горючего газа. Соотношение кислорода Vк и горючего газа Vг,- в смеси для различных горючих принимают следующим:

Коэффициент замены ацетилена — отношение расхода газа-заменителя V₃ к расходу ацетилена V_а, при равном тепловом воздействии на нагреваемый металл —обозначается y=V₃ /V_а.. Для определения значения коэффициента замены пользуются графиками по которым находят расход газа-заменителя для условий, когда он при сгорании в смеси с кислородом обеспечивает эффективную мощность пламени, равною таковой для ацетилено-кислородного пламени состава: кислород/ацетилен = 1,15.

Рассмотрим основные свойства и области применения газов-заменителей.

Водород. В нормальных условиях водород представляет собой газ без цвета и запаха. Это взрывоопасный газ, способный проникать через малейшие неплотности в окружающую среду, образуя взрывоопасные смеси с воздухом. Поэтому при работе с водородом необходимо обращать особое внимание на герметичность аппаратуры и газовых коммуникаций.

Температура водородно-кислородного пламени 2000—2100^оС. Его можно применять для получения высокочистых металлов в газовом пламени и для безокислительной пайки сталей.

Природный газ (метан). Состав природного газа определяется характером газового месторождения. Температура пламени при сгорании газа в смеси с кислородом равна 2100—2200° С.

Природный газ применяется при разделительной и поверхностной кислородной резке стали, сварке стали толщиной до 4—5 мм, сварке легкоплавких металлов и сплавов, пайке н других процессах газопламенной обработки, допускающих использование пламени с более низкой температурой, чем кислородно-ацетиленовое.

Пропан технический и пропанобутановая смесь. Эти газы — побочные продукты при переработке нефти. По ГОСТ 10196—62 пропан техническим состоит главным образом из пропана или из пропана и пропилена количество которых в сумме должно быть не менее 93 %. Кроме того, в нем содержится в сумме не более 4% этана, этилена и не более 3% бутана и бутилена.

Температура пламени пропана и пропанобутановой смеси при сгорании в смеси с кислородом равна 2400—2500⁰ С и при дополнительном подогреве смеси в мундштуке может достигать 2700^оС. При повышении давления или при понижении температуры пропан, бутан и их смеси переходят в жидкое состояние, их называют тогда сжиженными газами. При температуре 20° С и давлении 760 мм рт. ст. они находятся в газообразном состоянии.

Сжиженные газы широко применяются в качестве заменителей ацетилена. Пропан, бутан и их смеси можно использовать при сварке стали толщиной до 6 мм, кислородной и кислородно-флюсовой резке (разделительной и поверхностной) сталей, наплавки и других подобных процессах.

При использовании технического пропана отбор его из газовой фазы баллона можно производить при температурах окружающей среды до минус 25⁰ С. При пропанобутановой смеси это можно делать при окружающей температуре не ниже - +8⁰ С. При более низких температурах применяют общий подогрев баллонов до 10—20⁰ С.

При разделительной резке, сварке цветных металлов, пламенной закалке и папке для замены 1 т карбида кальция (что эквивалентно примерно 235 м³ ацетилена) требуется 0,3 т сжиженного газа. При поверхностной кислородной резке, сварке черных металлов, металлизации и других процессах 1 т карбида кальция заменяется 0,5 т сжиженного газа.

Коксовый и сланцевый газы. Коксовый газ получают в процессе коксования каменного угля. Сланцевый газ получают при газификации горючих сланцев.

Коксовый и сланцевый газы к постам газопламенной обработки подают по трубопроводу. Их используют при сварке легкоплавких металлов, пайке, разделительной и поверхностной кислородной и кислородно-флюсовой резке и других процессах, для которых достаточна температура пламени 2000⁰ С.

Городской газ. Плотность городского газа 0,84—1,05 кг/м³, температура газокислородного пламени 2000⁰ С. Области применения те же, что и для коксового.

Керосин и бензин. Температура газокислородного пламени керосин 2400–2450 бензин 2500–2600 ⁰ С.

Керосин более безопасен в работе. Применяется только осветительный керосин по ГОСТ 4753—68. Перед заливкой в бачок керосин рекомендуется профильтровать через слой войлока и кускового едкого натра.NаОН для очистки от механических частиц, остатков смолистых веществ и обезвоживания. Керосин используют при резке стали, бензин — при резке под водой. Применение этилированного бензина запрещается.

Пиролизный и нефтяной газы. Это смеси газообразных продуктов термического разложения нефти, нефтепродуктов и мазута при температуре 720—740⁰ С в ретортах. Выход газа составляет 0,35 —0,4 м³ на 1 кг нефти. Состав газа зависит от состава нефти и режима ее переработки. При наполнении в баллоны газ находится частично в сжиженном состоянии. При отборе газа состав его изменяется вследствие испарения в первую очередь более летучих компонентов. Для выравнивания состава газа и предупреждения частичной конденсации в трубопроводах и шлангах перед горелкой иногда приходится устанавливать промежуточный ресивер емкостью 40 дм³, в котором газ находится под избыточным давлением 0,3—0,4 МПа (3—4 кгс/см²); из ресивера газ через регулятор давления поступает в горелку или резак. Области применения этих газов те же, что и при использовании пропана и пропанобутановых смесей. Ввиду более низкой температуры пламени пиролизный и нефтяной газы можно использовать для сварки стали толщиной не более 3 мм.

Дата добавления: 2014-01-04