氣焊與氣割氣體的安全使用.doc

氣焊與氣割氣體的安全使用氣焊常用的氣體火焰是氧-乙炔焰，七個用預熱氣體主要有氧氣、乙炔和液化石油氣等。一、氧氣(一)氧氣的物理化學性質氧氣(O2)是一種無色無味無毒的氣體，比空氣略重，微溶于水。常壓下，氧氣在182.96時變?yōu)榈{色的液體，在218時變成雪花狀的淡藍色的固體。工業(yè)上用的大量氧氣主要采用空氣液化法制取。就是把空氣引入制氧機內(nèi)，經(jīng)過高壓和冷卻，使之凝結成液體，然后讓它在低溫下?lián)]發(fā)，根據(jù)各種氣體元素的沸點不同，來提取純氧。氧氣不能燃燒，但能助燃，是強氧化劑，與可燃氣體混合燃燒可以得到高溫火焰。如前邊講過的與乙炔混合燃燒時的溫度可達3200以上，所以氧氣廣泛應用于氣焊氣割行業(yè)。(二)氧氣的安全特點有機物在氧氣里的氧化反應具有放熱的性質即在反應進行時放出大量的熱量。增高氧的壓力和溫度，會使氧化反應顯著加快，在一定的條件下，由于物質氧化得越來越多和氧化過程溫度增高而增加放出的熱量，使有機物在壓縮或加熱的氧氣里的氧化過程加速進行。當壓縮的氣態(tài)氧與礦物油、油脂或細微分散的可燃物質(碳粉、有機物纖維等)接觸時，能夠發(fā)生自燃，時常成為失火或爆炸的原因。氧的突然壓縮所放出的熱量，摩擦熱和金屬固體微粒碰撞熱、高速度氣流中的靜電火花放電等，也都可以成為火災的最初因素。因此，當使用氧氣時，尤其是在壓縮狀態(tài)下，必須經(jīng)常注意不要使它與易燃物質相接觸。氧幾乎能與所有可燃氣體和液體燃料的蒸氣混合而形成爆炸性混合氣，這種混合氣具有很寬的爆炸極限范圍，所以氧氣減壓表禁油。多孔性有機物質(炭、炭黑、泥炭、羊毛纖維等)，浸透了液態(tài)氧(所謂液態(tài)炸藥)，當遇火源或在一定的沖擊力下就會產(chǎn)生劇烈的爆炸。在焊接及其它氣體火焰加工過程中使用氧氣時，應當經(jīng)常注意到氧的上述性質。氧氣越純，則可燃混合氣燃燒的火焰溫度越高。焊接用的氧氣純度一般分為二級，一級純度的含氧量不低于992，二級純度的不低于985。氧氣用壓縮機壓進氧氣瓶或各種管道，氧氣瓶內(nèi)工作壓力為15MPa，輸送管道內(nèi)的壓力為0515MPa。二、乙炔(一)乙炔的物理化學性質乙炔(C2H2)，又名電石氣，是不飽和的碳氫化合物，在常溫和大氣壓力下，它是一種無色氣體，工業(yè)用乙炔中，因為混有硫化氫(H2S)及磷化氫(PH3)等雜質，故具有特殊的臭味。在標準狀態(tài)下，密度為117kgm3，比空氣稍輕，83時乙炔可變成液體，85時乙炔將變?yōu)楣腆w，液體和固體乙炔在一定條件下可能因摩擦和沖擊而爆炸。乙炔是理想的可燃氣體，與空氣混合燃燒時所產(chǎn)生的火焰溫度為2350，而與氧氣混合燃燒時所產(chǎn)生的火焰溫度為31003300，因此用它足以熔化金屬進行焊接，乙炔完全燃燒反應式如下：2C2H2+5O24CO2+2H2O+Q(放熱)從上式看出：1體積的乙炔完全燃燒需要25體積的氧。(二)乙炔的爆炸性及溶解性乙炔是一種危險的易燃易爆氣體。它的自燃點低(305)，點火能量小(0019毫焦)。在一定條件下，很容易因分子的聚合，分解而發(fā)生著火、爆炸。1純乙炔的分解爆炸性純乙炔的分解爆炸性，首先決定于它的壓力和溫度，同時與接觸介質、乙炔中的雜質、容器形狀等有關。(1)當溫度超過200300時，乙炔分子就開始聚合，而形成其它更復雜的化合物，如苯(C6H6)、苯乙烯(C8H8)、萘(C10H8)、甲苯(C7H8)等。聚合作用是放熱的，氣體溫度越高，聚合作用速度越快，因而放出的熱量就會促成更進一步的聚合。當溫度高于500時，未聚合的乙炔就會發(fā)生爆炸分解。如果在聚合過程中將熱量急速排除，則反應只限于一部分乙炔的聚合作用，而分解爆炸則可避免。乙炔是吸熱化合物，即由元素組成乙炔時需要消耗大量的熱，當乙炔分解時即放出它在生成時所吸收的全部熱量：C2H22C+H2+226kJmol。分解時生成物是細粒固體碳及氫氣。如果這種分解是在密閉容器(如乙炔發(fā)生器、乙炔瓶)內(nèi)進行的，則由于溫度的升高，壓力急劇增大1013倍而引起爆炸。增加壓力也能促使和加速乙炔的聚合和分解。溫度和壓力對乙炔的聚合作用與爆炸分解的關系可用圖29的曲線表示。從圖中可以看出，在溫度等于或低于540，壓力小于03MPa時，乙炔主要是聚合過程。當壓力為150kPa。而溫度超過580時，就能形成乙炔分解爆炸。壓力越高，聚合作用能促進乙炔分解爆炸所需要的溫度就越低。根據(jù)這一特點，現(xiàn)用的乙炔發(fā)生器工作壓力極限不超過150kPa。一般在乙炔發(fā)生器的電石分解區(qū)或集氣室中，是不可能達到這一溫度和發(fā)生爆炸的。一旦由于某種原因(如電石的局部過熱)而溫度過高時，就應該及時地采取冷卻降溫措施，把能量導出，那么乙炔就只是聚合而不會引起爆炸分解。圖29乙炔的聚合作用與爆炸分解的范圍(2)乙炔的分解爆炸與觸媒劑有關，當壓力為04MPa時，與發(fā)熱的小鐵管表面接觸而產(chǎn)生爆炸的最低溫度為：有鐵屑時為520；有黃銅時為500520；有活性炭時為400；有碳化鈣時為500；有氧化鐵時為280；有氧化銅時為240；有氧化鋁時為490；有紫銅屑時為460；有鐵銹(氧化鐵)時為280300這些觸媒劑能把乙炔分子吸附在自己表面上，結果使乙炔的局部濃度增高而加速了乙炔分子之間的聚合和爆作分解。(3)乙炔的分解爆炸與存放的容器形狀和大小有關。容器的直徑越小，則越不容易爆炸。在毛細管中，由于管壁冷卻作用及阻力，爆炸的可能性會大為降低。根據(jù)這個原理，目前使用的乙炔膠管孔徑都不太大，管壁也比較薄，對防止乙炔在管道內(nèi)爆炸是有利的。(4)乙炔與銅、銀、水銀等金屬或其鹽類長期接觸時，會生成乙炔銅(Cu2C2)和乙炔銀(Ag2C2)等爆炸性混合物，當受到摩擦沖擊時就會發(fā)生爆炸。因此凡供乙炔使用的器材都不能用銀和含銅量70以上的銅合金制造。(5)乙炔與氯、次氯酸鹽等化合，在日光照射下以及加熱等外界條件下就會發(fā)生燃燒和爆炸。所以乙炔燃燒失火時，絕對禁止使用四氯化碳滅火。2，乙炔與空氣、氧氣和其它氣體混合氣的爆炸性(1)乙炔及其它可燃氣體凡與空氣或氧氣混合時就提高了爆炸危險性。乙炔和其他可燃氣體與空氣和氧氣混合氣的爆炸(發(fā)火)范圍見表23。表2-3可燃氣體與空氣和氧氣混合氣的爆炸極限乙炔與空氣或純氧的混合氣如果其中任何一種達到了自燃溫度(與空氣混合氣體的自燃溫度為305，與氧氣混合氣體的自燃溫度為300)就是在大氣壓力下也能爆炸。是否會達到自燃溫度而導致爆炸，基本上只決定于其中乙炔的含量。(2)乙炔中混入與其不發(fā)生化學反應的氣體，如氮氣、甲烷、一氧化碳、水蒸汽、石油氣等，或把乙炔熔解在液體里，能夠降低乙炔的爆炸性。這是因為乙炔分子之間被其它氣體或液體的微粒所隔離，因而使進行爆炸的連鎖反應條件變壞的緣故。乙炔能夠溶解在許多液體中，特別是有機液體中，如丙酮等。在15、01MPa時，1升丙酮能溶解23升乙炔，在壓力增大到142MPa時1升丙酮能溶解乙炔約400升。人們就是利用乙炔能大量溶于丙酮溶液中這個特性，將乙炔裝入乙炔瓶內(nèi)來儲存、運輸和使用的。(三)乙炔中的雜質及毒性1乙炔中含磷化氫工業(yè)用的乙炔中經(jīng)常含有磷化氫(PH3)。這是由于電石中含有少量磷化鈣等雜質，當電石與水接觸時生成磷化氫。乙炔中磷化氫的含量取決于電石的純度。在未經(jīng)凈化的乙炔內(nèi)，可能含有00318容積)的磷化氫。磷化氫的自燃點很低。氣態(tài)磷化氫(PH3)在溫度為100時，就會自燃，而液態(tài)磷化氫(P2H4)甚至在稍低于100時也會自燃。因而，當乙炔中含有空氣，又有磷化氫存在時，就可能構成乙炔一空氣混合氣的爆炸起火。2乙炔中含硫化氫硫化氫(H2S)是由于電石中含有硫化鈣、硫化鋁和碳酸鈣等雜質，經(jīng)水分解而生成的。乙炔中硫化氫的含量，在很大程度上，取決于硫化鈣與水的作用。因硫化氫能溶解于水，并在其生成與分解時，與水的溫度有關。如在充足的水中進行分解時，可以減少乙炔中硫化氫的含量。乙炔中硫化氫含量的范圍是00815(容積)。硫化氫和磷化氫都是乙炔中的有害雜質。在焊接時，其中的硫和磷可能轉移到熔接處的金屬中，而使焊縫質量變壞。一般規(guī)定，乙炔中磷化氫的含量不得超過02；硫化氫的含量應小于01(按容積計算)3乙炔中含空氣乙炔中的空氣一般是在乙炔發(fā)生器裝換電石時進入的。也可能有溶解在水中的空氣和吸附在電石表面上的空氣混入乙炔里。因為空氣和乙炔混合比在很寬的范圍內(nèi)都能使乙炔燃燒和爆炸，所以它是有害的雜質，應盡量減少其含量。在通常情況下，由固定式乙炔發(fā)生器制取的乙炔中，空氣的含量不超過05。而用移動式發(fā)生器制取的乙炔中，空氣的含量不超過115。乙炔中空氣的含量超過10時，就不能用于火焰加工。4乙炔的毒性乙炔中毒現(xiàn)象比較少見，它主要表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷。其癥狀輕度的表現(xiàn)為：精神興奮、多言、嗜睡，走路不穩(wěn)等；重度的表現(xiàn)為：意識障礙、呼吸困難、發(fā)呆、瞳孔反應消失、昏迷等。也有表現(xiàn)為狂躁、無故哭笑等精神癥狀。三、液化石油氣液化石油氣(簡稱石油氣)是石油煉制工業(yè)的副產(chǎn)品，其主要成分是丙烷(C3H8)，大約占5080，其余是丙烯(C3H6)、丁烷(C4H10)、丁烯(C4H8)等，在常溫和大氣壓力下，組成石油氣的這些碳氫化合物以氣態(tài)存在。但是只要加上不大的壓力(一般為0815MPa)即變?yōu)橐后w，液化后便于裝入瓶中貯存和運輸。在標準狀態(tài)下，石油氣的密度為1825kgm3，比空氣重，但其液體的比重則比水、汽油輕。石油氣燃燒的溫度比乙炔火焰溫度低，丙烷在氧氣中燃燒的溫度為20002850V，用于氣割時，金屬預熱時間需稍長，但可減少切口邊緣的過燒現(xiàn)象，切割質量較好，在切割多層迭板時，切割速度比乙炔快2030。石油氣除越來越廣泛地應用于鋼材的切割外，還用于焊接有色金屬。國外還采用乙炔與石油氣混合后作為焊接氣源。石油氣有以下特點和安全要求：(1)石油氣易揮發(fā)，閃點低，其中的主要成分丙烷揮發(fā)點為42，閃點20，所以在低溫時，它的易燃性就是很大的。(2)石油氣燃燒的化學反應式(以丙烷為代表)為：C3H8+5O2=3CO2+4H2O+2350kJmol即一份丙烷(石油氣)需要五份氧氣與之化合(但實際需要量要比理論上多10)才能完全燃燒。若供氧不足，燃燒不充分，會產(chǎn)生一氧化碳，使人中毒，嚴重時有致命危險。(3)組成石油氣的幾種氣體都能和空氣形成爆炸性混合氣。但是它們的爆炸極限范圍比較窄。例如丙烷、丁烷和丁烯的爆炸極限分別為21795；11584和1796，比乙炔要安全得多。但石油氣和氧氣混合氣有較寬的爆炸極限，范圍為3264，有關石油氣與氧氣混合的燃燒爆炸性能見表24表24液化氣氧氣混合氣的燃爆范圍(4)氣態(tài)石油氣比空氣重(比重約為空氣的15倍)，易于向低處流動而滯留積聚，液化石油氣比汽油輕，能飄浮在水溝的液面上，隨水流動并在死角處聚集，而且易揮發(fā)。如果以液體流動會擴散成350倍的氣體，在使用、貯存石油氣時，應采取安全措施，如暖氣溝進出口應砌磚抹灰，電纜溝進出口應填裝沙工，下水道應裝水封等，室內(nèi)應有良好通風。通風口除設在高處外，還應設在低處，有利于對流。(5)石油氣對普通橡膠導管和襯墊有腐蝕性，能引起漏氣，必須采用耐