سلامة وقود الأكسجين والغاز لقطع الشعلة: دليل المشغل الكامل

ما هو قطع الوقود بالأكسجين ولماذا تأتي السلامة أولاً؟

قطع الوقود الأكسجيني هو عملية حرارية تجمع بين غاز الوقود والأكسجين النقي لإنتاج لهب عالي الحرارة قادر على قطع المعادن الحديدية بسمك عدة بوصات. على عكس طرق القطع الميكانيكية، لا يحتاج وقود الأكسجين إلى كهرباء، ويعمل في الميدان أو على أرضية متجر، ويظل أحد أكثر الطرق فعالية من حيث التكلفة لقطع الألواح الفولاذية الثقيلة، والمقاطع الهيكلية، والأنابيب - ولهذا السبب كان حجر الزاوية في عمليات التصنيع والبناء والهدم والإنقاذ لأكثر من قرن من الزمان.

نفس الخصائص التي تجعل قطع الوقود الأكسجيني قويًا جدًا تجعله أيضًا خطيرًا حقًا عند التعامل معه بشكل غير صحيح. تضع هذه العملية الغازات المضغوطة القابلة للاشتعال، والأكسجين النقي، واللهب المكشوف، والخبث المعدني المنصهر، والأشعة تحت الحمراء، كلها على مقربة من المشغل. إن فهم مثلث الاحتراق - الوقود، والأكسجين، والإشعال - والتحكم في هذه المثلثات الثلاثة هو أساس الممارسة الآمنة للوقود الأكسجيني. يتطلب الاحتراق العناصر الثلاثة في وقت واحد؛ وإزالة أي واحد منهم يوقف رد الفعل. توجد كل قواعد السلامة في قطع الوقود الأكسجيني لإدارة جانب واحد أو أكثر من هذا المثلث.

يغطي هذا الدليل غازات الوقود الأولية المستخدمة في مشاعل القطع وخصائص اللهب وملامح المخاطر وإجراءات السلامة الأساسية التي تنطبق بغض النظر عن نوع الوقود المستخدم.

فهم الأكسجين: العامل المؤكسد، وليس الوقود

نقطة حرجة وكثيرا ما يساء فهمها: الأكسجين ليس هو الوقود المستخدم في قطع الوقود بالأكسجين، بل هو العامل المؤكسد. يتحد الأكسجين كيميائيًا مع غاز الوقود لإطلاق الحرارة أثناء الاحتراق، كما أن نفث الأكسجين المنفصل عالي الضغط من الفتحة المركزية لشعلة القطع هو ما يتسبب في احتراق المعدن وطرده من الشق.

يتم توفير الأكسجين النقي المستخدم في تطبيقات القطع بنسبة نقاء 99.5% أو أعلى، وهي نسبة أعلى بكثير من نسبة 21% الموجودة في الهواء الجوي. عند هذه التركيزات، يمكن للمواد التي تكون عادة غير قابلة للاشتعال - بما في ذلك الشحوم والزيوت والمطاط وبعض المعادن - أن تشتعل بشكل متفجر. هذا هو مبدأ السلامة الأكثر أهمية الذي يحكم التعامل مع أسطوانة الأكسجين والمنظم: يجب ألا يلامس الزيت والشحوم أبدًا أي معدات أو صمامات أو تركيبات أكسجين. حتى وجود كمية ضئيلة من مادة التشحيم البترولية الموجودة على صمام منظم الأكسجين يمكن أن تسبب حريقًا عنيفًا أو انفجارًا عند فتح الأسطوانة.

يجب تخزين أسطوانات الأكسجين في وضع مستقيم، وتأمينها ضد الانقلاب، وإبقائها على مسافة لا تقل عن 20 قدمًا (6 أمتار) بعيدًا عن أسطوانات غاز الوقود أو فصلها بحاجز مقاوم للحريق يبلغ ارتفاعه 5 أقدام على الأقل. فتح صمامات أسطوانة الأكسجين بالكامل عند الاستخدام؛ يخلق صمام الأكسجين المفتوح جزئيًا فرقًا في الضغط في المقعد مما يؤدي إلى تسريع التآكل وزيادة خطر التسرب.

الغاز لقطع الشعلة: خيارات الوقود الأساسية الأربعة

تشكل أربعة غازات الغالبية العظمى من خيارات الوقود لمشاعل قطع الوقود الأكسجين: الأسيتيلين والبروبان والبروبيلين وغاز MAPP. لكل منها تركيبة كيميائية مميزة، ودرجة حرارة اللهب، وتوزيع مخرجات وحدة حرارية بريطانية، ومتطلبات نسبة الأكسجين إلى الوقود، وملف تعريف السلامة المرتبط بها. يعد اختيار غاز الوقود المناسب للتطبيق - واستخدام المعدات المصنفة لهذا الغاز المحدد - شرطًا أساسيًا لكل من الأداء والسلامة.

الأسيتيلين (C₂H₂): اللهب الأكثر سخونة، والأعلى خطورة

الأسيتيلين هو غاز الوقود الأكثر استخدامًا على نطاق واسع لقطع الوقود بالأكسجين وغاز الوقود الوحيد المناسب للحام بالوقود بالأكسجين. إنه ينتج اللهب الأكثر سخونة من أي وقود قطع شائع تقريبًا 5,720 درجة فهرنهايت (3,160 درجة مئوية) ، حيث تتركز معظم حرارتها – حوالي 507 وحدة حرارية بريطانية – في مخروط اللهب الداخلي. هذا التركيز المخروطي الداخلي هو ما يمنح الأسيتيلين سرعة الثقب السريعة والحد الأدنى من المنطقة المتأثرة بالحرارة على حواف القطع، مما يجعله الخيار المفضل للقطع الدقيق، وعمل الألواح الرقيقة إلى المتوسطة، وأي تطبيق حيث تكون جودة اللحام المتاخمة مباشرة للقطع مهمة.

ومع ذلك، فإن الأسيتيلين يحمل قيود سلامة أكثر من أي غاز وقود آخر. إنه غير مستقر كيميائياً عند الضغوط الأعلى 15 رطل لكل بوصة مربعة (1 بار) ; عند الضغط العالي، يمكن للأسيتيلين أن يتحلل بشكل انفجاري دون وجود أي أكسجين. لهذا السبب، فإن أسطوانات الأسيتيلين ليست مجوفة، فهي معبأة بكتلة مسامية مشبعة بالأسيتون السائل، الذي يذيب الأسيتيلين ويحافظ على استقراره. إذا تم وضع الأسطوانة على جانبها أو سحبها بسرعة كبيرة، يدخل الأسيتون السائل إلى الخرطوم والشعلة، مما يتسبب في سقوط المذيب المحترق من طرف اللهب.

يجب ألا يتجاوز معدل السحب الآمن من أسطوانة الأسيتيلين مطلقًا سُبع الحجم الإجمالي للأسطوانة في الساعة. تجاوز هذا المعدل يسحب الأسيتون من الكتلة المسامية مع الغاز. الأسيتيلين أيضًا معرض بشدة للارتجاع - وهي حالة ينتقل فيها اللهب للخلف عبر الشعلة والخرطوم باتجاه الأسطوانة. يجب دائمًا تركيب مانعات الارتجاع على كل من خطوط الوقود والأكسجين عند العمل مع الأسيتيلين. الأسيتيلين أخف من الهواء. وفي حالة حدوث تسرب يرتفع ويمكن أن يتراكم في مساحات السطح. يمكن اكتشاف رائحته المميزة التي تشبه رائحة الثوم بتركيزات أقل من 2%، قبل أن تصل إلى الحد الأدنى للانفجار وهو 2.5%.

البروبان (C₃H₈): اقتصادي، عالي وحدة حرارية بريطانية، بيرس أبطأ

البروبان هو الوقود البديل الأكثر شعبية لقطع الوقود الأكسجين، وتقدر قيمته في المقام الأول بتكلفته المنخفضة بشكل كبير، وتوافره على نطاق واسع، وتخزينه الأسهل مقارنة بالأسيتيلين. وتنتج درجة حرارة اللهب تقريبا 5,122 درجة فهرنهايت (2,828 درجة مئوية) - حوالي 600 درجة فهرنهايت أكثر برودة من الأسيتيلين - ولكن بقيمة حرارية إجمالية أعلى بكثير تبلغ حوالي 2600 وحدة حرارية بريطانية لكل قدم مكعب. والأهم من ذلك، أن البروبان يسلم معظم حرارته في مخروط اللهب الخارجي بدلا من المخروط الداخلي. يؤدي هذا إلى عكس هندسة الاحتراق من الأسيتيلين: يتفوق البروبان في التسخين المسبق لكتلة كبيرة وهو فعال للغاية في تطبيقات التسخين والثني، ولكنه يتطلب أوقات تسخين أولي أطول للقطع ويؤدي إلى سرعات ثقب أبطأ خلال بداية القطع.

يتطلب البروبان نسبة وقود إلى أكسجين تبلغ حوالي 1:4 (جزء واحد من البروبان إلى أربعة أجزاء من الأكسجين)، مقارنة بـ 1:1 للأسيتيلين. ويعني هذا الطلب المرتفع على الأكسجين أن أجهزة قطع البروبان تستهلك الأكسجين بشكل أسرع، وهو ما يجب على المشغلين أخذه في الاعتبار عند تخطيط الأسطوانات لمهام القطع كبيرة الحجم. نظرًا لأن البروبان أثقل من الهواء، فإنه يهبط إلى مستوى الأرض في حالة حدوث تسرب، مما يؤدي إلى خطر تراكم الغاز في المناطق المنخفضة، ومصارف الأرضيات، والأقبية. يجب تهوية مناطق التخزين على مستوى الأرض وإبقائها بعيدة عن مصادر الإشعال. يجب أن يتم تصنيف معدات البروبان - المنظمات، والخراطيم، وأطراف الشعلة - خصيصًا للبروبان؛ خراطيم ونصائح الأسيتيلين غير قابلة للتبديل.

البروبيلين (C₃H₆): الأرض الوسطى

يحتل البروبيلين موقع أداء بين الأسيتيلين والبروبان. وتتراوح درجة حرارة اللهب من حوالي 4800 درجة فهرنهايت إلى 5300 درجة فهرنهايت ويوفر قيمة حرارية إجمالية تبلغ حوالي 2400 وحدة حرارية بريطانية لكل قدم مكعب. مثل البروبان، يسلم البروبيلين معظم حرارته في المخروط الخارجي - ولكن مع قيمة BTU أعلى في المخروط الداخلي مقارنة بالبروبان، مما يمنحه وقت ثقب أقصر ومظهر قطع يشبه الأسيتيلين بشكل أكبر من البروبان. يتطلب البروبيلين 3.5 جزء من الأكسجين لكل جزء من الوقود للاحتراق الكامل، وهو أكثر كفاءة قليلاً من نسبة البروبان 4:1.

تم تصميم أطراف قطع البروبيلين مع فجوة تبلغ 1/16 بوصة في وجه الطرف لمراعاة معدل الاحتراق الأبطأ مقارنة بالأسيتيلين (13.5 قدمًا في الثانية مقابل 29 قدمًا في الثانية للأسيتيلين). سيؤدي استخدام طرف الأسيتيلين مع البروبيلين إلى لهب غير مستقر وغير فعال. يعتبر البروبيلين عمومًا غازًا أنظف احتراقًا من الأسيتيلين وينتج خبثًا أقل، مما يقلل وقت التنظيف بعد القطع في وظائف القطع الهيكلية.

غاز MAPP (ميثيل أسيتيلين-بروباديين): تطبيقات متخصصة

ينتج غاز MAPP - من الناحية الفنية MPS (ميثيل أسيتيلين-بروبادين مستقر) بعد التوقف عن تركيبة داو كيميكال الأصلية - درجة حرارة لهب مشابهة للبروبيلين وقيمة حرارية إجمالية تبلغ حوالي 2400 وحدة حرارية بريطانية لكل قدم مكعب، مع تركز معظم الحرارة في المخروط الثانوي. يتطلب 2.5 جزء من الأكسجين لكل جزء من الوقود. الميزة الأساسية لـ MAPP مقارنة بأنواع الوقود البديلة الأخرى هي أدائها في تطبيقات القطع المغمورة ذات الضغط العالي ، مثل الهدم تحت الماء، حيث يمنحها ثباتها تحت الضغط ميزة ذات معنى. بالنسبة لقطع الأسطح القياسية، لا يقدم MAPP أي فائدة كبيرة في الأداء مقارنة بالبروبيلين أو البروبان وعادةً ما يكون أكثر تكلفة. يقتصر استخدامه اليوم إلى حد كبير على تسخين الأجزاء الصغيرة، والنحاس، والأعمال المتخصصة تحت الماء.

مقارنة غاز الوقود في لمحة

سلامة الأسطوانات والمنظم: أساس سلامة وقود الأكسجين

لا تنشأ معظم حوادث الوقود الأكسجين عند طرف الشعلة ولكن على مستوى الأسطوانة والمنظم، حيث يؤدي التعامل غير السليم مع الغاز المضغوط إلى خلق الظروف الملائمة للتسربات والحرائق والفشل الكارثي. الممارسات التالية غير قابلة للتفاوض بغض النظر عن نوع غاز الوقود المستخدم.

اقرأ دائمًا ملصقات الأسطوانة. الأسطوانات ليست مرمزة بالألوان بشكل عام، حيث يمكن للموردين طلاء الأسطوانات بأي لون. لا تفترض أبدًا أن محتويات الأسطوانة تعتمد على اللون وحده. تحمل كل أسطوانة رقم تعريف الأمم المتحدة: UN 1072 للأكسجين، UN 1001 للأسيتيلين، UN 1978 للبروبان، وUN 1077 للبروبيلين. إذا لم يكن للأسطوانة ملصق قابل للقراءة، فلا تستخدمه.

تخزين الاسطوانات بشكل منفصل. يجب تخزين أسطوانات غاز الوقود والأكسجين على مسافة لا تقل عن 20 قدمًا أو فصلها بجدار مقاوم للحريق. ويجب تخزينهما في وضع مستقيم وتأمينهما في هيكل ثابت لمنع الانقلاب. يجب أن تظل أسطوانات الأسيتيلين في وضع مستقيم دائمًا — إذا كانت الأسطوانة على جانبها، ضعها في وضع مستقيم واتركها تستقر لمدة ساعة واحدة على الأقل قبل الاستخدام للسماح للأسيتون بإعادة تشبع الكتلة المسامية قبل سحب الغاز.

فحص المنظمين قبل كل استخدام. تحقق من صمامات المنظم والمقاعد والخيوط بحثًا عن الزيت والشحوم والحطام والأضرار المادية. يجب صيانة أي مكون ملوث بشكل احترافي قبل الاستخدام. عند فتح صمام أسطوانة الأكسجين، قف على الجانب — وليس أمام المنظم — وافتح الصمام بالكامل. بالنسبة للأسيتيلين، افتح صمام الأسطوانة بما لا يزيد عن ثلاثة أرباع دورة، مما يسمح بإغلاق الصمام بسرعة في حالة الطوارئ. يمكن فتح صمامات الوقود البديلة بالكامل.

قم بإجراء اختبار تسرب الضغط قبل كل جلسة. مع إرفاق المنظمات، اضبط الأكسجين على 10 رطل لكل بوصة مربعة وأغلق صمام الأسطوانة. راقب كلا المقياسين لمدة دقيقتين إلى ثلاث دقائق؛ يشير أي انخفاض في الضغط إلى وجود تسرب يجب تحديد موقعه وإصلاحه قبل إشعال الشعلة. استخدم محلول الماء والصابون - وليس اللهب المكشوف أبدًا - لتحديد مكان التسربات في التركيبات والوصلات. كرر الاختبار لجانب غاز الوقود.

إجراءات السلامة للخرطوم والشعلة والطرف

خراطيم وقود الأكسجين مرمزة بالألوان ومرمزة حسب التصميم لمنع التوصيلات المتقاطعة الخطيرة. خراطيم الأسيتيلين (وغازات الوقود الأخرى) باللون الأحمر وتستخدم خيوطًا يسرى ، يمكن التعرف عليه من خلال أخدود يتم تشكيله عبر صامولة التركيب. خراطيم الأكسجين خضراء اللون وتستخدم خيوطًا يمنى مع عدم وجود الأخدود. ويعني هذا الضمان الهندسي أنه لا يمكن إجراء التوصيلات الصحيحة في الاتجاه المعاكس - ولكن فقط إذا استخدم المشغل الخراطيم الصحيحة وغير المعدلة لكل غاز. لا تستبدل أبدًا خراطيم الأسيتيلين بالبروبان أو أنواع الوقود البديلة الأخرى؛ يؤدي البروبان إلى تحلل البطانة الداخلية للخراطيم المصنفة بالأسيتيلين كيميائيًا، مما يؤدي إلى تقشرها وربما عرقلة طرف الشعلة أو المنظم.

قبل إشعال أي شعلة، قم بتنظيف الخرطومين بشكل مستقل. اضبط المنظم على حوالي 5 رطل لكل بوصة مربعة، وافتح صمام الشعلة لفترة وجيزة للسماح بتدفق الغاز من خلاله وإزاحة أي هواء أو ملوثات، ثم أغلق الصمام. يؤدي التطهير إلى التخلص من خطر وجود جيب غاز مختلط في الخرطوم مما قد يؤدي إلى نتائج عكسية عند الاشتعال.

افحص أطراف الشعلة قبل كل استخدام. أطراف الأسيتيلين لها وجه مسطح أو مقعر قليلاً. يتم تجويف أطراف الوقود البديلة تدريجيًا - البروبيلين 1/16"، MAPP 1/32"، البروبان والغاز الطبيعي 3/32". يؤدي استخدام الطرف الخاطئ لغاز الوقود إلى تغيير هندسة اللهب وكفاءته وثباته. قم بتنظيف الأطراف المتسخة أو المسدودة باستخدام منظفات الأطراف المخصصة؛ لا تستخدم مطلقًا الأسلاك أو لقم الثقب التي قد تؤدي إلى توسيع الفتحة.

استخدم دائمًا ولاعة شرارة احتكاك لإشعال الشعلة، ولا تستخدم أبدًا كبريتًا أو ولاعة غاز أو لهبًا مكشوفًا. افتح صمام الوقود أولاً (ربع دورة تقريبًا)، ثم قم بالإشعال فورًا، ثم قم بإدخال الأكسجين ببطء للتكيف مع اللهب المحايد. اللهب المحايد - حيث يكون المخروط الداخلي محددًا جيدًا بدون ريش أو ضباب أكسجين زائد - هو لهب القطع القياسي. يشير لهب الكربنة (الوقود الزائد) إلى عدم كفاية الأكسجين؛ ينتج اللهب المؤكسد (الأكسجين الزائد) مخروطًا داخليًا أصغر حجمًا ومدببًا ويجب تجنبه في معظم المعادن لأنه يدخل الأكاسيد في القطع.

نتائج عكسية، والارتجاع، والاستجابة لحالات الطوارئ

هناك عطلان متميزان في الشعلة يتطلبان التعرف والاستجابة الفوريين. أ نتائج عكسية هو تراجع مؤقت للهب مرة أخرى إلى طرف الشعلة، وعادة ما يكون مصحوبًا بفرقعة عالية. يحدث هذا غالبًا بسبب ملامسة الطرف لقطعة الشغل، أو التشغيل عند ضغوط غير صحيحة، أو وجود طرف متسخ. في معظم الحالات، ينطفئ اللهب ذاتيًا ويمكن إشعاله مرة أخرى بعد أن يبرد الطرف ويتم فحصه. النتيجة العكسية هي علامة تحذير، وليست مصدر إزعاج بسيط - فهي تشير إلى حالة يمكن أن تتفاقم إذا لم يتم تصحيحها.

A الفلاش باك الأمر الأكثر خطورة بكثير: يحترق اللهب مرة أخرى عبر جسم الشعلة وفي الخرطوم باتجاه الأسطوانة. يمكن التعرف على الفلاش باك من خلال صوت صرير أو هسهسة عالي النبرة من الشعلة، أو اللهب المستمر في جسم الشعلة مع عدم وجود لهب مرئي عند الطرف، أو مقابض الشعلة الساخنة بشكل غير عادي. في حالة الارتجاع: أغلق صمام شعلة الأكسجين فورًا، ثم أغلق صمام الوقود. لا تقم ببساطة بإطفاء الوقود أولًا، فإزالة الوقود مع استمرار تدفق الأكسجين قد يؤدي إلى سحب الشعلة مرة أخرى. بعد إغلاق كلا صمامي الشعلة، أغلق كلا صمامي الأسطوانة. اترك جميع المعدات تبرد تمامًا قبل فحصها بحثًا عن أي ضرر. لا تقم بإعادة استخدام أي جهاز تعرض للاسترجاع حتى يتم فحصه واعتماده بشكل احترافي.

تحتوي مانعات الارتجاع - المثبتة في جسم الشعلة أو منافذ المنظم على كل من خطوط الوقود والأكسجين - على صمامات فحص وقطع حرارية مصممة لإيقاف الارتجاع قبل أن تصل إلى الخراطيم والأسطوانات. وهي إلزامية في العديد من الولايات القضائية لأنظمة الأسيتيلين ويوصى بها بشدة لجميع إعدادات وقود الأكسجين بغض النظر عن نوع الوقود.

معدات الحماية الشخصية ومتطلبات مساحة العمل

ينتج عن قطع الوقود الأكسجين الشرر والخبث المنصهر والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء والأبخرة المعدنية ومنتجات الاحتراق الثانوية. يجب أن تعالج معدات الحماية الشخصية كل هذه المخاطر في وقت واحد.

حماية العين والوجه غير قابلة للتفاوض. يوفر درع اللحام الكامل الوجه المزود بعدسات مرشحة مصنفة إلى الظل المناسب للقطع - عادةً الظل من 3 إلى 6 للعمل بوقود الأكسجين اعتمادًا على الكثافة - الذي يتم ارتداؤه فوق نظارات الأمان الحماية البصرية المطلوبة والحماية من دفقة الخبث. تنتج هذه العملية الأشعة تحت الحمراء بكميات كافية للتسبب في تلف القرنية نتيجة التعرض المتكرر دون وقاية.

ولحماية الجسم، تُفضل الألياف الطبيعية المنسوجة بإحكام على الألياف الاصطناعية. الصوف مثبط للهب بشكل طبيعي؛ يوفر الدنيم حماية معقولة. الأقمشة الاصطناعية - البوليستر، والنايلون، والأكريليك - تذوب بدلًا من الفحم وتؤدي إلى تفاقم إصابات الحروق بشكل كبير. توفر سترة اللحام الجلدية أو المقاومة للهب والقفازات الجلدية والأحذية الجلدية التي لا تحتوي على أربطة مكشوفة الحماية الطبقية المناسبة لأعمال القطع. تجنب أصفاد القمصان المقلوبة، وياقات القمصان المفتوحة، وأرجل البنطلونات ذات الأصفاد - فهي بمثابة نقاط تجميع للشرر المتساقط والخبث.

يجب أن تكون مساحة العمل جيدة التهوية في جميع الأوقات. يؤدي قطع الفولاذ المطلي أو المجلفن أو المطلي بالوقود الأكسجيني إلى توليد دخان معدني يشتمل على أكاسيد الزنك ومركبات الرصاص وغيرها من المنتجات الثانوية السامة اعتمادًا على المادة الأساسية والطلاء. يلزم وجود تهوية عادم محلية، أو على الأقل، جهاز تنفس مُصنف للدخان المعدني عند قطع المواد المطلية. يجب تطهير منطقة العمل من المواد القابلة للاشتعال إلى نصف قطر لا يقل عن 35 قدمًا (10 أمتار) في جميع الاتجاهات قبل بدء أي عملية قطع، ويجب أن تظل مراقبة الحريق في مكانها لمدة 30 دقيقة على الأقل بعد توقف القطع، حيث يمكن أن يشعل الخبث المواد القابلة للاحتراق التي لا يمكن رؤيتها على الفور من موضع القطع.