四节 电石和乙炔发生器

四节 电石和乙炔发生器(站)的使用安全要求

一、电石的使用安全要求

(一)电石的物理化学性质及毒性

电石是碳化钙的俗称，是钙与碳的化合物，其分子式为CaC2。从外表上看，它是坚硬的块状物体，断面呈现深灰色或棕色，

电石的制造是将焦炭和氧化钙放在电炉中熔炼，其反应式为：

CaO+3C＝CaC2+CO－4500kJ

／mol

将溶液注入钢锭模中，并在模中凝固，再按所需大小进行粉碎，然后装入电石桶。一般电石块的大小为2～80mm，小于2mm的电石很少使用。

工业用电石平均含有70％的CaC2，杂质CaO约占24％，其余碳、硅铁、磷化钙和硫化钙等共占6％。 1．电石与水的化合作用

电石属于遇水燃烧危险品。电石与水化合极为活跃，同时生成乙炔气和氢氧化钙(熟石灰)，并放出大量的热，可以使乙炔燃烧引起火灾和爆炸。电石与水的化合反应式为：

CaC2+2H2O＝C2H2+Ca(OH)

2+130kJ／mol 这里应当指出，电石和水有很大的化学亲合力，它甚至能使空气中的水蒸汽或含在盐类中的结晶水分解。因此，当水量不足、化

学反应过程得不到很好的冷却时，上述电石分解的热量可能使反应区的温度上升很高。如果温度不超过200℃，就可能按下列反应生成CaO。

CaC2+Ca(OH) 2＝C2H2+2CaO 在这种情况下，电石因夺去Ca(OH)2中所含的水分而分解，熟石灰成密实的外皮包围着电石块，能使它们淤积并且剧烈地过热。当温度超过300℃，压力超过150kPa，就可引起乙炔的燃

烧爆炸。实际上在这种情况下，电石表面温度可达800～1000℃。

考虑到上述各种原因，分解一公斤电石实际上一般需要5～15公斤水(包括分解用水和冷却用水)。这就是要安全使用乙炔发生器，就必需及时换水和供给足够水量的道理。

2．电石的分解速度 电石与水作用的分解速度(或乙炔气生成速度)是以每公斤电石在分解时

间内所产生的乙炔气体(升)来说明的。它与电石的纯度、粒度及水的纯度和温度有关。

电石及水的纯度高，分解速度比较快，水的温度高也能加速分解。水中混有Ca(OH)2会使电石的分解减缓。

电石块的尺寸大小(粒度)是影响分解速度的最主要因素。电石块的尺寸越小，分解速度越快。当块的尺寸加大时，分解速度随之减缓，

而每公斤电石的乙炔总生成量则增加。最大的分解速度发生在电石与水接触的最初2～4分钟内，而后因为电石表面逐渐粘附熟石灰，分解速度逐步减缓。通常以电石发生乙炔总量的98％作为其完全分解的时间。对每边尺寸为2～8至50～80mm的电石来说，其完全分解的时间变动于5．5～13分钟之间，其关系如表2—5。

表2—5 电石粒度与分解

时间的关系

电石2～8～15～50～粒度3 15 50 80 (mm) 完全分解5.5 6.5 10 13 时间(min) 从表中得知，不同粒度的电石，其分解时间也不同。因此在设计乙炔发生器时，应考虑并规定电石颗粒的尺寸。如果违反规定采用小颗粒电石，则发生器内的气

体压力迅速增大，部分乙炔就经安全阀排入大气中，造成浪费。当安全阀失效时，就会发生事故。反之，大块电石分解速度缓慢，气体压力不稳定，影响焊接工作的顺利进行。 此外，在一般结构的发生器内，严禁使用电石粉(俗称芝麻电石)，因为这种电石粉遇水后立即分解，发生高热并结块，可能促使乙炔自燃。当发生器内存有空气时，更会引起燃烧和爆炸。

3．硅铁杂质

电石一般含有硅铁杂质。硅铁摩擦碰撞容易产生火花，往往成为乙炔燃烧爆炸的火源，发生意外的事故。硅铁来源于制造电石原料中的杂质，如石灰中含有硅酸以及电炉的电极外壳的铁质落入炉料内等。 4．电石的毒性

电石的毒性主要表现在电石具有腐蚀作用，接触皮肤后会引起发炎和溃烂，象被石灰腐蚀一样，电石掉

入眼睛中是危险的。电石由于含有磷化钙、砷化氢等杂质，与水作用放出磷化氢和砷化氢，对人体也是有害的。 (二)电石发生爆炸失火的原因

(1)由于包装不严，电石受潮，桶内空间形成乙炔与空气的爆炸性混合气。 (2)桶内电石含有硅铁，装运时互相摩擦碰撞，产生火花，或是开启电石桶方法和使用工具不当，在操作中撞击而产生火花。

(3)贮存电石的场所地面太低、潮湿或漏水等，电石受潮分解。

(4)电石库房、乙炔站和电石破碎间积存的电石粉末未能及时清扫和妥善处理，吸收空气中的水分而分解。

(三)对电石运输、储存和使用的安全要求 1．电石的运输 搬运电石桶时，如发现电石桶桶盖密封不严等现象，应在室外打开桶盖放气

后，再将桶盖盖严。严禁在雨天运输电石。电石桶上应贴上防火防湿的标签字样。进出库搬运电石时应使用小车，轻搬轻放，电石桶不得从滑板滑下或在地面上滚动，防止撞击摩擦产生火花而引起爆炸。 2．电石的储存

(1)制好的电石应立即装入电石桶内。电石桶应放在木架上，不要放在潮湿的地方。桶盖要盖严，库内严禁烟火。

(2)电石库必须设置在不潮湿、不漏雨、不易于浸水的地面上，仓库的房屋必须是一、二级耐火建筑。库房屋顶应采用不燃烧的材料。库房应有良好的通风设置，一般可采用自然通风。库房应距离明火10m以上，禁止地下室作电石仓库。 (3)电石库应保持干燥，严禁把热水管、自来水管和取暖管道通到库房里去，以防万一水管损坏，室内受潮，引起电石分解，产生乙炔气，

使室内形成乙炔一空气混合气。

(4)电石库的照明设备应采用防爆灯。如无防爆灯，则应将电灯装在室外，把灯光从玻璃窗反射入室内。电灯开关应采用封闭式的，装在库房外面。

(5)电石在进库之前，应仔细检查包装有无破损受潮的现象。如发现可疑现象，应在室外打开桶盖，放出乙炔气体或混合气，然后入库。打开桶盖时，人应站

在桶体侧面，以免万一爆炸时火焰冲出伤人。

(6)电石库内及其附近应备有干砂、二氧化碳、干粉灭火器具等。如电石仓库着火，不能使用含有水分的灭火器(如泡沫灭火器等)救火。泡沫灭火器作用时的化学反应式为：

2NaHCO3+H2SO4＝Na2SO4+2H2O+2CO2 水分可以助长和扩大火势，这是因为电石和金属钠、钾等一样，都是属于忌

水物质。另外，也不能用四氯化碳灭火机扑救，四氯化碳与电石、乙炔气相遇，会发生化学变化，放出光气。使用二氧化碳灭火剂最为适宜，但二氧化碳灭火剂也有缺点。因冷却作用不好，火焰熄灭后，温度可能仍在燃点以上，如不注意，有发生复燃的可能，故二氧化碳适用于空旷地域的灭火。另外二氧化碳能够使人窒息。当空气中的二氧化碳含量达5％时，人的呼吸就会发

生困难，超过10％时就能使人死亡。因此在喷射时，人要站在上风处，尽量靠近火源。在空气不流畅的场合，喷射后应立即通风。 3．电石的使用

(1)禁止使用火焰或可能引起火星的工具开电石桶。使用铜制的工具时，含铜量要低于70％。空电石桶在未经安全处理之前，不能接触明火，更不能直接焊接，否则是很危险的。 (2)电石桶倒出的碎电

石和粉末，不要随便乱倒，应有专人负责，并随时处理掉。最好集中倒在电石渣坑里，并用水彻底分解以妥善处理。电石渣坑上口应是敞开的，渣坑内的灰浆和灰水不得排入暗沟。出渣时应防止铁制工具、器件碰撞而产生局部火花。 总之，电石属于一级危险品，在装桶、搬运、贮存、开桶和使用过程中如果处理不当、极易发生爆炸事故，后果不堪设想。为了保障操

作工人的人身安全，防止工伤事故发生和减少经济损失，国家标准GB 9448《焊接与切割安全》中在电石、电石坑方面做了一些明文规定。我们在日常工作当中要严格遵守，千万不可大意。

二、乙炔发生器(站)的使用要求

(一)乙炔发生器的种类和构造

乙炔发生器是利用电石和水相互作用以制取乙炔的设备。

1．种类

乙炔发生器的种类很多。可根据实际生产所需要的乙炔消耗量和乙炔的工作压力，选用一定型号的乙炔发生器。

乙炔发生器按所制取乙炔压力的不同，可分为低压式(乙炔压力在0．007MPa以下)和中压式(乙炔压力为0．007～0．15MPa)两种；按其发气量不同，可分为0．5、1、

3

3、5至10m／h五种，一般

是前两种制成移动式，后三种制成固定式；按工作原理可分为排水式、滴水式、排水与滴水联合式等几种。 2．构造

各种乙炔发生器，不论其型式及生产能力如何，皆应具有下列各主要部分： (1)气体发生器(一个或数个)。

(2)气体收集器(贮气罐)。

(3)安全设备(一个或数个)，用以防止压力升高

至允许压力以上。

(4)安全液封，用以防止回火火焰及制气时空气和氧气进入发生器内。 目前我国广泛采用的排水式中压乙炔发生器，主要由发气室、回火防止器、贮气罐和发生器外壳等组成，下部装有小轮，可移动常用的Q3—1型排水式中压乙炔发生器结构如图2—10所示。

图2—10 Q3—1型排水式

中压乙炔发生器 1—手柄； 2—泄压膜； 3—外壳； 4—电石篮； 5—发气室； 6—挤压室； 7—电石篮调节杆； 8—出渣口； 9—压力表； 10

—回火防止器； 11—贮气

桶； 12—溢水阀

排水式中压乙炔发生器的作用原理是电石装在发气室电石篮内，电石与水接触后即产生乙炔气体，当乙炔压力增高时，发气室内的水被排挤到隔层中去，使发气室内的电石与水脱离，停止产生乙炔。乙炔压力降低时，隔层内的水流回发气室，使水与电石重新接触。 这种发生器的优点是使用方便，压力也比较稳定；

发气室和贮气罐都装有泄压膜，比较安全可靠；电石篮浸入水中后，电石与水能充分接触，冷却条件好，乙炔含硫量少；电石分解过程中熟石灰不断沉积底部，不容易形成熟石灰外壳而导致电石过热。缺点是装电石时需要中断生产，每次装的数量也不多，而且乙炔的温度较高。

(二)乙炔发生器着火爆炸的原因和分类

1．由于电石属于遇水

燃烧的一级危险品，乙炔又系易燃易爆之气体，所以，乙炔发生器也是具有燃烧爆炸危险的压力容器，乙炔发生器着火爆炸的原因有： (1)结构设计不合理，冷却用水不足或没有按时换水等造成电石过热，罐体升温过高。

(2)缺少必要的安全装置(如安全阀、回火防止器等)或安全装置失灵。 (3)发生器罐体或胶管连接处漏气。

(4)装料换料时遇明火，机件之间或机件与硅铁之间相互摩擦碰撞产生火星。 (5)在发生器罐体或胶管中形成乙炔与空气或乙炔与氧气的爆炸性混合气。 (6)由于回火而引起。 (7)由于电石质量差、含磷过多、颗粒太细或一次加料过多。

(8)发生器内的压力或温度过高。

2．乙炔发生器的爆炸事故分类

(1)加料时的爆炸 加料时发生爆炸往往是由于电石含磷过多、有明火或电石篮同器壁摩擦碰撞产生火星等原因，引起乙炔与空气混合气体的燃烧爆炸。这类事故一般都发生于发气室内。有些发生器的发气室与集气室相互连通，并无水封，有些虽有水封但已失灵，因此，使发气室的爆炸波传到集气室(罐)，引起集气室连爆。当泄压孔没有足够的面积时，往往把发

生器炸坏。

(2)换料时的爆炸事故 换料时往往由于电石过热，遇到其它明火、碰撞产生的火花或磷化氢自燃引起发气室内乙炔与空气的混合气爆炸。

(3)回火爆炸事故 在焊接操作过程中发生的这类事故有两种情况： (1)加料后工作刚开始时，积存于发气室的空气没放净，造成乙炔与空气混合气的爆炸。

②工作过程中发生的乙炔与氧气混合气的爆炸。回火可能引起回火防止器，集气室或主罐的爆炸。 (三)乙炔发生器的安全装置

乙炔发生器的安全装置包括有：

(a)阻火装置。其作用是发生回火时防止火焰进入贮气罐、主罐或进入乙炔管道内。例如水封式或干式回火防止器。

(b)防爆泄压装置。其

作用是当发生器的压力升高而超过一定压力时，或是发生爆炸而产生压力时，能及时自动泄出气体，降低压力，从而防止发生器罐体的破裂。例如安全阀、泄压膜等。

(c)指示装置。其作用是显示乙炔的压力、水与乙炔的温度及水量等。例如压力表、温度计和水位指示器等。

1．回火防止器

回火防止器是发生器

不可缺少的安全装置。回火防止器的主要作用是在焊割过程中。当焊炬或割炬发生回火时，能有效的堵截回火火焰窜入发生器内，从而防止乙炔发生器发生爆炸事故。若在乙炔通路中没有回火防止器或回火防止器工作状态不正常，则不允许进行焊割工作。

当使用瓶装乙炔时，可不必另行装置回火防止器，因为乙炔瓶内的压力较高，发生火焰倒燃的可能性较

小。

(1)对回火防止器的基本要求：

①能可靠地阻止回火和爆炸波的传播，并且能迅速地使爆炸气体排除到大气中去。

②应具有泄压装置。 ③能满足焊接工艺的要求，例如不影响火焰温度，气体流量等。 ④容易控制、检查、清洗和维修。

⑤在发生回火时最好

能自动切断气源。

(2)回火防止器的分类： ①按工作压力分为低压式(0．01MPa以下)，中压式(0．01～0．15MPa)回火防止器。

②按作用原理可分为水封式和干式回火防止器。 ③按装置部位不同可分为集中式和岗位式回火防止器。

(3)回火防止器的构造： 目前国内大多使用水封式回火防止器。

图2—11所示为一种安全性能较好的中压水封式回火防止器。它主要是通过防止器底部的球体逆止阀8和水封阻止火焰进入发生器内。顶部有足够面积的泄压膜2，当发生回火爆炸时能及时泄出爆炸压力，并能自动切断气源。

图2—11 中压水封式回

火防止器

1—出气管 2—泄压膜 3—分水管 4—分水板 5—水位阀 6—简体 7—分气板 8—逆止阀 9—

进气管

水封式回火防止器的使用应注意下列安全要求： ①器内水量不得少于水位计标定的要求。水位也不宜过高，以免乙炔带水过多，影响火焰温度。每次发生回火后应随时检查水位并补足。此外，回火防止器使用时应垂直挂放。 ②冬季使用时，工作结束后应把水全部放净，以免冻结。如发生冻结现象，只能用热水或蒸汽解冻，严禁用明火或红铁烘烤。

③每个岗位回火防止器只能供一把焊炬或割炬单独使用。

④乙炔容易产生带粘性油质的杂质，因此应经常检查逆止阀的密封性。 ⑤使用前应先排净器内乙炔与氧气的混合气体。 图2—12是中压干式回火防止器。其特点是不采用水封，而装有膜座、膜盖及防爆膜片组成的防爆装置。由于出气管离防爆膜很近，在发生回火的瞬间，要

求防爆膜立即被冲破，使燃烧气体很快地散发到大气中去。

图2—12 中压干式回火

防止器

1—进气管 2—盖 3—逆止阀 4—简体 5—膜座 6—膜盖 7—防爆膜 8—

出气口

当发生回火时，倒燃的火焰从出气管烧入爆炸室，使爆炸室中的压力立即增高，防爆膜瞬间被冲破，燃烧气体就散发到大气中去。同时，由于阀体内腔的压力也随即增高，使逆止阀密闭，暂时停止供气，所以起到防止回火的作用，但由于逆止阀的关闭是暂时的，当爆炸室泄压后，具有一定压力的乙炔又会将逆止阀顶开继续供气，因此，此时必须关

闭乙炔总阀。被冲破的防爆膜经更换后才能使用。 这种回火防止器比水封式回火防止器优越些，但其最大缺点是当发生回火时不能切断气源。 2．泄压膜

(1)泄压膜的工作原理 乙炔与空气(或氧气)混合气的爆炸虽然是在瞬间产生，但从起爆到气体激烈膨胀，到最后结束，还是有一个过程的，亦即释放出热量和气体由少到多；温度

由低到高；爆炸压力由小到大的发展过程。根据这一特点所以在乙炔发生器的发气室、贮气室和回火防止器等罐体的适当部位设置一定面积的泄压膜(脆性材料)，构成薄弱环节。当爆炸发生时最薄弱处在起爆后较小的爆破压力作用下就首先遭受破坏，将大量气体和热量释放出去，从而保住容器主体避免设备损失和在场人员的伤亡。

(2)泄压膜的安全要求

发生器工作时，泄压膜片长期承受工作压力、高温和气体的腐蚀、还要保证设备的气密性，然而遇到爆炸增压时必须立即破裂，这就要求泄压膜片除要有一定的面积和适当的装设部位外，还要有足够的强度，以承受工作压力(一般在0．15MPa以下)，良好的耐热、耐腐蚀性，同时又有脆性，当受到爆炸波冲击时易于破裂。厚度要尽可能地薄，但气密性要好等。

(3)泄压膜的材料 目前制作泄压膜片的材料有铝箔片、薄铝板、橡胶片、胶片(X光片、赛璐珞片)和有机玻璃片等，但其中有的在压力和温度作用下变形较大，有的易燃，很不理想。比较起来，泄压膜孔径小于100mm时，用0．1～0．15mm厚的铝箔片作泄压膜较理想。铝箔片的特点是延伸性和弹性都小，脆性大，并有足够的强度，使用时间长，气密性好。试

验证明，直径110mm、厚0．10mm的铝片能承受0．25MPa以上的静压力，完全可以满足发生器工作压力的要求。当发生爆炸时，不但能及时顺利泄压，而且破裂的膜片也不会伤人。 3．安全阀

当乙炔压力超过正常工作压力时，乙炔发生器安全阀即自动开放，把发生器内部的气体排出一部分，直至压力降到低于工作压力后才自行关闭，以防发生爆炸事故。安全阀开放时气体从阀中喷出，发出吱吱的响声，从而起到自动报警的作用。

图2—13是乙炔发生器一般采用的弹簧式安全阀。它是利用乙炔压力与弹簧压力之间的压力差变化，来达到自动开启或关闭的要求。调节螺丝5用来调节弹簧1的压力，以调整安全阀的开放压力。

图2—13 弹簧式安全阀 1—弹簧 2—阀杆 3—阀芯 4—阀体 5—调节螺

栓

为使安全阀经常保持灵敏有效，在乙炔发生器运行中应经常保持安全阀的清洁，并定期作排气试验，防止安全阀的排气管、阀体弹簧等被乙炔中的灰渣、粘性杂质及其它脏物堵塞。并经常检查安全阀是否漏气或是否排气顺利等，发现故障，应及时检修。禁止拧紧调节螺栓，甚至用铁丝捆死阀门或使用失效安全阀的错误做法来消除泄漏。

4．压力表

乙炔发生器装设压力表，是用以直接指示发生器内部的乙炔压力值。常用的是单弹簧管式压力表，其结构如图2—14所示。弹簧1的一端牢固地焊在支座2上，支座则固定在表壳3内，接头4与乙炔导管相连。当乙炔流入弹簧弯管时，由于内压作用，使变管向外伸展，发生角位变形，通过拉杆6和扇形齿轮7带动小齿轮8转动。小齿轮轴上装有

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