Việc sử dụng khí C2H2 và LPG để hàn cắt kim loại

Axêtylen(C2H2) và LPG(Liquified Petroleum Gases) là 2 nhiên liệu chính kết hợp với Oxy để hàn, cắt kim loại.

Trên thế giới, nhiều nước sử dụng Axetylen- Oxy và cũng có nhiều nước sử dụng LPG- Oxy trong việc hàn cắt kim loại.

Ở Việt Nam chúng ta chưa có cơ quan nào nghiên cứu hướng dẫn sử dụng lạo khí này hay khí kia tốt hơn. Trong khuôn khổ hạn hẹp bài báo này, tác giả xin giới thiệu với bạn đọc đặc tính chung của LPG, Axetylen và các tính chất của ngọn lửa hàn cắt của hỗn hợp các khí trên với Oxy nhằm góp phần vào việc xác định hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong sản xuất.

I. Giới thiệu chung

1. Axetylen – Oxy được dùng từ rất lâu để hàn cắt kim loại, trong đó Axetylen được tạo ra ở bình sinh khí (pin hàn) bằng cách cho đất đèn tiếp xúc với nước. Cách làm này có rất nhiều nhược điểm mà nổi bật là vấn đề môi trường và an toàn, hơn nữa khi bỏ nhiều đất đèn vào pin hàn mà không sử dụng hết thì áp suất tăng nhanh cần phải xả đi dễ gây cháy nổ.

Axetylen hòa tan đóng chai loại bỏ hoàn toàn các nhược điểm của pin hàn cổ điển, ngoài ra khi không dùng nữa thì đóng vai chai để tránh tổn thất và an toàn. Axetylen được sản xuất từ đất đèn hoặc bằng phương pháp Cracking các khí gốc Hydro Cacbon như Metan, Etan, Propan, Butan… sau đó được nén lên đến áp suất 20-26 bar nạp vào chai thép chứa chất xốp và Acetol. Axêtôn ở các lỗ rồng của chất xốp có tác dung hòa tan môt khối lượng 5-7 kg C2H2 ở áp suất tương đối thầp. Còn chất xốp có tác dụng chống nổ phân hủy của Axetylen và phân bố đều Axetylen trong chai.

Ở Miền Nam người tiêu dùng công nghiệp đã quen dùng C2H2 hòa tan do có dây chuyền sản xuất của Mỹ để lại trước giải phóng như: Công ty Sovigaz Khánh Hội , Nha Trang , nhà máy oxy Đà Nẵng và nhiều cơ sở sản xuất tư nhân khác.

Ở Miền Bắc, chưa dùng phổ biến khí C2H2 đóng chai. Chỉ từ khi nhà máy Dưỡng Khí Yên Viên (nay công ty khí Công nghiệp) và nhà máy đất đèn Tràng Kênh lắp đặt dây chuyền khí C2H2 hòa tan thì việc sử dụng khí C2H2 đóng chai mới tương đối rộng rãi. Doanh số khí C2H2 hòa tan bán ra hàng năm của các công ty sản xuất khí Axetylen ngày càng tăng đã chứng tỏ điều đó.

2. LPG mà người ta quen goị là “Gas” với tỷ lệ 30% Propan với 70% Butan hoặc 50%/50%( tùy theo từng hãng) bắt đầu thâm nhập lại vào Miền Nam và phát triển ra Miền Bắc từ cuối những năm 80. Ban đầu LPG đi vào sinh hoạt gia đình và đã dần dần thay thế cách đun nấu truyền thống như than , dầu , điện….bởi các ưu điểm hơn hẳn: sạch sẽ , an toàn, văn minh , rút ngắn thời gian nấu do nhiệt tập trung.

Gần đây LPG đã phát triển sang lĩnh vực công nghiệp. Nhiều cơ sở sản xuất đã dùng LPG thay thế Axetylen pin hàn và thấy rõ được ưu điểm của LPG như tiện lợi, an toàn, đảm bảo vệ sinh môi trường và dự trữ LPG được nhiều hơn. Người tiêu dùng Axetylen hòa tan đóng chai thì phân vân trong việc chuyển đổi cách sử dụng. Vậy giữa 2 loại khí công nghiệp này có những ưu điểm gì?

 II. So sánh sử dụng Axetylen và LPG trong công nghiệp

Bảng sau cho biết những đặc tính kỹ thuật chính của 2 loại khí này

Để so sánh LPG và Axetylen cần xem xét các chỉ tiêu sau đây

1. Mức độ an toàn trong sử dụng

Theo bảng trên thì nhiệt độ bốc cháy và giới hạn cháy nổ của LPG thấp hơn của C2H2 có nghĩa là LPG dễ gây cháy nổ hơn Axetylen. Tỷ trọng tương đối so với không khí của LPG cũng lớn hơn Axetylen nên khi bị rò rỉ , Axetylen bốc lên cao, trong khi đó LPG lại tụt xuống vị trí thấp nhất của mặt bằng, nồng độ tăng dần.

Tuy nhiên Axetylen có một tính chất rất nguy hiểm mà LPG không có, đó là sự kích nổ và ngọn lửa tạt lại. Sự kích nổ là quá trình cháy mà hỗn hợp bị cháy trước ngọn lửa và xuất hiện khi đốt hỗn hợp C2H2 –O2 nóng bằng chất nổ hay tốc độ cháy quá cao. Áp suất trong song kích nổ có thể tăng lên 30 lần và trong song tạt ngược lại khỏng 50-100 lần. Để chống kích nổ và ngọn lửa tạt lại, ngươi ta dùng van một chiều và thiết bị dập lửa tạt lại trong thiết bị bị nạp và sử dụng Axêtylen.

2. Các tính chất ngọn lửa của các khí đốt với Oxy

+ Về vận tốc cháy của ngọn lửa: Tốc độ cháy của hỗn hợp khí đốt với oxy phụ thuộc vào tỷ lệ thành phần hỗn hợp cháy. Đối với hỗn hợp C2H2 – O2 thì tốc độ cháy cao nhất là 13.3 m/s với tỷ lệ C2H2 –O2 là 1 : 1.2. Đối với LPG –O2 tốc độ cháy cao nhất là 4.5m/s tương ứng với tỷ lệ 1 : 4.5.

+ Về công suất của ngọn lửa : Ngọn lửa hàn cgia làm 2 phần: phần ngọn lửa nhân hàn và phần đốt nóng. Để hàn kim loại dày, đặc biệt là cắt kim loại thì phần ngọn lửa nhân hàn mới được sử dụng hữu ích. Đối với ngọn lửa Axetylen- oxy do nhiệt độ cao 3160 0C, nhiệt lượng lớn 54.600 kj/kg nên ngọn lửa nhân hàn có nhiệt độ từ 2500-30000C, chiếm tới 40% tổng số ngọn lửa, trong khi LPG – Oxy ngọn lửa nhân hàn chỉ có 25%. Công suất của ngọn lửa nhân hàn C2H2 – O2 laf 17.5kj/cm2-s so với 5.6kj/cm2-s của PLG – O2.

+Về ngọn lửa hàn có 3 loại: ngọn lửa thiếu Oxy, ngọn lửa trung tính, ngọn lửa Oxy hóa phụ thuộc vào tỷ lệ khí đốt và Oxy (Thông thường ngọn lửa trung tính được sử dụng cho hàn và điều chỉnh lưu lượng ngọn lửa Oxy hóa dùng cho cắt kim loại ). Muốn đạt được ngọn lửa trung tính của hỗn hợp cháy LPG-oxy cần điều chỉnh bằng thiết bị đo lưu lượng vì nhìn ngọn lửa không xác định được, hơn nữa tỷ lệ Oxy so với PLG dao động tư 3.9-4.5. Đối với C2H2 –O2 tỷ lệ Oxy so với Axêtylen là (0.67-1) ; (1-1.2); > 1.2 tương ứng với 3 loại trên và có thể nhìn vào ngọn lửa hàn để điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp sao cho phù hợp với mục đích sử dụng mà không cần thiết bị đắt tiền.

+ Về tỷ lệ tham gia Oxy hóa kim loại khi hàn cắt ở chế độ điều chỉnh bình thường hầu như không đáng kể, trong khi đó tỷ lệ này của PLG là 10-12%.

Tóm lại: Về các tính chất ngọn lửa thì C2H2 – O2 có ưu điểm vượt trội so với PLG –oxy khi hàn cắt kim loại vì vậy vận tốc hàn cắt kim loại sẽ cao, nung nóng kim loại nhanh, nhiệt đưa vào tập trung dẫn đến thời gian gia công kim loại được rút ngắn, về chất lượng gai công thì vết cắt phẳng, sạch, vết hàn không phải làm sạch lại.

3. Mức độ dự trữ khi sử dụng

Khác với Axetylen hòa tan đóng chai, LPG có khả năng dự trữ để sử dụng rất lớn trong các bồn chứa vì vậy có thể áp dụng những phương pháp cung cấp và sử dụng LPG tập trung. Axeetylen chỉ có thể chứa trong chai chứa chất xốp với khối lượng 5-7 kg mỗi chai nên khi dùng nhiều cần phải xó một lượg chai rất lớn để luân chuyển. Đây cũng chính là nhược điểm căn bản của Axeetylen so với LPG.

4. Hiệu quả kinh tế

Giá 1 kg Axêtylen là 40.000 đ, LPG là 8.000 đ (năm 2000). Nếu tính lượng Oxy cần dùng cho 1 kg LPG gấp 3.5 -4 lần so với 1 kg Axetylen thì chi phí về nguyên liệu khi hàn cắt 1kg Axetylen khoảng 44.000 đ, 1kg LPG – 24.000 đ. Tuy nhiên điều này chưa thể phản ánh được hiệu quả kinh tế của việc sử dụng Axêtylen hay LPG trong hàn cắt kim loại.

Muốn so sánh lợi ích kinh tế của mỗi loại cần có sự đánh giá tổng hợp về tất cả các chi phí trong cơ cấu tổng chi phí; trong đó ngoài chi phí về mua khí đốt và Oxy ra, còn có tiền khấu hao máy móc, chi phí nhân công. Hai yếu tố cuối lại phụ thuộc rất nhiều vào năng suất lao động.

Biểu đồ

Biểu đồ trên cho ta thấy chi phí cắt 1 m kim loại bằng Axêtylen – Oxy tùy thuộc vào độ dày(theo tài liệu của Linde AG – CHLB Đức).

Từ biểu đồ ta thấy rằng 90% chi phí là lương và khấu hao máy móc, chỉ có 10% là chi phí cho C2H2 và O2. Theo phân tích ở mục 2, dùng Axêtylen – Oxy vận tốc hàn cắt sẽ cao, vết hàn cắt phẳng, sạch không cần phải xử lý sau khi gia công nên năng suất lao động tăng gấp 2 lần so với dùng LPG – Oxy.

Đến đây chắc sẽ có bạn hỏi là các nước khác họ có sử dụng LPG trong hàn cắt kim loại không? Theo chỗ chúng tôi biết thì ở các nước công nghiệp phát triển như Tây Âu, Mỹ, Nhật,… Axêtylen được sử dụng nhiều hơn LPG trong gia công cơ khí, nhưng các nước Hàn Quốc, Thái Lan, Maláyia,… lại thích dùng LPG hơn Axêtylen. Để có thể bàn kỹ hơn vấn đề này, có lẽ cần có một cuộc hội thảo chuyên ngành.

Theo www.cryotechvietnam.com.vn