氣焊氣割常用氣體的性質(zhì)及使用安全要求

1、氣焊氣割常用氣體的性質(zhì)及使用安全要求 能夠燃燒的并能在燃燒過(guò)程中釋放出大量能量的氣體，稱為可燃?xì)怏w；本身不能燃燒，但能幫助其它可燃物質(zhì)燃燒的氣體為助燃?xì)怏w。氣焊氣割常用的可燃?xì)怏w有乙炔(c2h2)、氫氣(h2)、液化石油氣等；常用的助燃?xì)怏w是氧氣。下面我們著重介紹一下工業(yè)上常用的可燃、助燃?xì)怏w的性質(zhì)：一、乙炔(一)乙炔的物理化學(xué)性質(zhì)乙炔(c2h2)，又名電石氣，是不飽和的碳?xì)浠衔?，在常溫和大氣壓力下，它是一種無(wú)色氣體，工業(yè)用乙炔中，因?yàn)榛煊辛蚧瘹?h2s)及磷化氫(ph3)等雜質(zhì)，故具有特殊的臭味。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，密度為117kgm3，比空氣稍輕，83時(shí)乙炔可變成液體，85時(shí)乙炔將變?yōu)楣腆w，液

2、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?xì)怏w，與空氣混合燃燒時(shí)所產(chǎn)生的火焰溫度為2350，而與氧氣混合燃燒時(shí)所產(chǎn)生的火焰溫度為31003300，因此用它足以熔化金屬進(jìn)行焊接，乙炔完全燃燒反應(yīng)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(xiǎn)的易燃易爆氣體。它的自燃點(diǎn)低(305)，點(diǎn)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(shí)與接觸介質(zhì)、乙炔中的雜質(zhì)、容器形狀等有關(guān)。(1

3、)當(dāng)溫度超過(guò)200300時(shí)，乙炔分子就開始聚合，而形成其它更復(fù)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(huì)促成更進(jìn)一步的聚合。當(dāng)溫度高于500時(shí)，未聚合的乙炔就會(huì)發(fā)生爆炸分解。如果在聚合過(guò)程中將熱量急速排除，則反應(yīng)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(shí)需要消耗大量的熱，當(dāng)乙炔分解時(shí)即放出它在生成時(shí)所吸收的全部熱量：c2h22c+h2+226kjmol。分解時(shí)生成物是細(xì)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(jìn)行的

4、，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(duì)乙炔的聚合作用與爆炸分解的關(guān)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(shí)，乙炔主要是聚合過(guò)程。當(dāng)壓力為150kpa。而溫度超過(guò)580時(shí)，就能形成乙炔分解爆炸。壓力越高，聚合作用能促進(jìn)乙炔分解爆炸所需要的溫度就越低。根據(jù)這一特點(diǎn)，現(xiàn)用的乙炔發(fā)生器工作壓力極限不超過(guò)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(dá)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(guò)熱)而溫度過(guò)高時(shí)，就應(yīng)該及時(shí)地采取冷卻降溫措施，把能量導(dǎo)出，那么乙炔就只

5、是聚合而不會(huì)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(guān)，當(dāng)壓力為04mpa時(shí)，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(shí)為520；有黃銅時(shí)為500520；有活性炭時(shí)為400；有碳化鈣時(shí)為500；有氧化鐵時(shí)為280；有氧化銅時(shí)為240；有氧化鋁時(shí)為490；有紫銅屑時(shí)為460；有鐵銹(氧化鐵)時(shí)為280300這些觸媒劑能把乙炔分子吸附在自己表面上，結(jié)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(guān)。容器的直徑越小，則越不容易爆炸。在毛細(xì)管中，由于管壁冷卻作用及阻力，爆炸的可能性會(huì)大為降低。

6、根據(jù)這個(gè)原理，目前使用的乙炔膠管孔徑都不太大，管壁也比較薄，對(duì)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(zhǎng)期接觸時(shí)，會(huì)生成乙炔銅(cu2c2)和乙炔銀(ag2c2)等爆炸性混合物，當(dāng)受到摩擦沖擊時(shí)就會(huì)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(huì)發(fā)生燃燒和爆炸。所以乙炔燃燒失火時(shí)，絕對(duì)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?xì)怏w凡與空氣或氧氣混合時(shí)就提高了爆炸危險(xiǎn)性。乙炔和其他可燃?xì)怏w與空氣和氧氣混合氣的爆炸(發(fā)火)范圍見表23。

7、表2-3可燃?xì)怏w與空氣和氧氣混合氣的爆炸極限可燃?xì)怏w名稱可燃?xì)怏w在混合氣中含量(容積)空氣中氧氣中乙炔氫一氧化碳甲烷天然氣石油氣22810338l 5114775481674814035163289304693915593950592乙炔與空氣或純氧的混合氣如果其中任何一種達(dá)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(huì)達(dá)到自燃溫度而導(dǎo)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(xué)反應(yīng)的氣體，如氮?dú)狻⒓淄?、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?yàn)橐胰卜肿又g被其它氣

8、體或液體的微粒所隔離，因而使進(jìn)行爆炸的連鎖反應(yīng)條件變壞的緣故。乙炔能夠溶解在許多液體中，特別是有機(jī)液體中，如丙酮等。在15、01mpa時(shí)，1升丙酮能溶解23升乙炔，在壓力增大到142mpa時(shí)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(gè)特性，將乙炔裝入乙炔瓶?jī)?nèi)來(lái)儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用的。(三)乙炔中的雜質(zhì)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(zhì)，當(dāng)電石與水接觸時(shí)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(diǎn)很低。氣態(tài)磷化氫(ph3)在溫度為100時(shí)，就

9、會(huì)自燃，而液態(tài)磷化氫(p2h4)甚至在稍低于100時(shí)也會(huì)自燃。因而，當(dāng)乙炔中含有空氣，又有磷化氫存在時(shí)，就可能構(gòu)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(zhì)，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(shí)，與水的溫度有關(guān)。如在充足的水中進(jìn)行分解時(shí)，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(zhì)。在焊接時(shí)，其中的硫和磷可能轉(zhuǎn)移到熔接處的金屬中，而使焊縫質(zhì)量變壞。一般規(guī)定，乙炔中磷化氫的含量不得超過(guò)02；硫化氫

10、的含量應(yīng)小于01(按容積計(jì)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(shí)進(jìn)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?yàn)榭諝夂鸵胰不旌媳仍诤軐挼姆秶鷥?nèi)都能使乙炔燃燒和爆炸，所以它是有害的雜質(zhì)，應(yīng)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(guò)05。而用移動(dòng)式發(fā)生器制取的乙炔中，空氣的含量不超過(guò)115。乙炔中空氣的含量超過(guò)10時(shí)，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(shí)障礙、呼吸困難、發(fā)呆、瞳孔反應(yīng)消失、昏迷等。也有

11、表現(xiàn)為狂躁、無(wú)故哭笑等精神癥狀。 二、液化石油氣液化石油氣(簡(jiǎn)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?xì)浠衔镆詺鈶B(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(yùn)輸。在標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，金屬預(yù)熱時(shí)間需稍長(zhǎng)，但可減少切口邊緣的過(guò)燒現(xiàn)象，切割質(zhì)量較好，在切割多層

12、迭板時(shí)，切割速度比乙炔快2030。石油氣除越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于鋼材的切割外，還用于焊接有色金屬。國(guó)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(diǎn)和安全要求：(1)石油氣易揮發(fā)，閃點(diǎn)低，其中的主要成分丙烷揮發(fā)點(diǎn)為42，閃點(diǎn)20，所以在低溫時(shí)，它的易燃性就是很大的。(2)石油氣燃燒的化學(xué)反應(yīng)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(shí)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(huì)產(chǎn)生一氧化碳，使人中毒，嚴(yán)重時(shí)有致命危險(xiǎn)。(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

13、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(guān)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序號(hào)液化氣在混合氣中占的體積百分?jǐn)?shù)燃爆情況123456789103260671291913313624351564爆聲微弱有爆聲有爆聲有爆聲爆聲較響爆聲響爆聲響爆聲響爆聲強(qiáng)烈發(fā)光爆聲強(qiáng)烈發(fā)光(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(dòng)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(dòng)并在死角處聚集，而且易揮發(fā)。如果以液體流動(dòng)會(huì)擴(kuò)散成350

14、倍的氣體，在使用、貯存石油氣時(shí)，應(yīng)采取安全措施，如暖氣溝進(jìn)出口應(yīng)砌磚抹灰，電纜溝進(jìn)出口應(yīng)填裝沙工，下水道應(yīng)裝水封等，室內(nèi)應(yīng)有良好通風(fēng)。通風(fēng)口除設(shè)在高處外，還應(yīng)設(shè)在低處，有利于對(duì)流。(5)石油氣對(duì)普通橡膠導(dǎo)管和襯墊有腐蝕性，能引起漏氣，必須采用耐油性強(qiáng)的橡膠導(dǎo)管和襯墊，不能隨便更換而采用普通橡皮管和襯墊。(6)石油氣瓶?jī)?nèi)部的壓力與溫度成正比。在零下40時(shí)，壓力為01mpa，在20時(shí)為07mpa，40時(shí)為2mpa。所以石油氣瓶與熱源、暖氣電等應(yīng)保持15m以上的安全距離，更不許用火烤。(7)石油氣有一定毒性，空氣中含量很少時(shí)，人呼吸了一般不會(huì)中毒，但當(dāng)它的濃度較高時(shí)，就會(huì)引起人的麻醉，在濃度大于10

15、的空氣中停留三分鐘后，就會(huì)使人頭腦發(fā)暈。(8)石油氣點(diǎn)火時(shí)，要先點(diǎn)燃引火物后再開氣，不要顛倒次序。三、氫氣氫是一種無(wú)色無(wú)味的氣體，比重007，比空氣輕1438倍，是最輕的氣體。它具有最大的擴(kuò)散速度和很高的導(dǎo)熱性，其導(dǎo)熱效能比空氣大七倍，極易漏泄，點(diǎn)火能力低，被公認(rèn)為是一種極危險(xiǎn)的易燃易爆氣體。氫在空氣中的自燃點(diǎn)為560，在氧氣中的自燃點(diǎn)為450。氫氧火焰的溫度可達(dá)2770c，氫具有很強(qiáng)的還原性。在高溫下，它可以從金屬氧化物中奪取氧而使金屬還原。它廣泛地被應(yīng)用于水下火焰切割，以及某些有色金屬的焊接和氫原子焊等。氫與空氣混合可形成爆鳴氣，其爆炸極限為480，氫與氧混合氣的爆炸極限為465939，氫

16、與氯氣的混合物為(1：1)時(shí)，見光即行爆炸，當(dāng)溫度達(dá)240時(shí)即能自燃。氫與氟化合時(shí)能發(fā)生爆炸，甚至在陰暗處也會(huì)發(fā)生爆炸，因此它是一種很不安全的氣體。四、氧氣(一)氧氣的物理化學(xué)性質(zhì)氧氣(o2)是一種無(wú)色無(wú)味無(wú)毒的氣體，比空氣略重，微溶于水。常壓下，氧氣在183時(shí)變?yōu)榈{(lán)色的液體，在218時(shí)變成雪花狀的淡藍(lán)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(jī)內(nèi)，經(jīng)過(guò)高壓和冷卻，使之凝結(jié)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(diǎn)不同，來(lái)提取純氧。氧氣不能燃燒，但能助燃，是強(qiáng)氧化劑，與可燃?xì)怏w混合燃燒可以得到高溫火焰。如前邊講過(guò)的與乙炔混合燃燒時(shí)的溫度可達(dá)3200以上，

17、所以氧氣廣泛應(yīng)用于氣焊氣割行業(yè)。(二)氧氣的安全特點(diǎn)有機(jī)物在氧氣里的氧化反應(yīng)具有放熱的性質(zhì)即在反應(yīng)進(jìn)行時(shí)放出大量的熱量。增高氧的壓力和溫度，會(huì)使氧化反應(yīng)顯著加快，在一定的條件下，由于物質(zhì)氧化得越來(lái)越多和氧化過(guò)程溫度增高而增加放出的熱量，使有機(jī)物在壓縮或加熱的氧氣里的氧化過(guò)程加速進(jìn)行。當(dāng)壓縮的氣態(tài)氧與礦物油、油脂或細(xì)微分散的可燃物質(zhì)(碳粉、有機(jī)物纖維等)接觸時(shí)，能夠發(fā)生自燃，時(shí)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(zāi)的最初因素。因此，當(dāng)使用氧氣時(shí)，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(zhì)相接觸。氧幾乎能與所有可燃?xì)怏w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(jī)物質(zhì)(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(dāng)遇火源或在一定的沖擊力下就會(huì)產(chǎn)生劇烈的爆炸。在焊接及其它氣體火焰加工過(guò)程中使用氧氣時(shí)，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常注意到氧的上述性質(zhì)。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(jí)，一級(jí)純度的含氧量不低于992，二級(jí)純度的不低于985。氧氣用壓縮機(jī)壓進(jìn)氧氣瓶或各種管道，氧氣瓶?jī)?nèi)工作壓力為15mpa，輸送管道內(nèi)的壓力為0515mpa。五、特