Acetilén és egyéb éghető gázok felhasználása pro és kontra Gyura László, Balogh Dániel Linde Hegesztési Szimpózium Budapest, 2014.10.15.
Láng alkalmazások (autogéntechnológiák) Legfőbb alkalmazások Oxigénes lángvágás Lánghegesztés Melegalakítás Lángegyengetés Lángszórás Elő-,utómelegítés Forrasztás Hő- és felület kezelés Nyílt láng: Éghető gáz + égést tápláló gáz (oxigén, levegő) Gyökfaragás
Éghető gázok és azok tulajdonságai NÉV KÉPLET FORRÁS- PONT ( o C) 1 bar nyomáson KRITIKUS HŐMÉR- SÉKLET ( o C) PÁRA- NYOMÁS (bar) 20 o C-on SŰRŰSÉG (kg/m 3 ) 15 o C-on 1 bar nyomáson RELATÍV SŰRŰSÉG (levegő 1) 15 o C-on 1 bar nyomáson Acetilén C 2 H 2-84 35 43,2 1,09 0,91 Metil-acetilén C 3 H 4-23 129 5,0 1,75 1,46 Etilén C 2 H 4-104 10 1,18 0,98 Propilén C 3 H 6-48 92 10,2 1,78 1,48 Hidrogén H 2-253 -240 0,08 0,07 Propán C 3 H 8-42 97 8,3 1,88 1,55 Metán CH 4-162 -82 0,67 0,56
Biztonságtechnika (Veszélyes koncentráció) Éghető gáz Gázkoncentráció a levegőben % MI-D
Tárolási formák, szállítás Sűrítéssel gáz fázisban (hidrogén, metán) Acetilén Oldott (aceton, DMF) + massza Folyékony fázis (LPG, Propán, PB, Etilén)
Ki- (el-)vehető gáz mennyiség Acetilén (aceton kiáramlás veszély): 1palackból folyamatos üzemnél max. 500 liter/óra =(0,5 m 3 /óra) szobahőmérsékleten!!! Propán (PB): ( lefagyás veszély, nem tud után párologni): Bután: Max. 1,5-2,5 kg/óra, (ca. 800-1300 liter/óra) Forráspont -0,5 ºC Alacsony hőmérsékleten nem jön ki a palackból)
Földgáz (vezetékes), Propán-Bután (PB) Propán-bután (PB): bután tartalom 40-60%! közötti
Éghető gázok - Égési jellemzők NÉV HŐFEJLŐDÉS ÉGÉSHŐ (ALACSONY) víz pára lecsapódási hője nélkül MJ/kg MJ/kg MJ/m3 A NORMÁL LÁNG HŐMÉR- SÉKLETE o C LÁNG HŐ- MÉRSÉK- LET LEVEGŐ o C OXIGÉNSZÜKSÉGLET (KEVERÉSI ARÁNY) m 3 oxigén/ m 3 égőgáz NORMÁL egőgáz égőgáz LÁNG Acetilén +8,7 48,2 56,5 3106 2300 1,1 2,5 Metil-acetilén +4,6 46,2 82,2 2984 < 2000 2,3 4,0 Etilén +1,9 47,1 59,5 2902 < 2000 2,0 3,0 Propilén +0,5 45,8 87,6 2872 < 2000 3,1 4,5 Hidrogén 0 120,0 10,8 2834 < 2000 0,4 0,5 Propán -2,4 46,4 93,2 2810 ca. 1900 4,0 5,0 Metán -4,7 50,0 35,9 2770 < 1900 1,8 2,0 O2-DÚS LÁNG.
Propán plusz
Éghető gázok égése szükséges oxigén Alkánok égése (metán, etán, propán, bután ) C n H 2n+2 + (3 n +1):2 O 2 = nco 2 + (n+1)h 2 O + hő Pl. propán: C 3 H 8 + 5O 2 = 3CO 2 + 4H 2 O + hő Acetilén égése: C 2 H 2 + 2,5 O 2 = 2CO 2 + H 2 O + hő
Láng kép A fúvóka végénél fényes kékesen fehér jól körülhatárolható zóna: Lángmag (elsődleges láng), a legmelegebb pontja a lángnak A gáz reakcióba lép az oxigénnel szénmonoxid és hidrogén keletkezik Pl.: acetilén - C 2 H 2 +O 2 CO+H 2 +Hő A lángmag mögött az ún. redukciós zóna a keletkezett szénmonoxid és hidrogén az oxigénnel reakcióba lépve szénmonoxid és vízpára keletkezik 2CO+O 2 2CO 2 +Hő 2H 2 + O 2 2H 2 O +Hő Lángseprű: további reakció, döntően már a levegő oxigénjével
Éghető gázok fő jellemzői (lánghőmérséklet, égési sebesség, lángteljesítmény) Éghető gáz/oxigén arány
Hevítési idő/lángteljesítmény/hőmérséklet eloszlás Fúvóka Lángmag Sebesség eloszlás Munkadarab felülete 1500 C 800 C 500 C Mdb A hevítés ideje függ: lánghőmérséklet, láng teljesítmény, égési sebesség, égő-mdb távolság Éghető gáz Oxigén/éghető gáz arány Láng teljesítmény Acetilén 1.1 8 Kw/cm 2 Acetilén 2.0 (Oxidáló láng) 18 Kw/cm 2 Propán 4.0 4 Kw/cm 2 Propán 5.0 (Oxidáló láng) ) 5 Kw/cm 2
Lángteljesítmény égő - munkadarab távolság
Hőmérséklet eloszlás/ hevítési idő/fő jellemzők (semleges láng) Acetilén Bután Propán-Bután Propán Plus Propán Összefoglalva: Acetilén Legmagasabb lánghőmérséklet Legnagyobb lángteljesítmény Nagyon koncentrált láng Legkevesebb oxigén Kevesebb pára (H 2 O) Egyéb éghető gázok: ( slow burning gases ) Alacsonyabb lánghőmérséklet (<3000 ºC) Kisebb lángteljesítmény Szélesebb, kevésbé koncentrált láng 3-5X nagyobb oxigén felhasználás Több pára (H 2 O)
Milyen éghető gázt (ill. égést tápláló gázt) használjunk? Cél: Megfelelő végeredmény (minőség), a leggazdaságosabban! Eljárás/Technológia (ill. azok kombinációi): Lángvágás: Elő-/utómelegítés Lánghegesztés Lángforrasztás Lángegyengetés Hőkezelés (lángedzés) Lángszórás?
Lángegyengetés/Lángedzés/Lánghegesztés/Lángfaragás - Acetilén Lángegyengetés: Fém szerkezetek lokális, helyi lánggal (egyéb meleggel pl. AWI, nagyfrekvenciás melegítés, stb.) történő hevítése, élesen körülhatárolt hevített területekkel, megszabott egyengetési hőmérséklettel és a tágulás egyidejű korlátozásával Varrat és hőhatásövezet Egyengetett T- kötés Hegesztett T-kötés melegítés vonala 17
Hőmérséklet ( C) Elő-, utómelegítés/lángforrasztás/melegalakítás??? Éghető gáz??? Jellemzők: Nincs szükség túl magas hőmérsékletre Nincs szükség túl koncentrált lángra Egyenletesebb hőmérséklet eloszlásra van szükség Ace+O2 Ace+ sűrített levegő Ace+ szívott levegő Alkánok +O 2 (levegő) v Hevítési idő (min) Acetilén + Levegő (Lindoflamm)
Lángvágás éghető gáz??? Szempontok: Kézi/gépi Lemezvastagság (vékony/vastag) Folyamatos/szakaszos (lyukasztás) Minőségi vágás/roncs darabolás Egyéb (pl. MSZ EN 1090 keménység ) Gépi vágás: Külön hevítő oxigén (p, V) Külön vágó oxigén (p, V) Kézi vágás: Hevítő/Vágó oxigén azonos forrásból (azonos nyomással)
Vizsgálatok Alapanyag: Szerkezeti acél (St235, St355) Vastagság: 5, 15, 20, 30, 40, 60 mm Tiszta (szemcseszórt) felület Technológia: Kézi /gépi (minden esetben gépi mozgatás) Fejkeveréses/injektoros égő Lyukasztás/Vágás Egyenes/Ferde vágás (30 fokban) Melegítés Gázok (Oxigén + ): Acetilén Propán Propán plusz (Primagáz) PB (háztartási propán-bután) Bután Mérési technika: Gázmennyiség/nyomás mérés Hőmérséklet mérés (hőkamera/lézer/tapintó) Vizuális kontroll
1 mérés nem mérés elv
Lángvágási kísérletek Lemezvastagság mm Égőgáz Vágási tartomány (lemezvastagság szerint) 5 Acetilén 5-10 15 Acetilén 10-50 20 Acetilén 10-50 30 Acetilén 10-50 40 Acetilén 10-50 60 Acetilén 60-100 5 Alkán 3-10 15 Alkán 10-25 20 Alkán 10-25 30 Alkán 25-40 40 Alkán 40-60 60 Alkán 40-60
Lángvágás folyamata
Hevítési idő a gyulladási hőmérsékletig
Hevítési idő a gyulladási hőmérsékletig
Lemezvastagság Égőgáz Vágási tartomány Hevítési mm idő a gyulladási (lemezvastagság hőmérsékletig szerint) 5 Acetilén 5-10 15 Acetilén 10-50 20 Acetilén 10-50 30 Acetilén 10-50 40 Acetilén 10-50 60 Acetilén 60-100 5 Alkán 3-10 15 Alkán 10-25 20 Alkán 10-25 30 Alkán 25-40 40 Alkán 40-60 60 Alkán 40-60
Hevítési idő a gyulladási hőmérsékletig
Felhasznált gázmennyiség a hevítési idő alatt
Felhasznált éghetőgáz a hevítési idő alatt
Felhasznált oxigén a hevítési idő alatt
Gyulladási hőmérséklet elérésének költsége Idő < Éghetőgáz =< Oxigén < Költség???
Fajlagos gázköltség 3,3 PÉNZ/m3 (1,095 kg/m3) 0,96 PÉNZ/m3 (1,87 kg/m3) 1 PÉNZ/m3 Átlag piaci palackos árakkal számolva
1 gépi felhevítés összes gázköltsége
Lyukasztási idő Lyukasztási idő függ: Kézi /gépi Fej mozgása
Lyukaszás 60 mm vastag lemeznél ALKÁNOK ACETILÉN
Lángkép Acetilén Propán plusz Propán PB Bután
Melegítéssel szembeni oldal hőmérséklet változása
Melegítéssel szembeni oldal hőmérséklet változása
Melegítéssel szembeni oldal hőmérséklet változása 15mm 20mm 30mm 40mm 60mm
Lyukaszás 60 mm vastag lemeznél Oka: Másik oldal hideg Nem fejlődik elég hő az anyag elégetéséből a vágóoxigén ráindítása után Elfogy az anyag a fej állása miatt ACETILÉN Elkerülése: Előmelegítéssel ~250 C Lyukasztás közben a fej mozgatásával új elégetni való anyaggal
Hevítési > idő Lángteljesítmény < Éghetőgáz < mennyiség Kézi vs gépi vágás Gépi vágás: Külön hevítő oxigén (p, V) Külön vágó oxigén (p, V) Kézi vágás: Hevítő/Vágó oxigén azonos forrásból (azonos nyomással)
Kézi vs gépi vágás
Kézi vs gépi vágás
Kézi vs gépi vágás
Kézi vs gépi vágás
Vágás Kézi vágás (egy oxigén) Gépi mozgatás Darab szélétől indulunk
Normál vágási sebesség
Vágás gázköltsége 1 m hosszra (lemezszéli indulás)
Vágás gázköltsége 1 m hosszra (lyukasztás 1 db)
Összefoglalás Acetilén Lassú égésű gázok Oxigén Levegő Oxigén Levegő Lángvágás Acetilén Lassú égésű gázok Lánghegesztés +++ 0 0 0 Lángforrasztás (kemény forr.) +++ 0 ++ + Lángforrasztás (lágy forr.) + + +++ ++ Lángvágás +++ 0 +++ 0 Lángfaragás +++ 0 ++ 0 Lángegyengetés +++ 0 + 0 Elő-, utómelegítés ++ +++ +++ + Lángedzés +++ 0 ++ 0 Melegalakítás ++ + +++ 0 Lángszórás +++ 0 ++ 0 "+"-ok száma 26 5 21 3 Lyukasztás vékony lemez +++ ++ vastag lemez ++ +++ Termelékenység vékony lemez +++ ++ vastag lemez ++ +++ Ferde vágás (élelőkész.) vékony lemez +++ ++ vastag lemez ++ ++ Oxigén felhasználás vékony lemez +++ ++ vastag lemez +++ + Gáz költségek vékony lemez +++ +++ vastag lemez ++ + Felületi minőség vékony lemez +++ +++ vastag lemez ++ +++ "+"-ok száma 31 27
Köszönetnyilvánítás A kísérletek végrehajtásában köszönjük az alábbi cégek/személyek segítségét: KÖZGÉP Zrt (Witzl János) Horváth Géza e.v. (Jobbágy Mihály) Primagáz Hungária Zrt (Maklári Attila)
Köszönjük a figyelmet! Linde Gáz Mo. Zrt.