Аппараты для жидкого кислорода
Для хранения и перевозки жидкого кислорода применяются специальные стационарные и транспортные резервуары, имеющие необходимую тепловую изоляцию. Транспортировка кислорода в жидком виде, кроме автотранспорта, осуществляется также в специальных железнодорожных цистернах.
Жидкий кислород имеет ряд преимуществ перед газообразным: уменьшается примерно в 10 раз вес тары; отпадает расход металла на изготовление баллонов; не требуются помещения для складов баллонов; повышается безопасность выполняемых работ и, кроме того, в кислороде, получаемом испарением из жидкого, не содержится влага.
К недостаткам жидкого кислорода относятся: необходимость применения особого, сравнительно сложного оборудования, а также некоторые потери кислорода на испарение, в частности во время транспортировки.
Полученный в установках жидкий кислород сливается в стационарные цистерны, емкость которых обычно составляет 6000 л. Транспортные резервуары изготовляются на 1200 л, которые перевозятся на автомашинах грузоподъемностью 2,5 и 5 Т и на 6000 л, перевозимые на специальных автоприцепах.
Транспортный резервуар с вакуумно-порошковой изоляцией (рис. 7) представляет собой сосуд из нержавеющей стали Х18Н9Т, помещенный в кожух из алюминиевого сплава АМЦ или из углеродистой стали. Пространство между сосудом и кожухом заполнено кремнегелем или аэрогелем, причем после заварки люков в кожухе из междустенного пространства отсасывается воздух до остаточного давления 1 мм рт. ст. Когда сосуд заполняется жидким кислородом, давление в изоляционном пространстве снижается до 0,03-0,06 мм рт. ст., благодаря адсорбции воздуха охлажденным кремнегелем или силикагелем. С этой целью к нижней части внутреннего сосуда припаян карман, в который загружается 15 кг силикагеля. Для контроля за величиной вакуума служит лампа ЛТ-4М.
Техническая характеристика малого транспортного резервуара:
Емкость по жидкому кислороду в л — 1160
Максимальное избыточное давление в сосуде в кгс/см2 — 2
Вес порожнего резервуара в кг:
с алюминиевым кожухом — 700
со стальным — 1100
Потери кислорода на испарение в кг/ч:
при исправном резервуаре — 0,7-1
при полной потере вакуума в межстенном пространстве
и заполнении кремнегелем, не более — 4
при заполнении аэрогелем, не более — 2,5
Время, необходимое для поднятия избыточного давления до 2 кгс/см2 при наличии в сосуде 300 кг жидкости в мин — 8
При наполнении транспортного резервуара жидким кислородом закрывают вентиль для повышения давления и открывают
вентиль на трубе для выпуска газообразного кислорода в газгольдер или в атмосферу, а также вентили к указателям уровня жидкости. Затем стационарный и транспортный резервуары соединяют гибким шлангом, поднимают давление в стационарном резервуаре до установленной величины и на обоих сосудах открывают вентили для слива жидкости. Во время наполнения необходимо следить за показаниями манометра и указателя уровня жидкости.
При прекращении наполнения необходимо сначала закрыть вентиль слива на наполняемом сосуде, затем закрыть вентиль на опорожняемом резервуаре, спустить избыток газа из гибкого шланга в газгольдер и, убедившись в отсутствии давления паров кислорода в шланге, осторожно отсоединить его от обоих резервуаров.
Слив жидкого кислорода из транспортного резервуара производится путем поднятия давления в сосуде за счет испарения некоторого количества жидкости в испарителе, находящемся вне резервуара, с перепуском образовавшихся паров в верхнюю его часть.
Для газификации жидкого кислорода на местах производства работ должны быть либо газификаторы, либо газификационные установки с насосами. Производство газификаторов в настоящее время прекращено, но поскольку так называемые холодные газификаторы имеются в эксплуатации на кислородных станциях многих предприятий, то ниже приводится схема (рис. 8) и краткое описание такой установки.
Холодный газификатор служит для питания цехов кислородом под давлением до 15 кгс/см2 по газопроводам. Газификатор позволяет хранить жидкий кислород в течение некоторого времени и испарять его по мере необходимости. Собственно газификатор состоит из толстостенного стального шара 7, внутри которого находится тонкостенный латунный сосуд такой же формы, в который и заливается жидкий кислород. Стальной шар 7 заключен в кожух, а межстенное пространство заполнено теплоизоляцией (мипорой, аэрогелем, кремнегелем). Слив жидкого кислорода из транспортного резервуара производится через вентиль наполнения 3.
Для подачи кислорода в сеть открывают вентиль 2, перепуская некоторое количество жидкости в пусковой испаритель 1, из которого испарившийся кислород по трубе 4 поступает в стальной шар 7 и поднимает в нем давление, благодаря которому жидкость вытесняется по соответствующей трубе в змеевик подогревателя 8, где обращается в газообразное состояние. Через вентиль 5 газообразный кислород поступает в трубопровод. При недостаточной подаче газа в сеть теплый кислород перепускают из змеевика испарителя в испаритель 6 газификатора, что приводит к быстрому повышению давления в стальном шаре и увеличению выхода жидкости в подогреватель.
Газообразный кислород, накапливающийся в газификаторе в периоды отсутствия потребления газа, отводится в реципиенты 9, из которых может подаваться в газопровод.
Газификационные установки с насосами по сравнению с газификаторами имеют меньшие габариты и вес, а также снижают потери кислорода на испарение. При применении насосов создается возможность газифицировать кислород под давлением от 20 кгс/см2 (для непосредственной подачи в сеть потребления) до 400 кгс/см2 (для наполнения баллонов). В настоящее время выпускаются как стационарные, так и передвижные установки с насосами. Передвижные установки, монтируемые на автомашинах, используются для наполнения баллонов на небольших предприятиях-потребителях.
Схема стационарной газификационной установки высокого давления с двухступенчатым кислородным насосом показана на рис. 9. Жидкий кислород, доставленный потребителю, сливается в стационарные резервуары 2 и 4. Уровень жидкости и давление в резервуарах контролируются манометром и указателем уровня, находящимися на щитах 1 и 5. Жидкость под давлением паров в резервуаре подается по трубе 9 через фильтры 3 в насос 8, снабженный баком 13 с поплавковым клапаном 12, поддерживающим постоянный уровень жидкого кислорода в баке. Через окна в стенке цилиндра жидкость поступает самотеком в I ступень насоса и при ходе поршня 10 выталкивается в цилиндр II ступени. Избыток жидкости и пары по трубе 11 перепускаются обратно в бак. При обратном ходе поршня жидкий кислород через нагнетательный клапан II ступени поступает в змеевик 7 испарителя, где превращается в газ и наполняет баллоны, присоединенные к рампе 6.
Установка может перекачивать от 65 до 85 л жидкого кислорода в час и наполнять около 10 баллонов водяной емкостью 40 л при избыточном давлении 150-165 кгс/см2. Мощность, потребляемая насосом, — 1,2 квт, а электродвигателем испарителя — 10,8 квт.
Автор: Администрация
Хранение и транспортировка кислорода
Для хранения и транспортировки газообразного кислорода под давлением применяют стальные баллоны по ГОСТ 949-73, имеющие следующую характеристику.
1. Баллоны из углеродистой стали с пределом прочности 650 МН/м2(65 кгс/мм2), пределом текучести 380 МН/м2 (38 кгс/мм2), относительным удлинением 15% — типа 100; 150 и 200, рассчитанные соответственно на условные рабочие давления ру 10; 15 и 20 МПа (100; 150 и 200 кгс/см2).
2. Баллоны из легированной стали с пределом прочности 900 МН/м2 (90 кгс/мм2), пределом текучести 700 МН/м2 (70 кгс/см2), относительным удлинением 10% и ударной вязкостью 1 МДж/м2 (10 кгс-м/см2) — типа 150Л и 200Л, рассчитанные соответственно на условные рабочие давления ру 15 и 20 МПа (150 и 200 кгс/см2).
Для баллонов пробное гидравлическое давление принято равным 1,5 ру, а пробное пневматическое — равным ру.
Баллоны изготовляют из бесшовных цельнотянутых труб путем обжатия днища и горловины у заготовки или из круглых плоских болванок путем прошивки и протяжки на специальных прессах. После этого баллоны подвергают необходимой механической и термической обработке, а затем насаживают кольцо горловины и башмак, проводят гидравлическое и пневматическое испытания, клеймение и окраску баллонов. Для кислорода, водорода, азота, метана, сжатого воздуха и инертных газов применяют баллоны типа 150 и 150Л; для сжатого воздуха и метана — типа 200 и 200Л; для углекислого газа — типа 150, для ацетилена, аммиака и других газов до 10 МПа (100 кгс/см2) — типа 100.
Согласно «Правилам» Госгортехнадзора баллоны следует подвергать контрольным проверкам и испытаниям каждые 5 лет. Баллоны для газов, вызывающих коррозию (хлор, сероводород, фосген и др.), испытывают не реже чем через каждые 2 года. На сферической части баллона выбивают его паспортные данные, а также данные о результатах периодических испытаний; товарный знак завода-изготовителя; номер баллона; фактическую массу (кг); дату (месяц и год) изготовления и год следующего освидетельствования; рабочее давление (р, кгс/см2); пробное гидравлическое давление (n, кгс/см2); емкость баллона (л); клеймо ОТК завода-изготовителя (круглое); клеймо завода-наполнителя (круглое, диаметром 12 мм), производившего очередное освидетельствование; дату произведенного и следующего освидетельствования (в одной строке с клеймом завода-наполнителя).
Баллоны окрашивают в условные цвета, установленные для соответствующих газов, и снабжают надписями названия газа, а в некоторых случаях и отличительными полосами. Например, баллоны для кислорода окрашены в голубой цвет, надпись «Кислород» черного цвета; для ацетилена — в белый, надпись «Ацетилен» красного цвета; для водорода — в темно-зеленый, надпись «Водород» красного цвета; для пропана (и других горючих газов, кроме ацетилена) — в красный, надпись «Пропан» (или другой газ) белого цвета и т. д.
Баллоны наполняют кислородом с помощью кислородных компрессоров (или жидкостных кислородных насосов), используя устройства, называемые наполнительными рампами. Такая рампа представляет собой два коллектора из медных труб, снабженных запорными вентилями, манометрами и присоединительными медными змеевиками или гибкими шлангами высокого давления. С помощью этих змеевиков (шлангов) баллоны присоединяют к коллектору и наполняют газом. Коллекторы работают попеременно: когда через один из них наполняют баллоны, другой отсоединяют от наполненных баллонов и к нему присоединяют порожние баллоны.
На современных крупных кислородных станциях построены механизированные склады и наполнительные цехи для баллонов, где все транспортные операции осуществляются механизмами: кранами, электропогрузчиками и пр. Баллоны укрепляют в специальных контейнерах по 8-10 штук и в них транспортируют по складу, подают в наполнительную и перевозят к потребителю. Применяют также контейнеры, в которых баллоны скорректированы в группы с общим запорным вентилем для их наполнения кислородом и опорожнения. Транспортировка баллонов к потребителю и обратно осуществляется на автомобилях, по железной дороге и пр. Потребители организуют расходные склады баллонов и, в случае необходимости, распределительные рампы, из которых кислород через центральный редуктор по трубопроводу подается в цехи к местам сварки и резки.
Под действием влажного кислорода внутренняя поверхность стенок баллонов может подвергаться коррозии. Образующиеся при этом гидраты окислов железа Ре(ОН); Ре(ОН)2; Рe(ОН)3 представляют собой рыхлую массу, легко проницаемую для кислорода, что способствует распространению коррозии в глубь стенки. Сухой кислород вызывает лишь медленное окисление железа в тонком поверхностном слое. Образующиеся при этом окислы покрывают
металл сплошной пленкой, ограничивая дальнейший процесс окисления. При отсутствии влаги в кислороде и примесей поваренной соли в воде, применяемой для смазки кислородных компрессоров, не наблюдается заметной коррозии даже после эксплуатации баллонов в течение 20 лет и более.
Взрывы баллонов могут причинять значительные разрушения вследствие большой потенциальной энергии сжатого газа, освобождающейся при их взрыве. Анализ причин взрывов баллонов, имевших место (хотя и очень редко) в практике их использования, показывает, что эти взрывы происходили вследствие наличия скрытых дефектов в баллонах или нарушения правил эксплуатации баллонов со сжатыми газами.
К дефектам могут относиться трещины, плены раковины, складки, слоистость металла стенок, не замеченные при контроле баллона в процессе изготовления и последующий переосвидетельствованиях. К ним также относятся изменения нормальной структуры металла баллона вследствие неправильной термообработки.
Известны случаи взрывов наполненных баллонов от резкого удара о металлические предметы (рельс, балку, баллон и т. п.) при низкой температуре. Очень опасно попадание в кислородный
баллон горючего газа (пропана, метана, ацетилена). В практике отмечены случаи перетекания в баллон с кислородом, находящимся под низким давлением в конце его опорожнения, горючего газа, находящегося в баллоне под более высоким давлением.
Образовавшаяся взрывоопасная смесь может взорваться при обратном ударе пламени. Поэтому при наполнении баллонов кислородом необходимо самым тщательным образом проверять, какой газ в них остался от предыдущего наполнения, и, в случае малейшего подозрения на присутствие в баллоне горючего газа, баллон изымают из наполнительной и направляют в лабораторию для проверки.
Попадание в кислородные баллоны органических масел и жиров также может послужить причиной взрыва баллона.
Корпуса вентилей баллонов изготовляют из латуни ЛС59-1 методом горячей штамповки, что обеспечивает необходимую плотность и вязкость металла при малых размерах вентилей. Клапан делают из латуни с пластмассовым или медным уплотнением, шпиндель — из коррозионностойкой стали, маховичок — из вторичного алюминиевого сплава; для инертных газов используют мембранные (бессальниковые) вентили, обеспечивающие полную и надежную герметичность.
При больших расходах кислорода применяется подача его по трубопроводу под давлением 3-3,5 МПа (30—35 кгс/см2) непосредственно с завода-изготовителя газа, где кислород может накапливаться в хранилищах постоянного объема для компенсации неравномерности расхода газа — в так называемых реципиентах.
Для реципиентов применяют баллоны емкостью 400 дм3, соединяя их в батарею для получения требуемого объема хранилища. Баллоны соединяют общими трубопроводами, снабжают запорной и предохранительной арматурой, контрольно-измерительными приборами. Реципиенты обычно располагают вне здания цеха, обеспечивая их соответствующим ограждением и защитой от атмосферных осадков. Из баллонов большой емкости (400 дм3) делают также транспортные реципиенты, используемые для доставки сжатого кислорода или других газов потребителям с помощью автотягачей на прицепах. Наполнение и опорожнение баллонов производится соответственно на, заводах, производящих и потребляющих кислород, при доставке реципиентов автотягачами без снятия баллонов с прицепов. Давление кислорода в транспортном реципиенте 16,5—20 МПа (165—200 кгс/см2). Газовместимость 1500, 750 и 375 м3 кислорода (при 20°С и 760 мм рт. ст.). Радиус доставки автотранспортом — до 400 км. Такой способ доставки кислорода потребителям прогрессивен и экономичен, так как значительно снижает потребность в баллонах и затраты, связанные с их использование (на ремонт, погрузку и выгрузку, испытания и др.).
ЖИДКИЙ КИСЛОРОД
В процессах газопламенной обработки используют кислород 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) [0,406 ккал/(кг-°С)].
Перед подачей в сеть потребления для газопламенной обработки 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 на заводах (приобретение баллонов, постройка складов, учет, испытание и ремонт баллонов, транспортные
расходы).
3. Повышается безопасность и упрощается обслуживание газопитания цехов газопламенной обработки, 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 Дыара (рис. 2), шаровые (а) или цилиндрические (б). Сжиженный газ заполняет сосуд 2 из алюминиевого сплава, подвешенный на тонкостенной трубке — горловине 1 из стали Х18Н10Т внутри внешнего сосуда 3, изготовленного также из алюминиевого сплава. Все соединения выполнены аргонодуговой сваркой, стальные детали предварительно алитированы. Пространство между сосудами заполнено тепловой изоляцией 5 из смеси порошкообразного аэрогеля и бронзовой пудры.
В этом пространстве создан вакуум до остаточного давления (1 — 2) 10-1 мм рт. ст. Снизу к внутреннему сосуду приварена камера 4, заполненная адсорбентом (силикагелем КСМ). При заполнении сосуда 2 сжиженным газом адсорбент охлаждается и поглощает остаточные газы в межстенном пространстве, создавая в нем вакуум до давления (1 — 5) 10-3 мм рт. ст. Сталь Х18Н10Т обладает низким коэффициентом теплопроводности, вследствие чего теплоприток извне по горловине существенно снижен.
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.
Типовой транспортный автомобильный резервуар ТРЖК-2У показан на рис. 3. Внутренний резервуар, в котором хранится жидкий кислород, изготовлен из стали Х18Н9Т аргонодуговой сваркой, наружный (кожух) — из низкоуглеродистой стали 20. Изоляция заполняющая межстенное пространство, — вакуумно-порошковая — из смеси аэрогеля с перлитовой пудрой; вакуум в межстенном пространстве соответствует остаточному давлению 5*10-2 мм рт. ст.
Заполнение резервуара жидким кислородом из стационарной емкости производится через вентиль 3 и штуцер 5 при открытом вентиле 13 для сброса газа в газгольдер или атмосферу. При опорожнении резервуара в нем создается избыточное давление до 0,1 — 0,15 МПа (1—1,5 кгс/см2) за счет испарения части жидкого кислорода в испарителях 17. Слив жидкости производится также через вентиль 3 и штуцер 5 при закрытом вентиле 13. Для уменьшения притока теплоты через опоры резервуара они изготовлены из слоистого стеклопластика, обладающего низким коэффициентом теплопроводности и достаточной прочностью при низких температурах.
§
Ацетилен представляет собой углеводород ненасыщенного ряда СпН2n-2. Его химическая формула С2Н2, структурная формула Н-С=С-Н. При атмосферном давлении и нормальной температуре ацетилен — бесцветный газ. Технический ацетилен вследствие присутствия в нем примесей, например фосфористого водорода и сероводорода, имеет резкий специфический запах. При 20°С и 760 мм рт. ст. плотность ацетилена р = 1,091 кг/м3. Физические константы ацетилена следующие:
При атмосферном давлении ацетилен сжижается при температуре -82,4…-83,6°С. При температуре -85°С и ниже ацетилен переходит в твердое состояние, образуя кристаллы плотностью 0,76 кг/м3. Жидкий и твердый ацетилен легко взрывается от трения, механического или гидравлического удара и действия детонатора.
Полное сгорание ацетилена происходит по реакции:
С2 Н2 2,5О2 =2СО2 Н2 О Q (1)
Из уравнения реакции (1) следует, что для полного сгорания одного объема ацетилена требуется 2,5 объема кислорода. Высшая теплотворная способность ацетилена при 0°С и 760 мм рт. ст.
равна Qв=58 660 кДж/м3 (14 000 ккал/м3), низшая теплотворная способность при тех же условиях может быть принята Qн=55 890 кДж/м3 (13 500 ккал/м3).
Теплота реакции (1) сгорания ацетилена слагается из теплоты реакции экзотермического распада ацетилена и суммы теплот первичных реакций сгорания углерода и водорода. Экзотермический распад ацетилена происходит по реакции
Теплота распада Qо=225,8 кДж/моль (53,9 ккал/г-мол) или Qо=225,8*100/26,036=8686 кДж/кг (2070 ккал/кг).
Теплота сгорания С в СО2 равна 395,7 кДж/моль (94,45 ккал/г-мол), Н2 в Н2О равна 290,4 кДж/моль (68,35 ккал/г-мол). Тогда для теплоты реакции сгорания ацетилена по уравнению (1) получаем 225,8 2-395,7 290,4=1307 кДж/моль (311,15 ккал/г-мол) или Q=1307,6*1000/26,036=50000 кДж, или 50 000*1,17=58 500 кДж/м3 (14 000 ккал/м3); здесь 1,17 кг/м3 — плотность ацетилена при 0°С и 760 мм рт. ст.
Ацетилен широко используют в химической промышленности в качестве основного исходного вещества для получения ряда важнейших продуктов органического синтеза: синтетического каучука, пластмасс, растворителей, уксусной кислоты и т. п.
Ацетилен — универсальное и самое распространенное горючее, используемое в процессах газопламенной обработки. При сгорании с кислородом он дает пламя с наиболее высокой температурой, равной 3150°С. Достигнуть столь высокой температуры пламени при использовании других горючих не удается.
При использовании ацетилена необходимо учитывать его взрывные свойства, для того чтобы обеспечить полную безопасность работ. Следует всегда иметь в виду, что ацетилен (как и водород) относится к наиболее взрывоопасным газам.
Температура самовоспламенения ацетилена находится в пределах 240-630°С и зависит от давления и присутствия в нем различных веществ:
Повышение давления существенно снижает температуру самовоспламенения ацетилена. Присутствие в ацетилене частиц других веществ увеличивает поверхность контакта и тем понижает температуру самовоспламенения.
Практически в зависимости от давления допустимо нагревание ацетилена до следующих температур: при абсолютном давлении 0,1 МПа (1 кгс/см2) — до 300°С, при абсолютном давлении
0,25 МПа (2,5 кгс/см2) — до 150-180°С, при более высоких давлениях — до 100°С.
Один из важных показателей взрывоопасности горючих газов и паров — величина энергии зажигания. Чем ниже эта величина, тем взрывоопаснее данное вещество. Значения энергии зажигания для газовых смесей стехиометрического состава при атмосферном давлении и 20°С приведены в табл. 1.
Как видно из этих данных, энергия зажигания кислородно-газовых смесей примерно в 100 раз меньше, чем воздушно-газовых. Ацетилен имеет наименьшую энергию зажигания и в отношении взрывоопасности подобен водороду.
Основной способ получения ацетилена основан на реакции взаимодействия карбида кальция с водой. Карбид кальция СаС2 — твердое вещество кристаллического строения, имеющее в изломе темносерый или коричневый цвет. Плотность химически чистого СаС2 при температуре 18°С равна 2,22 г/см3.
Реакция образования карбида кальция из окиси кальция и углерода является эндотермической и протекает при температуре 1900-2300°С по уравнению CaO 3C=CaC2 CO-452,5 кДж/моль (108 ккал/г-мол)
56,08 36,03=64,1 28,01. (3)
Согласно уравнению для образования 1 кг СаС2 расходуется 56,08/64,1=0,875 кг СаО и 36,03/64.1=0,562 кг С.
Для получения 1 кг СаС2 требуется теоретически затратить теплоты 452,5*1000/64,1=7060 кДж/кг (1685 ккал/кг).
Технический карбид кальция содержит 70—75% химически чистого СаС2, 1.7—24% СаО и различные примеси: окислы магния, алюминия, железа, соединения серы, фосфора, ферросилиций, углерод и др.
Карбид кальция чрезвычайно активно вступает во взаимодействие с водой, разлагаясь при этом с образованием газообразного ацетилена и гидрата окиси кальция (гашеной извести). Разложение карбида кальция водой протекает экзотермически: СаС2 2Н2О=С2Н2 Са(ОН)2 127,4 кДж/моль (30,4 ккал/г-мол)
64,1 36,032=26,036 74,096. (4)
Следовательно, для разложения 1 кг химически чистого СаС2 требуется затратить 0,562 кг воды. При этом получается 26,036/64,1=0,406 кг С2Н2 и 74,096/64,1=1,156 кг Са(ОН)2. Плотность ацетилена при 20°С и 760 мм рт. ст. равна 1,09 кг/м3; следовательно, количество ацетилена (выход ацетилена), получаемое пои разложении 1 кг СаС2, равно аm=0,406*103/64,1=372,5 дм3/кг.
С учетом паров, насыщающих ацетилен при 20°С и 760 мм рт. ст. выход ацетилена аm = 380,88 дм3/кг. Количество теплоты, выделяющейся при разложении 1 кг СаС2, 127,4*103/64,1=1980 кДж/кг (475 ккал/кг).
Содержащаяся в качестве примеси в техническом карбиде негашеная известь СаО при взаимодействии с водой также разлагается по реакции СаО Н2О=Са(ОН)2 63 кДж/моль (15,1 ккал/г-мол) или 63*103/56,08=1130 кДж/кг СаО (270 ккал/кг СаО). (5)
Принимая содержание чистого СаС2 в техническом СаС2 равным 70% и содержание в нем СаО равным 24%, получим тепловой эффект реакции разложения технического карбида кальция: (1980*0,7)/(1130*0,24)=1651 кДж/кг (400 ккал/кг).
Экзотермичность реакции разложения карбида кальция создает опасность перегрева в зоне реакции. В связи с этим необходимо осуществлять ее при избытке воды и обеспечивать отвод теплоты реакции. Особенно опасны местные перегревы карбида кальция, так как при этом температура в месте его разложения может достигать 700-800°С. При такой температуре возможна полимеризация, разложение и взрыв ацетилена, особенно при попадании воздуха в зону реакции. Поэтому необходимо в месте разложения карбида кальция поддерживать
температуру не выше 150°С, при которой еще не могут возникать процессы полимеризации ацетилена. При температуре 200°С и выше может происходить разложение карбида кальция за счет отнятия влаги от гашеной извести по реакции СаС2 Са(ОН)2-С2Н2 2СаО.
Эта реакция протекает при недостатке влаги, поэтому может произойти сильный перегрев карбида кальция, куски которого будут покрыты плотной коркой гашеной извести. Непрерывное
удаление с кусков карбида кальция слоя образующейся гашеной извести имеет важное значение для полноты разложения карбида кальция и безопасности этого процесса.
Количество ацетилена в литрах (при 20°С и 760 мм рт. ст.), выделяемое при разложении 1 кг карбида кальция, называется выходом ацетилена из карбида кальция. В ГОСТ 1460-56 установлены следующие нормы выхода ацетилена в зависимости от размеров кусков (грануляции) карбида кальция (табл. 2).
С уменьшением размеров частиц карбида кальция выход ацетилена понижается, что объясняется большим содержанием в мелком карбиде посторонних примесей (СаО и др.).
Скорость разложения карбида кальция — важный показатель для его использования в ацетиленовых генераторах — измеряется количеством ацетилена, выделившимся за время разложения 1 кг карбида кальция в течение 1 мин. Скорость разложения (л/кг-мин) зависит от сорта и грануляции карбида кальция, а также от температуры воды. Как видно на рис. 6, наибольшая скорость разложения достигается в первые 2-4 мин после смачивания карбида кальция.
Поскольку карбид кальция жадно поглощает атмосферную влагу и при этом разлагается с выделением ацетилена, его хранят и транспортируют в герметически закрытой таре: барабанах из кровельной стали или контейнерах, герметически закрывающихся крышкой, из листовой низкоуглеродистой стали. Барабаны с карбидом кальция необходимо хранить в сухих, хорошо проветриваемых складах, защищенных от затопления грунтовыми водами.
Способ получения ацетилена из карбида кальция довольно громоздкий, дорогой и требующий затрат большого количества электроэнергии. За последние годы разработаны и быстро внедряются в промышленность более экономичные и высокопроизводительные способы получения ацетилена: из природного газа термоокислительным пиролизом метана в смеси с кислородом (так называемый пиролизный ацетилен) и разложением жидких горючих (нефти, керосина) действием электродугового разряда (так называемый электропиролиз). Получение ацетилена из природного газа на 30-40% дешевле, чем из карбида кальция. Этот ацетилен по своим свойствам не отличается от ацетилена, получаемого из карбида кальция. Пиролизный ацетилен, используемый для сварки и резки, накачивают в баллоны с пористой массой, пропитанной ацетоном.
§
Хранение и транспортировка ацетилена осуществляются под давлением в баллонах, заполненных специальной пористой массой, пропитанной ацетоном — хорошим растворителем ацетилена, что позволяет существенно увеличить количество ацетилена, накачиваемого в баллон. Кроме того, ацетон снижает взрывоопасность ацетилена. Ацетон удерживается в порах массы и распределяется по всему объему баллона, это увеличивает поверхность его контакта с ацетиленом при растворении и выделении из раствора.
Ацетилен, отпускаемый потребителям в баллонах, называется растворенным ацетиленом (ГОСТ 5457-60). Максимальное давление ацетилена при заполнении баллона составляет 2,5 МПа (25 кгс/см2), при отстое и охлаждении баллона до 20°С оно снижается до 1,9 МПа (19 кгс/см2). При этом давлении в 40-литровый баллон вмещается 5-5,8 кг ацетилена по массе (4,6-5,3 м3 газа при 20°С и 760 мм рт. ст.).
Количество ацетилена в баллоне определяют следующим способом: наполненный баллон взвешивают с точностью до 0,1 кг и выдерживают при температуре не ниже 15°С в течение 8 ч, после чего отбирают ацетилен со скоростью не более 0,8 м3/ч. Остаточное давление в баллоне после отбора должно быть не менее 0,05 МПа (0,5 кгс/см2). После окончания отбора газа баллон вновь взвешивают. Разность между массой наполненного баллона и массой баллона после отбора из него газа представляет собой массу содержавшегося в нем ацетилена.
Давление ацетилена в полностью наполненном баллоне изменяется при изменении температуры следующим образом:
Ацетон (СН3СОСН3) — растворитель, имеющий температуру кипения при атмосферном давлении 56,2°С, температуру замерзания 178,7°К (-94,3°С). При абсолютном давлении 0,1 МПа (1 кгс/см2) и 20°С в 1 кг ацетона растворяется 27,9 кг ацетилена или в 1 л ацетона растворяется 20 л ацетилена. Растворимость ацетилена возрастает в ацетоне примерно прямо пропорционально давлению. С понижением температуры растворимость ацетилена в ацетоне растет.
Для более полного использования емкости баллона порожние ацетиленовые баллоны следует хранить в горизонтальном положении, что способствует равномерному распределению ацетона по всему объему баллона. Наполнять баллоны ацетиленом необходимо медленно (с учетом скорости растворения его в ацетоне) в два приема: сначала в течение 6-9 ч до давления 2,2-2,3 МПа (22-23 кгс/см2), затем после отстаивания вторично до давления 2,3-2,5 МПа (23-25 кгс/см2), так, чтобы после охлаждения до температуры 20°С давление в них составило 1,9 МПа (19 кгс/см2) согласно ГОСТ 5457-60. Для ускорения накачки баллонов иногда их снаружи охлаждают водой, что повышает коэффициент растворимости ацетилена в ацетоне.
При расходовании газа из баллона ацетилен уносит часть ацетона в виде паров. Для уменьшения потерь ацетона отбор ацетилена из баллона следует производить со скоростью не более 1700 дм3/ч, соединяя в случае необходимости несколько баллонов в батарею. По этой же причине нельзя отбирать газ из баллона, в котором давление менее 0,05 МПа (0,5 кгс/см2) при температуре ниже 0°С, менее 0,1 МПа (1 кгс/см2) при температуре 0-15°С, менее 0,2 МПа (2 кгс/см2) при температуре 15-25° С, менее 0,3 МПа (3 кгс/см2) при температуре 25-35°С. Периодически в баллон добавляют ацетон (ацетонируют баллоны) для возмещения потерь растворителя.
При производстве газопламенных работ и децентрализованном потреблении ацетилена растворенный ацетилен имеет ряд существенных преимуществ перед ацетиленом, получаемым из карбида кальция в переносных генераторах непосредственно на месте работ. При использовании ацетиленовых баллонов взамен переносных генераторов производительность труда сварщика повышается на 20%, на 15-25% снижаются потери ацетилена, повышается оперативность и маневренность сварочного поста, удобство работы, безопасность, облегчается использование генераторов в зимнее время. Кроме того, растворенный ацетилен — высококачественное горючее, содержащее минимальные количества посторонних примесей, поэтому его можно применять при выполнении особо ответственных сварочных работ.
Применение растворенного ацетилена в технике газопламенной обработки неуклонно расширяется из года в год, вытесняя использование передвижных ацетиленовых генераторов.
Пористые массы для ацетиленовых баллонов должны удовлетворять следующим требованиям: надежно локализовать взрывной распад ацетилена в баллоне при давлении до 3 МПа (30 кгс/см2); не взаимодействовать с ацетиленом, ацетоном и металлом баллона; обладать достаточной механической прочностью и не разрушаться при толчках и ударах, неизбежных в процессе эксплуатации баллона, не оседать и не образовывать пустот в баллоне; масса должна быть легкой и пористой, чтобы не уменьшать полезного объема и не увеличивать веса тары баллона; не должна выгорать и осмоляться при обратном ударе пламени; должна обеспечивать равномерное распределение ацетона по всему объему баллона и предотвращать стекание раствора на дно баллона; обеспечивать быстрое выделение ацетилена из раствора для возможности отбора газа без сильного охлаждения баллона.
В качестве пористых масс применяют такие высокопористые вещества, как: инфузорную землю, (кизельгур, диатомит), пемзу, асбест, древесный и активированный уголь, силикат кальция, углекислый магний и др. Наибольшее применение имеют зернистые трамбованные массы и монолитные.
§
Економічна оцінка заходів з охорони праці
Річна економія підприємства від поліпшення безпеки праці (табл. 5.2) складається з:
— економії від зменшення професійної захворюваності;
— економії від зменшення випадків травматизму;
— економії від зниження плинності кадрів;
— економії від скорочення пільг і компенсацій за роботу в несприятливих умовах.
Таблиця 5.2.
Структура річної економії підприємства від поліпшення безпеки праці
Розрахунок економії від зменшення рівня захворюваності чи травматизму здійснюється в такій послідовності:
1. Скорочення витрат робочою часу за рахунок зменшення рівня захворюваності (аналогічно для травматизму) за певний час (ΔД) визначається за формулою:
,
де Д1, Д2— кількість днів непрацездатності через хвороби чи травми, що припадають на 100 працюючих відповідно до і після проведення заходів;
Ч3— річна середньооблікова чисельність працівників, осіб.
2. Зростання продуктивності праці (ΔW):
,
де Зв — вартість продукції, виробленої за зміну одним працівником;
РП — вартість річної товарної продукції підприємства.
3. Річна економія зарплати за рахунок зростання продуктивності праці при зменшенні рівня захворюваності і травматизму (Е3):
,
де Чср— середньорічна чисельність промислово-виробничого персоналу;
ЗР— середньорічна заробітна плата одного працівника з відрахуваннями на соцстрахування.
4. Річна економія на собівартості продукції за рахунок зменшення умовно-постійних витрат (ЕС):
,
де У — умовно-постійні витрати у виробничій собівартості річного обсягу товарної продукції.
5. Економія за рахунок зменшення коштів на виплату допомоги потимчасовій непрацездатності (ЕСС):
,
де ПД— середньоденна сума допомоги по тимчасовій непрацездатності.
6. Річна економія за рахунок зменшення рівня захворюваності (ЕРЗ):
,
де Е3, ЕС, ЕСС — відповідно складові економії за рівнем захворюваності.
7. Річна економія за рахунок зменшення травматизму (ЕРТ):
,
де Е3, ЕС, ЕСС — відповідно складові економії по травматизму, що розраховані за наведеними вище залежностями.
8. За необхідності розрахунку, економія від зменшення плинності кадрів (ЕПК) розраховується за формулою:
,
де ЧЗ1, ЧЗ2 — кількість працівників, що звільнилися за власним бажанням через несприятливі умови праці відповідно до і після запровадження комплексу працеохоронних заходів;
ДП — середня тривалість перерви в роботі звільненого при переході з одного підприємства на інше;
ЗВ — середньоденна вартість виробленої продукції на одного працівника промислово-виробничого персоналу.
9. Розрахунок економії від зменшення пільг і компенсацій за роботу в несприятливих умовах у зв’язку зі скороченням або повною відміною оплати за підвищеними тарифними ставками, надання додаткової відпустки та скороченого робочого дня визначається по кожному з перерахованих видів пільг шляхом зіставлення відповідних даних (кількість працівників, які користуються пільгами, розмір середньорічної або середньогодинної заробітної плати тощо) у базовому та плановому періодах.
10. Економія фонду заробітної плати в зв’язку з відміною скороченого робочого дня (ЕСД) розраховується за формулою:
,
де ЗГ — середня оплата однієї години роботи працівника; ФД — кількість робочих днів (змін) на одного працівника за рік; 
,
-чисельність працівників, які мають право на скорочений чий день, відповідно до і після запровадження заходів щодо поліпшення умов праці; d1, d2— кількість годин, на які скорочено робочий день через несприятливі умови праці, відповідно до і після запровадження заходів.
11 Економія фонду заробітної плати у зв’язку зі скороченням чи повною відміною додаткової відпустки (ЕДВ):
,
де ЗД — середньоденна оплата роботи одного працівника; ,
— чисельність працівників, які мають право на додаткову відпустку, до і після запровадження заходів щодо поліпшення умов праці; 
, 
— середня тривалість додаткової відпустки одного працівника, що має на це право, відповідно до і після запровадження заходів.
12. Економія фонду заробітної плати у зв’язку зі скороченням чисельності працівників, що мають право на підвищення тарифу за роботу в важких, шкідливих, особливо важких і особливо шкідливих умовах праці (ЕТС):
,
де ФС — ефективний фонд робочого часу; ЗРВ — середньогодинна тарифна ставка працівників при відрядній оплаті за працю в несприятливих умовах; ЗГПсередньогодинна тарифна ставка працівників припогодинній оплаті за працю в несприятливих умовах; 
, 
— чисельність працівників (при відрядній оплаті), які працюють у несприятливих умовах відповідно до і після запровадження працеохоронних заходів; 
, 
— чисельність працівників (при погодинній оплаті), які працюють у несприятливих умовах, відповідно до і після запровадження заходів щодо поліпшення умов праці.
13. Економія витрат за рахунок скорочення чисельності працівників, які мають право на лікувально-профілактичне харчування (ЕЛП):
,
де gЛП — денна вартість лікувально-профілактичного харчування одного працівника; 
, 
— кількість днів, в які надавалось лікувально-профілактичне харчування відповідно до і після запровадження заходів; 
, 
— чисельність працівників, які мають право на лікувально-профілактичне харчування, відповідно до і після запровадження заходів.
14. Економія витрат у зв’язку зі скороченням кількості працівників, які користуються правом на безкоштовне одержання молока або інших рівноцінних харчових продуктів (ЕСХ):
,
де ЕСХ — денна вартість молока або інших рівноцінних харчових продуктів на одного працівника; 
, 
— чисельність працівників, які користуються правом на безкоштовне одержання молока або інших рівноцінних харчових продуктів, відповідно до і після запровадження заходів щодо поліпшення умов праці.
15. Загальна (річна) економія витрат на пільги і компенсації працівникам за роботу в несприятливих умовах (ЕРПК):
,
16. Річна економія підприємства від поліпшення умов праці за показниками, що базуються на визначенні основних соціально-економічних результатів працеохоронної діяльності на підприємстві ЕР, визначається за формулою:
,
За даними досліджень, комплекс заходів з поліпшення умов праці може забезпечити приріст продуктивності праці на 15-20%. Так, нормалізація освітлення робочих місць збільшує продуктивність праці па 6-13% та скорочує брак на 25%. Раціональна організація робочого місця підвищує продуктивність праці на 21%, раціональне фарбування робочих приміщень — на 2-5%.
Економічне обґрунтування заходів щодо поліпшення умов і охорони праці здійснюється в наступному порядку:
— визначається набір заходів, що ґрунтуються на вихідних даних про необхідну зміну стану умов праці на основі визначених соціальних показників за базовим і впроваджуваним варіантами:
— визначаються витрати на реалізацію заходів;
— розраховується соціальна і соціально-економічна ефективність;
— розраховується економічний ефект за результатами здійснення заходів.
Розрахунки здійснюються на основі вищенаведених формул.
§
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
студентам заочної форми навчання (перепідготовки)
щодо вивчення дисципліни
«Менеджмент»
для галузей знань
0305 – “Економіка та підприємництво”
Затверджено на засіданні кафедри
Протокол № __ від ________ 2022р.
Дніпропетровськ
Методичні вказівки студентам заочної форми щодо вивчення дисципліни „Менеджмент” для напряму „Економіка та підприємництво”/ Н.С.Макарова. – Дніпропетровськ: ДУ ім. А. Нобеля, 2022. – 9 с.
Розробник: Н.С.Макарова, к.е.н., доцент
Відповідальний за випуск: В.Є.Момот, д.е.н., професор, зав. кафедри менеджменту
ЗМІСТ
1. Програма дисципліни „Менеджмент”……………………………………………….3
2. Орієнтовний перелік питань для підсумкового контролю………………….7
3. Список рекомендованої літератури…………………………………………………..9
1. Програма дисципліни „Менеджмент”
Мета та завдання викладання дисципліни
Менеджмент належить до тих дисциплін, які забезпечують фундаментальну підготовку студентів економічних спеціальностей вищих навчальних закладів III-IV рівня акредитації.
Мета дисципліни: розвиток економічного мислення; формування системи базових знань у сфері менеджменту; розуміння концептуальних засад системного управління організаціями та використання інших підходів управління; набуття знань та вмінь розробки і прийняття управлінських рішень.
Завдання дисципліни: вивчення основних категорій науки менеджменту; освоєння функцій управління і процесів прийняття управлінських рішень, а також методів використання базових інструментів управління організаціями; вивчення впливу різних факторів на ефективність та якість системи управління організацією; отримати сучасне бачення та практичні навички впливу на персонал організації з метою швидкого досягнення встановленої мети.
Після завершення вивчення дисципліни студент повинен знати:
· сутність основних питань і категорій менеджменту та управління;
· принципи та функції менеджменту;
· суть організації та взаємозв’язку їх внутрішніх елементів та зовнішнього середовища;
· систему методів управління;
· зміст процесів та технології управління;
· процес аналізу, оцінки та прийняття управлінських рішень;
· напрямки організаційного розвитку організацій;
· основи планування, мотивування та контролювання;
· особливості сучасного менеджменту та риси менеджера;
· специфіку керівництва та лідерства, стилі управління;
· етику відповідальності та соціальну направленість у менеджменті;
· ефективність управління;
вміти:
· визначати місію та цілі організації;
· аналізувати та будувати різні типи організаційних структур управління організацією;
· здійснювати делегування повноважень;
· формувати організаційну культуру;
· організовувати процес прийняття управлінських рішень;
· налагоджувати ефективні комунікації у процесі управління;
· створювати умови для розвитку персоналу організації;
· здійснювати аналіз та оцінку ефективності менеджменту.
Предмет навчальної дисципліни
Предмет навчальної дисципліниє система управління організацією.
Зміст навчальної дисципліни за темами
Тема 1. Сутність, роль та основні визначення менеджменту
Менеджмент як специфічна сфера людської діяльності. Сутність та відмінність категорій „управління” та „менеджмент”. Необхідність та значення управлінської праці для організації. Менеджмент як процес та орган управління організацією. Менеджмент як система наукових знань. Менеджмент як мистецтво управління. Категорії „менеджер” і „підприємець”: поняття, характеристика та особливості їх діяльності в організації. Десять управлінських ролей за Мінцбергом. Предмет, об’єкт та суб’єкт менеджменту. Рівні управління організацією. Групи керівників-менеджерів відносно рівня управління.
Тема 2. Закони, закономірності та принципи менеджменту
Загальні закони менеджменту та їх характеристика. Економічні закони в менеджменті. Соціологічні закони та їх роль в управлінні людьми. Основні закономірності в менеджменті. Принципи в менеджменті. Загальні принципи менеджменту. Організаційні принципи менеджменту. Принципи адміністративного управління. Принципи управління Файоля.
§
1. Поняття „управління” та „менеджмент”. Суть та зміст менеджменту.
2. Необхідність та значення управлінської праці для організації.
3. Відмінності між підприємцем та менеджером.
4. Рівні управління та групи керівників-менеджерів.
5. Характеристика загальних законів та закономірностей у менеджменті.
6. Класичні школи менеджменту – основа наукового підходу до управління.
7. Гуманістичний напрямок менеджменту.
8. Підходи в управлінні.
9. Організація, її ознаки та класифікація.
10. Характеристика зовнішнього та внутрішнього середовища організації.
11. Функції менеджменту та їх зміст.
12. Головні складові успіху організації.
13. Організаційні методи управління.
14. Економічні методи управління.
15. Соціально-психологічні методи управління.
16. Управлінські рішення та їх класифікація.
17. Процес прийняття управлінських рішень.
18. Моделі та методи прийняття управлінських рішень.
19. Планування та її основні елементи.
20. Етапи процесу планування.
21. Сутність організаційної діяльності та її місце в системі управління.
22. Поняття організаційної структури та принципи її побудови.
23. Види організаційних структур управління: лінійна, функціональна та лінійно-функціональна.
24. Види організаційних структур управління: дивізіональна, матрична і проектна.
25. Мотивація та підходи до мотивування.
26. Основні положення змістовних теорій мотивації.
27. Основні положення процесуальних теорій мотивації.
28. Поняття контролю та його місце в системі управління. Види контролю.
29. Модель і характеристика процесу контролювання.
30. Види контролю якості і управління якістю.
31. Регулювання та модель процесу регулювання.
32. Суть управлінської інформації та характеристика комунікацій.
33. Комунікаційний процес, елементи та етапи процесу.
34. Поняття лідерство, лідер. Влада, її види.
35. Класифікація і характеристика стилів керівництва.
36. Зміст теорії лідерських якостей.
37. Підходи до лідерства та їх використання.
38. Сутність результативності та ефективності менеджменту.
39. Види та показники ефективності управління.
40. Сучасні підходи до ефективності систем управління.
Список рекомендованої літератури
Основна література
1. Мищенко А.П. Основы менеджмента / А.П. Мищенко. – Днепропетровск: ДУЕП, 2005. – 312 с. (базовий підручник).
2. Електронний конспект з дисципліни „Основи менеджменту” / Укладачі В.І. Познанський, Н.С. Макарова. – Дніпропетровськ: ДУ ім. А. Нобеля, 2022. – 125 с.
3. Андрушків Б.М., Кузьмін О.Є. Основи менеджменту / Б.М. Андрушків, О.Є. Кузьмін. – К: Либідь, 1995. – 256 с.
Додаткова література
1. Кузьмiн О.Е., Мельник О.Г. Основи менеджменту / О.Е. Кузьмін, О.Г. Мельник. – К.: Академвидав, 2006. – 416 с.
2. Мескон М.Х., Альберт М., Хедоури Ф. Основы менеджмента / М.Х. Маскон, М. Альберт, Ф. Хедоури. – М.: Дело, 2006. – 702 с.
3. Момот В.Е. Основы менеджмента: Слайд – конспект / В.Е. Момот. – Д.: Изд-во ДУЭП, 2022. – 132 с.
4. Орлов А.И. Менеджмент. Организационно-экономическое моделирование: Учебное пособие / А.И. Орлов. – М.: Феникс, 2009. – 475 с.
НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ
Методичні вказівки студентам заочної форми навчання
щодо вивчення дисципліни
«Менеджмент»
Підписано до друку ______________. Формат 60х84/16. Ум. друк.
арк. ___ Оперативна поліграфія. Зам. № ___Тираж _____прим.
ДУ ім. А. Нобеля.
49000, м. Дніпропетровськ, вул. Набережна Леніна, 18