§ 3

Ацетилен и другие горючие

Ацетилен (химическая формула С2Н2) является химическим соединением углерода с водородом. Это бесцветный горючий газ, имеющий резкий характерный запах. Длительное вдыхание ацетилена вызывает головокружение, тошноту, а иногда и сильное общее отравление. Ацетилен легче воздуха - 1 ацетилена при 20° С и атмосферном давлении имеет массу 1,09 кг.

Ацетилен является взрывоопасным газом. Чистый ацетилен способен взрываться при избыточном давлении свыше 1,5 кгс/см, при быстром нагревании до 450-500° С. Смесь ацетилена с воздухом взрывается при атмосферном давлении, если в смеси содержится от 2,2 до 81% ацетилена по объему. Смесь ацетилена с чистым кислородом взрывоопасна при атмосферном давлении и содержании в ней ацетилена от 2,8 до 93% по объему. Взрыв ацетилено-воз-душной или ацетилено-кислородной смеси может произойти от искры, пламени, сильного местного нагрева и др.

Взрыв ацетилена или смеси его с воздухом и кислородом сопровождается выделением тепла, следствием чего является повышение температуры и давления. Такие взрывы могут вызвать разрушения и несчастные случаи. Поэтому обращение с карбидом кальция и ацетиленом требует осторожности и строгого соблюдения правил техники безопасности.

В связи с развитием в нашей стране промышленности химического синтеза на базе использования богатейших запасов природного газа широкое распространение получает теперь способ производства ацетилена из природного газа (метана) термоокислительным пиролизом метана с кислородом. Получаемый этим способом ацетилен называется пиролизньш ацетиленом. В данном процессе метан сжигают в смеси с кислородом в реакторах при температуре 1300-1500° С. Полученная при этом смесь содержит до 87о ацетилена, 54% водорода, 25% окиси углерода, остальное - примеси. нее с помощью растворителя (диметилформами-

да) извлекается ацетилен концентрации 99,0-99,2% *. Оставшаяся часть пиролизных газов используется для производства аммиака и других продуктов. Получение ацетилена из природного газа на 30-40% дешевле, чем из карбида кальция. Пиролизный ацетилен накачивается в баллоны, где находится в порах массы растворенным в ацетоне, и в таком виде отправляется потребителям. Пиролизный ацетилен выпускается по МРТУ 6-03-165-64 и по своим свойствам горючего для газопламенной обработки равноценен ацетилену, полученному из карбида кальция.

Ацетилен для промышленных целей получают также разложением жидких горючих (нефти, керосина) действием электродугового разряда, по так называемому способу электропиролиза.

Ацетилен является наиболее распространенным горючим для газовой сварки и резки, так как дает при сгорании в смеси с кислородом наиболее высокую температуру пламени (около 3150°С) по сравнению с другими горючими газами.

Важным параметром сварочного пламени является не только его температура, но и «интенсивность горения», определяемая как произведение нормальной скорости горения на теплотворность смеси (табл. 4).

Таблица 4

Иитенсивность горения некоторых газов, ккал см~ сек~

* Остальные примеси в пиролизном ацетилене: COj-0,2%, О2- 0,05-0,17%, гомологи (диацетилен, метилацетилен, винилацетилен и пропадиен) -до 0,5%.

испаряется, на что расходуется основное количество тепла, выделяющегося при реакции, и за счет этого происходит охлаждение. В этом процессе гашеная известь получается не в виде жидкого известкового ила, а в виде сухой «пушонки», удаление, транспортировка и утилизация которой обходятся дешевле.

Пример. Для резки стали расходуется ацетилена Va = I500 дм/ч. Определить расход метана для тех же условий резки. ПоДабл. 5 находим теплотворную способность метанО=80005«;«л/Л*, коэффициент

"8000~

замены для природного газа Кг

,58 н искомый расход

его составит;

Vr = /Сг. Va - 1,58 . 1500 = 2400 дм»1ч.

Действительные значения коэффициента замены могут колебаться в определенных пределах, отличаясь от его расчетного значения. Например, для повышения производительности сварки природным газом коэффициент замены практически берут /Сг=1,8 (табл. 5).

Газы - заменители ацетилена применяют во многих отраслях промышленности, а также для бытовых нужд. Поэтому их производство и добыча организованы в больших масштабах и они являются очень дешевыми; в этом их основное преимущество перед ацетиленом.

Вследствие более низкой температуры пламени этих газов применение их ограничено некоторыми процессами нагрева и плавления металлов. Некоторые газы и жидкие горючие (нефтяной газ, пропан, керосин) требуют по сравнению с ацетиленом большего удельного расхода кислорода для получения высокотемпературного пламени. Поэтому, например, пропан-кислородное или метан-кислородное пламя имеют окислительный характер и пригодны только для резки, пайки, поверхностной закалки и других подобных процессов, где характер пламени не имеет существенного значения.

При сварке же стали пропаном или метаном приходится применять сварочную проволоку, содержащую повышенное количество кремния и марганца, используемых в качестве раскислит елей, а при сварке чугуна и цветных металлов использовать специальные флюсы.

Газы-заменители с низкой теплотворной способностью (коксовый, городской, сланцевый) неэкономично транспортировать в баллонах под высоким давлением на значительные расстояния, это ограничивает их применение для газо-пла.менной обработки.

Такие газы целесообразно использовать только на тех предприятиях и в тех районах, где они имеются в достаточном количестве и могут транспортироваться к местам потребления по газопроводам.

При подаче газов-заменителей в горелку или резак из газопровода на каждом рабочем месте необходимо также устанавливать закрытый постовой предохранительный затвор между газопроводом и горелкой, рассчитанный на соответствующее давление и расход газа, или обратный клапан. Как и при работе на ацетилене, этот затвцр или клапан служит для предохранения газопровода от обратного удара пламени или попадания в газопровод кислорода при неисправности горелки или резака.

Как видно из данных табл. 4, ацетилен обладает наибольшей интенсивностью горения по сравнению с другими горючими.

Газы - заменители ацетилена. При сварке и резке металлов можно применять также другие горючие газы и пары горючих жидкостей. Для эффективного нагрева и расплавления металла при сварке необходимо, чтобы температура пламени примерно в два раза превышала температуру плавления свариваемого металла. Поэтому использовать газы -заменители ацетилена целесообразно только при сварке металлов с более низкой температурой плавления, чем сталь (алюминия и его сплавов, латуни, свинца), при пайке и т. п.

При кислородной резке использование ацетилена для подогрева металла необязательно и можно применять те горючие газы, которые при сгорании в смеси с кислородом дают пламя с температурой не ниже 1800° С.

Количество тепла в килокалориях, получаемое при полном сгорании 1 нли 1 кг газа, называется теплотворной способностью газа. Чем выше теплотворная способность газа, тем меньше его расход при сварке и резке металлов.

Для сгорания различных горючих газов требуется различное количество кислорода, подаваемого в горелку нли резак. В табл. 5 приведены основные характеристики горючих газов для сварки и резки, а также указаны целесообразные области их применения.

Если известен расход ацетилена в м/ч для сварки или резки данного металла, можно определить также расход другого горючего газа - заменителя ацетилена, пользуясь коэффициентом замены.

коэффициент замены (Кт) определяют, как отношение теплотворных способностей ацетилена (Qa= 12 600 ккал/м) и горючего газа (Qr)

Qa 12 600

Горючие газы

Таблица 5

* При наличии газонаполнительных станций может накачиваться в баллоны

под давлением до 165-200 кес/см. 3-156