CO2集中供气介绍.doc

CO2集中供气的方案选择概述

一、CO

2

气体的概述：

CO2分为固态、液态、气态三种。CO2气体受压后，会变成液态，其密度相对温度而变，但温度低于-11℃时，比水重，当温度高于-11℃时，比水轻。纯CO2气体是无色，略带有酸味的气体。液体二氧化碳密度1.1克/厘米3。液体二氧化碳蒸发时或在加压冷却时可凝成固体二氧化碳，俗称干冰，是一种低温致冷剂，密度为1.56克/厘米3。低温类液态二氧化碳是不允许加压储存的，如果加压储存的，则不是低温的，而是加压使其液化的方式获得的液态二氧化碳，这个必须保证小于二氧化碳临界温度（30℃左右），如果超过临界温度之后汽化会导致容器爆裂。

CO

2在0℃和一个大气压下，CO

2

液体会很快汽化，1Kg的CO

2

液体可蒸发约509升的

CO

2气体。而正常状态下供焊接用的CO

2

，通常是液态储装于瓶中，一般采用国标容量为

40升的标准钢瓶，可灌入25kg的液态CO

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气体，约占钢瓶容积的80%，其余20%左右的

空间充满了气化的CO

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气体，而气瓶压力表上所指的压力值，其实即是这部分气化气体的饱和压力。

该饱和压力大小与环境温度有关，室温为0℃时，气体饱和压力约为3.63MPa；室温为20℃时，气体饱和压力约为5.72MPa，密度为1.97kg/m3；室温为30℃时，气体饱和压力约为7.48MPa；所以CO2气瓶应远离热源，并防止日光暴晒，出现爆炸。但该饱

和压力并不反映液态CO

2的储量，只有当瓶内液态CO

2

全部气化后，瓶内的气体压力才会

随CO

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气体的消耗而逐渐下降。这时压力表读数才反映瓶内气体的储量，正确估算瓶内

CO

2

储量，是采用称钢瓶重量的检测方法。

国标瓶装25Kg的液化CO

2

气体（由于存在气态的CO2，所以实际充装约为22Kg），

若焊接流量为20L/min，可持续使用约10小时。而CO

2

气体经减压后，体积膨胀，要吸收大量的热量，使气体温度降到零度以下，会引起减压器里结冰，堵塞气路，故必须在减压器前进行预热。

瓶装液态CO

2

，可溶解约0.05%质量的水，其余的水则为自由状态沉于瓶底。这些水

分在焊接过程中随CO

2一起挥发，以水蒸气混入CO

2

气体中，影响CO

2

气体纯度，水蒸气

的蒸发量与瓶中压力有关，瓶压越低，水蒸气含量越高，故当瓶压低于0.980MPa时，就不宜继续使用，需重新灌气。故集中供气切换的最低压力为0.8~1MPa左右。

减少CO

2

气体含水量采用将新灌气瓶倒立静置1~2小时，然后开启阀门，把沉积在

瓶口的自由状态水排出，可放水2~3次，每次间隔30min，即可排除水分。

集中供气目的：

二、CO

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采用集中供气的形式与工位单独使用气瓶，存在几点优点：

1、集中管理CO2气瓶供气间，提高了车间的现场5S管理，并消除了生产线上的安

全隐患；

2、解决各工位间，由于焊接量不同而出现换气瓶的频次不同，实行统一更换；

3、采用自动切换装置，有效预防了断气现象，提高了焊接品质；

4、采用压力下限报警功能，及时提醒更换空瓶，便于集中处理；

三、集中供气的汇流排介绍：

1、汇流排布置图：

2、汇流排作用：

气体汇流排将多组单一的钢瓶中的气体，通过金属软管，汇流到汇流排中，采用主供气瓶组和备用气瓶组双气源结构。并流经过减压器，然后以0.15-1.5MPa的压力稳定的输送到用气终端。

3、汇流排设计：

一般CO2焊机使用效率约为0.7（即在某个时间点在用焊机/焊机总数的比率），气体日总用量约为：

室温20℃时，单台CO2焊机每天用气量：

=1200L/h（流量）*17（工作小时）*1.97kg/m3（密度）/1000

=40.188kg/天

每瓶CO2钢瓶气体量为25kg，实际每天生产24小时，单台CO2焊机需1.6满瓶CO2气，实际车间每天集中更换一次气瓶，所以汇流排即按多少个用气点乘以1.6瓶（按3班生产制），圆整后，即为所需汇流排的瓶数。此瓶数配置同时要兼顾到CO2液态转气态的吸热特性，即钢瓶自气化能力（低温液体的汽化率），常温下一般单瓶CO2为汽化流量为1200L/h，由此可见过少的CO2钢瓶易导致终端供气量不足，过于频繁更换钢瓶。

4、自动切换系统：

自动切换气体汇流排则专为提供不间断供气的要求而设计，通过设定下限报警值，当主供气瓶组压力降低至设定压力时，系统开始进行切换，主供气瓶组端自动关闭，备用气瓶组端开始供气，人员同时可以对主供气空瓶组进行更换，实现不间断供气功能。由于空瓶的使用极限压力为0.980MPa，所以切换的压力设置为0.8~1MPa比较合理。

5、汇流排的技术参数：

低温液体汇流排的最大流量取决于低温液体钢瓶的汽化率，由于单台焊机的耗用量2.364kg/h，则最所需流量为N（焊机数）x2.364/1.97=1.2*N (m3/h)；因为CO2管道的泄漏率为每小时小于0.5%，所以最大流量为：1.2*（1+0.005）*N (m3/h)。

6、CO2气体过滤：

由于CO2气体是工业产品，其中混含有大量的杂质，如果在减压前不进行过滤处理，其杂质很容易堵塞减压仪表等，所以一般采用两层过滤装置，一是在瓶口与汇流排连接的高压软管两端各装有过滤装置，二是在汇流排进入自动切换箱前装有过滤角阀装置，进行二次过滤。

7、终端箱：

终端箱为集中供气的用户端，其使用为0.35MPa的流量计，流量范围为15~20L/min。终端箱支管道标准的一般为DN15。

8、管道设计：

通常情况下，气体的密度随压力和温度的变化很明显。对实际气体，当压力不大于10MPa 时，他们应遵守理想气体状态方程。但是当气体的速度小于70m/s ，且压力和温度变化不大时，也可近似地把气体当作不可压缩流体处理，其误差很小不超过2%。 管道压力和气流平均速度有个对应值，如表：

CO2集中供气的压力为1.0左右，故选择平均流速选择12 m/s 。

A 、管径选择：

Q 流量=V*S

V ——气体流速（一般CO2镀锌管路选12m/s ）

S ——镀锌管道截面积（m 2）

则：

考虑到弯头及管路损失，实际管道为计算管道的1.2倍，并按国标镀薪管进行圆整选择。

B 、管壁厚度：

管壁厚度δ取决于管道内气体压力。低压管道，可采用碳钢、合金钢焊接钢管；中压管道，通常采用碳钢、合金钢无缝钢管。其壁厚可近似按薄壁圆筒公式计算：

m i n δ=[]c np npd i +-?σ2 p ——为管内气体压力（MPa ）；

n ——为强度安全系数5.25.1～=n ，

[σ]——为管材的许用应力（MPa ），

?——为焊缝系数，无缝钢管?=1，直缝焊接钢管?=0.8；

c ——为附加壁厚（包括：壁厚偏差、腐蚀裕度、加工减薄量），为简便起见，通常当δ＞6mm 时，c ≈0.18δ；当δ≤6mm 时，c =1mm 。

当管子被弯曲时，管壁应适当增加厚度，可取

'δ=

R d 20δδ+

式中，0d 为管道外径；R 为管道弯曲半径。