Горючие газы

 Горючие газы

Для образования высокотемпературного пламени, применяемого при газопламенной обработке, используются различные горючие газы и пары горючих жидкостей. В большинстве случаев это предельные углеводороды – органические соединения углерода и водорода или смеси различных углеводородов.

Ацетилен получил наибольшее применение из-за наиболее высокой температуры пламени, образующегося при сгорании ацетилена в кислороде. Это единственный газ, горение которого возможно при отсутствии кислорода (или окислителя вообще).

Для работы ацетилен используется в двух видах – в растворенном (в баллонах) либо в газообразном (из ацетиленовых генераторов). Растворенный ацетилен – это газообразный ацетилен, растворенный в ацетоне. Преимущества этого состояния – безопасность проведения работ.

Кроме ацетилена при сварке и резке металлов используют и другие, более дешевые и менее дефицитные газы-заменители ацетилена (горючие газы и пары горючих жидкостей).

Горючие газы-заменители ацетилена подразделяются на две основные группы: сжимаемые и сжиженные.

К сжимаемым газам относятся водород, метан и такие много многокомпонентные газы, как природный, коксовый, городской и нефтяной.

К сжиженным газам относятся пропан, бутан и их смеси.

Сжимаемыми или сжатыми газами-заменителями ацетилена называются такие газы, которые при обычных условиях хранения и транспортировки не переходят в жидкое состояние ни при каких давлениях. Следуя этому определению, к сжимаемым можно отнести газы, критическая температура которых ниже встречающейся на практике температуры воздуха, ниже примерно –40 °С (ацетилен под это определение не подходит, так как его критическая температура равна 35,7 °С).

Газы-заменители используются в тех случаях, когда для осуществления процессов газопламенной обработки не требуется подогревающее пламя с очень высокой температурой. К таким процессам относятся сварка легкоплавких металлов (алюминий, магний и их сплавы, свинец), пайка высоко- и низкотемпературными припоями, поверхностная закалка, сварка тонкой стали, кислородная разделительная и поверхностная резка. Наиболее широкое применение газов-заменителей связано с кислородной разделительной резкой, при выполнении которой температура подогревающего пламени влияет лишь на продолжительность предварительного нагрева металла. Поэтому для резки могут быть использованы все газы-заменители, у которых температура пламени при сгорании в смеси с кислородом не ниже 2000 °С, а удельная теплота сгорания не менее 10 МДж/м³.

Применение местных дешевых газов вместо ацетилена значительно снижает стоимость газопламенной обработки и упрощает организацию работ.

Использование газов-заменителей не ухудшает качество сварки и резки металлов; применение их дает высокую чистоту кромок при резке металлов малых толщин. При сварке температура пламени должна примерно в два раза превышать температуру плавления металлов, поэтому газы-заменители, температура пламени которых ниже, чем у ацетилена, необходимо использовать для сварки металлов с более низкой температурой плавления, чем у сталей.

Выбор горючего газа зависит от его теплотворной способности.

Низшей теплотворной способностью (низшей теплотой сгорания) газа называется количество теплоты, получаемое при полном сгорании 1 м³ или 1 кг горючего газа или жидкости. Чем выше теплотворная способность газа, тем меньше его расход при сварке и резке металлов, и тем оно более пригодно для газопламенной обработки. Для полного сгорания одинакового объема различных горючих газов требуется различное количество кислорода, от этого зависит эффективная мощность пламени.

Эффективной мощностью пламени называется количество теплоты, вводимой в нагреваемый металл в единицу времени.

Коэффициент замены ацетилена выражает тепловую эффективность газов-заменителей ацетилена. Он представляет собой отношение расхода газа-заменителя к расходу ацетилена при одинаковом тепловом воздействии на металл:

где

Vз	—	расход газа-заменителя ацетилена;
Vа	—	расход ацетилена.

Этот коэффициент может быть также определен, как отношение теплотворной способности ацетилена к теплотворной способности газа-заменителя ацетилена:

где

Qа	—	теплотворная способность ацетилена (Qа = 12600 ккал/м3, в системе СИ Qа = 52,6 МДж/м3);
Qз	—	теплотворная способность газа-заменителя ацетилена.