Acetilén és egyéb éghető gázok felhasználása pro és kontra Gyura László, Balogh Dániel Linde Hegesztési Szimpózium Budapest, 2014.10.15.
Linde Gas
Láng alkalmazások (autogéntechnológiák) Legfőbb alkalmazások
Oxigénes lángvágás
Lángszórás
Melegalakítás
Lángegyengetés
Lánghegesztés
Elő-,utómelegítés
Forrasztás
Hő- és felület kezelés
Nyílt láng: Éghető gáz + égést tápláló gáz (oxigén, levegő)
Gyökfaragás
Linde Gas
Éghető gázok és azok tulajdonságai
NÉV
KÉPLET FORRÁS- KRITIKUS PÁRA- SŰRŰSÉG RELATÍV PONT HŐMÉR- NYOMÁS (kg/m3) SŰRŰSÉG (oC) SÉKLET (bar) 15 oC-on (levegő1) 1 bar (oC) 20 oC-on 1 bar 15 oC-on nyomáson nyomáson 1 bar nyomáson C2H2 -84 35 43,2 1,09 0,91 Acetilén -23 129 5,0 1,75 1,46 Metil-acetilén C3H4 C2H4 -104 10 1,18 0,98 Etilén C3H6 -48 92 10,2 1,78 1,48 Propilén H2 -253 -240 0,08 0,07 Hidrogén C3H8 -42 97 8,3 1,88 1,55 Propán CH4 -162 -82 0,67 0,56 Metán
Linde Gas
Biztonságtechnika (Veszélyes koncentráció)
Éghető gáz
Gázkoncentráció a levegőben %
MI-D
Linde Gas
„Tárolási” formák, szállítás
Sűrítéssel gáz fázisban (hidrogén, metán)
Acetilén Oldott (aceton, DMF) + massza
Folyékony fázis (LPG, Propán, PB, Etilén)
Linde Gas
Ki- (el-)vehető gáz mennyiség
Acetilén (aceton kiáramlás veszély): 1palackból folyamatos üzemnél max. 500 liter/óra =(0,5 m3/óra) szobahőmérsékleten!!! Propán (PB): („lefagyás” veszély, nem tud után párologni): Max. 1,5- 2,5 kg/óra , (ca. 800-
1300 liter/óra) Bután: Forráspont -0,5 ºC → Alacsony hőmérsékleten „nem jön ki” a palackból)
Linde Gas
Földgáz (vezetékes), Propán-Bután (PB)
Propán-bután (PB): bután tartalom 40-60%! közötti
Linde Gas
Éghető gázok - Égési jellemzők
NÉV
HŐFEJLŐDÉS
MJ/kg Acetilén Metil-acetilén Etilén Propilén Hidrogén Propán Metán
+8,7 +4,6 +1,9 +0,5 0 -2,4 -4,7
ÉGÉSHŐ (ALACSONY) víz pára lecsapódási hője nélkül MJ/kg MJ/m3 egőgáz égőgáz 48,2 56,5 46,2 82,2 47,1 59,5 45,8 87,6 120,0 10,8 46,4 93,2 50,0 35,9
A NORMÁL LÁNG HŐMÉRSÉKLETE o
C
3106 2984 2902 2872 2834 2810 2770
LÁNG HŐMÉRSÉKLET LEVEGŐ o
C
2300 < 2000 < 2000 < 2000 < 2000 ca. 1900 < 1900
OXIGÉNSZÜKSÉGLET (KEVERÉSI ARÁNY) m3 oxigén/ m3 égőgáz NORMÁL LÁNG 1,1 2,3 2,0 3,1 0,4 4,0 1,8
O2-DÚS LÁNG. 2,5 4,0 3,0 4,5 0,5 5,0 2,0
Linde Gas
Propán plusz
Linde Gas
Éghető gázok égése – szükséges oxigén
„Alkánok” égése (metán, etán, propán, bután…) CnH2n+2 + (3n+1):2 O2 = nCO2 + (n+1)H2O + hő Pl. propán: C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O + hő
Acetilén égése: C2H2 + 2,5 O2 = 2CO2 + H2O + hő
Linde Gas
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 - C2H2+O2 CO+H2 +Hő A lángmag mögött az ún. redukciós zóna a keletkezett szénmonoxid és hidrogén az oxigénnel reakcióba lépve szénmonoxid és vízpára keletkezik 2CO+O2 2CO2 +Hő 2H2+ O2 2H2 O +Hő Lángseprű: további reakció, döntően már a levegő oxigénjével
Linde Gas
Éghető gázok fő jellemzői (lánghőmérséklet, égési sebesség, lángteljesítmény)
Éghető gáz/oxigén arány
Linde Gas
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/cm2
Acetilén
2.0 (Oxidáló láng)
18 Kw/cm2
Propán
4.0
4 Kw/cm2
Propán
5.0 (Oxidáló láng) )
5 Kw/cm2
Linde Gas
Lángteljesítmény égő - munkadarab távolság
Linde Gas
Hőmérséklet eloszlás/ hevítési idő/Fő jellemzők (semleges láng)
Acetilén
Bután
Propán-Bután
Propán Plus
Propán
Összefoglalva:
Acetilén
„Egyéb” éghető gázok:
•
Legmagasabb lánghőmérséklet
•
Legnagyobb lángteljesítmény
•
Alacsonyabb lánghőmérséklet (<3000 ºC)
•
Nagyon koncentrált láng
•
Kisebb lángteljesítmény
•
Legkevesebb oxigén
•
Szélesebb, kevésbé koncentrált láng
•
Kevesebb pára (H2O)
•
3-5X nagyobb oxigén felhasználás
•
…
•
Több pára (H2O)
(„slow burning gases”)
• …
Linde Gas
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 …
?
Linde Gas
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 Tkötés
Hegesztett T-kötés
melegítés vonala 17
Linde Gas
Elő-, utómelegítés/Lángforrasztás/Melegalakítás ??? Éghető gáz ??? Ace+O2
Jellemzők:
…
Alkánok +O2 (levegő) v Acetilén + Levegő (Lindoflamm)
Ace+ „sűrített” levegő
Hőmérséklet (°C)
Nincs szükség túl magas hőmérsékletre Nincs szükség túl koncentrált lángra Egyenletesebb hőmérséklet eloszlásra van szükség
Ace+ „szívott” levegő
Hevítési idő (min)
Linde Gas
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)
Linde Gas
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
Linde Gas
„1 mérés nem mérés” elv
Linde Gas
Lángvágási kísérletek
Lemezvastagság mm 5 15 20 30 40
Acetilén Acetilén Acetilén Acetilén Acetilén
Vágási tartomány (lemezvastagság szerint) 5-10 10-50 10-50 10-50 10-50
60 5 15 20 30 40
Acetilén Alkán Alkán Alkán Alkán Alkán
60-100 3-10 10-25 10-25 25-40 40-60
60
Alkán
40-60
Égőgáz
Linde Gas
Lángvágás folyamata
Linde Gas
Hevítési idő a gyulladási hőmérsékletig
Linde Gas
Hevítési idő a gyulladási hőmérsékletig
Lemezvastagság mm 5 15 20 30 40
Acetilén Acetilén Acetilén Acetilén Acetilén
Vágási tartomány (lemezvastagság szerint) 5-10 10-50 10-50 10-50 10-50
60 5 15 20 30 40
Acetilén Alkán Alkán Alkán Alkán Alkán
60-100 3-10 10-25 10-25 25-40 40-60
60
Alkán
40-60
Égőgáz
Hevítési idő a gyulladási hőmérsékletig
Linde Gas
Linde Gas
Hevítési idő a gyulladási hőmérsékletig
Linde Gas
Felhasznált gázmennyiség a hevítési idő alatt
Linde Gas
Felhasznált éghetőgáz a hevítési idő alatt
Linde Gas
Felhasznált oxigén a hevítési idő alatt
Linde Gas
Gyulladási hőmérséklet elérésének költsége
Idő < Éghetőgáz =< Oxigén < Költség ???
Linde Gas
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
Linde Gas
1 gépi felhevítés összes gázköltsége
Linde Gas
Lyukasztási idő
Lyukasztási idő függ:
„Kézi”/gépi Fej mozgása
Linde Gas
Lyukaszás 60 mm vastag lemeznél
ALKÁNOK
ACETILÉN
Linde Gas
Lángkép
Acetilén
Propán plusz
Propán
PB
Bután
Linde Gas
Melegítéssel szembeni oldal hőmérséklet változása
Linde Gas
Melegítéssel szembeni oldal hőmérséklet változása
Linde Gas
Melegítéssel szembeni oldal hőmérséklet változása
15mm
20mm
30mm
40mm
60mm
Linde Gas
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
Linde Gas
Kézi vs gépi vágás
> < <
Lángteljesítmény
Hevítési idő
• Külön hevítő oxigén (p, V) • Külön vágó oxigén (p, V)
Éghetőgáz mennyiség
Gépi vágás:
„Kézi” vágás: • Hevítő/Vágó oxigén azonos forrásból (azonos nyomással)
Linde Gas
Kézi vs gépi vágás
Linde Gas
Kézi vs gépi vágás
Linde Gas
Kézi vs gépi vágás
Linde Gas
Kézi vs gépi vágás
Linde Gas
Vágás
Kézi vágás (egy oxigén) Gépi mozgatás
Darab szélétől indulunk
Linde Gas
Normál vágási sebesség
Linde Gas
Vágás gázköltsége 1 m hosszra (lemezszéli indulás)
Linde Gas
Vágás gázköltsége 1 m hosszra (lyukasztás 1 db)
Linde Gas
Összefoglalás Lángvágás
Acetilén
Lassú égésű gázok
Oxigén
Levegő
Oxigén
Levegő
Lánghegesztés
+++
0
0
0
Lángforrasztás (kemény forr.)
+++
0
++
+
+
+
+++
++
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
Lángforrasztás (lágy forr.)
Acetilén
Lassú égésű gázok
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
+++ ++
+++ +++
31
27
"+"-ok száma
Linde Gas
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.
