气焊与气割用的气体

能够燃烧的并能在燃烧过程中释放出大量能量的气体，称为可燃气体；本身不能燃烧，但能帮助其他可燃物质燃烧的气体为助燃气体。

气焊与气割常用的助燃气体是氧气，常用的可燃气体有乙炔（C2H2）、氢气（H2）和液化石油气等。下面着重介绍一下工业上常用的助燃、可燃气体的性质。

（一）氧气

1.氧气的物理化学性质

氧气（O2）是一种无色无味无毒的气体。在标准状态下，氧气的密度是1.43kg/m3，比空气略重，在空气中约占21%，微溶于水。常压下，氧气在－183℃时变为淡蓝色的液体，在－218℃时变成雪花状的淡蓝色的固体。工业上用的大量氧气主要采用液态空气分离法制取。就是把空气引入制氧机内，经过高压和冷却，使之凝结成液体，然后让它在低温下挥发，根据氧气与氮气的沸点不同，来制取氧气。

氧气不能燃烧，但能助燃，是强氧化剂，与乙炔混合燃烧时的温度可达3200℃以上。

2.氧气的安全特点

有机物在氧气里的氧化反应具有放热的性质即在反应进行时放出大量的热量。增高氧的压力和温度，会使氧化反应显著加快，在一定的条件下，由于物质氧化得越来越多和氧化过程温度增高而增加放出的热量，使有机物在压缩或加热的氧气里的氧化过程加速进行。当压缩的气态氧与矿物油、油脂或细微分散的可燃物质（碳粉、有机物纤维等）接触时，能够发生自燃，时常成为失火或爆炸的原因。氧的突然压缩所放出的热量、摩擦热和金属固体微粒碰撞热、高速度气流中的静电火花放电等，也都可以成为火灾的最初因素。因此，当使用氧气时，尤其是在压缩状态下，必须经常注意不要使它与易燃物质相接触。

氧气能与所有可燃气体和液体燃料的蒸气混合而形成爆炸性混合气，这种混合气具有很宽的爆炸极限范围，所以氧气减压表禁油。

多孔性有机物质（炭、炭黑、泥炭、羊毛纤维等），浸透了液态氧（所谓液态炸药），当遇火源或在一定的冲击力下就会产生剧烈的爆炸。

氧气越纯，则可燃混合气燃烧的火焰温度越高。

根据《工业氧》（GB/T3863—2008）的标准规定，工业用的氧气可分为两个等级，一级纯度的含氧量不低于99.5%（体积分数），二级纯度的含氧量不低于99.2%（体积分数），且均无游离水。氧气用压缩机压进氧气瓶或各种管道，氧气瓶内工作压力为15MPa，输送管道内的压力为0.5～15MPa。

（二）乙炔

1.乙炔的物理化学性质

乙炔（C2H2），又名电石气，是不饱和的碳氢化合物，在常温和大气压力下，它是一种无色气体，工业用乙炔中，因为混有硫化氢（H2S）及磷化氢（PH3）等杂质，故具有特殊的臭味。在标准状态下，密度为1.179kg/m3，比空气稍轻。－83℃时乙炔可变成液体，－85℃时乙炔将变为固体，液体和固体乙炔在一定条件下可能因摩擦和冲击而爆炸。乙炔是理想的可燃气体，与空气混合燃烧时所产生的火焰温度为2350℃，而与氧气混合燃烧时所产生的火焰温度为3000～3300℃，因此用它足以熔化金属进行焊接。乙炔完全燃烧反应式如下：

从上式看出，1体积的乙炔完全燃烧需要2.5体积的氧。

2.乙炔的爆炸性及溶解性

乙炔是一种危险的易燃易爆气体。它的自燃点低（305℃），点火能量小（0.019mJ）。在一定条件下，容易因分子的聚合，分解而发生着火、爆炸。

乙炔火焰的传播速度在空气中为2～3.7m/s，在氧气中为13.5m/s。可见一旦着火，传播速度是十分快的，这就更增加了乙炔的危险性。

1）纯乙炔的分解爆炸性

纯乙炔的分解爆炸性，首先取决于它的压力和温度，同时与接触介质、乙炔中的杂质、容器形状等有关。

（1）当温度超过200～300℃时，乙炔分子就开始聚合，而形成其他更复杂的化合物，如苯（C6H6）等。聚合作用是放热的，气体温度越高，聚合作用速度越快，因而放出的热量就会促成更进一步的聚合。当温度高于500℃时，未聚合的乙炔就会发生爆炸分解。如果在聚合过程中将热量急速排除，则反应只限于一部分乙炔的聚合作用，而分解爆炸则可避免。

（2）乙炔的分解爆炸与触媒剂有关，当压力为0.4MPa时，与发热的小铁管表面接触而产生爆炸的最低温度为：

有铁屑时为520℃；有黄铜时为500～520℃；有活性炭时为400℃；有碳化钙时为500℃；有氧化铁时为280℃；有氧化铜时为240℃；有氧化铝时为490℃；有紫铜屑时为460℃；有铁锈（氧化铁）时为280～300℃。

这些触媒剂能把乙炔分子吸附在自己表面上，结果使乙炔的局部浓度增高而加速了乙炔分子之间的聚合和爆炸分解。

（3）乙炔的分解爆炸与存放的容器形状和大小有关。容器的直径越小，则越不容易爆炸。在毛细管中，由于管壁冷却作用及阻力，爆炸的可能性会大为降低。根据这个原理，当前使用的乙炔胶管孔径都较小，管壁也比较薄，对防止乙炔在管道内爆炸是有作用的。

（4）乙炔与铜、银、水银等金属或其盐类长期接触时，会生成乙炔铜（Cu2C2）和乙炔银（Ag2C2）等爆炸性混合物，当受到摩擦冲击时就会发生爆炸。因此凡供乙炔使用的器材都不能用银和含铜量70%以上的铜合金制造。

（5）乙炔与氯、次氯酸盐等化合，在日光照射下以及加热等外界条件下就会发生燃烧和爆炸。所以乙炔燃烧失火时，绝对禁止使用四氯化碳灭火。

2）乙炔与空气、氧气和其他气体混合气的爆炸性

（1）乙炔及其他可燃气体凡与空气或氧气混合时就提高了爆炸危险性。乙炔和其他可燃气体与空气和氧气混合气的爆炸范围见表5-1。

乙炔与空气或纯氧的混合气如果其中任何一种达到了自燃温度（与空气混合气体的自燃温度为305℃，与氧气混合气体的自燃温度为300℃），就是在大气压力下也能爆炸。是否会达到自燃温度而导致爆炸，基本上只取决于其中乙炔的含量。

表5-1　可燃气体与空气和氧气混合气的爆炸极限

（2）乙炔中混入与其不发生化学反应的气体，如氮气、甲烷、一氧化碳、水蒸气、石油气等，或把乙炔熔解在液体里，能够降低乙炔的爆炸性。这是因为乙炔分子之间被其他气体或液体的微粒所隔离，因而使进行爆炸的连锁反应条件变坏的缘故。

乙炔能够溶解在许多液体中，特别是有机液体中，如丙酮等。在15℃、0.1MPa时，1个体积丙酮能溶解23个体积乙炔，在压力增大到1568kPa时，1体积丙酮能溶解约360个体积的乙炔。因此加入丙酮能大大增加乙炔的存储量。同时乙炔压入气瓶后，便溶解于丙酮中，并被分布在多孔性填料的细孔内，乙炔分子被细孔壁所隔离。因此1个分子的分解不会扩散到邻近其他分子，一部分乙炔发生爆炸分解，也不会传及瓶内的全部气体。人们就是利用乙炔这个特性，将乙炔装入乙炔瓶内来储存、运输和使用。

（三）液化石油气

1.液化石油气的物理化学性质

液化石油气（简称石油气）是石油炼制工业的副产品，其主要成分是丙烷（C3H8），大约占50%～80%，其余是丙烯（C3H6）、丁烷（C4H10）、丁烯（C4H8）等，在常温和大气压力下，组成石油气的这些碳氢化合物以气态存在。但是只要加上不大的压力（一般为0.8～1.5MPa）即变为液体，液化后便于装入瓶中储存和运输。在标准状态下，石油气的密度为1.8～2.5kg/m3，比空气重，但其液体的比重则比水、汽油轻。

石油气燃烧的温度比乙炔火焰温度低，丙烷在氧气中燃烧的温度为2000～2800℃，用于气割时，金属预热时间需稍长，但可减少切口边缘的过烧现象，切割质量较好，在切割多层叠板时，切割速度比乙炔快20%～30%。石油气除越来越广泛地应用于钢材的切割外，还用于焊接有色金属。

2.石油气有以下特点和安全要求

（1）石油气易挥发，闪点低，其中的主要成分丙烷挥发点为－42℃，闪点为－20℃，所以在低温时，它的易燃性也是很大的。

（2）石油气燃烧的化学反应式（以丙烷为代表）为

即1份丙烷（石油气）需要5份氧气与之化合（但实际需要量要比理论上多10%）才能完全燃烧。若供氧不足，燃烧不充分，会产生一氧化碳，使人中毒，严重时有致命危险。

（3）液化石油气的燃点比乙炔高，因此使用时比乙炔安全。但石油气和氧气混合气有较宽的爆炸极限，范围为3.2%～64%。

（4）气态石油气比空气重（比重约为空气的1.5倍），易于向低处流动而滞留积聚。

（5）石油气瓶内部的压力与温度成正比。在－40℃时，压力为0.1MPa，在20℃时为0.7MPa，40℃时为2MPa。所以石油气瓶与热源、暖气电等应保持1.5m以上的安全距离，更不许用火烤。液化石油气瓶的瓶体温度不能超过45℃。其他必须遵守氧气瓶和乙炔气瓶的使用规则。

（四）氢气

1.氢气的物理化学性质

氢气是一种无色无味的气体，密度为0.07kg/m3，为空气的6.9%，是最轻的气体。它具有最大的扩散速度和很高的导热性，其导热效能比空气大7倍，极易漏泄，点火能力低，被公认为是一种极危险的易燃易爆气体。

氢气在空气中的自燃点为560℃，在氧气中的自燃点为450℃。氢燃烧火焰的温度可达2770℃。

2.氢气的爆炸性

氢具有很强的还原性。在高温下，它可以从金属氧化物中夺取氧而使金属还原。它广泛地被应用于水下火焰切割，以及某些有色金属的焊接和氢原子焊等。氢与空气混合可形成爆鸣气，其爆炸极限为4%～80%（体积分数），氢气与氧气混合气的爆炸极限为4.65%～93.9%（体积分数），氢气与氯气的混合物为1∶1时，见光即爆炸，当温度达240℃时即能自燃。氢与氟化合能发生爆炸，甚至在阴暗处也会发生爆炸，因此它是一种很不安全的气体。