溶解乙炔氣瓶結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 制造 附件 山東華宸高壓容器陳桂芹2009 11 溶解乙炔氣瓶定義 裝有瓶閥和其他附件 內(nèi)含多孔填料和易于溶解乙炔的溶劑 適于儲(chǔ)運(yùn)乙炔的壓力容器 GB11638 2003標(biāo)準(zhǔn)適用于基準(zhǔn)溫度15 時(shí)最大限定壓力為1 56MPa 最高許用溫度40 公稱容積10L 60L 內(nèi)含多孔填料和溶劑 移動(dòng)式 可重復(fù)充氣的鋼質(zhì)焊接式溶解乙炔氣瓶 一 溶解乙炔氣鋼瓶的結(jié)構(gòu)型式 結(jié)構(gòu)見圖1 二 乙炔氣體的性質(zhì) 乙炔作為一種理想的可燃?xì)怏w 廣泛地應(yīng)用于焊接和切割中 但是乙炔屬于易燃易爆的氣體 它的點(diǎn)火能很小 約為一般易燃?xì)怏w的1 10 甚至有時(shí)肉眼都難以看見 它與空氣混合達(dá)到一定濃度時(shí) 遇到火源就會(huì)發(fā)生爆炸 乙炔 C2H2 是無(wú)色氣體 比重0 9 熔點(diǎn) 81 5 其沸點(diǎn)為 83 6 自燃點(diǎn)335 臨界溫度36 臨界壓力62Kg 爆炸極限2 5 82 它的化學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定 是不飽和的碳?xì)浠衔?它比空氣輕 工業(yè)乙炔含有磷化氫 0 06 以下 和硫化氫 0 1 以下 所以具有特殊的臭味 在下列情況下 乙炔會(huì)發(fā)生燃燒爆炸 當(dāng)乙炔溫度達(dá)到300 450 或壓力超過(guò)0 15兆帕?xí)r乙炔分子能產(chǎn)生 聚合 發(fā)熱而引起自燃 當(dāng)溫度超過(guò)580 壓力超過(guò)0 15兆帕?xí)r 會(huì)發(fā)生爆炸 乙炔與銅 銀長(zhǎng)期接觸后 會(huì)生成爆炸性的化合物乙炔銅和乙炔銀 當(dāng)受到劇烈震動(dòng)或溫度高達(dá)110 120 時(shí) 就能引起爆炸 當(dāng)乙炔中的磷化氫含量超過(guò)0 15 時(shí) 能引起自燃 當(dāng)乙炔在空氣中的含量在2 5 82 時(shí) 接觸明火會(huì)發(fā)生爆炸 乙炔與氧氣混合時(shí) 當(dāng)乙炔含量 按體積計(jì)算 達(dá)到2 8 93 時(shí) 接觸明火會(huì)發(fā)生爆炸 這種爆炸的威力很大 是乙炔與空氣混合的10倍 三 乙炔氣瓶原理 溶解乙炔氣瓶是一種儲(chǔ)存和運(yùn)輸乙炔氣的壓力容器 乙炔氣瓶與氧瓶和液化石油氣瓶不同 見乙炔氣瓶結(jié)構(gòu)圖 后兩者是空心的 而乙炔氣瓶是實(shí)心的 瓶?jī)?nèi)充滿了多孔性固體硅酸鈣填料 填料可以采用多孔而輕質(zhì)的活性炭 硅藻土 浮石 硅酸鈣 石棉纖維等 孔隙中充人溶劑丙酮 罐裝的乙炔溶解在丙酮之中 溫度在150 C時(shí) 一個(gè)體積的丙酮可以溶解23倍的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)乙炔氣 最適宜配合氧氣瓶使用的乙炔氣瓶 設(shè)計(jì)壓力3MPa 公稱容積為40升 使用時(shí)打開瓶閥2 溶解于丙酮內(nèi)的乙炔就分解出來(lái) 通過(guò)瓶閥流出乙炔氣體 瓶口中心的長(zhǎng)孔內(nèi)放置過(guò)濾用的不銹鋼絲網(wǎng)和毛氈3 或石棉 乙炔氣瓶的肩部有易熔塞 當(dāng)瓶壁溫度超過(guò)1000 C時(shí) 易熔合金熔化 易熔塞打開放氣泄壓 防止氣瓶爆炸 乙炔氣瓶的外表面漆白色 瓶體標(biāo)注色的 乙炔 和 火不可近 字樣 瓶的頂部裝有瓶閥 外面是固定的瓶帽 俗稱安全帽 瓶閥下面有一個(gè)鋁制的能轉(zhuǎn)動(dòng)的檢驗(yàn)記環(huán) 檢驗(yàn)標(biāo)記就打在上面 根據(jù) 溶解乙炔氣瓶安全監(jiān)察程 的規(guī)定 每三年要對(duì)乙炔氣瓶進(jìn)行一次檢驗(yàn) 不經(jīng)檢驗(yàn)或不合格的乙炔氣瓶不準(zhǔn)使用 如圖2 7所示 瓶體4內(nèi)裝著浸滿丙酮的多孔性填料5 使乙炔穩(wěn)定而又安全地儲(chǔ)存在乙炔瓶?jī)?nèi) 乙炔氣瓶?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu) 附圖 四 乙炔氣瓶的危害 乙炔只有溶解于丙酮中才能在高壓下保持穩(wěn)定 否則 極易分解成爆炸氣體 乙炔一般溶解于丙酮及多孔物中再裝入鋼瓶?jī)?nèi) 乙炔氣瓶是使用最普通的壓力容器 極易發(fā)生爆炸事故 導(dǎo)致乙炔氣瓶物理爆炸的原因是過(guò)量充裝 造成乙炔氣瓶化學(xué)爆炸的主要原因是物料倒灌 通常情況下 氣瓶?jī)?nèi)介質(zhì)的壓力總是小于氣瓶的設(shè)計(jì)壓力 由于瓶?jī)?nèi)介質(zhì)的膨脹系數(shù)比其壓縮系數(shù)大一個(gè)數(shù)量級(jí) 過(guò)量充裝的鋼瓶 隨著溫度上升到一定時(shí)候 壓力就會(huì)急劇上升 造成鋼瓶破裂 發(fā)生事故 滿液鋼瓶的壓力隨溫度上升而上升 瓶?jī)?nèi)壓力的變化可用下列公式進(jìn)行計(jì)算 從公式可以看出 氣瓶隨溫度升高而產(chǎn)生的壓力與溫度的升高成正比關(guān)系 所以 對(duì)于裝滿乙炔的鋼瓶 在溫度升高時(shí)很容易發(fā)生爆炸 溶解乙炔氣瓶的焊接瓶體 也是依據(jù)GB5100設(shè)計(jì)制造的 國(guó)外 如美國(guó) 多為無(wú)縫或只有一條環(huán)焊縫型式 而我國(guó)在市場(chǎng)上銷售的大多為有兩條環(huán)焊縫 一條縱焊縫組裝型式 見圖2 6所示 閥座是瓶帽與瓶體 瓶閥與瓶體連接的零件 易熔合金塞座是易熔合金塞與瓶體連接的零件 簡(jiǎn)稱易熔塞座 上封頭 筒體和下封頭是溶解乙炔氣瓶的主要受壓元件 其材質(zhì)應(yīng)符合GB5100和GB6653的要求 縱焊縫均為雙面埋弧焊 而環(huán)焊縫有的是雙面對(duì)接埋弧焊 也有的是單面焊雙面成型的氣體保護(hù)焊 還有的是采用縮口型式 用單面埋弧焊完成 底座是非受壓元件 與下封頭相接的焊縫也不屬于主體焊縫 1 瓶體的設(shè)計(jì) 制造 試驗(yàn)和檢驗(yàn)必須符合GB5100及產(chǎn)品圖樣的規(guī)定 2 氣瓶制造 溶解乙炔氣瓶填料制造及其質(zhì)量檢驗(yàn) 一 工藝流程根據(jù)原材料 主要指石灰 加工制備方法不同 填料的制造工藝分為干法和濕法 下圖是濕法典型工藝示意圖 二 溶解乙炔氣瓶設(shè)計(jì)制造 二 石灰的消解生石灰加水后 將消解成熟石灰 Ca OH 2 或稱消石灰 石灰消解的反應(yīng)式如下 CaOH20 Ca OH 2100 31 2 131 2 石灰中的氧化鎂遇水后 也消解成氫氧化鎂Mg OH MgOH2O Mg OH 石灰消解過(guò)程是放熱過(guò)程 每摩爾CaO放出155千卡熱量 放熱速度十分劇烈 石灰消解后 體積膨脹 增加2 2 5倍 石灰的比重及容重均有所改變 消石灰比重為2 1 容重為400 450kg m3 石灰消解時(shí) 理論需水量?jī)H為石灰重量的31 2 但實(shí)際用水量達(dá)上述數(shù)值的2 3倍 消解后的石灰漿 在空氣中可以逐漸硬化 整個(gè)硬化過(guò)程包括下列兩種作用 a 由于灰漿內(nèi)部水分逐步蒸發(fā)而減少 使Ca OH 2從過(guò)飽和溶液中呈膠粒大小的晶體析出 并逐步形成結(jié)晶連生體 b Ca OH 2和空氣中CO2在有水分的情況下化合 生成碳酸鈣 析出水份 并被蒸發(fā) Ca OH 2C02nH2O CaCO3 n1 H2O這一過(guò)程叫作碳化過(guò)程 在填料生產(chǎn)過(guò)程中 應(yīng)采用水封的方法 避免石灰的碳化 以免石灰活性的降低 石灰的儲(chǔ)存要采取密封 儲(chǔ)存期不易過(guò)長(zhǎng) 三 料漿的攪拌將各種原料按配合比經(jīng)計(jì)量后送入攪拌機(jī) 此時(shí) 攪拌均勻與否必然影響到填料的物理力學(xué)性能和填料的均勻性 關(guān)系到乙炔氣瓶使用中的安全性和經(jīng)濟(jì)性 攪拌的均勻性主要取決于攪拌方式 攪拌機(jī)性能和攪拌制度等因素 乙炔氣瓶填料不宜采用自由落體式攪拌機(jī) 應(yīng)采用強(qiáng)制式攪拌機(jī) 即料漿由轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片強(qiáng)迫撥動(dòng) 使之產(chǎn)生紊流而得到拌和 攪拌制度一般是 把松解并飽吸水份的石棉先投入攪拌機(jī)內(nèi) 加水強(qiáng)制攪拌5 10min 然后加硅藻土攪拌10 15min 使硅藻土充分與水 石棉調(diào)和 最后加入石灰漿攪拌15 20min 密閉的攪拌槽可以防止物料的濺出 保證料漿的配比 為防止料漿的分離 可以適當(dāng)加些水玻璃 起到膠粘作用 但加入水玻璃以后 料漿不宜長(zhǎng)時(shí)間攪拌 料漿的含水率 比重與填料孔隙率有如下關(guān)系 式中 填料孔隙率 T濕 料漿比重 濕 料漿含水率 W濕 料漿重量 W干 料漿脫水后的重量 如想使填料孔隙率達(dá)到90 92 密度為240 260g L 則料漿比重應(yīng)控制在1 14 1 16之間 含水率應(yīng)控制在77 6 80 7 范圍內(nèi) 四 灌漿灌漿分人工灌漿和機(jī)械灌漿兩種 但無(wú)論哪一種灌漿方式 都必須采用振動(dòng)灌漿 使之瓶?jī)?nèi)料漿充實(shí) 內(nèi)部和表面都沒有氣泡和水泡 否則成形后 填料必然有孔洞存在 影響灌漿質(zhì)量的因素很多 最主要的是 物料的配方 料漿的溫度 振動(dòng)機(jī)的功能 振動(dòng)機(jī) 一般應(yīng)以振幅 15 20mm 頻率60 100次 分為最好 五 蒸壓養(yǎng)護(hù)蒸壓養(yǎng)護(hù)是將灌漿后的瓶體 放在密閉的蒸壓釜中 在一定的壓力和溫度的飽和蒸汽中經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的水熱反應(yīng) 使料漿變成具有一定強(qiáng)度和物理力學(xué)性能的固體填料 填料強(qiáng)度的形成 主要取決于石灰和硅質(zhì)材料之間在蒸壓條件下的水熱反應(yīng) 蒸壓初期 料漿內(nèi)部的液相中 Ca OH 2濃度高 SiO2濃度低 因此 形成的水化產(chǎn)物堿度較高 隨著蒸壓溫度的提高 SiO2的溶解速度和溶解度 都隨之提高 相反 Ca OH 2的溶解度則降低 在這種情況下 一方面Ca OH 2和SiO2的相互作用形成了更多的水化硅酸鈣 另一方面 由于液態(tài)中Ca OH 2濃度的降低使得原來(lái)穩(wěn)定存在的堿度較高的水化產(chǎn)物變成了介穩(wěn)狀態(tài)或不穩(wěn)定狀態(tài) 最后導(dǎo)致分配 轉(zhuǎn)化為堿度較低的水化硅酸鈣 在適當(dāng)時(shí)間的蒸壓養(yǎng)護(hù) 即可形成結(jié)晶好 強(qiáng)度高的托勃莫萊石結(jié)構(gòu) 根據(jù)形成的原理 各種水化產(chǎn)物的形成 均有其一定條件 在配方一定條件下 影響相組成及其結(jié)晶度的主要原因是蒸壓養(yǎng)護(hù)的最高溫度和恒溫時(shí)間 確定最佳的蒸壓養(yǎng)護(hù)規(guī)范 是填料生產(chǎn)工藝中的重要環(huán)節(jié) 它不但影響填料的質(zhì)量 也影響到工廠的生產(chǎn)能力 升溫在升溫階段 由于填料表面溫度總是高于填料中心的溫度 這種溫度差在升溫階段結(jié)束時(shí)達(dá)到最大 因此 填料表面的熱膨脹總是大于其中心部位的熱膨脹 這樣 在填料內(nèi)部形成溫度梯度和變形梯度 加之填料的導(dǎo)熱差 所以產(chǎn)生的拉應(yīng)力就大 當(dāng)拉應(yīng)力大于填料的抗拉強(qiáng)度時(shí) 填料就不可避免地要產(chǎn)生裂紋 為了解決這一問題 一般要控制升溫速度 以每小時(shí)增壓0 1MPa為宜 并在104 左右 恒溫2 4h 恒溫此階段是填料各組分相發(fā)生劇烈反應(yīng)和產(chǎn)生強(qiáng)度的主要階段 填料的物理力學(xué)性能 取決于蒸壓養(yǎng)護(hù)過(guò)程中所生成水化產(chǎn)物的種類和數(shù)量 在配方一定條件下 恒溫溫度和時(shí)間對(duì)填料內(nèi)部相的轉(zhuǎn)變和結(jié)晶的完善程度 起著決定性作用 根據(jù)國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn) 以恒溫183 197 壓力為9 8 14 7MPa 恒溫時(shí)間為12 18h為宜 過(guò)分的提高溫度和延長(zhǎng)時(shí)間 不但降低了生產(chǎn)效率 而且由于水化產(chǎn)物晶體過(guò)于粗大 反而降低了填料的性能指標(biāo) 降溫經(jīng)過(guò)恒溫處理的填料 已變成具有一定強(qiáng)度的制品 能經(jīng)受較大的溫度差 壓力差和濕度差 但如果降溫特快 填料表面形成拉應(yīng)力 內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力 當(dāng)填料表面形成拉應(yīng)力大于填料的抗拉強(qiáng)度時(shí) 填料也會(huì)產(chǎn)生裂紋 根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 可采用大致與升溫相同的速度來(lái)降溫 六 烘干蒸壓處理終了的填料還仍然含有多余量的水份 將其烘干后才能成為合格的填料 但在烘干過(guò)程中 填料由于脫水而產(chǎn)生收縮 這種現(xiàn)象 容易造成填料與瓶壁間隙超差 通常填料的失水愈多 收縮愈大 脫水愈快 收縮愈小 此外 烘干溫度不宜超過(guò)蒸壓溫度 七 填料檢驗(yàn)a 逐瓶檢驗(yàn)逐瓶檢驗(yàn)填料 其檢驗(yàn)項(xiàng)目按GBll638 2003 溶解乙炔氣瓶 中表2規(guī)定各項(xiàng)進(jìn)行檢查 其各項(xiàng)檢查方法 按GB11639 2003 溶解乙炔氣瓶 填料技術(shù)指標(biāo)測(cè)定方法中規(guī)定執(zhí)行 鋼瓶?jī)?nèi)填料技術(shù)指標(biāo)測(cè)定項(xiàng)目 肩部軸向間隙 鋼瓶?jī)?nèi)填料的孔隙率 1 肩部軸向間隙的測(cè)定 用專用塞尺 圖4 41 在充滿填料的鋼瓶口部測(cè)量肩部軸向間隙 在平面角約相差120 的三點(diǎn)上進(jìn)行 最大測(cè)量值為肩部軸向間隙的測(cè)定結(jié)果 同一規(guī)格塞尺在同一位置上測(cè)量次數(shù)不應(yīng)超過(guò)兩次 2 氣瓶?jī)?nèi)填料的孔隙率測(cè)定 稱量出鋼瓶灌漿后的質(zhì)量和烘干后的質(zhì)量 按下式計(jì)算出氣瓶?jī)?nèi)填料的孔隙率 式中 氣瓶?jī)?nèi)填料孔隙率 mj 氣瓶灌漿后的質(zhì)量 kg mg 充滿填料的氣瓶烘干后的質(zhì)量 kg u 水的比容 取0 001L g 計(jì)算結(jié)果保留兩位有效位數(shù) 上述兩個(gè)項(xiàng)目中的檢查 只要有一個(gè)項(xiàng)目不合格 則此瓶?jī)?nèi)填料報(bào)廢 b 型式檢驗(yàn)按GB11638 2003 溶解乙炔氣瓶 標(biāo)準(zhǔn)中表2規(guī)定的項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn) 其檢查項(xiàng)目 外觀 抗壓強(qiáng)度 表面孔洞 肩部軸向間隙 孔隙率 如采用無(wú)釜蒸壓工藝 可按批量抽選成品瓶進(jìn)行測(cè)定 根據(jù) 溶解乙炔氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程 規(guī)定 上述檢查各項(xiàng)中 只要有一項(xiàng)不合格 則該批 爐 的瓶?jī)?nèi)填料報(bào)廢 并不得復(fù)驗(yàn) 3氣瓶裝配及其成品檢驗(yàn) 一 工藝流程下述工藝流程 是一般制造乙炔氣瓶生產(chǎn)工藝 而國(guó)內(nèi)乙炔氣瓶生產(chǎn)單位與其工藝流程均有所不同 特別是氣密試驗(yàn)以后 既不充丙酮 也不充飽和乙炔 而充裝0 05 0 1MPa的氮出廠 一般工藝流程如下面方框圖所示 二 成品檢驗(yàn)a 出廠逐只檢查 1 氣密性試驗(yàn) 乙炔瓶的氣密性試驗(yàn)按GB T12137 氣瓶氣密性試驗(yàn)方法 進(jìn)行 乙炔瓶在3 0MPa的試驗(yàn)壓力下 保壓時(shí)間不少于1min后 對(duì)所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行檢查 應(yīng)無(wú)泄漏 2 外觀檢驗(yàn)瓶體外觀符合性用目視檢查 瓶體表面不得有尖銳傷痕 否則應(yīng)予以修磨 修磨處應(yīng)圓滑 其實(shí)際壁厚不得小于設(shè)計(jì)壁厚 3 附件附件符合性用目視檢查 瓶閥應(yīng)符合GB10879的規(guī)定 易熔 合金塞應(yīng)符合GB8337的規(guī)定 動(dòng)作溫度應(yīng)為100 5 瓶閥 易熔合金塞與瓶體結(jié)合處使用的密封材料 應(yīng)不與乙炔 丙酮等發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 乙炔瓶應(yīng)配戴固定式專用瓶帽 且其質(zhì)量公差不應(yīng)大于公稱值的5 b型式檢驗(yàn)檢驗(yàn)內(nèi)容 水浴升溫試驗(yàn) 回火試驗(yàn) 沖擊穩(wěn)定性試驗(yàn) 模擬火