Центральный металлический портал РФлучшие сервисы для Вашего бизнеса

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Полезные статьи -> Сварка, резка и пайка металлов -> Газовая сварка -> Ацетилен и горючие газы

Ацетилен и горючие газы

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРЮЧИХ ГАЗОВ

АЦЕТИЛЕН - СВОЙСТВА, РАСЧЕТЫ

 

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРЮЧИХ ГАЗОВ

Для процессов газопламенной обработки применяются различные горючие газы и пары жидких горючих (керосина и бензина), при сгорании которых в кислороде образуется высокотемпературное пламя. По химическому составу эти горючие, за исключением водорода, представляют собой либо углеводородные соединения, либо смеси различных углеводородов, причем в последнем случае в качестве составляющих обычно входит водород, окись углерода и негорючие примеси.

Виды горючих, их состав и основные свойства приведены в табл. 1, а данные о пределах взрываемости газовоздушных и газокислородных смесей - в табл. 2.

Преимущественное применение для газопламенной обработки получил ацетилен С2Н2, являющийся наиболее эффективным, а также универсальным горючим. Однако все большее значение, в первую очередь для процессов, не требующих нагрева металла до температуры плавления, приобретают более дешевые горючие газы, называемые заменителями ацетилена: пропан, бутан и их смеси, коксовый газ, природные и городские газы и др., а также жидкие горючие.

В нашей стране имеются богатейшие месторождения природных газов, и для широкого их использования в целях газопламенной обработки важное народнохозяйственное значение имеет дальнейшее развитие сети газопроводов и газораздаточных станций.

Степень пригодности и экономическая целесообразность применения отдельных горючих для газопламенных работ определяются в основном следующими их свойствами:

1) низшей теплотворной способностью (теплотворностью);

2) удельным весом газа;

3) скоростью воспламенения и температурой пламени;

4) теоретическим, оптимальным и рабочим соотношениями между кислородом и горючим в смеси;

5) тепловой мощностью и удельным тепловым потоком пламени;

6) удобством и безопасностью при получении, транспортировке и использовании.

Низшая теплотворность горючего Qн выражает количество тепла, выделяющегося при полном сгорании 1 м3 или 1 кг горючего. Для чистых углеводородов и водорода она является физической константой. Для сложных газовых смесей, состав которых известен, теплотворность в ккал/м3 (при 20° С и 760 мм рт. ст.) может быть подсчитана по формуле

Qн = 24Н2 + 80СН4 + +206С3Н8 + 140CmHm + 28СО + 275С4Н10. (4)

В этой формуле содержание элементарных составных частей берется в объемных процентах. Символом CmHm обозначена сумма прочих высокомолекулярных углеводородов в газе. Коэффициенты перед обозначениями составных частей получены как значения 0,01 Qн для каждого элементарного горючего, причем Qн берется в ккал/м3.

Ниже приводятся примеры расчета теплотворности, удельного веса и потребного количества кислорода для некоторых горючих газов.

Пример 1. Пропано-бутановая смесь имеет состав: 85% С3Н8, 12% С4Н10, 3% С2Н6.

Низшая теплотворность будет равна

Qн=206·85+275·12+140·3=21230 ккал/м3

Удельный вес газа для сложных смесей yсм может быть определен по формуле

yсм = (r1·y1 + r2·y2 + ... + rn·yn)·0,01

где r1, r2, ... rn - содержание элементарных частей смеси в % об

где y1, y2, ... yn - удельный вес элементарных частей смеси в кг/м3

Пример 2. Природный газ имеет состав 94% СН4, 1,2% С2Н6, 0,7% С3Н8, 0,4% С4Н10, 0,2% С5Н12, 3,3% N2, 0,2% СО2.

Удельный вес составляющих частей (при 20° С и 760 мм рт. ст.) УСН4 =0,67; УС2Н6 = 1,34; УС3Н8 = 1,88; УС4Н10 = 2,54; УС5Н12 = 2,98; УN2 = 1,16; УСО2 = 1,84.

По формуле удельный вес газовой смеси сотавит:

yсм = (94·0,67 + 1,2·1,34 + 0,7·1,88 + 0,4·2,54 + 0,2·2,98 + 3,3·1,16 + 0,2·1,84)0,01=0,717 кг/м3

Скорость воспламенения и температура пламени для различных горючих в смеси с кислородом имеют разные значения.

Скоростью воспламенения называется скорость движущегося пламени в направлении перпендикулярном к поверхности воспламенения.

Наивысшая скорость воспламенения будет у ацетилено-кислородной смеси Uв С2Н2=12,5-13,7 м/сек. Для заменителей ацетилена эта скорость значительно ниже, например у сжатого метана Uв СН4=2,4-3,3 м/сек, у сжиженных газов: пропана Uв С3Н8=3,8-4,5 м/сек, у бутана Uв С4Н10=3,5-3,7 м/сек.

Большая скорость воспламенения смеси кислорода с ацетиленом создает условия для наиболее высокой температуры сварочного пламени в зоне, применяемой для расплавления металла.

Теоретическое соотношение Вmax между количеством кислорода Vк и горючего Vг, требуемое для полного сгорания, определяется элементарным составом горючего газа. Для сложных газовых смесей оно может быть определено по формуле

Вmax = Vк/Vг = 0,01 (0,5Н2 + 2СН4 + 5С3Н8 + E(m + n/4)CmHn + 0,5СО - О2)

Пример 3. Коксовый газ имеет состав: 59% Н2; 25% СН4; 2,4% С3Н8; 7,3% СО2; 2,2% СО2; 0,6% О2; 3,5% N2. Количество кислорода, необходимое для полного сгорания 1 м3 горючего, составит

Вmax = 0,01(0,5·59 + 2·25 + 5·2,4 + 0,5·7,3 - 0,6) = 0,945 м3

Оптимальное соотношение между количеством кислорода и горючего в смеси, т. е. такое, при котором обеспечивается наибольшая эффективная мощность пламени, всегда будет на 10-15% меньше теоретического соотношения ввиду участия в горении также кислорода воздуха, подсасываемого различными зонами пламени. Пламя при оптимальном соотношении будет иметь окислительный характер и может быть использовано лишь для процессов нагрева (резка, закалка и др.), но не для сварки.

Рабочее соотношение между кислородом и горючим газом в смеси для выполнения сварки должно быть меньше оптимального во избежание окисления, для процессов резки в целях повышения производительности - близким к оптимальному. Обычно применяемые рабочие соотношения при выполнении резки низкоуглеродистой стали близки к оптимальным и составляют:

Ацетилен = 1,15-1,3

Водород = 0,25-0,4

Метан (или природный газ) = 1,5

Коксовый газ = 0,8

Пропано-бутановая смесь = 3,5

Нефтяной газ среднего состава = 2

Сланцевый газ = 0,7

Тепловую эффективность заменителей ацетилена принято выражать посредством коэффициента замены ψ, представляющего собой отношение расхода газа-заменителя к расходу ацетилена при одинаковом тепловом воздействии на металл:

ψ=V3/Va

Значения коэффициентов замены для процессов I группы (сварка, пайка, разделительная резка, закалка) приведены в табл. 1. Для процессов II группы, в частности для поверхностной резки, значение коэффициентов замены в 1,5-2,5 раза больше.

 

АЦЕТИЛЕН

Ацетилен является основным горючим для газопламенной обработки металлов благодаря высоким теплофизическим свойствам. Он относится к группе непредельных углеводородов ряда СnН2n-2.

Химическая формула его С2Н2, а структурная Н - С = С - Н. Важнейшие физические константы ацетилена следующие:

Технический ацетилен, применяемый для газопламенной обработки, в нормальных условиях представляет собой горючий бесцветный газ с резким запахом, объясняемым наличием примесей,

в частности сернистого водорода H2S и фосфористого водорода РН3, образующихся при получении ацетилена из карбида кальция в результате разложения содержащихся в нем примесей - сернистого кальция CaS и фосфористого кальция Са3Р2. Примеси повышают взрывоопасность ацетилена и делают его вредным для здоровья.

В жидком и твердом виде ацетилен в технике не применяется ввиду крайней взрывчатости.

Газообразный ацетилен также имеет склонность к взрывчатому распаду при повышенной температуре и давлении. Взрывоопасными являются и смеси ацетилена с воздухом и кислородом (см. табл. 2). Взрывчатый распад происходит в том случае, когда температура технического ацетилена, находящегося под давлением свыше 2 кгс/см2, превышает 500° С.

При повышении температуры ацетилена его распаду часто предшествует процесс полимеризации, т. е. соединение нескольких молекул в одну; в результате получаются другие соединения углеводородного ряда: бензол С6Н6, стирол С8Н8, нафталин C10H10 и др. В присутствии катализаторов полимеризация протекает при температурах 250-300° С, причем процесс сопровождается выделением тепла, ускоряющего полимеризацию и в результате при недостаточном отводе тепла может произойти взрывчатое разложение оставшегося ацетилена. На рис. 13 приведен график границ полимеризации и взрывчатого распада ацетилена, из которого видно, что при давлении ниже 2,5 кгс/см2 и температуре ниже 550° С в основном протекает процесс полимеризации, а при давлении свыше 1,5 кгс/см2 и температуре свыше 570° С будет происходить взрывчатый распад ацетилена.

Взрыв ацетилена может иметь место и при температуре ниже 500° С, но в присутствии катализаторов: окиси алюминия при 490° С, медной стружки - 460° С, окиси железа - 280° С, окиси меди - 240° С. Таким образом, наиболее активными катализаторами являются окись меди и окись железа.

При длительном соприкосновении влажного ацетилена с металлической медью и ее окислами образуется ацетиленид меди СuС2, легко взрывающийся (в сухом виде) при перегреве, трении или ударе. По этой причине для ацетиленовой аппаратуры допускается применение сплавов меди лишь при содержании ее не более 70%.

Взрываемость ацетилена увеличивается при смешении его с газами, вступающими с ним в реакцию. Так, например, ацетилен в смеси с хлором взрывается даже под действием света. В смеси с кислородом ацетилен взрывается при атмосферном давлении, если нагреть смесь до температуры 300° С, причем содержание ацетилена в смеси может колебаться в пределах 2,8-93%. Наиболее взрывоопасны смеси, содержащие около 30% ацетилена и 70% кислорода.

Смеси ацетилена с воздухом взрывчаты при содержании в них ацетилена 2,2-81%. Наиболее взрывоопасны смеси, содержащие 7-13% ацетилена, остальное - воздух. При взрыве ацетилено-воздушных смесей максимальное давление взрыва в 11 -13 раз превышает величину абсолютного начального давления. Если же ацетилен смешать с газами, не вступающими с ним в реакцию, например С02, N2, взрывоопасность его уменьшается; это свойство используется в некоторых химических процессах.

Одним из важных свойств ацетилена является хорошая его растворимость в некоторых жидкостях, в частности в ацетоне (СН3СОСН3). При 20° С один объем технического ацетона растворяет около 20 объемов ацетилена при атмосферном давлении, а при избыточном давлении растворимость возрастает пропорционально давлению. Это свойство ацетилена используется для транспортировки ацетилена в баллонах, в которые в определенном количестве вводится ацетон. В воде при нормальных условиях растворяется 1,15 объема С2Н2 на 1 объем Н20.

Технический ацетилен получается двумя способами:

1) из карбида кальция;

2) из углеводородных продуктов, содержащихся в природных газах, нефти, газах от переработки угля и торфосланцев.

Для газопламенной обработки пока большее значение имеет первый (карбидный) способ, известный уже около столетия. Однако новые способы получения ацетилена все шире внедряются в промышленность, как более прогрессивные и рентабельные.

Так, энергетические к. п. д. для разных процессов получения ацетилена составляют: при карбидном способе - 56%; при процессе с электрокрекингом углеводородов - 66%; при термоокислительном процессе - 75%.

Ниже рассматривается карбидный способ получения ацетилена.

Карбид кальция СаС2 представляет собой твердое вещество кристаллического строения с удельным весом от 2,3 до 2,53 г/см3 в зависимости от содержания примесей. В свежем изломе карбид кальция имеет серый цвет, иногда с коричневым оттенком.

Технический карбид кальция получается в электродуговых печах при взаимодействии негашеной извести с коксом и антрацитом по эндотермической реакции:

СаО + ЗС = СаС2 + СО - 108 ккал/г-мол. (8)

Для получения одной тонны карбида кальция расходуется 900-950 кг извести, 600 кг кокса и антрацита и затрачивается 2800-4000 квт.ч электроэнергии (для печей большой и средней мощности). Технический карбид кальция содержит до 30% примесей, переходящих в него из исходных материалов.

Средний состав технического карбида кальция (по весу) следующий: карбид кальция СаС2 - 72,5%; известь СаО- 17,3%; окись магния MgO - 0,4%; окись железа Fe203 и окись алюминия A12O3 - 2,5%; окись кремния Si02 - 2,0%; сера S - 0,3%, углерод С - 1,0%; остальные примеси - 4%.

Карбид кальция активно взаимодействует с водой, образуя ацетилен и гидрат окиси кальция (гашеную известь). Реакция имеет резко выраженный экзотермический характер и протекает по уравнению:

СаС2 + 2Н2О = С2Н2 + Са (ОН)2 + 30,4 ккал/г-мол.

При разложении 1 кг СаС2 выделяется, таким образом, около 400 ккал тепла, что требует принятия необходимых мер при получении ацетилена в генераторах для предотвращения перегрева ацетилена и связанной с этим опасности взрыва.

Теоретический выход ацетилена из карбида кальция (принимая, что СаС2 имеет чистоту 100%) может быть определен по уравнению материального баланса, если известны молекулярные веса участвующих в реакции веществ

СаС2 + 2Н20 = С2Н2 + Са (ОН)2

64 + 36 = 26 + 74

Теоретический выход, приведенный к 20 °С и 760 мм рт. ст., составит

Vт=26/64=0,46 кг, а по объему Vт/У=0,406/1,09=0,3725 м3 372,5 л, где 1,09 уд. вес ацетилена при 20 С.

Теоретический расход воды на 1 кг СаС2 составляет: Qт=36,64=0,562 кг, а по объему 0,562 л.

Фактический выход ацетилена из карбида кальция значительно меньше ввиду наличия в техническом СаС2 примесей и частичного разложения его влагой воздуха и находится в пределах 230- 300 л/кг. В табл. 3 приведен выход ацетилена из 1 кг карбида кальция в зависимости от сорта и размеров кусков (грануляции). Большинство ацетиленовых генераторов, выпускаемых в настоящее время, рассчитано на использование карбида кальция крупной грануляции 25/80.

В соответствии с дополнением к ГОСТу 1460-56, утвержденным в 1959 г., карбид кальция в кусках размером 2-8, 8-15 и 15-25 мм, а также в кусках смешанных размеров и мельче 2 мм может поставляться только с согласия потребителей. Допустимое содержание кусков других размеров в сортированном карбиде приведено в табл. 4.


Ввиду значительного теплового эффекта реакции разложения и опасности перегрева ацетилена практически на 1 кг СаС2 в генераторах расходуют от 4 до 12 л воды. Процесс разложения карбида кальция протекает неравномерно: вначале реакция идет очень активно, с бурным выделением ацетилена, а затем скорость ее снижается, что объясняется уменьшением поверхности кусков карбида кальция и образованием на них корки извести, препятствующей доступу воды.

Скорость разложения карбида кальция зависит от его чистоты, грануляции, а также от чистоты и температуры воды. На рис. 14 приведены кривые, характеризующие скорость разложения карбида кальция в зависимости от грануляции и температуры воды.

С уменьшением размеров кусков скорость разложения возрастает, а частицы мельче 2 мм (пыль) разлагаются почти мгновенно, поэтому пыль нельзя применять в обычных генераторах, рассчитанных для работы на кусковом карбиде, так как это может привести к взрыву.

Карбид кальция хранится и транспортируется в герметично закупоренных барабанах из кровельной стали двух размеров - на 100 и 130 кг карбида.

Автор: Администрация   Общая оценка статьи:    Опубликовано: 2012.06.01   

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:



запомнить  Регистрация

Металлоторговля:
Объявления
Прайсы (по торг. позициям)
Прайсы (в файлах)

Марки металлов
Калькулятор веса металла

Новости

НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ

19:38 Проектирование пресс-форм для литья

17:50 рельсы, Р-65

17:23 Поковка сталь Х12МФ

17:12 Поковка сталь 4Х5МФС

08:52 Закупаем силовой кабель новый, с хранения, остатки оптом любой регион

08:51 Купим фторопласт Ф4, Ф4к20, стеклоткань, стеклолента, текстолит неликв

08:46 Купим вольфрам, титан, нихром, олово, баббит, никель неликвиды, остатк

08:44 Закупаем прокат титана круг, проволоку, поковку, нихром остатки, с хра

08:34 Труба нержавеющая 57х4,0 ст12Х18Н10Т ГОСТ 9941-81

21:19 Шкаф хозяйственный

НОВОСТИ

30 Марта 2017 17:29
Сверхтяжелый волчок

30 Марта 2017 17:09
Латиноамериканское потребление прокатной стали в январе выросло на 1%

30 Марта 2017 16:04
”Бурятзолото” в 2016 году увеличило инвестиции на 33%

30 Марта 2017 15:25
Африканский выпуск стали в феврале 2017 года вырос на 18,2%

30 Марта 2017 14:50
”Норникель” открыл обновленный перегрузочный терминал в Мурманске

30 Марта 2017 13:37
Пакистанский импорт черного лома в феврале 2017 года упал на 16,5%

НОВЫЕ СТАТЬИ

Сэндвич-панели - особенности и разновидности

Каркасные теплицы из поликарбоната

Особенности противопожарных дверей для промышленных помещений и учреждений

Таблички и номерные знаки - основы изготовления

Декоративное применение листов нержавеющих AISI 316 в строительстве

Котельное оборудование - теплообменники и другие аппараты

Лист нержавеющий AISI 201 - применение в отраслях производства

Классификация габионов и сетчатых конструкций

Особенности низкорамных тралов для специальных перевозок

Первозка спецтехники и крупногабаритных конструкций

Изделия для печного и термического оборудования из нержавейки

Производство разных типов нержавеющих листов и их применение

Котельные жаропрочные и коррозионностойкие марки сталей

Сертификация и таможенное оформление грузоперевозок

Шаровые краны - основные виды и особенности

Свойства и особенности применения проката из нержавейки марки 20Х13

Лист нержавеющий 08Х18Т1 в строительных и декоративных конструкциях

Лист нержавеющий AISI 409 - особенности марки и применение

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Рейтинг@Mail.ru

О портале : Информация и правила : Реклама : Тарифы для компаний : Наши контакты : Связаться : Личный кабинет : Регистрация

2009-2017 © Любое копирование материалов без активной ссылки на metallicheckiy-portal.ru запрещено!
Использование материалов в печатных изданиях только с разрешения администрации портала.