Ацетиленовые генераторы и их принцип действия

Постоянное производство горячего ацетилена необходимо не только для газокислородной сварки и резки. Ацетиленовый генератор требуется для работы автономных светильников и обогревателей, для производства в больших количествах различных растворителей и органических кислот. Вместе с тем химическая реакция образования ацетилена из карбида кальция и воды достаточно опасна, а потому требует тщательного соблюдения жёстких мер безопасности.

Доступные технологии и оборудование для получения ацетилена

В бытовых и полупрофессиональных условиях ацетилен можно получать тремя способами:

1. При добавлении карбида кальция СаС₂ в воду: в ходе реакции уменьшается количество кускового карбида, а производительность зависит от его качества и влажности. Способ иногда называют «сухим».
2. При воздействии воды на кусковой карбид, когда производительность получения ацетилена определяется расходом воды. Это – так называемый «мокрый» способ.
3. Вытеснением образующегося газа, который сам пропускает в реакционную камеру требуемое количество воды. Способ называется комбинированным.

Хотя и считается, что более современным способом получения ацетилена является совместное использование при сварке и резке автогеном двух баллонов – с ацетиленом и кислородом, ацетиленовые генераторы достаточно востребованы. Особенно там, где пункты заправки или обмена баллонов встречаются редко.

Классификация известных конструкций ацетиленовых генераторов может быть следующей:

• По производительности, которая может начинаться от 1 м 3 /ч для малогабаритных передвижных устройств и заканчиваться установками промышленного типа, выдающими до 650 м 3 ацетилена в час.
• По давлению ацетилена на выходе. Оно может составлять до 10 кПа для генераторов низкого давления и до 150 кПа – для генераторов среднего давления. Более высокого давления для работы горелки не требуется.
• По мобильности. Ацетиленовый генератор может быть стационарным и передвижным. В последнем случае из-за габаритов устройства производство ацетилена будет не более 2,5…3 м 3 /ч.

Существенное ограничение всех способов химической генерации ацетилена являются высокие требования к состоянию карбида, в частности, к размерам его гранул, которые должны находиться в пределах 25…80 мм. В противном случае реакция идёт неравномерно, и давление образующегося ацетилена не отличается стабильностью. Поэтому современные конструкции генераторов снабжаются газовыми редукторами.

Устройство ацетиленового генератора

Технически более простыми считаются устройства «сухого» типа, в которых к воде добавляется карбид кальция. Такой ацетиленовый генератор состоит из следующих частей:

1. Герметично закрываемого бункера с карбидом.
2. Баллона, нижняя часть которого заполняется наполовину водой, а пространство вверху предназначено для образования ацетилена.
3. Дозатора-питателя, которым производится периодическая подача карбида в баллон.
4. Решётки из нержавеющей стали, находящейся в нижней части баллона, на поверхности которой и происходит химическая реакция образования горючего газа.
5. Шламосборника в днище баллона.
6. Обратного клапана для отбора ацетилена к месту его потребления.
7. Манометра, по показаниям которого открывается заслонка, управляющая подачей карбида в баллон.

Компоновка ацетиленового генератора, производящего газ «мокрым» способом, несколько иная. В нижней части баллона размещается ёмкость с карбидом, куда периодически через реторту подаётся вода. Верхняя часть баллона, как и в предыдущей конструкции, предназначена для сбора выделяющегося при реакции ацетилена. Газ по вертикальной трубе выходит из ёмкости и, проходя через водный слой, направляется к отбирающему узлу, одновременно вытесняя воду вниз. Этим обеспечивается непрерывность подачи воды, что положительно отличает этот способ от «сухого», где подача карбида носит дискретный характер.

В ацетиленовых генераторах комбинированного типа к устройству «мокрого» типа добавляется ещё один узел – вытеснитель, который позволяет управлять интенсивностью реакции карбида с водой. Если давление газа в баллоне возрастает, то вытеснитель понижает уровень воды, необходимый для продолжения реакции ацетиленообразования. При снижении давления ацетилена в баллоне (что свидетельствует о прекращении химической реакции), уровень воды повышается, и доступ её к карбиду восстанавливается.

Достоинства и ограничения конструкций ацетиленовых генераторов

Наиболее популярными у пользователей являются ацетиленовые генераторы типа АСП-1,25, АСП-10, АСП-15, БАКС-1 и БАКС-1М «Малыш». Выбор определяется конечными целями использования.

Из переносных устройств наиболее благоприятные отзывы собирает БАКС-1М «Малыш». Аппарат компактен, надёжен, отличается стабильностью поддержания заданного давления газа, что особенно важно при резке автогеном. «Малыш» обеспечивает наиболее точный (а, следовательно, и экономичный) расход горючего газа, однако требователен к качеству регламентных работ, особенно с запорно-регулирующей арматурой. Как и для большинства передвижных устройств, исходный уровень давления задаётся вручную, что потребует некоторых навыков.

При всех достоинствах аппаратов комбинированного типа (к которым относятся АСП-1,25, АСП-10 и АСП-15) они страдают общим недостатком: зашлаковыванием вытеснительной камеры продуктами химической реакции. При несвоевременном обнаружении это приводит к смещению перегородки между камерами газообразования и промывки в сторону вытеснителя. Восстановить такое смещение бывает невозможным. Производители ацетиленовых генераторов АСП-15 комплектуют устройства не всегда качественными редукторами, что приводит к потерям давления газа на выходе. В результате аппараты приходится периодически встряхивать.

Опыт эксплуатации ацетиленовых генераторов показывает, что модели АСП-15 и БАКС-1М «Малыш» целесообразнее всего применять при больших объёмах газосварочных работ.

Требования к размещению ацетиленовых генераторов

Газогенераторы отличаются повышенной взрывоопасностью. Чтобы свести риск взрыва генератора к минимуму, необходимо соблюдать следующие простые правила:

1. Использовать агрегат только при тех температурах, которые указаны в инструкции по эксплуатации.
2. Периодически проверять эффективность работы редуктора, которая при разных давлениях ацетилена на выходе может срабатывать с разной точностью.
3. Проверять агрегат на искрение, особенно, если ряд деталей изготовлен из стали, а не из искробезопасной бронзы.
4. Контролировать и своевременно предупреждать возможность подсоса воздуха из атмосферы внутрь ацетиленового генератора.
5. При регламентных работах устройство должно стабильно функционировать в диапазоне давлений 20…110% от номинального.
6. Ни при каких обстоятельствах не снимать предохранительный клапан.

Генераторы переносного типа эксплуатируются только на открытых строительных площадках, либо – кратковременно — в хорошо проветриваемых помещениях. Расстояние от источника сварки не должно быть менее 10 метров. Не допускается размещение передвижных устройств вблизи источников открытого пламени, а также непрерывно работающей техники – вентиляторов, насосов, компрессоров.

Ацетиленовые генераторы, применяемые для сварки и резки металлов согласно ГОСТ 5190-78, классифицируются по следующим признакам:

• по производительности — 1,25; 3; 5; 10; 20; 40; 80; 160; 320; 640 м 3 /ч;
• по способу применения — передвижные с производительностью 1,25-3 м 3 /ч, стационарные с производительностью 5-640 м 3 /ч;
• по давлению вырабатываемого ацетилена — низкого давления до 0,02 МПа, среднего давления от 0,02 до 0,15 МПа;
• по способу взаимодействия карбида кальция с водой — генераторы системы KB ("карбид в воду"), в которых разложение карбида кальция, осуществляется при подаче определенного количества карбида кальция в воду, находящуюся в реакционном пространстве;
• генераторы системы ВК ("вода на карбид"), в которых разложение карбида кальция происходит при подаче определенного количества воды в реакционное пространство, где находится карбид кальция;
• генераторы системы ВВ ("вытеснение воды"), в которых разложение карбида кальция осуществляется при соприкосновении его с водой в зависимости от изменения уровня воды, находящейся в реакционном пространстве и вытесняемой образующимся газом.

Все ацетиленовые генераторы, независимо от их системы, имеют следующие основные части:

• газообразователь;
• газосборник;
• предохранительный затвор;
• автоматическую регулировку вырабатываемого ацетилена в зависимости от его потребления.

На корпусе генератора прикрепляется табличка со следующими данными:

• марка
• заводской номер и год выпуска генератора;
• производительность (м 3 /ч);
• рабочее давление (МПа);
• единовременная загрузка карбида (кг);
• пределы температур, в которых может работать ацетиленовый генератор.

Ацетиленовые генераторы системы KB обладают высоким коэффициентом использования карбида кальция, обеспечивают наилучшие условия его разложения, хорошее охлаждение и промывку газа. Недостатками генераторов системы KB являются значительный расход воды, что обусловливает увеличенные габариты генераторов и большое количество отходов. Данная система нашла применение для стационарных генераторов большой производительности.

Ацетиленовые генераторы системы ВК проще по конструкции, требуют небольшого количества воды, способны работать на карбиде с различной грануляцией. Данную систему применяют преимущественно для передвижных аппаратов с производительностью ацетилена до 3 м 3 /ч. Недостатки генераторов этой системы — возможность перегрева ацетилена в зоне реакции и неполное разложение карбида кальция.

Ацетиленовые генераторы системы ВВ надежны в эксплуатации и удобны в обращении. Эта система нашла применение в передвижных аппаратах низкого и среднего давления производительностью не выше 10 м 3 /ч. Недостатком генераторов этой системы является возможность его перегрева при прекращении отбора газа.

Основные требования к ацетиленовым генераторам:

1. Температура окружающей среды, при которой допускается работа ацетиленовых стационарных генераторов, от +5 до -35°С, передвижных — от -25 до +40°С.
2. Производительность генератора должна соответствовать расходу ацетилена.
3. Разложение карбида кальция в генераторе должно регулироваться автоматически в зависимости от расхода газа.
4. В генераторе не должно быть деталей и арматуры из сплавов, содержащих более 70% меди, а также устройств, способных вызвать при работе образование искр.
5. Коэффициент использования карбида кальция (КПИ) должен быть не меньше 0,85.
6. Генератор должен быть рассчитан на работу с определенной грануляцией карбида кальция.
7. Генератор должен быть герметичным и иметь газосборник достаточной емкости, чтобы при прекращении отбора газа не происходил выброс ацетилена в помещение.
8. В генераторах должна быть предусмотрена продувка всех объемов до заполнения их ацетиленом для удаления остатков воздуха.
9. Конструкция генератора должна обеспечивать хорошее охлаждение в зоне реакции, чтобы температура воды и гашеной извести в зоне реакции не превышала 80°С, а ацетилена 115°С.
10. Габариты и масса передвижных генераторов должны быть минимальными.

Правила обслуживания ацетиленовых генераторов.

При обслуживании ацетиленовых генераторов необходимо помнить о том, что ацетилен является взрывоопасным газом, что он образует взрывоопасные смеси с кислородом и воздухом. Поэтому газосварщик должен изучить инструкцию по технике безопасности при работе с карбидом кальция и ацетиленом и инструкцию по эксплуатации ацетиленового генератора, на котором он работает.

Перед подготовкой генератора к работе водяной затвор заполняют водой до уровня контрольного крана. Реторты и корзины должны быть промыты водой и высушены. Карбид кальция загружают в корзины только той грануляции и в таком количестве, которое указано в инструкции по эксплуатации. Первые порции ацетилена, содержащие примесь воздуха, выпускают в атмосферу, чтобы в генераторе не осталась взрывоопасная смесь ацетилена с воздухом.

При перерывах в работе в зимнее время нельзя допускать замерзания воды в генераторах, для чего генераторы утепляют, а при длительных перерывах в работе сливают воду. При работе нельзя оставлять возле генератора ил, его следует относить в специальные иловые ямы.

Нельзя подходить с огнем или зажженной горелкой к генератору или к выгруженной из генератора гашеной извести, так как вблизи них всегда возможно выделение ацетилена в окружающую среду и образование взрывчатой ацетиленовоздушной смеси.

Работающий генератор нельзя оставлять без надзора. После окончания сварочных работ генератор необходимо освободить от иловых остатков и тщательно промыть.

Профилактические осмотры генераторов проводят каждые три месяца, при этом разбирается и проверяется водяной затвор, газоподводящая и отводящая трубки. Разбирать, очищать и ремонтировать генератор можно только под открытым небом. Ежегодный осмотр генераторов производит администрация предприятия, о чем составляется соответствующий документ.

На каждый ацетиленовый генератор должен быть составлен паспорт и инструкция по эксплуатации. Инструкция утверждается главным инженером предприятия.

Переносные ацетиленовые генераторы используют преимущественно на открытом воздухе. Не допускается установка переносных ацетиленовых генераторов в наклонном положении и на одной тележке с кислородным баллоном.

Помещение, в котором был установлен действующий переносной генератор, по окончании работы должно быть тщательно проветрено.

ЛЕКЦИЯ № 5.2. ТЕМА: «АЦЕТИЛЕНОВЫЙ ГЕНЕРАТОР (назначение, классификация, устройство, подготовка к обслуживанию, требования техники безопасности)»

Определение и назначение ацетиленового генератора

Классификация ацетиленового генератора

Устройство ацетиленового генератора

Подготовка генератора к работе

Основные технические характеристики генератора

Профилактические осмотры генераторов

1. Ацетиленовый генератор – это устройство, предназначенное для получения ацетилена из карбида кальция при взаимодействии его с водой

Ацетиленовый генератор служит для получения ацетилена разложением карбида; кальция водой. Крупные генераторы используют для производства ацетилена на химических заводах, где он служит сырьем для получения многих химических продуктов.

2 . Ацетиленовые генераторы классифицируются:
• по производительности — 1,25; 3; 5; 10, 20, 40, 80, 160; 320, 640 м 3 /ч;
• по способу применения — передвижные и стационарные. Изготовлять ацетиленовые генераторы следует только на специализированных

предприятиях. Стационарные ацетиленовые генераторы должны быть пригодны для работы при температуре окружающей среды 5 . 35 °С, передвижные — при температуре -25 . +40 °С. ;
• по давлению вырабатываемого ацетилена – низкого давления — до 0,02 МПа, среднего давления — от 0,02 до 0,15 МПа.
• по способу взаимодействия карбида кальция с водой — ВК (вода на карбид) и KB (карбид на воду), с вариантами процессов: М — «мокрого" и С -"сухого"; К

-контактный с вариантами процессов: ВВ — вытеснения воды и ПК -погружения карбида.

Система «карбид на воду»

1 – корпус; 2 – устройство для автоматической подачи карбида в воду;

3 – корзина для карбида кальция;

4 – вентиль отбора ацетилена;

5 – окно для слива воды.

В корпус 1 наливается вода до метки, которая находится внутри. В корзину 3 засыпается карбид кальция. Корзина 3 опускается к генератору и закрывается крышкой. С помощью устройства 2 открывается подача карбида кальция и он высыпается в воду. При этом в газосборнике повышается давление.

Преимущества данной системы:

— полное разложение карбида кальция;

— хорошее охлаждение и промывка газа.

— большой расход воды (

12 л на 1 кг карбида кальция)

Система «вода на карбид»

Первоначально в корпус 1 наливается вода до метки. Затем в реторту 2

помещается корзина с карбидом кальция. Для начала работы открывается

открывается вентиль 7 и вода из корпуса попадает в реторту и действует на

карбид. Образовавшийся ацетилен по трубке 5 попадает в газосборник 3, в

котором при повышении давления вода по трубке 6 оттесняется в верхнюю

камеру и подача в реторту прекращается. При открытии вентиля 4

ацетилен подается к потребителю и давление в газосборнике падает, при

этом вода из верхней камеры поступает в нижнюю камеру, что

обуславливает подачу воды в реторту и цикл повторяется.

— надежность в работе.

— возможность неполного распада карбида кальция;

— возможность перегрева из-за малого количества воды;

— трудоемкость в обслуживании.

Дозируется количество воды. Через загрузочные люки 4 карбид кальция

насыпается в барабан 2, после чего включается механизм вращения 5,

барабан начинает вращаться и на него производится впрыск воды.

Количество воды, подаваемой в барабан, зависит от давления в газосборнике

Выброс гашеной извести производится через люк 3.

— упрощается удаление отходов;

— нет потерь на растворение ацетилена в воде.

— возможен перегрев ацетилена;

— неполное использование карбида кальция.

Такая система использует генератор с производительностью более 10 м3 /

час, то есть стационарный.

Система вытеснения воды

Широко используется для переносных генераторов,

типа АСМ-1,25.

В корпус 1 заливается вода. Затем корзина с карбидом опускается в генератор и закрывается крышкой. Вода с карбидом начинает реагировать и в

газосборнике 3 повышается давление. В результате вода из цилиндра I

поступает в цилиндр II, при этом реакция образования ацетилена

прекращается. При открытии вентиля 4, давление в газосборнике падает и

вода снова возвращается в первоначальное положение.

3.Рассмотрим устройство генератора типа АСП-1,25-6 (рис. 1).

Это переносной генератор производительностью 1,25 м 3 /ч, рабочим давлением 0,01-0,07 МПа. Генератор представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд.
Корпус 5 состоит из трех частей:
• газообразовательной, в которой образуется ацетилен за счет взаимодействия кальция с водой;
• вытеснителъной;
• промывательной.
Вода заливается через горловину. При достижении уровня переливной трубки 3 вода по трубке переливается в промыватель, который заполняется до уровня контрольной пробки 2.
Карбид кальция загружают в корзину 8. Уплотнение между крышкой 12 горловиной обеспечивается мембраной 11 усилием, создаваемым винтом 13 через траверсу 14.
Ацетилен, образующийся в газообразователе, по трубке 3 поступает в промыватель, барботируя через слои воды, охлаждается и промывается. Из промывателя ацетилен через вентиль предохранительного клапана 4 по шлангу 15 поступает в предохранительный затвор 7 и далее к горелке или резаку. По мере повышения давления в газообразователе пружина 10 сжимается, в результате чего корзина перемещается вверх, а вода вытесняется в вытеснитель. В результате уровень замочки карбида уменьшается, выработка ацетилена ограничивается, и повышение давления прекращается. Давление ацетилена контролирует манометр 9. Ил из газообразователя и иловую воду из промывателя сливают через штуцера 6 и 1.

Рис. 1. Устройство генератора АСП-1,25-6

4.Подготовка генератора к работе:
• снять крышку и поддон от корзины;
• убедиться, что корпус чист и промыт;
• проверить закрепления вентиля и предохранительного клапана;
• открыть контрольные пробки в генераторе и водяном затворе;
• залить водой водяной затвор и генератор до уровня контрольной пробки;
• закрыть контрольные пробки;
• соединить шлангом вентиль и предохранительный затвор;
• загрузить карбид кальция;
• закрепить поддон на корзине и закрыть крышку;
Основные технические характеристики генератора приведены в таблице.

5.Основные технические характеристики генератора
Ацетиленовый генератор снабжен предохранительным затвором.
При работе с генератором необходимо соблюдать следующие правила:
• использовать размеры карбида кальция, указанные в паспорте;
• при перерывах в работе и в зимнее время нельзя допускать замерзания воды в генераторе, для чего генераторы утепляют;
• при работе нельзя оставлять возле генератора ил, его нужно относить в специальные ямы;
• нельзя подходить с огнем или зажженной горелкой к генератору, так как возможно выделение ацетилена в окружающую среду и образование взрывчатой смеси;
• работающий генератор нельзя оставлять без надзора;
• используют генераторы на открытом воздухе;
• генератор должен находиться от кислородного баллона на расстоянии 10 м, а от других источников тепла не менее 5 м.

6.Профилактические осмотры генераторов :

проводят каждые три месяца.

Разбирать, очищать и ремонтировать генератор можно только под открытым небом. Ежегодный осмотр генераторов производит администрация предприятия, о чем составляется соответствующий документ.

На каждый ацетиленовый генератор должен быть составлен паспорт и инструкция по эксплуатации. Инструкция утверждается главным инженером предприятия.

Переносные ацетиленовые генераторы используют преимущественно на

открытом воздухе. Не допускается установка переносных ацетиленовых

генераторов в наклонном положении и на одной тележке с кислородным

Помещение, в котором был установлен действующий переносной генератор, по окончании работы должно быть тщательно проветрено.

Каждый тип генератора имеет свои недостатки и преимущества, поэтому все типы генераторов находят равноценное применение. Однако можно применять любой генератор, находящийся в исправном состоянии.

Вопросы для закрепления материала:

1. Для чего предназначен ацетиленовый генератор?

2.Какой принцип работы ацетиленового генератора?

3. Как классифицируется ацетиленовые генераторы?

4. Какое назначение предохранительных затворов?

5. Какой принцип работы предохранительного затвора?