Глава II. Сварочные материалы.

§ 1. Кислород. Газообразный кислород. Жидкий кислород.

Высокотемпературное сварочное пламя, необходимое для газопламенной обработки, образуется при сгорании горючих газов или жидкостей в смеси с техническим кислородом.

Газообразный кислород. При нормальной температуре и давлении кислород представляет собой газ без цвета, запаха и вкуса. При очень низких температурах газообразный кислород может превратиться в жидкость и даже в твердое вещество. Кислород не горит, но активно поддерживает горение, при котором выделяется значительное количество тепла. При соединении сжатого кислорода с маслами, жирами и другими горючими веществами может произойти самовоспламенение Соединение его с горючими газами или парами горючих жидкостей при наличии открытого огня или даже искры может привести к взрыву.

Технический газообразный кислород для газопламенной обработки выпускается трех сортов ГОСТ 5583-68*:

1-го сорта, содержащего не менее 99,7% чистого кислорода (по объему).

2-го сорта - не менее 99,5% и 3-го - не менее 99,2%.

Примесями в кислороде являются азот, аргон, углекислый газ, водяные пары и другие составляющие атмосферного воздуха.

Жидкий кислород. При температуре ниже -183° С и нормальном давлении газообразный кислород превращается в голубоватую, подвижную и легкоиспаряющуюся жидкость. При этом занимаемый газом объем уменьшается примерно в 850 раз. При нагревании жидкий кислород снова превращается в газ. Жидкий кислород выпускается двух сортов (ГОСТ 6331-68): сорт А с содержанием не менее 99,2% кислорода и сорт Б с содержанием не менее 98,5% кислорода. В жидком состоянии кислород находится только при получении, хранении и транспортировке. Для газопламенной обработки его превращают снова в газообразное состояние.

Жидкий кислород – это агрегатное состояние кислорода, в котором он представляет собой бледно-синюю жидкость. Он относится к категории веществ, которые одними из первых стали использоваться в разных областях промышленности. Жидкий О 2 используется с двумя целями: для усиления процессов горения и для окисления химических процессов. Именно необходимость решения этих задач стала причиной популярности воздухоразделительного оборудования.

Физические свойства жидкого кислорода

В жидком состоянии кислород имеет бледно-голубой оттенок. При переливании из одной емкости в другую жидкий кислород выделяет водяные пары, поглощая тепло из окружающего воздуха. При этом температура воздуха резко снижается, что приводит к образованию тумана.

Этот вид кислорода способен закипать при температуре 183°С. Если в это время поместить его в среду, в которой температура воздуха составляет около 30-40°С, то кипение лишь усилится. При комнатной температуре жидкость быстро испаряется.

Для того чтобы снизить скорость испарения кислорода жидкого, его помещают в специальные баллоны. Баллон для хранения О 2 представляет собой двухслойный сосуд. Внутренняя стенка баллона покрыта слоем серебра, а между ней и внешней стенкой полностью выкачан весь воздух. Слой серебра необходим для того, чтобы отражать тепло. В таком баллоне кислород может храниться на протяжении нескольких суток.

К другим физическим свойствам жидкого кислорода можно отнести следующие:

• температура кипения – -183°С,
• критическое давление – 497 атмосфер,
• температура плавления – -219°С,
• температура затвердевания – -220°С.

Как получают жидкий кислород?

Кислород, которым мы дышим, – это своеобразный «микс» из азота, кислорода и аргона. Смесь также содержит углекислый газ (0,03%), водород, закись азота и другие редкие газы. Для того чтобы перевести кислород в жидкое состояние, необходимо охладить воздух. При давлении в 50 атмосфер и температуре воздуха от -191,8 до -193,7 достигается глубокое охлаждение воздуха и его переход в жидкое состояние.

После этого проводят ректификацию, то есть отделение азота от кислорода. Этого добиваются путем многократного нагревания жидкости, в ходе которого первым делом испаряется азот, а оставшаяся жидкость обогащается О 2 .

В каких областях используют жидкий кислород?

В настоящее время жидкому кислороду находится применение в разных областях промышленности:

• химической,
• стекольной,
• металлургической,
• фармацевтической,
• целлюлозно-бумажной.

Жидкий О 2 служит в качестве сырья для получения других химических соединений, вроде двуокиси титана или окиси этилена. С его помощью также можно повысить производительность большинства окислительных процессов.

В стекольной промышленности кислород применяется для интенсификации процессов горения, необходимых для поддержания работы стеклоплавильных печей. Помимо этого, он помогает снизить выбросы оксида азота и увеличить эффективность стекольного производства.

С этой же целью жидкий О 2 используется в металлургии, где он обогащает воздух и повышает эффективность процесса горения.

С жидким кислородом связано ускорение процессов роста клеток, поэтому в фармацевтике его добавляют в ферментеры и биореакторы.

В целлюлозно-бумажной отрасли промышленности с помощью этого вида кислорода осуществляется окислительное экстрагирование, обработка сточных вод и делигнификация (процесс получения целлюлозы).

Помимо этого, кислородом жидким пользуются в автомобилестроении и машиностроении, где он применяется в качестве вспомогательного газа во время лазерной резки. Его также добавляют в состав защитных газовых смесей.

Техника безопасности при работе с жидким кислородом

При работе с жидким кислородом нет угрозы отравления, но все же некоторые требования безопасности необходимо строго соблюдать:

• надевать специальную одежду для защиты участков тела от обморожения,
• избегать контакта с открытым пламенем во время и через 20-30 минут после работы с О 2 ,
• проводить сварочные и ремонтные работы только через 2-3 часа после окончания манипуляций с этим видом газа,
• перед перекачкой О 2 необходимо слегка охладить систему путем небольшого расхода продукта.

Преимущества сотрудничества с НПК «Грасис»

Научно-производственная компания «Грасис» осуществляет поставки оборудования, которое позволит вам самостоятельно получать газообразный кислород из атмосферного воздуха.

Наша компания более 10 лет занимается разработкой и производством газо- и воздухоразделительного оборудования, а также инжинирингом, проектированием и выполнением комплексных работ «под ключ». Мы поможем вам решить любые задачи, связанные с газо- и воздухоразделением, утилизацией попутного нефтяного газа и подготовкой природного газа.

В процессе производства оборудования мы используем нанотехнологии и высококачественные комплектующие, благодаря которым улучшаются технико-эксплуатационные свойства продукции. Свяжитесь с представителями компании «Грасис», чтобы получить развернутую информацию о заинтересовавшей вас установке!

Более подробно Вы можете ознакомиться с кислородным оборудованием (кислородные генераторы, кислородные установки, кислородные станции) на странице

Жидкий кислород представляет собой одно из четырех агрегатных состояний О 2 . Вещество имеет бледно-голубой оттенок, обладает плотностью 1,141 г/см³, благодаря чему свободно переливается из одного сосуда в другой. Жидкая форма кислорода – нетипичное состояние элемента. О 2 становится таким при ректификации воздуха, а также при намеренном охлаждении кислорода до температуры -183°С.

По сравнению с газообразным кислородом, жидкий кислород имеет не такую широкую сферу применения. Он используется в космической, а также газовой отраслях. Однако чаще всего кислород переводят в жидкое состояние для более рационального хранения и транспортировки к месту использования, где вещество перед применением газифицируют.

В таком виде элемент используется в различных сферах промышленности: в медицине, экологии, в химической, нефтедобывающей, горнодобывающей, металлургической, пищевой и многих других отраслях. Применяется кислород и при осуществлении сварочно-режущих работ по металлу.

Свойства вещества

Разнообразие сфер использования газообразного вещества – следствие уникальных физических и химических свойств элемента. Кислород проявляет активность при вступлении в реакцию практически со всеми химическими элементами, кроме золота и инертных газов. Такое свойство сохраняет и материал в жидком виде.

Так, например, при контакте с органическими веществами, маслами и жирами даже с минимальным тепловым воздействием кислород способен создать горючие смеси, которые могут быть взрывоопасными. Такие свойства кислорода обусловливают создание строгих мер безопасности при транспортировке, хранении и работе с веществом.

Способы добычи жидкого кислорода

Основной метод получения жидкого кислорода заключается в переработке воздуха. Такой способ представляет собой комплексный процесс, состоящий из нескольких этапов:

• прежде всего воздух переводят в жидкое состояние, что достигается при снижении температуры вещества до -193,7°С;
• после сжижения воздуха происходит постепенное повышение температуры: на этом этапе начинается разделение вещества на N 2 и жидкий О 2 ;
• ректификация воздуха осуществляется за счет разных температур кипения азота и кислорода: первым в газообразное состояние переходит азот, а жидкий О 2 не меняет своей формы до температуры -182,97° С.

Получение жидкого вещества путем разделения воздуха осуществляется преимущественно на специализированных предприятиях, имеющих комплекс необходимого оборудования. После этого элемент размещается в сосудах Дьюара или же в других криогенных резервуарах для более удобной и безопасной транспортировки.

Добыча кислорода может осуществляться и непосредственно на месте использования. Такие работы стали возможными благодаря специальным кислородным адсорбционным станциям по переработке воздуха, что уменьшает затраты на транспортировку элемента и делает процесс использования более безопасным.

Особенности использования жидкого кислорода

Хотя О 2 в жидком состоянии не обладает токсическими свойствами, существует строгий перечень мер безопасности по работе с элементом:

• контактируя с жидким кислородом, а также с кислородными резервуарами, необходимо использовать специальные защитные средства; к ним относятся комбинезоны, рукавицы, кожаная обувь, которые могут варьироваться в зависимости от времени года;
• при работе с жидким веществом защитные средства должны предварительно обрабатываться для исключения контакта элемента с жирами и маслами, в противном случае реакция может создать взрывоопасную смесь;
• при выполнении сварочных или ремонтных работ в помещениях, где хранится О 2 , необходимо регулярно осуществлять проветривания теплым воздухом;
• при заливке О 2 в резервуары для хранения или транспортировки емкости следует предварительно обезжирить;
• при перекачке вещества выполняется предварительное охлаждение системы на жидком кислороде с малым числом вещества: это необходимо для того, чтобы исключить возгорание оборудования при резких перепадах давления.

Все эти проблемы использования О 2 в жидком состоянии не нужно решать, если использовать кислород в газообразном виде.

Компания «Сварочные технологии» осуществляет поставки кислородного оборудования , которое позволит вам самостоятельно получать кислород (O 2) в газообразном состоянии.

Чтобы задать дополнительные вопросы относительно продукции и услуг компании, свяжитесь с нашими специалистами любыми удобными для Вас способами.

По вопросам заказа оборудования просим Вас заполнить Запрос на оборудование
или отправить Вашу заявку на электронный адрес: .

Кислород жидкий

Кислород

Кислород — бесцветный (в толстом слое — голубой) газ без вкуса и запаха. Он немного тяжелее воздуха и малорастворим в воде. При охлаждении до -183°С кислород превращается в подвижную жидкость голубого цвета, а при -219°С — замерзает.
Как и положено элементу, занимающему место в правом верхнем углу таблицы Менделеева, кислород — один из самых активных элементов-неметаллов и обладает ярко выраженными окислительными свойствами.
Вездесущий, всемогущий и невидимый — это все о нем. Еще он не имеет ни вкуса, ни запаха. Создается впечатление, что разговор идет о том, чего вообще не существует. Однако это вещество есть, мало того: без него человечество попросту задохнулось бы. Поэтому, наверное, Лавуазье с ходу назвал этот газ «жизненным газом».

Кислород всемогущий

По мнению людей религиозных, вездесущим, всемогущим и в то же время невидимым может быть только бог. В действительности же все эти три эпитета вполне можно отнести к химическому элементу с атомным номером 8 - кислороду . Если бы растения в процессе фотосинтеза не превращали воду и углекислый газ в органические соединения, и этот процесс не сопровождался высвобождением связанного кислорода , то, исчерпав довольно быстро запасы атмосферного кислорода, весь животный мир, включая человечество, вскоре задохнулся бы.
Кислород — вездесущ: из него в значительной степени состоят не только воздух, вода и земля, но и мы с вами, наши еда, питье, одежда; в подавляющем большинстве окружающих нас веществ есть кислород. Могущество кислорода проявляется уже в том, что мы им дышим, а ведь дыхание это синоним жизни. И еще кислород можно считать всемогущим потому, что могучая стихия огня, как правило, сильно зависит от нашего кандидата в вездесущие и всемогущие.
Что касается третьего эпитета — «невидимый», то здесь, вероятно, нет нужды в доказательствах. При обычных условиях элементарный кислород не только бесцветен и потому невидим, но и не воспринимаем, не ощутим никакими органами чувств. Правда, недостаток, а тем более отсутствие кислорода мы ощутили бы моментально...

Открытие: XVIII век

То, что кислород невидим, безвкусен, лишен запаха, газообразен при обычных условиях, надолго задержало его открытие. Многие ученые прошлого догадывались, что существует вещество со свойствами, которые, как мы теперь знаем, присущи кислороду .
Открытие кислорода (англ. Oxygen, франц. Oxygene, нем. Sauerstoff) ознаменовало начало современного периода развития химии. С глубокой древности было известно, что для горения необходим воздух, однако многие века процесс горения оставался непонятным. Лишь в XVII в. Майов и Бойль независимо друг от друга высказали мысль, что в воздухе содержится некоторая субстанция, которая поддерживает горение.
Кислород открыли почти одновременно и независимо друг от друга два выдающихся химика второй половины XVIII в.— швед Карл Вильгельм Шееле и англичанин Джозеф Пристли. Шееле получил кислород раньше, но его трактат «О воздухе и огне», содержавший информацию о кислороде, был опубликован позже, чем сообщение об открытии Пристли.
Джозеф Пристли:
«1 августа 1774 года я попытался извлечь воздух из ртутной окалины и нашел, что воздух легко может быть изгнан из нее посредством линзы. Этот воздух не поглощался водой. Каково же было мое изумление, когда я обнаружил, что свеча горит в этом воздухе необычайно ярким пламенем. Тщетно пытался я найти объяснение этому явлению».
И все-таки главная фигура в истории открытия кислорода — не Шееле и не Пристли. Они открыли новый газ — и только. Позже Фридрих Энгельс напишет об этом: «Оба они так и не узнали, что оказалось у них в руках. Элемент, которому суждено было революционизировать химию, пропадал в их руках бесследно... Собственно открывшим кислород поэтому остается Лавуазье, а не те двое, которые только описали кислород , даже не догадываясь, что они описывают».
Подробное изучение свойств кислорода и его роли в процессах горения и образования окислов привело Лавуазье к неправильному выводу о том, что этот газ представляет собой кислотообразующее начало. В1779 г. Лавуазье ввел для кислорода название Oxygenium (от греч. «окис» - «кислый» и «геннао» - рождаю») — «рождающий кислоты».

«Окислительный» элемент

Если можно так выразиться, окислительнее кислорода — только один элемент, фтор . Именно поэтому баки с жидким кислородом — необходимая принадлежность большинства жидкостных ракетных двигателей. Получено соединение кислорода даже с таким химически пассивным газом, как ксенон.
Для развития активной реакции кислорода с большинством простых и сложных веществ нужно нагревание — чтобы преодолеть потенциальный барьер, препятствующий химическому процессу. С помощью катализаторов, снижающих энергию активации, процессы могут идти и без подогрева, в частности, соединение кислорода с водородом .
Высокая окислительная способность кислорода лежит в основе горения всех видов топлива, включая порох, для горения которых не нужен кислород воздуха: в процессе горения таких веществ кислород выделяется из них самих.
Процессы медленного окисления различных веществ при обычной температуре имеют для жизни не меньшее значение, чем горение — для энергетики.
Медленное окисление веществ пищи в нашем организме — «энергетическая база» жизни. Заметим попутно, что наш организм не слишком экономно использует вдыхаемый кислород : в выдыхаемом воздухе кислорода примерно 16%. Тепло преющего сена — результат медленного окисления органических веществ растительного происхождения. Медленное окисление навоза и перегноя согревает парники.

Применение: «море энергии»

В металлургии
Конвертерный способ производства стали или переработки штейнов связан с применением кислорода . Во многих металлургических агрегатах для более эффективного сжигания топлива вместо воздуха в горелках используют кислородо-воздушную смесь.
Сварка и резка металлов
Кислород в баллонах широко используется для газопламенной резки и сварки металлов.
Ракетное топливо
В качестве окислителя для ракетного топлива применяется жидкий кислород , пероксид водорода, азотная кислота и другие богатые кислородом соединения. Смесь жидкого кислорода и жидкого озона — один из самых мощных окислителей ракетного топлива (удельный импульс смеси водород — озон превышает удельный импульс для пары водород-фтор и водород-фторид кислорода).
В медицине
Кислород используется для обогащения дыхательных газовых смесей при нарушении дыхания, для лечения астмы, профилактики гипоксии в виде кислородных коктейлей, кислородных подушек.
В пищевой промышленности
В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E948 , как пропеллент и упаковочный газ.
Кислород применяется в лечебной практике , причем не только при легочных и сердечных заболеваниях, когда затруднено дыхание. Подкожное введение кислорода оказалось эффективным средством лечения таких тяжелых заболеваний, как гангрена, тромбофлебит, слоновость, трофические язвы.
Не менее важен он и для промышленности. Обогащение воздуха кислородом делает эффективнее, быстрее, экономичнее многие технологические процессы, в основе которых — окисление. А на таких процессах пока держится почти вся тепловая энергетика. Превращение чугуна в сталь тоже невозможно без кислорода . Именно кислород «изымает» из чугуна избыток углерода. Одновременно улучшается и качество стали. Нужен кислород и в цветной металлургии. Жидкий кислород служит окислителем ракетного топлива.
При сжигании водорода в токе кислорода образуется весьма обыкновенное вещество — Н 2 O. Конечно, ради получения этого вещества не следовало бы заниматься сжиганием водорода (который, кстати, часто именно из воды получают). Цель этого процесса иная, она будет ясна, если ту же реакцию записать полностью, учитывая не только химические продукты, но и энергию, выделяющуюся в ходе реакции: Н 2 +0,5O 2 =H 2 O+68317 калорий.
Почти семьдесят больших калорий на грамм-молекулу! Так можно получить не только, «море воды», но и «море энергии». Для этого и получают воду в реактивных двигателях, работающих на водороде и кислороде .
Та же реакция используется для сварки и резки металлов. Правда, в этой области водород можно заменить ацетиленом. Кстати, ацетилен все в больших масштабах получают именно с помощью кислорода, в процессах термоокислительного крекинга: 6СН 4 + 4O 2 = С 2 Н 2 + 8Н 2 + ЗСО + СO 2 + ЗН 2 O.
Это только один пример использования кислорода в химической промышленности. Кислород нужен для производства многих веществ (достаточно вспомнить об азотной кислоте), для газификации углей, нефти, мазута...
Любое пористое горючее вещество, например, опилки, будучи пропитанными голубоватой холодной жидкостью — жидким кислородом , становится взрывчатым веществом. Такие вещества называются оксиликвитами и в случае необходимости могут заменить динамит при разработке рудных месторождений.
Ежегодное мировое производство (и потребление) кислорода измеряется миллионами тонн. Не считая кислорода , которым мы дышим.

Производство кислорода

Попытки создать более или менее мощную кислородную промышленность предпринимались еще в прошлом веке во многих странах. Но от идеи до технического воплощения часто лежит «дистанция огромного размера»...
Особенно быстрое развитие кислородной промышленности началось после изобретения академиком П.Л.Капицей турбодетандера и создания мощных воздухоразделительных установок.
Проще всего получить кислород из воздуха, поскольку воздух — не соединение, и разделить воздух не так уж трудно. Температуры кипения азота и кислорода отличаются (при атмосферном давлении) на 12,8°С. Следовательно, жидкий воздух можно разделить на компоненты в ректификационных колоннах так же, как делят, например, нефть. Но чтобы превратить воздух в жидкость, его нужно охладить до минус 196°С. Можно сказать, что проблема получения кислорода — это проблема получения холода.
Чтобы получать холод с помощью обыкновенного воздуха, последний нужно сжать, а затем дать ему расшириться и при этом заставить его производить механическую работу. Тогда в соответствии с законами физики воздух обязан охлаждаться. Машины, в которых это происходит, называют детандерами.
Чтобы получить жидкий воздух с помощью поршневых детандеров, нужны были давления порядка 200 атмосфер. КПД установки был немногим выше, чем у паровой машины. Установка получалась сложной, громоздкой, дорогой. В конце тридцатых годов советский физик академик П.Л.Капица предложил использовать в качестве детандера турбину. Главная особенность турбодетандера Капицы в том, что воздух в ней расширяется не только в сопловом аппарате, но и на лопатках рабочего колеса. При этом газ движется от периферии колеса к центру, работая против центробежных сил.
Турбодетандер «делает» холод с помощью воздуха, сжатого всего лишь до нескольких атмосфер. Энергия, которую отдает расширяющийся воздух, не пропадает напрасно, она используется для вращения ротора генератора электрического тока.
Современные установки для разделения воздуха, в которых холод получают с помощью турбодетандеров, дают промышленности, прежде всего металлургии и химии, сотни тысяч кубометров газообразного кислорода .

Жидкий кислород

В медицине используют кислород в основном в газообразном виде. Кислород в жидком виде применяют только при его хранении и транспортировке от завода-изготовителя до потребителей.

По внешнему виду жидкий кислород — голубоватая прозрачная подвижная жидкость, затвердевающая при -218,4°С и образующая кристаллы голубоватого цвета. Теплоемкость жидкого кислорода равна 1,69 кДж/(кг-°С) .
Перед подачей в сеть потребления, жидкий кислород подвергается испарению при заданном давлении в специальных устройствах — газификаторах, безнасосных или насосных. При испарении 1 дм3 жидкого кислорода получается 0,86 м3, или 860 дм3 газообразного кислорода (при 20°С и 760 мм рт. ст.); здесь 1,14 кг/дм3 и 1,33 кг/м3 соответственно плотности жидкого и газообразного кислорода. При испарении 1 кг жидкого кислорода образуется 1/1,33 = 0,75 м3 газа (при 20°С и 760 мм рт. ст).

Основные преимущества хранения и транспортировки кислорода в жидком виде следующие:
1. Сокращается (в среднем в 10 раз) масса тары и уменьшается требуемое количество баллонов и транспортных средств (автомобилей, вагонов), занятых на перевозке кислорода.
2. Отпадают расходы по организации и эксплуатации большого баллонного хозяйства. (приобретение баллонов, постройка складов, учет, испытание и ремонт баллонов, транспортные расходы).
3. Повышается безопасность и упрощается обслуживание, поскольку жидкий кислород хранится и транспортируется под небольшим давлением.
4. Получаемый при газификации жидкого кислорода газообразный кислород не содержит влаги, его можно транспортировать по трубопроводам при низких окружающих температурах без применения специальных мер против замерзания конденсата (прокладка труб ниже глубины промерзания, теплоизоляция, установка конденсатоотводчиков, прокладка паровых обогревателей и пр.).
Недостатком применения жидкого кислорода являются неизбежные потери его на испарение при хранении, перевозке и газификации.

Для хранения и перевозки небольших количеств жидкого кислорода (азота, аргона, воздуха) используют сосуды Дьюара.

Транспортные резервуары используют для перевозки больших количеств жидкого кислорода (азота, аргона) автотранспортом и по железной дороге. Автомобильные резервуары имеют емкость 1000-7500 дм3, железнодорожные 30 000-35 000 дм3, а иногда и более.

Для превращения жидкого кислорода в газообразный служат газификационные установки. Их производительность достигает 15-20 м3/ч. Применяют два типа газификационных установок: насосные и безнасосные.

Насосная газификационная установка СГУ-1,
предназначена для газификации непереохлажденного кислорода и наполнения баллонов (реципиентов газообразным кислородом под давлением до 24 МПа (240 кгс/см2).
Имеются газификационные станции, насосы которых рассчитаны на давление 20 МПа (200 кгс/см2) и служат для подачи кислорода в сеть через буферную емкость.

Безнасосные газификаторы имеют рабочее давление до 1,6 МПа (16 кгс/см2) при относительно постоянном и равномерном расходе кислорода, подаваемого по трубопроводу к местам потребления.

Сосуд газификатора снабжен вакуумно-порошковой изоляцией и рассчитан на максимальное рабочее давление.
Первоначально давление в сосуде создается испарением кислорода в испарителе и автоматически поддерживается регулятором. В зависимости от расхода газа жидкий кислород через регулятор поступает в испаритель и затем в виде газа идет в трубопровод к потребителю. Избыток газа в газификаторе сбрасывается при заданном давлении также в трубопровод потребителя через регулятор.