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(C 2H2)，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(H 2S)及磷化氢(PH 3)等杂质，故具有特殊的臭味。在标准状态下，密度为117kgm 3，比空气稍轻，83时乙炔可变成液体，85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 2350，而与氧气混合燃烧时所产生的火焰温度为31003300，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：2C2H2+5O24CO 2+2H2O+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)，点火能量小(0019 毫焦)。在一定条件下，很容易因分子的聚合，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。(1)当温度超过200300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(C 8H8)、萘(C10H8)、甲苯(C 7H8)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：C2H22C+H 2+226kJmol。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，压力小于 03MPa 时，乙炔主要是聚合过程。当压力为150kPa。而温度超过580时，就能形成乙炔分解爆炸。压力越高，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04MPa 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；有黄铜时为 500520；有活性炭时为 400；有碳化钙时为 500；有氧化铁时为 280；有氧化铜时为 240；有氧化铝时为 490；有紫铜屑时为 460；有铁锈(氧化铁)时为280300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(Ag 2C2)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体在混合气中含量(容积)可燃气体名称空气中 氧气中乙炔氢一氧化碳甲烷天然气22810338L 51147752893046939155939石油气 48167481403516350592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305，与氧气混合气体的自燃温度为 300)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 15、01MPa 时，1 升丙酮能溶解 23 升乙炔，在压力增大到 142MPa 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(PH 3)。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 00318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 100时，就会自燃，而液态磷化氢(P 2H4)甚至在稍低于 100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(H 2S)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 00815(容积)。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。一般规定，乙炔中磷化氢的含量不得超过02；硫化氢的含量应小于 01(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115。乙炔中空气的含量超过 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(C3H8)，大约占5080，其余是丙烯(C3H6)、丁烷(C 4H10)、丁烯(C 4H8)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0815MPa)即变为液体，液化后便于装入瓶中贮存和运输。在标准状态下，石油气的密度为1825kgm 3，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20002850V，用于气割时，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 2030。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42，闪点20，所以在低温时，它的易燃性就是很大的。(2)石油气燃烧的化学反应式(以丙烷为代表)为：C3H8+5O2=3CO2+4H2O+2350kJmol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，会产生一氧化碳，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21795；11584和1796，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3264，有关石油气与氧气混合的燃烧爆炸性能见表 24表 24 液化气氧气混合气的燃爆范围序 液化气在混 燃爆情号 合气中占的体积百分数况123456789103260671291913313624351564爆声微弱有 爆 声有 爆 声有 爆 声爆声较响爆 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 15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40时，压力为01MPa，在 20时为07MPa，40时为2MPa。所以石油气瓶与热源、暖气电等应保持15m 以上的安全距离，更不许用火烤。(7)石油气有一定毒性，空气中含量很少时，人呼吸了一般不会中毒，但当它的浓度较高时，就会引起人的麻醉，在浓度大于10的空气中停留三分钟后，就会使人头脑发晕。(8)石油气点火时，要先点燃引火物后再开气，不要颠倒次序。三、氢气氢是一种无色无味的气体，比重 007，比空气轻 1438 倍，是最轻的气体。它具有最大的扩散速度和很高的导热性，其导热效能比空气大七倍，极易漏泄，点火能力低，被公认为是一种极危险的易燃易爆气体。氢在空气中的自燃点为 560，在氧气中的自燃点为 450。氢氧火焰的温度可达2770C，氢具有很强的还原性。在高温下，它可以从金属氧化物中夺取氧而使金属还原。它广泛地被应用于水下火焰切割，以及某些有色金属的焊接和氢原子焊等。氢与空气混合可形成爆鸣气，其爆炸极限为480，氢与氧混合气的爆炸极限为465939，氢与氯气的混合物为(1：1)时，见光即行爆炸，当温度达240时即能自燃。