溶解乙炔气瓶制造讲议.ppt

溶解乙炔气瓶结构 设计 制造 附件 山东华宸高压容器陈桂芹2009 11 溶解乙炔气瓶定义 装有瓶阀和其他附件 内含多孔填料和易于溶解乙炔的溶剂 适于储运乙炔的压力容器 GB11638 2003标准适用于基准温度15 时最大限定压力为1 56MPa 最高许用温度40 公称容积10L 60L 内含多孔填料和溶剂 移动式 可重复充气的钢质焊接式溶解乙炔气瓶 一 溶解乙炔气钢瓶的结构型式 结构见图1 二 乙炔气体的性质 乙炔作为一种理想的可燃气体 广泛地应用于焊接和切割中 但是乙炔属于易燃易爆的气体 它的点火能很小 约为一般易燃气体的1 10 甚至有时肉眼都难以看见 它与空气混合达到一定浓度时 遇到火源就会发生爆炸 乙炔 C2H2 是无色气体 比重0 9 熔点 81 5 其沸点为 83 6 自燃点335 临界温度36 临界压力62Kg 爆炸极限2 5 82 它的化学性质极不稳定 是不饱和的碳氢化合物 它比空气轻 工业乙炔含有磷化氢 0 06 以下 和硫化氢 0 1 以下 所以具有特殊的臭味 在下列情况下 乙炔会发生燃烧爆炸 当乙炔温度达到300 450 或压力超过0 15兆帕时乙炔分子能产生 聚合 发热而引起自燃 当温度超过580 压力超过0 15兆帕时 会发生爆炸 乙炔与铜 银长期接触后 会生成爆炸性的化合物乙炔铜和乙炔银 当受到剧烈震动或温度高达110 120 时 就能引起爆炸 当乙炔中的磷化氢含量超过0 15 时 能引起自燃 当乙炔在空气中的含量在2 5 82 时 接触明火会发生爆炸 乙炔与氧气混合时 当乙炔含量 按体积计算 达到2 8 93 时 接触明火会发生爆炸 这种爆炸的威力很大 是乙炔与空气混合的10倍 三 乙炔气瓶原理 溶解乙炔气瓶是一种储存和运输乙炔气的压力容器 乙炔气瓶与氧瓶和液化石油气瓶不同 见乙炔气瓶结构图 后两者是空心的 而乙炔气瓶是实心的 瓶内充满了多孔性固体硅酸钙填料 填料可以采用多孔而轻质的活性炭 硅藻土 浮石 硅酸钙 石棉纤维等 孔隙中充人溶剂丙酮 罐装的乙炔溶解在丙酮之中 温度在150 C时 一个体积的丙酮可以溶解23倍的标准状态乙炔气 最适宜配合氧气瓶使用的乙炔气瓶 设计压力3MPa 公称容积为40升 使用时打开瓶阀2 溶解于丙酮内的乙炔就分解出来 通过瓶阀流出乙炔气体 瓶口中心的长孔内放置过滤用的不锈钢丝网和毛毡3 或石棉 乙炔气瓶的肩部有易熔塞 当瓶壁温度超过1000 C时 易熔合金熔化 易熔塞打开放气泄压 防止气瓶爆炸 乙炔气瓶的外表面漆白色 瓶体标注色的 乙炔 和 火不可近 字样 瓶的顶部装有瓶阀 外面是固定的瓶帽 俗称安全帽 瓶阀下面有一个铝制的能转动的检验记环 检验标记就打在上面 根据 溶解乙炔气瓶安全监察程 的规定 每三年要对乙炔气瓶进行一次检验 不经检验或不合格的乙炔气瓶不准使用 如图2 7所示 瓶体4内装着浸满丙酮的多孔性填料5 使乙炔稳定而又安全地储存在乙炔瓶内 乙炔气瓶内部结构 附图 四 乙炔气瓶的危害 乙炔只有溶解于丙酮中才能在高压下保持稳定 否则 极易分解成爆炸气体 乙炔一般溶解于丙酮及多孔物中再装入钢瓶内 乙炔气瓶是使用最普通的压力容器 极易发生爆炸事故 导致乙炔气瓶物理爆炸的原因是过量充装 造成乙炔气瓶化学爆炸的主要原因是物料倒灌 通常情况下 气瓶内介质的压力总是小于气瓶的设计压力 由于瓶内介质的膨胀系数比其压缩系数大一个数量级 过量充装的钢瓶 随着温度上升到一定时候 压力就会急剧上升 造成钢瓶破裂 发生事故 满液钢瓶的压力随温度上升而上升 瓶内压力的变化可用下列公式进行计算 从公式可以看出 气瓶随温度升高而产生的压力与温度的升高成正比关系 所以 对于装满乙炔的钢瓶 在温度升高时很容易发生爆炸 溶解乙炔气瓶的焊接瓶体 也是依据GB5100设计制造的 国外 如美国 多为无缝或只有一条环焊缝型式 而我国在市场上销售的大多为有两条环焊缝 一条纵焊缝组装型式 见图2 6所示 阀座是瓶帽与瓶体 瓶阀与瓶体连接的零件 易熔合金塞座是易熔合金塞与瓶体连接的零件 简称易熔塞座 上封头 筒体和下封头是溶解乙炔气瓶的主要受压元件 其材质应符合GB5100和GB6653的要求 纵焊缝均为双面埋弧焊 而环焊缝有的是双面对接埋弧焊 也有的是单面焊双面成型的气体保护焊 还有的是采用缩口型式 用单面埋弧焊完成 底座是非受压元件 与下封头相接的焊缝也不属于主体焊缝 1 瓶体的设计 制造 试验和检验必须符合GB5100及产品图样的规定 2 气瓶制造 溶解乙炔气瓶填料制造及其质量检验 一 工艺流程根据原材料 主要指石灰 加工制备方法不同 填料的制造工艺分为干法和湿法 下图是湿法典型工艺示意图 二 溶解乙炔气瓶设计制造 二 石灰的消解生石灰加水后 将消解成熟石灰 Ca OH 2 或称消石灰 石灰消解的反应式如下 CaOH20 Ca OH 2100 31 2 131 2 石灰中的氧化镁遇水后 也消解成氢氧化镁Mg OH MgOH2O Mg OH 石灰消解过程是放热过程 每摩尔CaO放出155千卡热量 放热速度十分剧烈 石灰消解后 体积膨胀 增加2 2 5倍 石灰的比重及容重均有所改变 消石灰比重为2 1 容重为400 450kg m3 石灰消解时 理论需水量仅为石灰重量的31 2 但实际用水量达上述数值的2 3倍 消解后的石灰浆 在空气中可以逐渐硬化 整个硬化过程包括下列两种作用 a 由于灰浆内部水分逐步蒸发而减少 使Ca OH 2从过饱和溶液中呈胶粒大小的晶体析出 并逐步形成结晶连生体 b Ca OH 2和空气中CO2在有水分的情况下化合 生成碳酸钙 析出水份 并被蒸发 Ca OH 2C02nH2O CaCO3 n1 H2O这一过程叫作碳化过程 在填料生产过程中 应采用水封的方法 避免石灰的碳化 以免石灰活性的降低 石灰的储存要采取密封 储存期不易过长 三 料浆的搅拌将各种原料按配合比经计量后送入搅拌机 此时 搅拌均匀与否必然影响到填料的物理力学性能和填料的均匀性 关系到乙炔气瓶使用中的安全性和经济性 搅拌的均匀性主要取决于搅拌方式 搅拌机性能和搅拌制度等因素 乙炔气瓶填料不宜采用自由落体式搅拌机 应采用强制式搅拌机 即料浆由转动的叶片强迫拨动 使之产生紊流而得到拌和 搅拌制度一般是 把松解并饱吸水份的石棉先投入搅拌机内 加水强制搅拌5 10min 然后加硅藻土搅拌10 15min 使硅藻土充分与水 石棉调和 最后加入石灰浆搅拌15 20min 密闭的搅拌槽可以防止物料的溅出 保证料浆的配比 为防止料浆的分离 可以适当加些水玻璃 起到胶粘作用 但加入水玻璃以后 料浆不宜长时间搅拌 料浆的含水率 比重与填料孔隙率有如下关系 式中 填料孔隙率 T湿 料浆比重 湿 料浆含水率 W湿 料浆重量 W干 料浆脱水后的重量 如想使填料孔隙率达到90 92 密度为240 260g L 则料浆比重应控制在1 14 1 16之间 含水率应控制在77 6 80 7 范围内 四 灌浆灌浆分人工灌浆和机械灌浆两种 但无论哪一种灌浆方式 都必须采用振动灌浆 使之瓶内料浆充实 内部和表面都没有气泡和水泡 否则成形后 填料必然有孔洞存在 影响灌浆质量的因素很多 最主要的是 物料的配方 料浆的温度 振动机的功能 振动机 一般应以振幅 15 20mm 频率60 100次 分为最好 五 蒸压养护蒸压养护是将灌浆后的瓶体 放在密闭的蒸压釜中 在一定的压力和温度的饱和蒸汽中经过一定时间的水热反应 使料浆变成具有一定强度和物理力学性能的固体填料 填料强度的形成 主要取决于石灰和硅质材料之间在蒸压条件下的水热反应 蒸压初期 料浆内部的液相中 Ca OH 2浓度高 SiO2浓度低 因此 形成的水化产物碱度较高 随着蒸压温度的提高 SiO2的溶解速度和溶解度 都随之提高 相反 Ca OH 2的溶解度则降低 在这种情况下 一方面Ca OH 2和SiO2的相互作用形成了更多的水化硅酸钙 另一方面 由于液态中Ca OH 2浓度的降低使得原来稳定存在的碱度较高的水化产物变成了介稳状态或不稳定状态 最后导致分配 转化为碱度较低的水化硅酸钙 在适当时间的蒸压养护 即可形成结晶好 强度高的托勃莫莱石结构 根据形成的原理 各种水化产物的形成 均有其一定条件 在配方一定条件下 影响相组成及其结晶度的主要原因是蒸压养护的最高温度和恒温时间 确定最佳的蒸压养护规范 是填料生产工艺中的重要环节 它不但影响填料的质量 也影响到工厂的生产能力 升温在升温阶段 由于填料表面温度总是高于填料中心的温度 这种温度差在升温阶段结束时达到最大 因此 填料表面的热膨胀总是大于其中心部位的热膨胀 这样 在填料内部形成温度梯度和变形梯度 加之填料的导热差 所以产生的拉应力就大 当拉应力大于填料的抗拉强度时 填料就不可避免地要产生裂纹 为了解决这一问题 一般要控制升温速度 以每小时增压0 1MPa为宜 并在104 左右 恒温2 4h 恒温此阶段是填料各组分相发生剧烈反应和产生强度的主要阶段 填料的物理力学性能 取决于蒸压养护过程中所生成水化产物的种类和数量 在配方一定条件下 恒温温度和时间对填料内部相的转变和结晶的完善程度 起着决定性作用 根据国内外的生产经验 以恒温183 197 压力为9 8 14 7MPa 恒温时间为12 18h为宜 过分的提高温度和延长时间 不但降低了生产效率 而且由于水化产物晶体过于粗大 反而降低了填料的性能指标 降温经过恒温处理的填料 已变成具有一定强度的制品 能经受较大的温度差 压力差和湿度差 但如果降温特快 填料表面形成拉应力 内部产生压应力 当填料表面形成拉应力大于填料的抗拉强度时 填料也会产生裂纹 根据经验 可采用大致与升温相同的速度来降温 六 烘干蒸压处理终了的填料还仍然含有多余量的水份 将其烘干后才能成为合格的填料 但在烘干过程中 填料由于脱水而产生收缩 这种现象 容易造成填料与瓶壁间隙超差 通常填料的失水愈多 收缩愈大 脱水愈快 收缩愈小 此外 烘干温度不宜超过蒸压温度 七 填料检验a 逐瓶检验逐瓶检验填料 其检验项目按GBll638 2003 溶解乙炔气瓶 中表2规定各项进行检查 其各项检查方法 按GB11639 2003 溶解乙炔气瓶 填料技术指标测定方法中规定执行 钢瓶内填料技术指标测定项目 肩部轴向间隙 钢瓶内填料的孔隙率 1 肩部轴向间隙的测定 用专用塞尺 图4 41 在充满填料的钢瓶口部测量肩部轴向间隙 在平面角约相差120 的三点上进行 最大测量值为肩部轴向间隙的测定结果 同一规格塞尺在同一位置上测量次数不应超过两次 2 气瓶内填料的孔隙率测定 称量出钢瓶灌浆后的质量和烘干后的质量 按下式计算出气瓶内填料的孔隙率 式中 气瓶内填料孔隙率 mj 气瓶灌浆后的质量 kg mg 充满填料的气瓶烘干后的质量 kg u 水的比容 取0 001L g 计算结果保留两位有效位数 上述两个项目中的检查 只要有一个项目不合格 则此瓶内填料报废 b 型式检验按GB11638 2003 溶解乙炔气瓶 标准中表2规定的项目进行检验 其检查项目 外观 抗压强度 表面孔洞 肩部轴向间隙 孔隙率 如采用无釜蒸压工艺 可按批量抽选成品瓶进行测定 根据 溶解乙炔气瓶安全监察规程 规定 上述检查各项中 只要有一项不合格 则该批 炉 的瓶内填料报废 并不得复验 3气瓶装配及其成品检验 一 工艺流程下述工艺流程 是一般制造乙炔气瓶生产工艺 而国内乙炔气瓶生产单位与其工艺流程均有所不同 特别是气密试验以后 既不充丙酮 也不充饱和乙炔 而充装0 05 0 1MPa的氮出厂 一般工艺流程如下面方框图所示 二 成品检验a 出厂逐只检查 1 气密性试验 乙炔瓶的气密性试验按GB T12137 气瓶气密性试验方法 进行 乙炔瓶在3 0MPa的试验压力下 保压时间不少于1min后 对所有焊接接头和连接部位进行检查 应无泄漏 2 外观检验瓶体外观符合性用目视检查 瓶体表面不得有尖锐伤痕 否则应予以修磨 修磨处应圆滑 其实际壁厚不得小于设计壁厚 3 附件附件符合性用目视检查 瓶阀应符合GB10879的规定 易熔 合金塞应符合GB8337的规定 动作温度应为100 5 瓶阀 易熔合金塞与瓶体结合处使用的密封材料 应不与乙炔 丙酮等发生化学反应 乙炔瓶应配戴固定式专用瓶帽 且其质量公差不应大于公称值的5 b型式检验检验内容 水浴升温试验 回火试验 冲击稳定性试验 模拟火