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气焊与气割的安全技术规范

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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, 改进熔池中的气体、 氧化物及其它杂质, 改进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, 特别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, 特别是在密闭容器、 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钙和硫化钙其与水作用生成的。

磷和硫不但降低焊缝质量, 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, 也能够引起火灾。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, 因此有臭味。

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。

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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
乙炔与空气的爆炸性混合气。

2． 开启电石桶的方法和工具使用不当, 在操作时产生火花, 或桶内电石含硅铁, 装运时摩擦碰撞产生火花。

3． 贮存电石的场所地面太低, 受潮湿或漏水, 溅水等使电石分解。

4． 电石库房、 乙炔站和电石破碎车间积存的电石粉末未及时清扫处理, 吸收空气中的水分而分解。

( 三) 电石运输、 存放和使用的安全措施

电石极易吸收水分, 分解出乙炔与空气混合, 如果处理不当极易爆炸, 它属于一级危险品。因此在电石装桶、 搬运、 贮存、 开启、 使用等过中, 应有安全要求和安全措施。

1． 防潮湿 防止电石产生易燃易爆混合气的根本措施是防止电石受潮湿。实验证明, 粒度2~8mm的电石, 露天存放五天, 仅靠吸收空气中的水分就能完全分解; 粒度为20~50mm的可分解56%。因此要防止电石受潮湿, 更不能接触水。

电石应放在桶内, 桶盖要严密。存放电石的库房必须设在不易潮湿, 不进水的地方, 而且不能漏雨。禁止在地下室存放电石。电石桶进库前要检查包装有无破损、 受潮湿等现象, 如发现以上问题及鼓包等可疑现象, 应立即在室外打开桶盖放出乙炔气, 经修好后才能入库。电石桶应放在木架上。库房内保持干燥, 严禁装设热水、 自来水、 取暖等管道和装有水的容器。电石库房、 乙炔站、 电石破碎车间积存的电石粉末要随时清理, 最好集中倒在电石渣坑里, 并用水加以处理。

2． 防止火源 防止产生和存留火源是防止燃烧爆炸的关键。开启电石桶时不能用可能引起火星的工具, 最好使用铍铜合金或铜制工具, 铜制工具的含铜量要低于70%。即便是使用完电石的空桶, 在未经处理之前也不得接触明火, 更不能直接焊补。

库房内严禁吸烟。库房照明应采用防爆灯和封闭开关, 或将电灯、 开关安装在室外, 通玻璃向室内照明。库房周围10m以内不能有明火。

搬运电石时应轻装轻卸, 不得滚动, 防止摩擦、 碰撞产生火花, 引起爆炸。

3． 通风 存放电石的库房要有良好的通风, 一般采用自燃通风系统, 如达不到要求, 应安装通风设备。

4． 电石库房必须是一、 二级耐火建筑, 库房屋顶采用非燃烧材料。

5． 灭火 电石桶、 电石库房等发生火灾, 只能用干砂、 干粉灭火机和二氧化碳灭火机扑救。不能用水或含有水份的灭火器( 如泡沫灭火器等) 灭火。也不能使用四氯化碳灭火机扑灭。使用二氧化碳灭火最为适宜, 但要注意, 因它的冷却作用差, 火焰熄灭后, 温度还可能在燃点上, 有复燃的可能; 另外二氧化碳能使人窒息, 因此使用时人要站在上风处, 尽量靠近火源。

三、 乙炔发生器的安全措施

( 一) 乙炔发生器的分类

当前大部分工厂使用的乙炔是由乙炔发生器制取的。乙炔发生器是利用电石和水相互作用而制取的。乙炔发生器的分类有几种:

1． 按制取乙炔压力分

( 1) 低压式 压力＜10kPa( 表压) 。这种发生器构造简单, 制造方便, 但乙炔压力不够稳定。

( 2) 中压式 压力为10~150kPa( 表压) 。

( 3) 高压式 压力在150kPa( 表压) 以上。

2． 按发气量分

按产气量分为0.5、 1、 3、 5、 10m＜sup＞3＜sup＞/h等五种。一般前两种制成移动式, 后三种制成固定式。乙炔量消耗较大的工厂, 一般设有乙炔站, 装有2~3台20~30m＜sup＞3＜sup＞/h的低压式乙炔发生器。其产生的乙炔贮存在贮气塔, 再用离心泵增压, 经过管道供给全厂使用。

3． 按电石与水的接触方式分

( 1) 电石入水式;

( 2) 水入电石式;

( 3) 排水式;

( 4) 电石离水式;

( 5) 联合式;

几种基本形式的特性比较见表2。

表

表2 乙炔发生器特性比较表

现将常见几种乙炔发生器的主要技术性能列于表3。

表

表3 五种乙炔发生器的技术性能

注: 安全膜爆炸破压力都是180~280kPa。

( 二) 乙炔发生器结构原理及实例

1． 发生器主要结构, 不论其型式及生产能力如何, 都应包括以下主要部分:

( 1) 气体发生器( 一个或几个) ;

( 2) 气体收集器( 贮气罐) ;

( 3) 安全设备( 一个或数个) , 防止压力过高;

( 4) 安全液封, 防止回火倒流时的火焰及空气、 氧气进入发生器。

有的乙炔发生器还有下列设备:

1) 气体发生器与贮气罐间有止逆阀或水封;

2) 洗涤器;

3) 水分离器;

4) 化学清净器;

5) 供水调节器;

6) 电石供应量调节器;

7) 乙炔压力调节器;

8) 化学干燥器;

9) 防爆膜。

乙炔发生器种类很多, 根据生产实际所需要的乙炔消耗量和乙炔的工作压力, 选用一定型号的或自制相应的乙炔发生器。

2． 乙炔发生器实例

( 1) Q3-1型排水式乙炔发生器 它主要由发气室5、 回火防止器10、 贮气罐11或发生器外壳等部分组成, 如图3所示。其原理是: 电石装的在发气室的电石篮4内, 操纵调节杆7, 使电石与水接触后即产生乙炔气体。当乙炔压力增高时, 发气室5内的水被排挤到隔层的挤压室6, 使发气室内的电石与水脱离接触, 即停止产生乙炔。乙炔压力降低时, 挤压室的水自动回到发气室, 使电石与水重新接触, 又可产生乙炔气。

图3 Q3-1型排水式中压乙炔发生器

1—手柄 2—泄压膜 3—外壳 4—电石篮 5—发气室 6—挤压 7—电石篮调节杆 8—出渣口 9压力表 10—回火防止器 11—贮气罐 12—溢水阀

这种发生器的优点是: 使用方便, 工作压力可调节, 而且较稳定; 有泄压膜, 比较安全可靠; 用机械排污, 比较省力; 电石在多水中分解比较完全, 电石篮不积灰渣, 温度较低, 乙炔含硫量较少; 回火防止器设有玻璃丝罩, 供应的气体得到过滤, 含杂质较少。它的缺点是分批装电石, 而且每次装的数量不多, 并要中断生产; 乙炔气体温度较高。

( 2) Q4-5型联合式中压乙炔发生器它的结构如图4所示。它属于固定式乙炔发生器。主要由发生器主体、 贮气挤压室、 发气挤压室、 发气室、 乙炔洗涤器、 加水桶及中心回火防止器和岗位回火防止器等组成。发生器主体作贮气和贮水之用, 水经过三通阀进入发气室7与电石接触生成乙炔气体。当乙炔压力增高时, 发生器主体内的水一部分排挤到贮气挤压室2内, 使发生器主体的水位降低到给水三通阀以下, 停止给水。但已进入发气室的水仍与电石起作用。使发气室的压力继续增高, 这时发气室的水被排挤到发气挤压室5内, 使水与电石完全脱离。当乙炔压力降低时, 贮气挤压和发气挤压室的水自动回到原来的位置, 继续产生气体。乙炔从出气管11经乙炔洗涤器12进入发生器主体, 再经过滤层14、 中心回火防止器19到使用地点的岗回火防止器20, 供焊接或切割使用。

图4 Q4-5型联合式中压乙炔发生器

1—发气室主体 2—贮气挤压室 3—温度计 4—泄压膜 5—发气挤压室 6—电石篮 7—发气室 8—排渣阀 9—乙炔排气管 10—给水三通阀 11—出气管 12—乙炔洗涤器 13—乙炔压力表 14—过滤层 15—泄压膜 16—安全阀 17—加水桶 18—水位指示器 19—中心回火防止器 20—岗位回火防止器

Q4-5型乙炔发生器的优点: 有两个发气室, 加料时轮换使用, 不影响供气; 发生器主体和发气室相互调节水位, 气体压力较稳定; 装料、 加水、 排渣都很方便; 安全设施比较齐全, 使用时较为安全。主要缺点是: 电石在少量水中分解时, 所产生的乙炔气含硫、 磷较多; 分解不完全, 熟石灰将电石包住产生过热现象, 在打开门孔加料时进入空气, 容易引起火灾。如果加料过多, 电石堵塞加水管和调压筒, 妨碍产气, 甚至因熟石灰膨胀使电石篮拔不出来。由于泄压面积不足, 一旦发气室或贮气室发生爆炸, 会把桶体炸坏。加水系统也容易堵塞失灵。

固定式中压乙炔发生器供气量超过10m＜sup＞3＜sup＞/h, 应该独立建站房。10m＜sup＞3＜sup＞/h以下也可在靠近生产厂房的偏屋内安装, 但必须用密封的防护墙、 天花板和生产车间隔离开。独立的乙炔站, 在设置、 工艺流程、 管道敷设和建筑等必须符合《乙炔站设计规范》和《建筑防火设计规范》的规定。

乙炔站不应建在人员密集和交通要道处, 或易被水淹没的地方; 不应建在氧气站空分设备的吸风口处全年最大频率风向的上风向; 与其它生产车间、 石 铁路专用线等距离应不小于20m; 当氧气站空分设备吸风口处乙炔含量小于0.5ml/m＜sup＞3＜sup＞时, 乙炔站与制氧站空分设备的吸风口处的水平距离应不小于200m。气态乙炔发生站最好是靠近主要用户。乙炔站的建筑物应为一、 二级耐火等级, 一般应为单层建筑。厂房泄压面积与厂房容积之比值不应小于0.2。乙炔站内应有良好的自然通风, 并有防止雨雪侵入的设施。

对有爆炸危险的房间每小时至少换气3次, 房间与操作平台都应有安全出口, 门窗向外开, 乙炔站房顶的气楼或风帽以顶部不积聚乙炔为原则。值班室、 生活间不应与乙炔站相通, 其间的窥视窗应采用耐火极限不低用0.9h的密闭玻璃窗。

乙炔站的贮气罐应布置在室外。乙炔站内应用防爆型电气设备, 应有独立的防雷保护。站的周围应设墙或护栏。在明显处挂”禁止烟火”标志, 配备必要的防火器材。

乙炔站应有健全的管理制度, 并严格执行。乙炔站的工人要经过专门的安全防火训练。乙炔站的各种设备、 仪表、 管道等要坚持维护保养和定期计划检修, 防止跑、 冒、 滴、 漏, 确保安全生产。

( 3) 沉浮式乙炔发生器如图5所示。

图5 沉浮式乙炔发生器

1—定桶 2—浮桶 3—电石篮 4—法兰 5—橡皮薄膜 6—乙炔出口

这种乙炔发生器又称浸离式或浮筒式乙炔发生器。使用时将装电石的电石篮3挂入浮筒中, 放入装水的定桶1内, 依靠浮桶和电石的自重将电石蓝3压入水中, 电石遇水后立即分解, 产生乙炔气。当乙炔压力增高时, 浮桶升起, 使电石篮3与水脱离。随着乙炔气的消耗, 其压力降低, 浮力又靠自重下沉, 电石与水重新接触。这样往复循环, 直到电石反应完。

这种乙炔发生器的优点是: 结构简单, 制作和使用方便; 乙炔含硫量低; 压力稳定。其缺点是: 装换料时要提放浮筒, 不但操作费力, 而且与桶 壁碰撞容易产生火花, 造成爆炸事故, 极不安全; 暂停使用时, 电石篮内电石仍较潮湿, 电石还要分解产气, 浮桶继续上升, 致使部分乙炔气逸出水面, 排放在空间, 如在室内使用时比较危险。这种乙炔发和生器在大多数企业已被淘汰。

( 三) 火灾爆炸的分类及其原因

乙炔发生器火灾爆炸事故可归纳为加料时的爆炸事故、 换料时的爆炸事故和回火爆炸事故三类, 其原因分述如下:

1． 加料时的爆炸事故 其原因主要是, 加料时往往由于电石含杂质多, 如磷、 硅铁等与机件相互摩擦碰撞产生火花或遇到其它明火引起乙炔气与空气的混合气体爆炸。这类事故一般发生在发气室。有些发生器的发气室与集气室相互连通, 没有水封; 有的有水封但已失灵, 故发气室爆炸也会引起集气室连爆。由于泄压孔面积太小, 往往把发生器炸坏。甚至引起室内易爆气体的爆炸。

2． 换料时的爆炸事故 其主要原因是: 换料时, 由于电石分解不良, 过热现象或遇其它明火, 引起发气室内的乙炔与空气混合气体爆炸。

电石一次加得过多, 而粒度又小, 分解水太少或没有及时更换新水, 分解用水已形成浆糊状, 从而使电石渣包住了电石, 这时电石温度急剧增高, 遇空气后就会发生着火或爆炸。

由于乙炔站房通气不良, 形成乙炔与空气混合气体, 换料时, 因发气室温度太高, 遇空气就会引起燃烧爆炸。这种情况往往发生在发气室, 还会引起集气室爆炸。

在中压乙炔发生器中, 当把空气和挤压空间的乙炔混合气体引入发气室时, 也会因分解不良产生的高温或与着火的电石接触而引起爆炸。

3． 回火爆炸事故 这类事故有两种情况: 其一是加料后工作刚开始时, 乙炔与空气混合气体爆炸; 其二是在工作过程中, 因操作失误发生的乙炔与氧气混合气体的爆炸。

工作刚开始时, 积存于发气室的空气没放净, 就在焊、 割炬上点火, 引起回火防止器或集气室内乙炔与空气混合气体爆炸。由于设备或操作的原因( 如焊、 割嘴发生堵塞; 用氧气管吹除乙炔管的阻塞物) , 把氧气倒入回火防止器和集气室内, 又没有放净混合气体就点火, 引起回火而造成回火防止器或集气室内乙炔与氧气混合气体的爆炸。

( 四) 对乙炔发生器的基本要求

任何结构型式的乙炔发生器都必须符合以下的基本要求。

1． 发生器的产气量必须与乙炔的使用量相适应。

2． 每一台乙炔发生器应明确规定适用的电石粒度。

3． 发生器运行过程中, 必须能自动调节产气量, 并使工作压力的波动范围尽可能小。

4． 发生器中必须保证有足够的电石和水以及使乙炔有最好的冷却条件。在电石分解的部位, 水和石灰的温度不得超过90℃, 而所得气体温度不得超过115℃。

5． 发生器的结构必须保证发生器内所有气体能够完全释放了来, 以便在重装电石之前, 能够把剩余气体排净。

6． 发生器应装设必要的安全装置, 例如: 回火防止器、 安全阀、 泄压膜、 压力表、 水位计及温度表等。

7． 固定型发生器结构必须严密, 而且有容量足够大的贮气室, 以便在突然停用时, 不致把剩余的乙炔气排到工作间内。

8． 尽量采用电石在大量水中分解, 以减少乙炔中的含磷、 硫量。

9． 发生器使用时应当简便、 省时、 省事。移动式的应当体积小、 重量轻等。

( 五) 乙炔发生器的安全使用

1． 乙炔发生器使用前的准备工作 必须检查发生器的运转机构、 安全装置、 管道和阀门是否正常。全部正常才能灌水、 加料。装电石时, 不得超过该发生器的设计规定量, 并不能过满。因为电石分解后变为电石渣, 其体积要增大一倍多, 如要装得太满, 待电石分解电石潜热燃烧, 以致使电石篮拔不出来。电石的粒度必须符合发生器的设计规定。严禁使用电石粉。灌水也必须按规定进行。

2． 发生器的启动 发生器启动前要检查回火防止器的水位等, 待一切正常后, 才能给电石送水或使电石与水接触产生乙炔。启动后, 必须注意检查压力表、 安全阀及各处的接头。如发现压力上升过快, 或压力表静止不动, 气体从安全阀溢出等不正常现象, 必须停止发气, 经检查排除故障后, 方可重新启动。

冬季启动时, 中压可移动发生器启动数分钟后, 有时发现压力表指针不动, 这可能是水温很低, 电石分解慢, 不一定是故障。

3． 发生器工作过程中的管理与维护 工作中的管理和维护, 包括装电石, 清除电石渣, 观察压力表、 温度计及各部位的水位等。清除电石渣必须在电石分解完后再进行。当有水从电石篮溢出, 而压力表静止不动时, 则表示电石已完全分解。应随时观察压力, 发现压力表超过规定值时, 必须停止发气, 待检查、 排除故障后才能继续工作。发生器的水温超过90℃时, 应灌注冷水或排除电石渣。如果水温继续上升, 可暂停止工作, 使其温度下降。发生器各部分的水位应当始终保持规定的高度, 水位下降必须及时补充水。

4． 发生器停用时的清理工作 应当先关闭进水阀门或将电石篮提到最高位置, 使电石停止发气, 然后关闭出气管阀门, 停止乙炔气输出。工作结束打开发生器盖子时, 如果电石过热, 就暂不能放水, 而应盖好盖子, 待发生器冷却后再开盖、 放水。中压移动式发生器冬季露天作业完毕后, 必须把水及电石渣全部清除, 冲洗干净, 以免冻结。

5． 电石渣的处理 这是一种较繁重的工作, 特别是清除乙炔站渣坑中的电石渣, 应尽量采用机械出渣。过去曾用压缩空气经过插入渣坑的管子, 将渣清出的方法。不论用什么方法清除电石渣, 都应将其综合利用, 可用于做高级石灰, 也可用它做为处理冲天炉循环水的添加剂等。总之, 电石渣应综合利用, 严禁排入江、 河、 湖、 海、 农田和工厂区及城市排水管( 沟) 。澄清水应尽量循环使用。澄清水经综合治理达到《工业”三废”排放试行标准》的要求时, 才能排放到厂外。乙炔站的发生器车间内的发生器的排渣, 宜采用排清管或有盖板的排渣沟。电石渣坑宜为开敝式, 并严禁作成渗坑。

6． 安全技术须知

( 1) 发生器的管理人员必须是受过专门训练, 熟悉发生器的结构、 作用及维护规则, 并经技术考试合格者。

( 2) 发生器距离明火应在10m以上, 与氧气瓶的距离应在5m以上。不准将已经引燃的焊、 割炬靠近发生器, 不准在发生器旁吸烟。

( 3) 可移动式发生器能够安置在场外, 若安置在室内, 其面积不小于30m＜sup＞2＜sup＞, 而且通风良好。禁止将发生器安置在锻工、 铸工、 热处理等热加工车间内及正在运行的锅炉房内。也不应设在高压线下和吊车滑线下。

( 4) 使用发生器时, 其压力不得超过额定压力的5%, 以免水温过高, 乙炔过热。

( 5) 灌入发生器的水要清洁, 不含任何油污或其它杂质。

( 6) 当环境温度低于0℃时, 发生器内能够灌入热水, 或者水内加少量氯化钠。

( 7) 发生器或回火防止器内的水结冻时, 可用热水或蒸气解冻, 不得用明火或烧红的铁烘烤。

( 8) 发生器内部要定期或经常清洗、 维护。

( 六) 乙炔发生器的安全装置

1． 回火防止器 回火防止器的作用是在气焊或气割过程中, 焊炬或割炬发生火焰倒燃( 回火) 时, 防止火焰窜入发生器或阻止乙炔管道内火焰的扩展, 从而避免发生器主体发生爆炸事故。

回火防止器是乙炔发生器必不可少的一种重要安全装置。若在乙炔通路中没有回火防止器或回火防止器工作状态不正常时, 则不允许进行气焊或气割工作。使用乙炔瓶时, 不必安装回火防止器。因为乙炔瓶内压力较高, 产生火焰倒燃的可能性极小。

( 1) 回火的原因 焊接发生回火的原因, 总的说来是火焰的燃烧速度大于混合气体流速。混合气体流速越小而燃烧速度越大, 则回火的可能性越大。产生回火的因素有:

1) 焊、 割炬如过分接近熔融金属, 会增大焊、 割嘴喷孔附近的压力, 使混合气体难以流出, 喷射速度变慢。

2) 焊嘴过热, 混合气体受热膨胀, 压力增加, 混合气体的流动阻力增大。当焊嘴温度超过400℃时, 一部分混合气体来不及流出焊嘴就在焊嘴内自燃, 并在喷孔出口产生”啪啪”的爆炸声。

3) 焊嘴被熔化金属飞溅物堵塞, 或焊炬内的气体通道被固体碳质微粒堵塞时, 混合气体难以外流, 就会在焊炬里燃烧爆炸。

4) 焊炬阀门不严密, 造成氧气倒回乙炔管道形成混合气, 或加电石后没有放掉乙炔与空气的混合气, 就在焊、 割炬点火时产生回火。

5) 乙炔开得太小, 压力低或皮管堵塞、 打折等, 也会引起回火。这种现象在熄灭火焰( 关火) 时最常见。

( 2) 对回火防止器的要求

1) 能够在发生回火时可靠地阻止爆炸波的传播, 并能把爆炸混合气排除到大气里。

2) 具有承受可燃混合气爆炸压力的强度。

3) 对气流的流动阻力尽可能小。

4) 气流带走的水分尽可能小。

5) 控制、 检查、 清洗和修理方便。

( 3) 回火防止器的构造原理 回火防止器按工作压力和结构特点分为低压开口式和中压闭合式两处; 按供气能力分为岗位式和集中式两种; 按防护方法分为水封式或干式两种。当前国内大多数用水封式回火防止器。

1) 低压开口水封式回火防止器。它的结构如图6所示。使用时先从漏斗处加水, 经过水位计1观察水的高低是否符合规定的要求。正常工作时, 乙炔由发生器进入进气管2, 经过水从出气管3流出供使用。当发生回火时, 混合气的爆炸冲击波将水压入进气管2和水封安全管5, 由于水封安全管插入水面较浅, 首先露出的水面, 爆炸混合气就先从水封安全管排入大气。乙炔进气管插入水面较深, 又有压入管里的水形成水封柱, 于是回火时爆炸混合气体被阻, 不能进入发生器, 防止乙炔发生器发生爆炸。设计时, 要保持进气管插入水的深度在100~150mm之间。

图6 低压水封式回火防止器

1—水位计 2—进气管 3—出气管 4—分水板 5—水封安全管 6—筒体 7—分气板

2) 中压闭合式水封回火防止器。这种回火防止器类型很多, 现以图7所示, 说明其构造和原理。正常工作时, 乙炔由进气管9流入, 经逆止阀8、 分气板7、 分水板4和分水管3( 减少乙炔带水) , 由出气管1输出。发生回火时, 筒内压力增高, 压迫水面, 并经过水层使逆止阀作瞬时关闭, 进气管暂停供气。同时, 爆炸气体将筒体顶部的防爆膜2冲破散发到大气中。由于水层也起着隔水作用。因此能比较有效地防止乙炔发生器的爆炸。

图7 中压水封式回火防止器

1—出气管 2—防爆膜 3—分水管 4—分水板 5—水位阀 6—筒体 7—分气板 8—逆止阀 9—进气管

逆止阀在回水过程中, 只能暂时切断乙炔气源, 因此发生回火后, 必须关闭乙炔总阀。重新使用前, 要更换防爆膜。

3) 中压冶金片干式回火防止器。其结构见图8所示。正常工作时, 乙炔经过滤网11( 清除乙炔中杂质, 以免堵塞粉末冶金片) , 由进气管10进入, 流经锥形阀芯9四周, 由导向圈7的小孔及承压片5周围的空隙中流出, 透过粉末冶金片4, 最后由出气接头1输出。当发生回火时, 爆炸气体顶开泄气阀15( 有调压弹簧2) 排至大气。同时, 粉末冶金片的非直线微孔, 使火焰传播速度趋近于零, 粉末冶金片背后混合气体则不致着火, 起到阻火作用。爆炸冲击波透过粉末冶金片作用于承压片上, 推动阀芯往下移动, 阀芯上的锥体紧压下主体8的锥孔上, 起切断气源作用, 停止供气。

图8中压冶金片干式回火防止器

1—出气接头 2—调压弹簧 3—上主体 4—粉末冶金片 5—承压片 6—托位弹簧 7—导向圈 8—下主体; 9—阀芯; 10—进气管 11—滤网 12—复位阀杆 13—复位弹簧 14—手柄 15—泄气阀

回火停止后再继续使用时, 向上推动复位阀杆12, 借托位弹簧6的弹力, 阀芯顶回原位, 乙炔重新流入。

冶金片干式回火防止器与水封式回火防止器相比较, 有下列特点: 能有效阻止回火, 并能切断汽源, 安全性较好; 不受气候条件限制, 寒冷、 炎热地区都能适用, 特别在北京使用, 优点更突出; 用调压弹簧泄压装置代替防爆膜装置, 使回火后爆炸声大为减小; 维护操作方便; 体积小、 重量轻等。它的缺点是: 结构复杂, 冶金片容易堵塞。

( 4) 使用的安全要求

1) 使用水封式回火防止器时, 随时注意水位不得低于水位计标定的位置。但水位也不应过高。若水位过高, 不但乙炔经过困难, 而且乙炔气会带更多的水分进入出气管。每次发生回火后应检查水位, 并及时补足。

2) 冬季使用水封式回火防止器, 要注意防冻。工作完毕时, 要把水全部排出、 洗净。如发现冻结现象, 只能用热水或蒸汽解冻, 严禁用明火或烧红的铁块烘烤。为了防冻, 能够水中加少量食盐( 溶液内含食盐量为13.6%时, 冰点为-10.4℃; 含22.4%时为-21.2℃) 。

3) 一把焊炬或割炬应单独用一个回火防止器, 不得共用同一个回火防止器。

4) 要经常检查逆止阀, 保持正常和密封。有过滤层的应检查清洗。因乙炔气中含粘性油脂的杂质容易糊在阀和阀座等处。

5) 中压冶金片干式回火防止器, 使用时冶金片微孔可能被杂质堵塞, 应注意清洗。堵塞时将冶金片浸入丙酮中清洗, 并用高压空气吹干, 然后作阻火性能试验。合格后才能继续使用。

2． 泄压膜

( 1) 泄压膜泄压原理 爆炸虽是发生在瞬间, 但从发生到结束还是有一个过程, 亦即释放出气体和热量由少到多, 爆炸压力由小到大的过程。根据这一特点, 在乙炔发生器的发气室、 贮气室和回火防止器等的适当部位设置一定面积的脆性材料( 如铝片等) , 构成薄弱环节。当发生爆炸时, 这些最薄弱的地方, 在较小的爆炸压力下首先遭受破坏释放出大量气体, 使压力不再继续上升, 从而保住主体不发生爆炸, 避免造成设备的更大损失和人