气焊气割常用气体的性质及使用安全要求

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1、第三节 气焊气割常用气 体的性质及使用安全要求能够燃烧的并能在燃 烧过程中释放出大量能量 的气体，称为可燃气体； 本 身不能燃烧，但能帮助其它 可燃物质燃烧的气体为助 燃气体。气焊气割常用的可燃 气体有乙炔(C2H2)、氢气 (H2) 、液化石油气等； 常用 的助燃气体是氧气。下面我 们着重介绍一下工业上常 用的可燃、助燃气体的性质：一、乙炔( 一) 乙炔的物理化学 性质乙炔 (C2H2) ，又名电石 气，是不饱和的碳氢化合物， 在常温和大气压力下， 它是 一种无色气体，工业用乙炔 中，因为混有硫化氢 (H2S) 及磷化氢 (PH3) 等杂质，故 具有特殊的臭味。在标准状 态下，密度为 117

2、kgm3， 比空气稍轻，一83C时乙炔 可变成液体,-85C时乙炔 将变为固体，液体和固体乙 炔在一定条件下可能因摩 擦和冲击而爆炸。乙炔是理想的可燃气 体，与空气混合燃烧时所产 生的火焰温度为2350C, 而与氧气混合燃烧时所产 生的火焰温度为3100 3300C,因此用它足以熔化 金属进行焊接，乙炔完全燃 烧反应式如下：2C2H+5Q= 4CG+2HO+Q（ 放热 ）从上式看出： 1 体积的 乙炔完全燃烧需要 25 体 积的氧。（ 二） 乙炔的爆炸性及 溶解性乙炔是一种危险的易 燃易爆气体。它的自燃点低 （305 C ）,点火能量小 （0 019 毫焦） 。在一定条 件下，很容易因分子的聚

3、合， 分解而发生着火、爆炸。1纯乙炔的分解爆炸 性纯乙炔的分解爆炸性， 首先决定于它的压力和温 度，同时与接触介质、 乙炔 中的杂质、容器形状等有关。当温度超过200 300 C时，乙炔分子就开始 聚合，而形成其它更复杂的 化合物，如苯 (C6H6) 、苯乙 烯(C8H8)、萘(Ci0H0、甲苯 (C7H8) 等。聚合作用是放热 的，气体温度越高， 聚合作 用速度越快，因而放出的热 量就会促成更进一步的聚 合。当温度高于500 C时， 未聚合的乙炔就会发生爆 炸分解。如果在聚合过程中 将热量急速排除，则反应只 限于一部分乙炔的聚合作 用，而分解爆炸则可避免。乙炔是吸热化合物，即 由元素组成乙炔

4、时需要消 耗大量的热，当乙炔分解时 即放出它在生成时所吸收 的全部热量：C2H2 t 2C+H+226kJ/mol。分解时 生成物是细粒固体碳及氢 气。如果这种分解是在密闭 容器（ 如乙炔发生器、乙炔 瓶）内进行的，则由于温度 的 升 高 ， 压 力 急 剧 增 大 1013倍而引起爆炸。增加压力也能促使和 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 29 的曲线表示。从图 中可以看出，在温度等于或 低于540 C ,压力小于 0. 3MPa0寸，乙炔主要是聚 合过程 。当压力为 150kPa。 而温度超过580 C时，就能 形成乙炔分解爆炸 。压力越 高，

5、聚合作用能促进乙炔分 解爆炸所需要的温度就越 低。根据这一特点， 现用的 乙炔发生器工作压力极限 不超过150kPa。一般在乙 炔发生器的电石分解区或 集气室中，是不可能达到这 一温度和发生爆炸的。 一旦 由于某种原因 （ 如电石的局 部过热 ） 而温度过高时，就 应该及时地采取冷却降温 措施，把能量导出， 那么乙 炔就只是聚合而不会引起 爆炸分解。图29乙炔的聚合作用与爆炸分解的范围(2) 乙炔的分解爆炸与触媒剂有关，当压力为0. 4MPa时，与发热的小铁 管表面接触而产生爆炸的 最低温度为：有铁屑时为 520 C； 有黄铜时为500520C； 有活性炭时为 400C； 有碳化钙时为 500

6、C；有氧化铁时为 280C；有氧化铜时为 240C；有氧化铝时为 490C； 有紫铜屑时为 460C；有铁锈 （ 氧化铁 ） 时为280 300C这些触媒剂能把乙炔 分子吸附在自己表面上，结 果使乙炔的局部浓度增高 而加速了乙炔分子之间的 聚合和爆作分解。(3) 乙炔的分解爆炸与 存放的容器形状和大小有 关。容器的直径越小，则越 不容易爆炸。在毛细管中， 由于管壁冷却作用及阻力， 爆炸的可能性会大为降低。 根据这个原理，目前使用的 乙炔胶管孔径都不太大，管 壁也比较薄，对防止乙炔在管道内爆炸是有利的。(4) 乙炔与铜、银、水 银等金属或其盐类长期接 触时，会生成乙炔铜 (Cu2C2) 和乙炔银

7、 (Ag2C2) 等爆炸性 混合物 ，当受到摩擦冲击时 就会发生爆炸。因此凡 供乙 炔使用的器材都不能用银 和含铜量 70以上的铜合 金制造。(5) 乙炔与氯、次氯酸 盐等化合，在日光照射下以 及加热等外界条件下就会 发生燃烧和爆炸。所以乙炔 燃烧失火时，绝对禁止使用 四氯化碳灭火。2,乙炔与空气、氧气 和其它气体混合气的爆炸 性(1)乙炔及其它可燃气 体凡与空气或氧气混合时 就提高了爆炸危险性。乙炔 和其他可燃气体与空气和 氧气混合气的爆炸(发火) 范围见表23。表2-3 可燃气体与空气 和氧气混合气的爆炸极限可燃气可燃气体在混合体名称气中含量（容 积）空气中氧气中乙炔氢 一氧化碳 甲烷 天

8、然气 石油气2 281. 03. 38L511. 4 77. 54. 816. 74. 814. 03. 52. 893. 04. 693. 915. 5 93. 95. 059. 216. 3乙炔与空气或纯氧的 混合气如果其中任何一种 达到了自燃温度(与空气混 合气体的自燃温度为 305C,与氧气混合气体的 自燃温度为300 C )就是在 大气压力下也能爆炸。是否 会达到自燃温度而导致爆 炸，基本上只决定于其中乙 炔的含量。(2)乙炔中混入与其不 发生化学反应的气体，如氮 气、甲烷、一氧化碳、水蒸 汽、石油气等，或把乙炔熔 解在液体里，能够降低乙炔 的爆炸性。这是因为乙炔分 子之间被其它气体

9、或液体 的微粒所隔离，因而使进行 爆炸的连锁反应条件变坏 的缘故。乙炔能够溶解在许多 液体中，特别是有机液体中， 如丙酮等。在15C、0. 1MPa 时， 1 升丙酮能溶解 23 升 乙炔，在压力增大到 1. 42MPa时1升丙酮能溶 解乙炔约 400 升。人们就是利用乙炔能大量溶于丙酮 溶液中这个特性，将乙炔装 入乙炔瓶内来储存、运输和 使用的。( 三 ) 乙炔中的杂质及 毒性1 乙炔中含磷化氢 工业用的乙炔中经常 含有磷化氢 (PH3) 。这是由 于电石中含有少量磷化钙 等杂质，当电石与水接触时 生成磷化氢。乙炔中磷化氢的含量 取决于电石的纯度。在未经净化的乙炔内，可能含有0. 03%1.

10、 8% 容积)的 磷化氢。磷化氢的自燃点很 低。气态磷化氢(PH3)在温 度为100C时，就会自燃， 而液态磷化氢(P2H4)甚至在 稍低于100 C时也会自燃。 因而，当乙炔中含有空气， 又有磷化氢存在时，就可能 构成乙炔一空气混合气的 爆炸起火。2 乙炔中含硫化氢 硫化氢(H2S)是由于电 石中含有硫化钙、硫化铝和 碳酸钙等杂质，经水分解而 生成的。乙炔中硫化氢的含 量，在很大程度上， 取决于 硫化钙与水的作用。 因硫化 氢能溶解于水，并在其生成 与分解时，与水的温度有关。 如在充足的水中进行分解 时，可以减少乙炔中硫化氢 的含量。乙炔中硫化氢含量 的范围是0. 08%1. 5% （ 容积

11、 ） 。硫化氢和磷化氢都是 乙炔中的有害杂质。在焊接 时，其中的硫和磷可能转移到熔接处的金属中，而使焊 缝质量变坏。般规定，乙炔中磷化 氢的含量不得超过02%; 硫化氢的含量应小于0. 1% （按容积计算）3 乙炔中含空气 乙炔中的空气一般是 在乙炔发生器装换电石时 进入的。也可能有溶解在水 中的空气和吸附在电石表 面上的空气混入乙炔里。因 为空气和乙炔混合比在很 宽的范围内都能使乙炔燃烧和爆炸，所以它是有害的 杂质，应尽量减少其含量。 在通常情况下，由固定式乙 炔发生器制取的乙炔中，空 气的含量不超过05%。 而用移动式发生器制取的 乙炔中，空气的含量不超过 1%1. 5%。乙炔中空气 的含

12、量超过10%时，就不 能用于火焰加工。4 乙炔的毒性 乙炔中毒现象比较少 见，它主要表现为中枢神经 系统损伤。其症状轻度的表现为：精神兴奋、多言、嗜 睡，走路不稳等；重度的表 现为：意识障碍、呼吸困难、 发呆、瞳孔反应消失、昏迷 等。也有表现为狂躁、无故 哭笑等精神症状。二、液化石油气液化石油气(简称石油 气)是石油炼制工业的副产 品，其主要成分是丙烷 GH ,大约占50%80%, 其余是丙烯(C3HQ、丁烷 (C4H0)、丁烯(C4F8)等，在 常温和大气压力下，组成石油气的这些碳氢化合物以 气态存在。但是只要加上不 大的压力（一般为08l. 5MPa即变为液体，液化 后便于装入瓶中贮存和运

13、 输。在标准状态下，石油气 的密度为182. 5kg/m,比空气重，但其液体的 比重则比水、汽油轻。石油气燃烧的温度比 乙炔火焰温度低，丙烷在氧 气中燃烧的温度为 2000 2850V： 用于气害U时，金属 预热时间需稍长，但可减少 切口边缘的过烧现象，切割 质量较好，在切割多层迭板 时，切割速度比乙炔快 20%30%。石油气除越来 越广泛地应用于钢材的切 割外：还用于焊接有色金属。 国外还采用乙炔与石油气 混合后作为焊接气源。石油气有以下特点和 安全要求：(1) 石油气易挥发，闪 点低，其中的主要成分丙烷 挥发点为一42 C,闪点一 20C,所以在低温时，它的 易燃性就是很大的。（2）石油气

14、燃烧的化学 反应式（以丙烷为代表）为： GH8+5Q=3C（2+4H2O+2350kJ/ mol即一份丙烷（石油气） 需要五份氧气与之化合（但 实际需要量要比理论上多 10%）才能完全燃烧。若供 氧不足，燃烧不充分，会产 牛一氧化碳，使人中毒，严 重时有致命危险。（3）组成石油气的几种 气体都能和空气形成爆炸性混合气。但是它们的爆炸 极限范围比较窄。例如丙烷、 丁烷和丁烯的爆炸极限分 别为2. 17%95%;1. 15%8.4%和 1.7% 9.6%,比乙炔要安全得多。 但石油气和氧气混合气有 较宽的爆炸极限，范围为3. 2%64%,有关石油气 与氧气混合的燃烧爆炸性 能见表24表2-4液化气

15、氧气混 合气的燃爆范围丿予液化气在混燃爆情号合气中占的 体积百分数况13. 2爆声微 弱26. 0有爆36. 7声412. 9有爆519. 1声633. 1有爆736. 2声843爆声较951. 5响1064爆声 响爆声 响爆声 响 爆声强 烈发光 爆声强 烈发光(4) 气态石油气比空气 重(比重约为空气的 1. 5 倍)，易于向低处流动而滞 留积聚，液化石油气比汽油 轻，能飘浮在水沟的液面上， 随水流动并在死角处聚集， 而且易挥发。如果以液体流 动会扩散成 350 倍的气体， 在使用、贮存石油气时，应 采取安全措施，如暖气沟进 出口应砌砖抹灰，电缆沟进 出口应填装沙工，下水道应 装水封等，室内应有良好通 风。通风口除设在高处外， 还应设在低处，有利于对流(5) 石油气对普通橡胶 导管和衬垫有腐蚀性， 能引 起漏气，必须采用耐油性强 的橡胶导管和衬垫，不能随 便更换而采用普通橡皮管和衬垫。(6) 石油气瓶内部的压 力与温度成正比。在零下 40C时，压力为01