Лекция 2 оборудование и оснастка для газопламенной обработки металлов
2.1 Ацетиленовые генераторы
Назначение, классификация и конструктивные особенности ацетиленовых генераторов
В ацетиленовых генераторах получают ацетилен из карбида кальция и воды для питания ацетиленом аппаратуры при газопламенной обработке.
ГОСТ «Генераторы ацетиленовые низкого и среднего давления» предусматривает следующие типы и системы генераторов. По давлению вырабатываемого ацетилена — два типа генераторов: низкого давления до 0,01 МПа ; среднего давления 0,01—0,07 и 0,07—0,15 МПа по способу применения — передвижные и стационарные; по способу взаимодействия карбида кальция с водой — системы генераторов: КВ — «карбид в воду», В К — «вода на карбид», с вариантами «мокрого» и «сухого» процессов, ВВ — «вытеснением воды». Допускается в одном генераторе сочетание систем, например «воды на карбид» и «вытеснения воды» такие генераторы называют комбинированными. Величина давления генератора обычно связана с его системой и производительностью.
Стационарные ацетиленовые генераторы должны быть пригодны для работы при температуре окружающей среды от 5 до 35° С, передвижные — при температуре от —25 до +40° С. В конструкции генератора должны быть предусмотрены следующие основные узлы: газообразователь, газосборник, ограничитель максимального давления, предохранительный затвор против обратного удара пламени, устройства для автоматической регулировки количества вырабатываемого ацетилена в зависимости от его потребления. Запрещены в эксплуатации передвижные генераторы с газосборником в виде плавающего колокола и генераторы, работающие по принципу погружения карбида кальция в воду. Стационарные генераторы низкого и среднего давления, а также передвижные генераторы среднего давления должны иметь манометры для измерения давления ацетилена.
Генераторы системы «карбид в воду» (КВ). Схема конструкции такого генератора показана на рис. 2.1. Генераторы данной системы обеспечивают наилучшие условия для разложения карбида кальция, которое происходит в избытке воды, при интенсивном отводе теплоты реакции, хорошем охлаждении и промывке ацетилена. Недостаток генераторов системы КВ состоит в значительном удельном расходе воды на реакцию и охлаждение газа, что увеличивает размеры реактора и количество отходов — жидкого раствора гидрата окиси кальция. Данная система находит применение для более крупных генераторов низкого и среднего давления производительностью ацетилена свыше 10 м3/ч.
Рис.
2.1
Коэффициентом полезного использования (к.п.д.) карбида кальция называется отношение фактически полученного из генератора объема ацетилена Va к тому объему Vп, который можно получить из всего загруженного количества карбида кальция при отсутствии потерь газа.
Генераторы системы «вода на карбид» (ВК). Генераторы данной системы применяют преимущественно для передвижных аппаратов с производительностью ацетилена до 5 м3/ч. Широко используют комбинацию систем ВК и ВВ. Для стационарных генераторов системы ВК обычно используют «сухой» метод разложения карбида кальция. На рис. 2.1 приведена схема генератора комбинированной системы
ВК—ВВ. Карбид кальция помещают в зарядную корзину 8 реторты 7. Вода из нижнего резервуара подается через кран 6 (в генераторах среднего давления — через мембранный регулятор) в реторту. Подача воды прекращается при повышении давления газа в реторте и вытеснении части его в газосборник, отчего уровень воды опускается ниже уровня крана 6. Интенсивность газообразования в реторте также снижается вследствие вытеснения части воды из нее в конусообразный сосуд 3.
По мере расходования газа давление в газосборнике и реторте понижается, вода из сосуда 3 вновь контактирует с карбидом кальция. В реторту начинает поступать свежая вода из нижнего резервуара корпуса генератора; вследствие этого усиливается процесс разложения карбида кальция и давление в газосборнике вновь поднимается. Таким образом, автоматически регулируется скорость разложения карбида кальция в реторте в зависимости от отбора ацетилена из газосборника генератора.
Генераторы системы ВК и комбинированные имеют худшие условия для охлаждения реакционной зоны по сравнению с системой КВ. Поэтому температуру воды в них допускают до 90° С. Так как карбид кальция при разложении не перемешивается, то к. п. д. карбида в них также ниже и не превышает 0,8—0,9. Генераторы не позволяют значительно форсировать их работу ввиду опасности перегрева карбида кальция и ацетилена в реторте. Преимущество этих генераторов — несложность конструкции, незначительное количество отходов и простота обслуживания.
Генераторы системы «вытеснения воды» (ВВ). Эта система нашла применение преимущественно в передвижных аппаратах низкого и среднего давления производительностью не свыше 5 м3/ч.
Корпус генератора системы ВВ типа АСМ-1,25-3 (рис. 2.1) состоит из двух состыкованных частей: промывателя 1 и газообразователя 4. Верхнее днище 5 имеет горловину, через которую вставлена корзина 6 с карбидом кальция, закрепленная на крышке 7 винтом 8 и рычагом 9. Пространство между корпусом газообразователя и шахтой 10 образует газовую подушку, обеспечивающую колебания уровня воды в газообразователе при изменении в нем давления ацетилена. Стакан 11, надетый на трубку 12 для отвода ацетилена из газообразователя, служит для предотвращения попадания в промыватель пены и известкового ила. Нижний конец трубки 12 опущен в промыватель 1. Воду в промыватель и газообразователь заливают через горловину шахты.
При опускании корзины 6 с карбидом кальция в воду, заполняющую шахту, и последующем закрывании крышки 7 образующийся ацетилен проходит по трубке 12 в промыватель, пробулькивает через слой воды в нем, охлаждается при этом и через клапан 3 по шлангу 2 идет в водяной затвор 13, а затем — в горелку или резак. Генератор имеет манометр 14 и рукоятки 15. При работе зимой на генератор надевают утепляющий чехол, предохраняющий воду от замерзания.
Генератор АСМ-1-66 имеет производительность 1,25 м3/ч, рабочее давление 0,01 — 0,03 МПа, максимальное давление 0,15 МПа и предназначен для использования карбида кальция грануляции 25/80 мм. Единовременная загрузка карбида кальция 2,2 кг, емкость по воде 36 л; количество заливаемой воды: в промыватель 5л, в газообразователь 9 л. Генератор может работать в зимних условиях, для чего применяют утепляющий чехол.
Генераторы системы «вытеснения воды» (ВВ) имеют те же преимущества и недостатки, что и генераторы системы «вода на карбид» (ВК); поэтому они также находят применение лишь при небольшой производительности и работах в условиях передвижных постов для газопламенной обработки.
Генераторы для сухого процесса разложения карбида кальция. В этих генераторах карбид кальция разлагается в строго дозируемом количестве воды, которая в распыленном виде подается через сопла в реакционное пространство. Это количество воды примерно вдвое больше теоретически необходимого для разложения карбида кальция. В процессе разложения карбид кальция интенсивно перемешивается. Для поглощения теплоты реакции избыточная вода доводится до состояния пара.
В генераторе сухого типа (рис. 1.1) карбид кальция из бункера 5 непрерывно подается шнековым питателем 2 во вращающийся сетчатый барабан 7, в котором подвергается разложению, водой, подаваемой струями через сопла коллектора 8. Сухой гидрат окиси кальция ссыпается в бункер 15. Получаемый ацетилен проходит промыватель 11 и осушитель 13, а затем по трубе 12 подается в сеть потребления.
Генераторы для использования карбидной пыли и мелочи. Карбидная пыль и мелочь разлагаются с очень большой скоростью, почти мгновенно. Это связано с опасностью спекания образующегося известкового ила, перегревом и, как следствие, со взрывчатым распадом ацетилена. Для разложения карбидной пыли и мелочи применяют специальные генераторы «вода на карбид», в которых подача пыли и мелочи производится мелкими порциями с помощью шнекового питателя. В момент падения пыли в реакционное пространство она обильно орошается водой, а в самом газообразователе интенсивно перемешивается мешалками. Избыток жидкого ила непрерывно удаляется путем слива через гидрозатвор. Для предохранения от проникновения воздуха в реактор при загрузке его карбидом устанавливают двойной бункер со шлюзовым затвором между верхней и нижней частями бункера.
Автоматизированные ацетиленовые установки
Для механизации и автоматизации тяжелых и трудоемких работ (вскрытие барабанов с карбидом кальция и их транспортировка, загрузка генератора карбидом кальция, удаление известкового ила и т. п.) на современных ацетиленовых станциях применяют автоматизированные ацетиленовые установки.
Автоматизированная установка, оборудованная стационарным генератором «Автогенд-М» производительностью 40—60 м3/ч на избыточное рабочее давление 0,035 МПа. Генератор предназначен для работы на карбиде кальция любой грануляции без отсева пыли. Мелкий карбид кальция грануляции 2/8 мм можно перерабатывать в нем только вместе с карбидом кальция более крупной грануляции. Температура воды в газообразователе при нормальной работе не выше 800С, температура газа после промывателя не выше 35° С.
Автоматизация ацетиленовых установок обеспечивает также безопасность работы генераторов. Автоматизации подлежат:
1. Включение и выключение двигателя привода шнека, подающего карбид кальция в газообразователь.
2. Включение и выключение насоса, подающего воду в напорный бак.
3. Отключение подачи карбида кальция в газообразователь при отсутствии воды в напорном баке, а также подача предупредительного сигнала.
4. Отключение подачи карбида кальция в генератор и насосов для осветленной воды при появлении ацетилена в воздухе производственных помещений, при отсутствии напряжения в цепях автоматики, при аварийной продувке трубопроводов азотом, при снижении давления воздуха, подаваемого на нужды пиевмоавтоматики, и при снижении давления азота, подаваемого на ацетиленовую станцию для продувки.
5. Отключение ацетиленовых компрессоров при падении давления ацетилена во всасывающей линии ниже 40 мм вод. ст.
6. Регулирование режима работы блоков адсорбционной осушки ацетилена и отключение электроподогревателей регенерирующих адсорбент азота.
Кроме того, на ацетиленовых станциях предусматривается также система принудительной вентиляции, автоматически включаемая в нужный момент.
Ацетиленовые станции
Ацетиленовая станция является частью производственного предприятия и состоит из одного или нескольких помещений, в которых расположены оборудование для получения ацетилена (газообразного или растворенного), склады для хранения ацетиленовых баллонов, распределительные пульты для централизованного снабжения газообразным ацетиленом сварочных постов и установок газопламенной обработки. Около станции располагают ямы для сбора и хранения известкового ила с отстойниками для получения осветленной воды, используемой вторично для разложения карбида кальция в генераторах.
Ацетиленовую распределительную рампу с баллонами и редукторами располагают в отдельном здании или в отдельном помещении основного производственного здания.
Ацетиленовые станции, склады карбида кальция, склады ацетиленовых баллонов, иловые ямы и ацетиленовые распределительные установки относятся к категории А по классификации противопожарных требований.
Помещения ацетиленовой станции должны соответствовать требованиям, предъявляемым к зданиям и сооружениям не ниже II стегни огнестойкости
Химическая очистка ацетилена
Ацетилен, получаемый из карбида кальция, содержит примеси: аммиак, сероводород, фосфористый водород, известковую и угольную пыль. Аммиак, пыль и частично сероводород удаляются при промывке ацетилена водой. Фосфористый водород РН3 и остатки сероводорода Н2S удаляют с помощью очистки химическими веществами, содержащими хром или хлор в качестве активных элементов. Наиболее вредная примесь — ядовитый фосфористый водород. Ацетилен подвергают очистке от Н2S и РН3 в специальных химических очистителях. В качестве очистительной массы применяют так называемый гератоль, представляющий собой инфузорную землю, пропитанную хромовым ангидридом (11—13%) и серной кислотой (16—18%); содержание влаги 18—20%. Реакции при очистке следующие:
при поглощении сероводорода
8СгО3 + ЗН2S + 9Н2S04 = 4Сг2 (SО4)3 + 12Н2О;
при поглощении фосфористого водорода
8СгО3 + ЗРН3 + 9Н2SО4 = ЗСг2, (SО4)3 + 2СгРО4 + Н3РО4 + 12Н2О.
Для очистки гератолем используют полочные очистители, на полках которых очистительную массу располагают слоем 50—60 мм. Скорость прохождения ацетилена в слое гератоля принимается равной 5,65 дм3/(ч-см2). Удельный расход гератоля составляет 0,23— 0,3 кг/м3 газа. Гератоль регенерации не подвергается и его необходимо заменять новым. Свежий гератоль имеет желтый цвет, отработанный — зеленоватый.