Hiện nay cháy nổ trong quá trình hàn cắt kim loại 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”. Tài liệu này chỉ 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.

Đánh giá sự nguy hiểm cháy nổ

Sự nguy hiểm cháy nổ trong quá trình sử dụng hàn và cắt kim loại

Sự nguy hiểm cháy nổ trong quá trình sử dụng hàn và cắt kim loại

Đặc điểm nguy hiểm cháy nổ của

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 Ξ CH)

Axetylen thuộc loại khí dễ cháy nổ; nhiệt độ tự bắt cháy của Axetylen là 335°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 860 g/m3, áp suất nổ cực đại là Pmax = 103 kG/cm2, nhiệt độ cháy trong không khí lớn nhất là 2322°C, khi cháy trong oxy lớn nhất là 3000°C.

Axetylen có khả năng tự nổ ở nhiệt độ 550°C và áp suất 1,5 atm. Đặc biệt nguy hiểm đối với khí axetylen là khi áp suất lớn hơn 2 atm, bởi vì khi tăng áp suất của các phần 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°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 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°C và Butan sôi ở -0,5°C. Do đó ở 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 kín hoặc bị rò rỉ.

Tỷ trọng: Ở điều kiện nhiệt bộ 15°C và áp suất 760 mmHg, tỷ trọng của Propan lỏng bằng 0,51 còn của Butan lỏng bằng 0,575. Ở điều kiện nhiệt độ 15°C và áp suất 760 mmHg, 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 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

STTThông sốpropanBhutan
1Giới hạn nồng độ bốc cháy, (%V)

Giới hạn thấp

Giới hạn cao

2,2

10

1,8

9,0

2Nhiệt lượng cháy, kcal/kg1190011800
3Nhiệt độ cháy tối đa, °C, tính toán (đo)

Trong không khí

Trong oxy

2000

(1931)

2850

(2740)

2000

(1900)

2850

4Nhiệt độ tự bốc cháy, °C

Trong không khí

Trong oxy

400÷580

470÷575

410÷550

280÷550

5Vận tốc cháy lan, cm/s

Đường kính ống thử 2,54 cm

82,282,2
STTThông sốpropanBhutan
Đường kính ống thử 30,4 cm216210
6Lượng không khí cần thiết để đốt cháy hết 1m3 nhiên liệu23,530,0
7Áp suất hơi bão hòa, kG/cm2

Ở nhiệt độ 0°C

Ở nhiệt độ 50°C

4,7÷5,7

17÷21,5

1,03÷2,0

5÷6,25

8Nhiệt độ tới hạn, °C95150

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 thuỷ phân cacbua canxi (CaC2) trong công nghiệp. Phản ứng hoá học tạo ra khí C2H2 diễn ra như sau:

CAC 2 + 2 H 2 O = C 2 H 2 + Ca (OH) 2 + Q ↑

Phản ứng hoá 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 hoá 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 thuỷ lực là 34 kG/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 26 kG/cm2 xả hơi gas ra ngoài làm giảm áp suất và nhiệt độ tỏng 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 150 at. Khi khí oxy hoà trộn cùng với khí Axetylen theo tỷ lệ quy định sẽ tạo thành hỗn hợp cháy nổ 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 v.v…

Dưới đây là một số nguyên tắc làm việc của mỏ hàn và mỏ cắt.

+ Mỏ hàn kiểu phun (hình 2.1) 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 hoà 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 hoà 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°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

Đặc điểm nguy hiểm cháy nổ trong quá trình hàn cắt kim loại bằng ngọn lửa khí cháy

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 hàn 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 toé 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 3000°C 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 nổ 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…