Hiện nay có hai phương pháp hàn, cắt kim loại được sử dụng phổ biến là:
- Hàn, cắt kim loại sử dụng năng lượng do điện sinh ra (gọi tắt là hàn, cắt kim loại bằng điện – Hàn điện).
- Hàn, cắt kim loại sử dụng năng lượng do đốt cháy các hỗn hợp khí cháy Hydrocacbon (C2H2, gas) (gọi tắt là hàn, cắt kim loại bằng ngọn lửa khí).
Hai phương pháp hàn, cắt kim loại trên đều có những tính chất nguy hiểm cháy, nổ riêng biệt. Phương pháp hàn, cắt kim loại bằng điện đã được nghiên cứu trong môn học “Phòng cháy các thiết bị điện”. Các thông tin được nêu ở đây để đề cập đến sự nguy hiểm cháy, nổ và đề ra các biện pháp đảm bảo an toàn phòng cháy trong quá trình sử dụng hàn và cắt kim loại bằng ngọn lửa khí cháy.
Đặc điểm nguy hiểm cháy, nổ của khí cháy
Hiện nay, khí cháy được sử dụng để hàn, cắt chủ yếu là khí Axetylen và khí dầu mỏ hóa lỏng LPG. Trên đây là đặc điểm nguy hiểm cháy, nổ của các khí cháy trên:
Đặc điểm nguy hiểm cháy nổ của khí Axetylen:
- Axetylen là một chất khí không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí. Trong công nghiệp sản xuất ra khí Axetylen có mùi khó chịu là do có chứa một số tạp chất như Hydrophotphorua, amoniac,… Khí Axetylen thuộc dãy đồng đẳng Hydro Cacbua không no có một nối ba, công thức cấu tạo (CH ≡ CH).
- Axetylen thuộc loại khí dễ cháy, nổ; nhiệt độ tự bắt cháy của Axetylen là 335 độ C, giới hạn nồng độ bốc cháy của Axetylen trong không khí từ 2.5% đến 81%, nếu tính theo trọng lượng thì nồng độ đó đạt từ 21 đến 860g/m3, áp suất nổ cực đại là Pmax = 103kG/cm2, nhiệt độ cháy trong không khí lớn nhất là 2322 độ C, khi cháy trong oxy lớn nhất là 3000 độ C.
- Axetylen có khả năng tự nổ ở nhiệt độ 550 độ C và áp suất 1.5atm. Đặc biệt nguy hiểm đối với khí Axetylen là khi áp suất lớn hơn 2atm, bởi vì khi tăng áp suất các phân tử Axetylen xích lại gần nhau hơn, sự phân hóa của Axetylen bắt đầu ở một chỗ và nhanh chóng lan rộng ra.
- Khi hòa tan các phân tử (C2H2) của nó bị ngăn cách bởi chất lỏng do đó khả năng nổ của nó giảm đi. Chính vì vậy trong bảo quản để an toàn người ta thường làm ẩm khí Axetylen bằng hơi nước. Khi tỷ số thể tích của hơi nước và khí Axetylen đạt đến giá trị 1 : 1.15 thì không xảy ra nổ.
- Hỗn hợp của Axetylen với Clo dẫn đến nổ dưới tác dụng của ánh sáng ban ngày, còn hỗn hợp của Axetylen với oxy bị nổ ở nhiệt độ 300 độ C.
- Cho khí Axetylen tác dụng với oxit đồng và oxit bạc sẽ thu được muối Axetylen đó là chất dễ nổ khi bị va chạm, do ma sát.
Đặc điểm nguy hiểm cháy nổ của khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG)
Khí dầu mỏ hóa lỏng viết tắt là LPG (Liquified Petroleum Gas) hay còn được gọi là gas. Thành phần của khí dầu mỏ hóa lỏng LPG bao gồm hỗn hợp của các Hydrocacbon Parafin mà chủ yếu là Propan (C3H8) và Butan (C4H10). Một số đặc tính của LPG như sau:
- Nhiệt độ sôi thấp: ở áp suất khí quyển, Propan sôi ở -42 độ C và Butan sôi ở -0.5 độ C. Do đó nhiệt độ và áp suất thường LPG bay hơi dữ dội, nguy cơ tạo thành môi trường nguy hiểm cháy, nổ nếu bị thoát ra ngoài khi thiết bị chứa không khí kín hoặc bị rò rỉ.
- Tỷ trọng: ở điều kiện nhiệt độ 15 độ C và áp suất 760mmHg, tỷ trọng của Propan lỏng bằng 0.51 còn của Butan lỏng bằng 0.575. Ở điều kiện nhiệt độ 15 độ C và áp suất 760mmHg, tỷ trọng của Propan khí bằng 1.52 còn của Butan khí bằng 2.01. Như vậy, ở thể khí LPG nặng hơn không khí gần 2 lần. Do vậy khi thoát ra ngoài, hơi gas sẽ tích tụ ở những chỗ trũng, chỗ kín.
- Tính dãn nở: sự dãn nở nhiệt độ của LPG lớn (gấp 15÷20 lần của nước, và lớn gấp nhiều lần so với các sản phẩm dầu mỏ khác) dẫn đến bình chứa, bồn chứa LPG chỉ được chứa đến 80÷85% dung tích để LPG có thể dãn nở mà không phá hủy thiết bị chứa khi nhiệt độ tăng.
Một số tính chất của LPG:
| STT | Thông số | Propan | Butan |
| 1 | Giới hạn nồng độ bốc cháy, (%V): 1. Giới hạn thấp 2. Giới hạn cao | 2.2 10 | 1.8 9.0 |
| 2 | Nhiệt lượng cháy, kcal/kg | 11900 | 11800 |
| 3 | Nhiệt độ cháy tối đa, oC tính toán (đo) 1. Trong không khí 2. Trong oxi | 2000 (1931) 2850 (2740) | 2000 (1900) 2850 |
| 4 | Nhiệt độ tự bốc cháy, oC 1. Trong không khí 2. Trong oxy | 400÷580 470÷575 | 410÷550 280÷550 |
| 5 | Vận tốc cháy lan, cm/s 1. Đường kính ống thử 2.54cm 2. Đường kính ống thử 30.4cm | 82.2 216 | 82.2 210 |
| 6 | Lượng không khí cần thiết để đốt cháy hết 1m3 nhiên liệu | 23.5 | 30.0 |
| 7 | Áp suất hơi bão hòa, kG/cm2 Ở nhiệt độ 0oC Ở nhiệt độ 50oC | 4.7÷5.7 17÷21.5 | 1.03÷2.0 5÷6.25 |
| 8 | Nhiệt độ tới hạn, oC | 95 | 150 |
Có thể bạn cần: Các biện pháp phòng cháy an toàn trong quá trình hàn cắt kim loại.
Các thiết bị sử dụng để hàn, cắt kim loại bằng ngọn lửa khí cháy
Thiết bị sinh khí Axetylen hoặc bình chứa khí Axetylen.
Khí Axetylen được sản xuất bằng phương pháp thủy phân Cacbua Canxi (CaC2) trong công nghiệp. Phản ứng hóa học tạo ra khí C2H2 diễn ra như sau:
CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2 + Q ↑
Phản ứng hóa học tạo khí Axetylen được thực hiện trong các bình sinh khí Axetylen cố định hoặc di động. Thiết bị sinh khí Axetylen cố định được sử dụng ở các nhà máy lớn. Sau khi thu nhận được khí Axetylen, sẽ đưa vào bể chứa và từ đây khí Axetylen nhờ máy nén được nạp vào các bình chứa nhỏ và chuyển đến nơi cần sử dụng. Bên cạnh đó, các thiết bị sinh khí Axetylen di động thường được dùng trực tiếp ở những nơi hàn cắt kim loại.
Bình chứa khí dầu mỏ hóa lỏng (Bình gas):
Bình được thiết kế, chế tạo theo tiêu chuẩn DOT.4BA-240. Bình gas được chế tạo bằng thép đặc biệt chịu áp lực, áp suất thử thủy lực là 34kG/cm2. Các loại bình gas đều được lắp đặt van bình và van an toàn. Thông thường van an toàn được lắp đặt gắn liền với van bình. Van an toàn làm việc khi áp suất trong bình tăng đến 26kG/cm2 xả hơi gas ra ngoài làm giảm áp suất và nhiệt độ trong bình.
Bình chứa khí oxy
Bình chứa khí oxy là thiết bị sử dụng để cung cấp oxy cho quá trình hàn, cắt. Trong bình chứa khí oxy được nén với áp suất từ 150at. Khi khí oxy hòa trộn cùng với khí Axetylen theo tỷ lệ quy định sẽ tạo thành hỗn hợp cháy đưa ra mỏ hàn hoặc mỏ cắt.
Các thiết bị, dụng cụ khác:
Mỏ hàn, mỏ cắt, ống dẫn cao su, kính hàn, kim thông, dụng cụ châm lửa,… Dưới đây là một số nguyên tắc làm việc của mỏ hàn và mỏ cắt:
- Mỏ hàn kiểu phun dùng để hàn khi áp suất của khí cháy thấp hoặc trung bình, khí oxy phun ra với tốc độ rất mạnh qua buồng hỗn hợp sẽ hút khí cháy và hòa trộn cùng ra ở mỏ hàn.
- Mỏ hàn kiểu không phun dùng để hàn khi áp suất của khí cháy và khí oxy bằng nhau. Khí oxy và khí cháy lần lượt đi qua ống dẫn khí, van điều chỉnh và vào buồng hỗn hợp. Tại đây do tiết diện của buồng tăng lên làm cho tốc độ chuyển động của oxy và cháy giảm xuống, chúng hòa trộn với nhau và đi ra mỏ hàn. Loại mỏ hàn này không cho phép dùng đối với các loại bình khí cháy có áp suất thấp, bởi vì khi tốc độ phun ra của dòng khí sẽ nhỏ hơn tốc độ cháy của ngọn lửa và ngọn lửa có thể bị tạt lại làm nổ bình sinh khí.
- Mỏ cắt: về cấu tạo và nguyên tắc làm việc của mỏ hàn cũng tương tự như mỏ hàn. Điểm khác biệt chủ yếu là hỗn hợp khí Axetylen (hoặc LPG) và khí oxy đốt nóng dầu mỏ cắt lên đến nhiệt độ 1050 độ C. Ở nhiệt độ này vật bị cắt sẽ bốc cháy thành oxit sắt nóng chảy nổi lên trên bề mặt và khi khí oxy có áp suất cao thổi sẽ làm bay lớp oxit nóng chảy tạo thành vết cắt.
Đặc điểm nguy hiểm cháy, nổ trong quá trình hàn cắt kim loại bằng ngọn lửa khí cháy
Khả năng hình môi trường nguy hiểm cháy, nổ trong quá trình hàng cắt kim loại bằng ngọn lửa khí cháy
Sự nguy hiểm cháy, nổ trong quá trình hàn và cắt kim loại bằng ngọn lửa khí cháy trước hết được biểu thị bằng khả năng hình thành nồng độ nguy hiểm cháy, nổ của khí cháy và khí oxy ở bên trong các thiết bị sinh khí cũng như sự cố rò, rỉ thoát khí Axetylen, LPG ra ngoài xung quanh khu vực làm việc.
Sự tồn tại và phát sinh nguồn nhiệt gây cháy
- Trong quá trình hàn và cắt có thể xảy ra hiện tượng tạt của ngọn lửa. Nguyên nhân của hiện tượng này thường là do áp lực của hỗn hợp khí Axetylen (hoặc LPG) và oxy quá thấp hoặc bị giảm đột ngột do việc điều chỉnh áp suất của thiết bị sinh khí không đúng. Trong trường hợp này tốc độ lan truyền của ngọn lửa sẽ lớn hơn, nó có thể tạt lại theo ống dẫn khí và vào bình chứa khí gây ra nổ bình khí.
- Hiện tượng ngọn lửa tạt lại còn có thể xảy ra trong khi hàn và cắt kim loại các phần tử kim loại bắn tung tóe làm tắc đầu mỏ phun khí hoặc do đầu mỏ hàn, mỏ cắt bị nung quá nóng. Cũng có những trường hợp do kỹ thuật hàn đã dí quá sát mỏ hàn vào vật hàn làm xuất hiện ở đầu mỏ hàn ngọn lửa và ngọn lửa đã tạt lại.
- Khi hàn, nhiệt độ ở tâm ngọn lửa hàn đạt tới 3000oC và các xỉ hàn bắn ra làm bắt cháy các vật dễ cháy xung quanh khu vực hàn, cắt.
- Ngoài ra, khi mở thùng đất đèn nếu dùng các vật cứng (sắt, thép,…) đập mạnh hoặc khi xếp đất đèn vào bình sinh khí không nhẹ tay hay trong đất đèn có lẫn đất đá, kim loại,… cũng có thể làm phát sinh tia lửa gây cháy.
Khả năng đám cháy lan truyền và phát triển: khi cháy xảy ra trong các cơ sở hàn, cắt kim loại thì hết sức nguy hiểm do có thể gây nổ bình khí làm cho đám cháy phát triển lớn, gây sụp đổ cấu kiện xây dựng, gây thương vong cho người,…
Giải pháp tốt nhất để giải quyết các vấn đề về sự nguy hiểm cháy, nổ trong quá trình hàn cắt kim loại bằng ngọn lửa khí cháy, đó là máy bơm Sempa Thổ Nhĩ Kỳ. Liên hệ ngay đến Nhà nhập khẩu và phân phối HTH Việt Nam để được hỗ trợ tốt nhất!
