Кисень, світ зварювання
Кисень є найпоширенішим елементом на землі, яке трапляється у вигляді хімічних сполук в різними речовинами: в землі - до 50% по масі; в поєднанні з воднем у воді - близько 86% по масі і в повітрі - до 21% за обсягом і 23% по масі.
При нормальних умовах (температура 20 ° С, тиск 0,1 МПа) - це безбарвний, прозорий, негорючий газ, трохи важчий за повітря, що не має запаху, але активно підтримує горіння. При нормальних умовах маса 1 м 3 кисню дорівнює 1,33 кг.
Кисень має високу хімічну активність і здатний утворювати хімічні сполуки (оксиди) з усіма елементами, крім інертних газів (аргон, криптон, ксенон, неон і гелій) і благородних металів (золото, срібло, платина, паладій, родій і т.д.) . Швидкість реакції окислення різко зростає при підвищенні температури або застосуванні каталізаторів. Реакції окислення органічних речовин в кисні носять екзотермічний характер і протікають з виділенням великої кількості теплоти. Підвищення тиску і температури кисню в зоні реакції значно прискорює її. У стислому або нагрітому кисні процес окислення при певних умовах може протікати з наростаючою швидкістю за рахунок підвищення температури в зоні реакції внаслідок виділення теплоти.
Технічний газоподібний кисень застосовують для газополум'яної обробки металів і інших технічних цілей. Медичний газоподібний кисень застосовують для дихання і лікувальних цілей.
Згідно ГОСТ 5583-78 кисень різниться різним ступенем чистоти (99,7-99,2%). Слід врахувати важливе значення чистоти газу при зварюванні і різанні металу. Зниження чистоти кисню на 1% не тільки погіршує якість зварного шва, а й вимагає збільшення витрати кисню на 1,5%.
Основні властивості кисню наведені в таблиці 1.
Таблиця 1 - Основні властивості кисню
Щільність (при 0 ° С і тиску 760 мм рт. Ст.), Кг / м 3
Щільність (при 20 ° С і тиску 760 мм рт. Ст.), Кг / м 3
Температура критична, ° С
Тиск критичне, кгс / см 2
Температура кипіння (при 760 мм рт. Ст.), ° С
Температура плавлення (затвердіння) (при 760 мм рт. Ст.), ° С
Маса 1 л рідини кисню при -182,97 ° С і 760 мм рт. ст. кг
Кількість газоподібного кисню, що виходить з 1 л рідкого, л
Масова концентрація механічних домішок в медичному кисні, призначеному для авіації, - не більше 0,001 г / м 3 з розміром часток не більше 0,1 мм при 15 ° С і 101, 3 кПа (760 мм рт. Ст.).
За фізико-хімічними показниками газоподібний технічний і медичний кисень повинен відповідати нормам, зазначеним у таблиці 2.
Таблиця 2 - Фізико-хімічні показники кисню
Норма для марок
1. За погодженням із споживачем допускається в медичному кисні об'ємна частка кисню не менше 99,2%.
2. Медичний кисень, призначений для авіації, повинен випускатися з об'ємною часткою водяної пари не більше 0,0007%.
3. В технічному кисні 2-го сорту, що виробляється на установках високого, середнього та двох тисків, оснащених лужними декарбонізатора для очищення повітря від двоокису вуглецю, а також на установках типу СКДС-70М допускається об'ємна частка кисню не менше 99,2%.
Виробництво кисню з повітря
У промисловості технічно чистий кисень одержують двома способами:
- з повітря - методом глибоко охолодження;
- з води - шляхом електролізу.
Спосіб виробництва кисню з повітря більш економічний: на 1 м 3 кисню витрачається 0,5-1,6 кВт / год електроенергії. Щоб отримати 1 м 3 кисню шляхом електролізу води потрібно 10-21 кВт / год.
Повітря, засмоктуваний багатоступеневим компресором, проходить спочатку через повітряний фільтр, де очищається від пилу, потім проходить послідовно ступені компресора. За кожною сходинкою компресора тиск повітря зростає і досягає 5-22 МПа в залежності від системи установки і стадії виробництва. Після кожного ступеня повітря проходить водяний холодильник і влагоотделитель, де відділяється вода, конденсується при стисненні повітря.
Стиснене повітря з компресора проходить через осушувальну батарею з балонів, заповнених шматками їдкого натру, яка поглинає вологу і залишки вуглекислоти. Потім стиснене повітря надходить в кисневий апарат, де відбувається охолодження, зрідження і ректифікація (поділом на кисень і азот). Газоподібний азот застосовують як захисний газ для зварювання міді.
Кисень направляється в газгольдер і подається для наповнення кисневих балонів під тиском до 16,5 МПа; маса 1 м 3 кисню при нормальному атмосферному тиску (0,1 МПа) і 0 ° С становить 1,43 кг, при 20 ° С - 1,31 кг; маса 1 л рідкого кисню дорівнює 1,13 кг; в результаті випаровування утворюється 0,79 м 3 газоподібного кисню (при 0 ° С і нормальному атмосферному тиску); 1 кг рідкого кисню займає об'єм 0,885 л і, випаровуючись, утворює 0,70 м 3 газоподібного кисню (при 0 ° С і атмосферному тиску 0,1 МПа).
Розрахунок обсягу газоподібного кисню в балоні
Обсяг газоподібного кисню в балоні (V) в кубічних метрах при нормальних умовах обчислюють за формулою:
Транспортування і зберігання
Упаковка, маркування, транспортування і зберігання газоподібного технічного і медичного кисню - по ГОСТ 26460.
Технічний і медичний кисень транспортують також автомобільними газифікаційними установками, які здійснюють газифікацію рідкого кисню безпосередньо у споживача.
Технічний кисень транспортують і по трубопроводу. Тиск кисню, що транспортується по трубопроводу, має бути узгоджене між виробником і споживачем. До місця зварювання кисень доставляється в кисневих балонах, і в рідкому вигляді - в спеціальних посудинах з хорошою теплоізоляцією.
Для перетворення рідкого кисню в газ використовують газифікатори або насоси з випарниками для рідкого кисню. При нормальному атмосферному тиску і температурі 20 ° С 1 дм 3 рідкого кисню при випаровуванні дає 860 дм 3 газоподібного.
Вимоги безпеки
Кисень не токсичний, не горючий і не вибухонебезпечний, однак, будучи сильним окислювачем, різко збільшує здатність інших матеріалів до горіння. Тому для роботи в контакті з киснем можуть використовуватися тільки дозволені для цього матеріали.
При зіткненні стисненого газоподібного кисню з органічними речовинами, маслами, жирами, вугільним пилом, горючими полімерними матеріалами, навіть в незначній кількості, може статися їх самозаймання в результаті виділення теплоти при швидкому стискуванні кисню, терті і ударі твердих частинок об метал, а також електростатичного іскрового розряду . Тому при використанні кисню необхідно ретельно стежити за тим, щоб він не знаходився в контакті з легкозаймистими і горючими речовинами. У кисні можуть загорятися також вуглецеві стали при достатній кількості теплоти в місці контакту і невеликій масі металу (наприклад, при терті тонких платин про масивні частини машин, наявності стружки, часток окалини або залізного порошку).
Для запобігання аварій всю кисневу апаратуру, киснепроводи і балони піддають ретельному знежирення. Необхідно виключити можливість потрапляння та накопичення масел і жирів на поверхні деталей, що працюють в середовищі кисню.
Циліндри компресорів, накачують кисень в балони, змащувати маслом, а дистильованою водою, в яку іноді додають 10% гліцерину. Крім того, в кисневих компресорах застосовують поршневі кільця з графіту та інших антифрикційних матеріалів, що працюють без змащення і не забруднюють кисень органічними домішками.
Також небезпечні просочені рідким киснем пористі гарячі речовини (вугілля, сажа, повсть, клоччя, ганчір'я, вата та ін.), Які в цьому випадку стають вибуховими. Одяг та волосся, будучи насичені киснем, легко спалахують. Суміші кисню з горючими газами, рідинами і їх парами вибухонебезпечні при певних співвідношеннях кисню і пального в суміші.
Накопичення кисню в повітрі приміщень створює небезпеку виникнення пожеж. Об'ємна частка кисню в робочих приміщеннях не повинна перевищувати 23%. У приміщеннях, де можливе збільшення об'ємної частки кисню, має бути обмежено перебування людей і не повинні знаходитися легкозаймисті матеріали. Ці приміщення повинні бути обладнані засобами контролю повітряного середовища і витяжною вентиляцією для провітрювання.
Перед проведенням ремонтних робіт або оглядом трубопроводів, балонів, стаціонарних і пересувних реципієнтів або іншого обладнання, що використовується для зберігання і транспортування газоподібного кисню, необхідно продути всі внутрішні обсяги повітрям. Дозволяється починати роботи тільки після зниження об'ємної частки кисню у внутрішніх обсягах обладнання до 23%.
Після перебування в середовищі, збагаченої киснем, що не дозволяється курити, використовувати відкритий вогонь і наближатися до вогню. Одяг повинен бути провітрена протягом 30 хв.
Під час навантаження, розвантаження, транспортування та зберігання балонів слід вживати заходів, що запобігають падінню, удари один об одного, пошкодження та забруднення балонів маслом. Балони повинні бути забезпечені від атмосферних опадів і нагрівання сонячними променями та іншими джерелами тепла.