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当气焊与气割的安全技术

发布时间:2021-09-11 06:32:46 阅读: 来源:调节阀厂家

气焊与气割的安全技术

一、 概述

(一) 气焊与气割的基本原理和安全特点

气焊是利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰,将金属连接处熔化,使之牢固连接的焊接方法。

气焊所用的可燃气体主要有乙炔和液化石油气。

气焊使用的设备包括:氧气瓶、乙炔发生器(或乙炔气瓶)。应用的器具有:焊炬、减压器、橡皮气管等。这些设备和器具的应用情况如图1所示。

焊缝的填充材料称为焊丝,根据不同的焊件分别选择低碳钢、铸铁、黄铜、青铜等焊丝。焊接铸铁、不锈钢和有色金属时,还需要加焊粉,其目的是熔解和清除焊件上的氧化膜,并在熔池表面形成熔渣,保护熔池不被氧化,排除熔池中的气体、氧化物及其它杂质,改善熔池中的气体、氧化物及其它杂质,改善熔池中液态的流动性,获得优质接头。例如焊接铝材时,采用氯化物(KCl、NaCl)和氟化物(NaF)等组成的焊粉。

气焊主要应用于薄钢板、铸铁件、刀具和有色金属的爆件、硬质合金等材料的堆焊以及磨损零件的补焊。

气割是利用可燃气体与氧气混合燃烧的预热火焰,将被切割金属加热到燃烧点,并在氧气射流中剧烈燃烧而将金属分开的加工方法。可燃气体与氧气的混合以及切割氧的喷射是利用割炬来完成的。气割所用的可燃气体主要是乙炔。

气割所用的设备和器具,除割炬外均与气焊相同。

气割在工业企业中广泛应用于各种碳素结构钢和低合金结构钢的下料工序。

气焊将拉动1大批化工相干产品的需求与气割过程中都存在着不安全和有害因素,所使用的乙炔、丙烷、氢气和氧气等都是易燃易爆气体;乙炔瓶、氧气瓶、液化石油气瓶和乙炔发生器等,均属于压力容器。在焊补燃料容器和管道时,还会遇到其它易燃易爆气体及各种压力容器。由于在气焊和气割操如解决医疗器械和药物、瓶盖、密闭件和1次性实验用品的柔韧性包装问题作中需要与可燃气体和压力容器接触,同时又使用明火,如果焊接设备或安全装置有缺陷,或者违反安全操作规程,就有可能造成爆炸和火灾事故。在气焊火焰的作用下,尤其是气割时氧气射流的喷射,使火星、熔珠和铁渣四处飞溅,容易造成灼、烫伤事故。而且熔珠和铁渣能飞溅到距离操作点5m以外,遇有易燃易爆物品,也会引起火灾或爆炸事故。气焊、气割时,其火焰温度高达3000℃以上,被焊接金属会散发出金属蒸气。如焊接黄铜时产生大量锌蒸气;焊接铝时产生铝和氧化铝的蒸气等有害物质。焊粉也会产生氯盐和氟盐的燃烧后产物。在焊接过程中,还会遇到工件等其它方面产生的毒气和毒物。这些有害物质都有损于焊工的安全和健康,尤其是在密闭容器、管道内的焊接作业,更可能造成焊工中毒。

(二) 易燃易爆气体的性质

1. 乙炔 它也叫电石气,是不饱和的碳氢化合物,化学式是C<sub>2<sub>H<sub>2<sub>,在常温下和大气压力下是无色气体。工业用的乙炔有特殊臭味,这是因含有H<sub>2<sub>S和PH<sub>3<sub>等杂质。在标准状态下,乙炔的密度为1.17kg/m<sup>3<sup>,比空气稍轻。

乙炔的自燃点为480℃,在空气中的着火点为428℃。它与空气混合燃烧时火焰温度为2350℃,而与氧气燃烧时火焰温度为3100~3300℃。乙炔的燃烧火焰在空气中传播的最高速度为2.87m/s,在氧气中传播的最高速度为13.5m/s。

2) 压力 增加压力也促使和加速乙炔的聚合和分解。温度和压力对乙炔的聚合作用与爆炸分解的关系可用图2的曲线表示。

从图中看出,在温度等于或低于540℃,压力小于3×10<sup>5<sup>Pa(3个表压)时,乙炔主要是聚合过程。当压力为1.5×10<sup>5<sup>Pa,温度超过580℃时,就开始乙炔的爆炸分解。压力越高,聚合作用能够转化为乙炔爆炸分解所必须的温度就越低。根据这个特点,乙炔发生器工作压力极限不超过15×10<sup>5<sup>Pa(表压),温度达不到580℃,乙炔只是聚合作用,不会引起爆炸分解。

3) 触媒剂 触煤剂能把乙炔分子吸附在自己表面上,使乙炔局部浓缩增高,加速了乙炔分子之间的聚合和爆炸分解。

4) 存放容的器形状和大小 器壁有阻力和冷却作用,容器管径越小,越不易爆炸。

5) 乙炔纯度 乙炔与空气、氧气混合时,增加爆炸的危险性。乙炔与空气混合的爆炸极限为2.2~81%,自然温度为305℃。乙炔与氧气混合的爆炸极限为2.8~93%。含7~13%乙炔的乙炔-空气混合气和含有30%乙炔的乙炔-氧气混合气,爆炸波传播速度可达300m/s,爆炸压力可超过35×10<sup>6<sup>Pa。

6) 乙炔与铜等金属及其盐类长期接触,会生成乙炔铜等爆炸性化合物,当受到摩擦或冲击时就会发生爆炸。

乙炔和氯、次氯酸盐等化合,遇光或加热就会燃烧或爆炸。

工业用乙炔往往含有磷化氢、硫化氢,这是因为电石中含有微量磷化中医药为中华民族的繁衍生息和健康作出了不可磨灭的贡献钙和硫化钙其与水作用生成的。

磷和硫不仅降低焊缝质量,还易自燃。气态磷化氢在温度为100℃时就会自燃。一般规定乙炔中磷化氢含量低于0.08%,硫化氢含量低于0.15%。当乙炔在空气中含量达到40%时,因含有磷化氢、硫化氢及一氧化碳等有害气体,长期接触会引起中毒,损伤中枢神经系统。

2. 液化石油气 它的主要成分是丙烷(C<sub>3<sub>H<sub>8<sub>),含量为50~80%,还有丁烷(C<sub>4<sub>H<sub>10<sub>)、丁烯(C<sub>4<sub>H<sub>8<sub>)等。在常温和大气压下是气态,若加上(8~15)×10<sup>5<sup>Pa的压力即成为液态,装入瓶内贮存、运输。液化石油气的密度为1.8~2.5kg/m<sup>3<sup>。

液化石油气完全燃烧需氧量大,燃烧不充分会产生一氧化碳,会使人中毒。液化石油气本身也有一定的毒性,在空气中浓度>10%时有中毒的危险。

液化石油气的几种主要成分均能与空气、氧气构成有爆炸性气体,但爆炸极限范围小。与空气混合,丙烷的爆炸极限为2.1~9.5%,丁烷为1.5~8.5%,丁烯为1.7~9.6%。液化石油气与氧气混合的爆炸极限范围为3.2~64%。

液化石油气燃烧火焰温度低,它比乙炔安全,适用于钢材切割及有色金属焊接。

3. 氢气 氢气是无色无味的气体,比重为0.07,是最轻的气体。它扩散速度快,导热性高,极易漏泄,点火能量低,是极危险的易燃易爆气体。

氢氧火焰的温度可达2770℃,应用于水下火焰切割。

氢气与空气混合可形成爆鸣气,其爆炸极限范围为4~80%,氢气与氧气混合气的爆炸极限范围4.65~93.5%,氢气与氯气的混合气(1:1)受光即行爆炸,它的自燃点为240℃。氢与氟化合时能发生爆炸,甚至在阴暗处也会爆炸,因此它是一种不安全的气体。

4. 氧气 氧是一种无色、无味、无毒的气体。比重为1.1053。它是一种活泼的助燃气体,是强氧化剂,与可燃气体混合燃烧的火焰温度高。有机物在氧气里的氧化反应,具有放热性质。增高氧的压力和温度,会使氧化反应显著加快,并增加放出的热量。当压缩的气态氧与矿物油、油脂细微分散的可燃物质(炭粉、有机物纤维等)接触时,能够发生自燃。氧的突然压缩所放出的热量、摩擦热和金属固体微粒的碰撞热、高速气流中的静电火花放电等,也可以引起火灾。因此当使用氧气时,特别是压缩状态下,必须注意不要使它与易燃物质相接触。

氧气能与所有可燃气体和液体燃料的蒸汽混合形成爆炸性的混合气,这些混合气体具有很宽的爆炸极限范围。

氧气越纯,它的燃烧火焰温度越高。焊接用的氧气纯度一般为二级,即含氧量不低于98.5%。氧气瓶内的压力一般为1.5×10<sup>7<sup>Pa,输送管道内氧气压为(5~15)×10<sup>5<sup>Pa。

二、 电石使用安全

(一) 电石的物理、化学性质

电石即碳化钙,分子式为CaC<sub>2<sub>。它是坚硬的块状体,呈紫褐色或深灰色,密度为2.2g/cm<sup>3<sup>。一般电石块大小为2~80mm,小于2mm的很少使用。工业用的电石含碳化钙约70%,含杂质氧化钙约24%,含碳、硅铁、磷化钙、硫化钙等共为6%左右。因有以上杂质,所以有臭味。

1. 电石与水的化合作用 电石属于遇水燃烧的危险品。它与水化合极为活跃,同时生成乙炔气和氢氧化钙,并放出大量的热。

这时电石夺去氢氧化钙所含水而分解,熟石灰呈密实态包围在电石块外层,阻止电石继续分解,引起剧烈地过热,当温度超过300℃,压力超过1.5×10<sup>5<sup>Pa(1.5表压),就可能引起乙炔的燃烧爆炸。为使电石分解过程正常和防止爆炸,要供给乙炔发生器足够的水量,一般1kg电石需要5~15kg水(其中包括冷却水),并要及时换水。

2. 电石分解速度 电石与水作用的分解速度(或乙炔气生成速度)是以1kg电石在分解时间内所产生的乙炔气体积(1)来表示。它与电石的纯度、粒度、水的纯度和温度等因素有关。

(1) 电石、水的纯度高,分解速度快。水温高也能加速分解。水中含有氢氧化钙,分解速度就减慢。

(2) 电石块尺寸越小,分解速度越快。电石尺寸大,分解速度慢,而每kg电石的乙炔总生成量增加。在电石与水接触的最初2~4mm内分解速度最快,随着电石表面逐渐粘附熟石灰,分解速度也减慢。电石粒度与分解时间的关系见表1。

表1 电石粒度与分解时间的关系

表1中所谓完全分解时间,是以电石产生乙炔总量的98%时所用的时间。

不同粒度的电石完全分解时间也不同。因此,在设计乙炔发生器时,要考虑以上步骤都检查过后再将关模速度及关模压力调低并规定出电石的大小。在使用中如果违反规定,采用了小颗粒的电石,则发生器内气体的压力迅速增加。部分乙炔就会经安全阀排入大气,造成浪费,当安全阀失效时,就会发生事故;反之,采用了大块电石,分解速度慢,气体压力就不稳定,不利于焊接的正常进行。

在一般结构的乙炔发生器内,严禁使用电石粉(俗称芝麻电石),因为电石粉遇水后即分解,发出高热并结块,可能促成乙炔自燃。当发生器内有空气时,就会引起燃烧爆炸。

3. 硅铁杂质,电石中含的杂质有硅铁,硅铁受摩擦碰撞容易产生火花,成为乙炔燃烧爆炸的火源。

(二) 电石失火爆炸的原因

1. 由于包装不严密,电石受潮,桶内空间形成

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