Безопасность кислородно-топливной резки и газ для резака: Полное руководство оператора

Что такое кислородно-топливная резка и почему безопасность превыше всего

Газокислородная резка — это термический процесс, при котором горючий газ сочетается с чистым кислородом для получения высокотемпературного пламени, способного прорезать черные металлы толщиной в несколько дюймов. В отличие от механических методов резки, газокислородная резка не требует электричества, работает в полевых условиях или в цехах и остается одним из наиболее экономичных способов резки тяжелых стальных листов, секций конструкций и труб — вот почему она уже более века является краеугольным камнем операций по производству, строительству, сносу и спасению.

Те же характеристики, которые делают газокислородную резку такой мощной, также делают ее по-настоящему опасной при неправильном обращении. В процессе процесса горючие газы под давлением, чистый кислород, открытое пламя, расплавленный металлический шлак и инфракрасное излучение находятся в непосредственной близости от оператора. Понимание треугольника сгорания — топлива, кислорода и воспламенения — и контроль всех трех является основой безопасной практики газокислородного топлива. Для горения требуются все три элемента одновременно; удаление любого из них останавливает реакцию. Каждое правило безопасности при газокислородной резке направлено на управление одной или несколькими сторонами этого треугольника.

В этом руководстве рассматриваются основные топливные газы, используемые в резаки , их характеристики пламени и профили опасности, а также основные процедуры безопасности, которые применяются независимо от того, какое топливо используется.

Понимание кислорода: окислителя, а не топлива

Критический и часто неправильно понимаемый момент: кислород не является топливом при газокислородной резке — он является окислителем. Кислород химически соединяется с топливным газом, выделяя тепло во время сгорания, а отдельная струя кислорода под высоким давлением из центрального отверстия резака — это то, что фактически заставляет металл гореть и выбрасываться из реза.

Чистый кислород, используемый при резке, подается с чистотой 99,5% или выше, что намного выше 21%, присутствующего в атмосферном воздухе. При таких концентрациях материалы, которые обычно негорючи, включая жир, масло, резину и некоторые металлы, могут воспламениться со взрывом. Это единственный и наиболее важный принцип безопасности, определяющий обращение с кислородным баллоном и регулятором: масло и смазка ни в коем случае не должны контактировать с кислородным оборудованием, клапанами или фитингами. Даже незначительное количество нефтяной смазки на клапане регулятора кислорода может вызвать сильный пожар или взрыв при открытии баллона.

Кислородные баллоны следует хранить в вертикальном положении, предохранять от опрокидывания и держать на расстоянии не менее 20 футов (6 метров) от баллонов с топливным газом или отделять огнестойким барьером высотой не менее 5 футов. Полностью открывайте клапаны кислородных баллонов во время использования; частично открытый кислородный клапан создает перепад давления на седле, который ускоряет износ и увеличивает риск утечки.

Газ для резака: четыре основных варианта топлива

Четыре газа составляют подавляющее большинство вариантов топлива для кислородных резаков: ацетилен, пропан, пропилен и газ MAPP. Каждый из них имеет особый химический состав, температуру пламени, распределение выходной мощности в БТЕ, требования к соотношению кислорода к топливу и соответствующий профиль безопасности. Выбор подходящего топливного газа для конкретного применения и использование оборудования, рассчитанного на этот конкретный газ, является обязательным условием как производительности, так и безопасности.

Ацетилен (C₂H₂): самое горячее пламя, самый высокий риск

Ацетилен является наиболее широко используемым топливным газом для газокислородной резки и единственным топливным газом, подходящим для газокислородной сварки. Он производит самое горячее пламя из всех обычных режущих видов топлива при температуре примерно 5720°F (3160°C) , причем большая часть его тепла — около 507 БТЕ — сконцентрирована во внутреннем конусе пламени. Именно такая концентрация во внутреннем конусе обеспечивает ацетилену высокую скорость прокалывания и минимальную зону термического влияния на кромках реза, что делает его предпочтительным выбором для прецизионной резки, работы с тонкими и средними листами, а также для любых применений, где качество сварного шва, непосредственно примыкающего к разрезу, имеет значение.

Однако ацетилен имеет больше ограничений по безопасности, чем любой другой топливный газ. Химически неустойчив при давлениях выше 15 фунтов на квадратный дюйм (1 бар) ; при более высоких давлениях ацетилен может взрыворазлагаться без присутствия кислорода. По этой причине баллоны с ацетиленом не являются полыми — они заполнены пористой массой, насыщенной жидким ацетоном, который растворяет ацетилен и сохраняет его стабильность. Если баллон положить набок или вытащить слишком быстро, жидкий ацетон попадет в шланг и горелку, в результате чего из кончика пламени начнет капать горящий растворитель.

Безопасная скорость извлечения из баллона с ацетиленом никогда не должна превышать одна седьмая общего объема цилиндра в час. Превышение этой скорости вытягивает ацетон из пористой массы вместе с газом. Ацетилен также очень склонен к обратному эффекту — состоянию, при котором пламя движется назад через горелку и шланг к цилиндру. При работе с ацетиленом на топливной и кислородной линиях всегда должны устанавливаться пламегасители. Ацетилен легче воздуха; в случае протечки он поднимается и может скапливаться в подкровельных пространствах. Его характерный чесночный запах можно обнаружить при концентрации ниже 2%, задолго до того, как он достигнет нижнего предела взрывоопасности в 2,5%.

Пропан (C₃H₈): экономичный, с высоким значением БТЕ, более медленный прожиг.

Пропан является наиболее популярным альтернативным топливом для кислородной резки, которое ценится, прежде всего, за значительно более низкую стоимость, широкую доступность и более простое хранение по сравнению с ацетиленом. Он обеспечивает температуру пламени около 5122°F (2828°C) — примерно на 600°F холоднее, чем ацетилен, — но с существенно более высокой общей теплотой сгорания — около 2600 БТЕ на кубический фут. Важно отметить, что пропан отдает большую часть своего тепла в внешний конус пламени а не внутренний конус. Это меняет геометрию сгорания по сравнению с ацетиленом: пропан превосходно подходит для предварительного нагрева больших масс и очень эффективен для нагрева и гибки, но требует более длительного времени начального предварительного нагрева для резки и приводит к более низкой скорости прошивки в начале резки.

Для пропана требуется соотношение топлива к кислороду примерно 1:4 (одна часть пропана на четыре части кислорода) по сравнению с 1:1 для ацетилена. Такая более высокая потребность в кислороде означает, что установки для резки пропаном потребляют кислород быстрее, что операторы должны учитывать при планировании баллонов для работ по резке в больших объемах. Поскольку пропан тяжелее воздуха, в случае утечки он опускается до уровня пола, создавая риск скопления газа в низинах, водостоках и подвалах. Помещения для хранения должны вентилироваться на уровне пола и располагаться вдали от источников воспламенения. Пропановое оборудование — регуляторы, шланги и наконечники горелок — должно быть рассчитано специально на пропан; ацетиленовые шланги и наконечники не взаимозаменяемы.

Пропилен (C₃H₆): золотая середина

Пропилен занимает по эффективности положение между ацетиленом и пропаном. Температура его пламени колеблется примерно от от 4800°F до 5300°F , а его общая теплотворная способность составляет около 2400 БТЕ на кубический фут. Как и пропан, пропилен отдает большую часть своего тепла во внешнем конусе, но с более высоким значением БТЕ во внутреннем конусе, чем у пропана, что обеспечивает более короткое время прокалывания и профиль разреза, который больше напоминает ацетилен, чем пропан. Для полного сгорания пропилена требуется 3,5 части кислорода на часть топлива, что немного более эффективно, чем соотношение пропана 4:1.

Режущие наконечники из пропилена имеют выемку 1/16 дюйма на поверхности наконечника, чтобы учесть его более низкую скорость горения по сравнению с ацетиленом (13,5 футов в секунду против 29 футов в секунду для ацетилена). Использование ацетиленового наконечника с пропиленом приведет к нестабильному и неэффективному пламени. Пропилен обычно считается более чистым газом, чем ацетилен, и образует меньше шлака, что сокращает время очистки после резки при резке конструкций. рабочие места.

Газ MAPP (метилацетилен-пропадиен): специальные применения

Газ MAPP — технически MPS (стабилизированный метилацетилен-пропадиеном) после прекращения производства оригинального состава Dow Chemical — производит температуру пламени, аналогичную пропилену, и общую теплоту сгорания примерно 2400 БТЕ на кубический фут, при этом большая часть тепла концентрируется во вторичном конусе. Для этого требуется 2,5 части кислорода на часть топлива. Основным преимуществом MAPP перед другими альтернативными видами топлива является его эффективность в применение резки под высоким давлением под флюсом , например, при подводном сносе, где его устойчивость под давлением дает ему существенное преимущество. Для стандартной резки поверхности MAPP не дает существенного преимущества в производительности по сравнению с пропиленом или пропаном и обычно дороже. Сегодня его использование в основном ограничивается нагревом мелких деталей, пайкой и специальными подводными работами.

Краткий обзор топливного газа

Безопасность баллонов и регуляторов: основа кислородно-топливной безопасности

Большинство инцидентов, связанных с кислородно-топливной работой, происходят не на кончике горелки, а на уровне баллона и регулятора, где неправильное обращение со сжатым газом создает условия для утечек, пожаров и катастрофических отказов. Следующие правила не подлежат обсуждению независимо от того, какой топливный газ используется.

Всегда читайте этикетки на баллонах. Цилиндры не имеют универсальной цветовой маркировки — поставщики могут покрасить цилиндры в любой цвет. Никогда не судите о содержимом баллона только по цвету. Каждый баллон имеет идентификационный номер ООН: ООН 1072 для кислорода, ООН 1001 для ацетилена, ООН 1978 для пропана и ООН 1077 для пропилена. Если на баллоне нет читаемой этикетки, не используйте его.

Храните баллоны отдельно. Баллоны с топливным газом и кислородом должны храниться на расстоянии не менее 20 футов друг от друга или разделены огнестойкой стеной. Оба должны храниться в вертикальном положении и закрепляться на фиксированной конструкции во избежание опрокидывания. Баллоны с ацетиленом всегда должны оставаться в вертикальном положении — если баллон лежал на боку, поставьте его вертикально и дайте ему постоять не менее одного часа перед использованием, чтобы ацетон повторно насытил пористую массу перед удалением газа.

Проверяйте регуляторы перед каждым использованием. Проверьте клапаны регулятора, седла и резьбу на наличие масла, смазки, мусора и физических повреждений. Любой загрязненный компонент должен быть подвергнут профессиональному обслуживанию перед использованием. Открывая клапан кислородного баллона, встаньте сбоку, а не перед регулятором, и полностью откройте клапан. Для ацетилена открывать вентиль баллона не более чем на три четверти оборота, что позволяет быстро закрыть вентиль в экстренной ситуации. Клапаны альтернативного топлива могут быть открыты полностью.

Перед каждым сеансом выполняйте проверку герметичности. Прикрепив регуляторы, установите давление кислорода на уровне 10 фунтов на квадратный дюйм и закройте клапан баллона. Контролируйте оба датчика в течение двух-трех минут; любое падение давления указывает на утечку, которую необходимо обнаружить и устранить, прежде чем зажечь горелку. Для обнаружения утечек в фитингах и соединениях используйте раствор мыльной воды (ни в коем случае не используйте открытый огонь). Повторите проверку для стороны топливного газа.

Меры безопасности для шланга, горелки и наконечника

Шланги для кислородно-топливного топлива имеют цветовую маркировку и резьбу, чтобы предотвратить опасные перекрестные соединения. Шланги ацетилена (и другого топливного газа) красные и имеют левую резьбу. , что можно узнать по канавке, прорезанной поперек гайки фитинга. Кислородные шланги зеленого цвета и имеют правую резьбу. без канавки. Эта инженерная гарантия означает, что правильные соединения не могут быть выполнены в обратном порядке — но только в том случае, если оператор использует правильные, немодифицированные шланги для каждого газа. Никогда не заменяйте ацетиленовые шланги пропаном или другим альтернативным топливом; пропан химически разрушает внутреннюю оболочку ацетиленовых шлангов, вызывая ее отслаивание и потенциальное блокирование наконечника горелки или регулятора.

Прежде чем зажигать горелку, продуйте оба шланга независимо друг от друга. Установите регулятор примерно на 5 фунтов на квадратный дюйм, ненадолго откройте клапан горелки, чтобы позволить газу пройти и вытеснить воздух или загрязнения, затем закройте клапан. Продувка исключает риск образования газовой смеси в шланге, которая может вызвать обратный пожар при воспламенении.

Проверяйте наконечники горелки перед каждым использованием. Ацетиленовые наконечники имеют плоскую или слегка вогнутую поверхность. Альтернативные топливные наконечники постепенно утоплены: пропилен 1/16", MAPP 1/32", пропан и природный газ 3/32". Использование неправильного наконечника для топливного газа меняет геометрию, эффективность и стабильность пламени. Очищайте грязные или засоренные наконечники с помощью специальных средств для очистки наконечников; никогда не используйте проволоку или сверла, которые могут увеличить отверстие.

Для зажигания горелки всегда используйте фрикционную зажигалку, а не спички, бутановую зажигалку или открытое пламя. Сначала откройте топливный кран (примерно на четверть оборота), немедленно зажгите, затем медленно введите кислород, чтобы пламя стало нейтральным. Нейтральное пламя — с четко выраженным внутренним конусом, без растушевки и избыточного кислорода — является стандартным пламенем для резки. Пламя науглероживания (избытка топлива) указывает на недостаток кислорода; окислительное пламя (избыток кислорода) приводит к образованию меньшего заостренного внутреннего конуса, и его следует избегать при обработке большинства металлов, поскольку оно приводит к попаданию оксидов в разрез.

Обратный огонь, воспоминания и экстренное реагирование

Две отдельные неисправности горелки требуют немедленного распознавания и реагирования. А иметь неприятные последствия Это кратковременное опускание пламени обратно в кончик горелки, обычно сопровождающееся громким хлопком. Чаще всего это происходит из-за прикосновения наконечника к заготовке, работы при неправильном давлении или загрязнения наконечника. В большинстве случаев пламя самозатухает и его можно снова зажечь после того, как наконечник остынет и будет проверен. Неприятные последствия — это предупреждающий знак, а не незначительная неприятность. Они указывают на состояние, которое, если его не исправить, может обостриться.

A воспоминания Гораздо серьезнее: пламя прожигает корпус горелки и попадает в шланг к цилиндру. Воспоминание можно определить по пронзительному визгу или шипению, исходящему от горелки, постоянному пламени на корпусе горелки без видимого пламени на кончике или по необычно горячим ручкам горелки. В случае ретроспективного кадра: немедленно закройте клапан кислородной горелки, затем закройте топливный клапан. Не просто сначала выключите подачу топлива — удаление топлива, пока кислород продолжает поступать, может привести к еще большему оттоку пламени. После закрытия обоих клапанов горелки закройте оба клапана баллона. Дайте всему оборудованию полностью остыть, прежде чем проверять его на наличие повреждений. Не используйте повторно какое-либо оборудование, подвергшееся ретроспективному воздействию, до тех пор, пока оно не пройдет профессиональную проверку и сертификацию.

Разрядники обратного импульса, установленные на корпусе горелки или на выпускных отверстиях регулятора как на топливной, так и на кислородной линиях, содержат обратные клапаны и термопредохранители, предназначенные для остановки обратного импульса до того, как он достигнет шлангов и баллонов. Они являются обязательными во многих юрисдикциях для ацетиленовых систем и настоятельно рекомендуются для всех кислородно-топливных установок, независимо от типа топлива.

Требования к средствам индивидуальной защиты и рабочему пространству

Газокислородная резка приводит к образованию искр, расплавленного шлака, ультрафиолетового и инфракрасного излучения, металлических паров и побочных продуктов сгорания. Средства индивидуальной защиты должны одновременно устранять все эти опасности.

Защита глаз и лица не подлежит обсуждению. Сварочный щиток, закрывающий все лицо, с фильтрующими линзами, рассчитанными на соответствующий оттенок для резки (обычно от 3 до 6 для кислородных работ в зависимости от интенсивности), надетый поверх защитных очков, обеспечивает как необходимую оптическую защиту, так и защиту от брызг шлака. Этот процесс производит инфракрасное излучение в количествах, достаточных для того, чтобы вызвать повреждение роговицы в результате многократного незащищенного воздействия.

Для защиты тела плотные натуральные волокна предпочтительнее синтетики. Шерсть естественно огнестойка; джинсовая ткань обеспечивает разумную защиту. Синтетические ткани — полиэстер, нейлон, акрил — плавятся, а не обугливаются, и значительно ухудшают ожоговые травмы. Кожаная или огнестойкая куртка сварщика, кожаные перчатки и кожаные ботинки без открытых шнурков обеспечивают многоуровневую защиту, подходящую для работ по резке. Избегайте перевернутых манжет рубашек, открытых воротников рубашек и штанин с манжетами — они служат точками сбора падающих искр и шлака.

Рабочее пространство должно постоянно хорошо проветриваться. Газокислородная резка стали с покрытием, оцинкованной или окрашенной стали приводит к образованию металлического дыма, который включает оксиды цинка, соединения свинца и другие токсичные побочные продукты, в зависимости от основного материала и покрытия. При резке материалов с покрытием необходима местная вытяжная вентиляция или, как минимум, респиратор, рассчитанный на защиту от паров металлов. Перед началом резки рабочая зона должна быть очищена от легковоспламеняющихся материалов в радиусе не менее 35 футов (10 метров) во всех направлениях, а пожарное дежурство должно оставаться на месте в течение как минимум 30 минут после остановки резки, поскольку шлак может воспламенить горючие материалы, которые не сразу видны с места резки.