Газы - заменители ацетилена. Часть 1

В настоящее время, начиная с 1960 г., в промышленности для газовой сварки и резки широко применяются вместо ацетилена различные более дешевые и доступные газы: природный, пропан технический, пропан-бутановые смеси и др. Эти газы в 10-20 раз дешевле ацетилена. Сравнительная простота аппаратуры при их использовании улучшает условия работы. Такие газы принято называть газами-заменителями ацетилена.

В принципе, любой газ, имеющий теплотворную способность более 6000 ккал на 1 м³ и температуру горящего в смеси с кислородом пламени более 2000ºС, пригоден для газовой сварки и тем более для кислородной резки.

Теплотворной способностью газа называют количество теплоты в килокалориях, полученное при полном сгорании 1 м³, или 1 кг газа.

При выборе газа-заменителя учитывают еще температуру воспламенения, пределы взрываемости, возможности работы в любое время года на открытом воздухе, доступность газа и удобство в работе. Из всех газов-заменителей и горючих жидкостей самыми пригодными и удобными оказались пропан технический, пропан-бутановые смеси и природный газ, которые имеют широкое применение.

Пропан технический - бесцветный газ с резким запахом (от добавления одорантов), состоящий из пропана С₃Н₈ с примесью пропилена С₃Н₆, суммарное содержание которых 93%. Получают пропан как побочный продукт при переработке нефтепродуктов.

Пропан-бутановая смесь - бесцветный газ с резким (от одорантов) запахом, является также побочным продуктом при переработке нефти.

Смесь легко переходит в жидкое состояние. В ней от 5 до 30% бутана (С₄Н₁₀). Одорантами называют сильнопахнущие вещества, которые добавляют в газ, не имеющий запаха, для обнаружения возможной утечки. Смесь пропана с бутаном применяют потому, что у этих газов различная теплотворная способность и температура перехода в жидкое состояние, т. е. практическое прекращение выделения паровой (газовой) фракции. Температура кипения (начало испарения) у пропана (-42ºС), бутана (-0,5ºС), т. е. при этой температуре начинает образовываться газовая фракция, а если указанные температуры будут немного ниже, то испарения (газообразования) происходить не будет. Как видно, недостатком бутана является то, что при ГС мороза он уже не испаряется, газоотбор невозможен. Но за счет его заметного преимущества в теплотворной способности бутан добавляют в пропан, получая смесь, при этом немного повышается температура испарения смеси, т. е. с - 42ºС до -36ºС, а смесь можно использовать при температуре окружающего воздуха до -25ºС.

Теплотворная способность пропана в среднем 21000 ккал/м³, бутана - до 28000 ккал/м³ газа.

Пропан-бутановая смесь имеет удельную массу (вес) больше воздуха почти в два раза, рассеивается медленно, способна оседать в приямках, подвалах и других нижних частях помещений, создавая взрывоопасную концентрацию. Вес (масса) 1 л жидкого пропан-бутана в среднем равен 0,5-0,55 кг; вес 1 м³ газовой смеси = 1,9 кг при 20ºС.

Потребное количество кислорода, подаваемое в горелку на 1 м³: пропан-бутановой смеси - 3,4-3,6 м³, ацетилена - 1,1 - 1,3 м³. Температура горения пропан-бутановой смеси с кислородом равна 2400-2700ºС, воспламенения - 480ºС.

Пределы взрываемости при содержании пропан-бутана в воздухе - от 2,2 до 9,5%. Способность пропана и бутана при сжатии переходить в жидкость обеспечивает удобство хранения, транспортировки и использования, так как 1 м³ газа после сжижения можно поместить в баллон емкостью 4 л. Состав сжиженных газов регламентирует ГОСТ 10196-62 "Газы углеводородные сжиженные топливные". По этому стандарту предусмотрен выпуск следующих марок: пропан - технический газ, бутан - технический газ, смесь пропана и бутана - технический газ.

Газы - заменители ацетилена. Часть 2

К месту потребления сжиженные газы доставляют железнодорожными цистернами, автоцистернами и в баллонах под давлением не выше 16 кг/см².

Сжиженные газы менее взрывоопасны в смеси с воздухом и имеют малую скорость сгорания и большую устойчивость против обратных ударов пламени в шланги по сравнению с ацетиленом. Понятие - коэффициент замены ацетилена каким-либо другим газом - показывает отношение теплотворных способностей ацетилена к газу-заменителю и указывает насколько меньше или больше потребуется заменителя, например, QАЦЕТИЛЕНА = 12600 ккал/м³, QПРОПАНА = 21000 ккал/м³, Кг = QАЦЕТИЛЕНА/ QПРОПАНА ='12600/21000 = 0,6 - это значит, что потребуется 60% пропана, вместо 100% ацетилена.

При применении метана (основного компонента природного газа): QМЕТАНА = 8000 ккал/м³,

Кг = Q_{АЦЕТИЛЕНА}/ Q_{ПРОПАНА} = 12600/8000 = 1,58.

Это значит, что расход метана окажется больше на 58%.

Практически кислорода расходуется для пропанового и метанового пламени меньше на 20-40% из-за различия качественных характеристик каждой фазы горения.

Рабочий пост сварки, резки снабжается от индивидуального баллона. Давление в баллоне зависит от температуры газа в нем, и при 40ºС давление может быть до 16 кг/см². Наиболее широко применяются баллоны емкостью 40-50 л. Баллоны для сжиженного пропан-бутана изготовляются из стали толщиной 2,5-3,0 мм. Штуцеры вентилей баллонов имеют левую резьбу диаметром 21,8 мм и 14 ниток на 1 дюйм. Сжиженные газы имеют большой коэффициент объемного расширения жидкой фракции, т. е. в 15 раз больше, чем у воды, поэтому наполнение баллона свыше 85% емкости может привести к разрыву баллона при нагревании.

По давлению сжиженного газа в баллоне нельзя судить о его количестве, как это делается для сжатых газов. Количество пропан-бутана (как и другого сжиженного газа) в баллоне можно определить только взвешиванием. Для нормальной работы любого потребителя газа от пропанового баллона максимальный отбор газа не должен превышать 1,25 м³ в час от одного баллона. При испарении 1 кг (= 2 л) пропан-бутана образуется в среднем 500 л (0,5 м³) газа.

Природный газ состоит в основном из метана (СН₄) до 80-98%. Его транспортируют по трубопроводам. Природный газ широко применяется в промышленности как самое дешевое топливо. Газ имеет слабый чесночный запах. Сгорая в струе чистого кислорода, природный газ дает пламя с температурой до 2200ºС и теплотворной способностью 4500-7000 ккал/м³.

Практически смесь поступает в горелку, резак в соотношении с кислородом 1 : 1,5. Как заменитель ацетилена природный газ применяется для резки сталей, пайки и сварки цветных металлов.

Керосин - прозрачная, бесцветная, легко испаряющаяся жидкость, состоящая из смеси углеводородов (С₁₃Н₁₈). Для керосино-кислородной резки и нагрева металла применяют осветительный керосин по ГОСТу 4753-68. Не рекомендуется применять тракторный керосин, так как в нем содержится больше смолистых веществ, которые при температурах 300-600ºС образуют смолообразные соединения. Это засоряет аппаратуру и приводит к частой ее разборке и чистке.

Для газовой сварки применяют сварочную проволоку, близкую по химическому составу к свариваемым изделиям.