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1、XXX燃气有限公司天然气切割气技术方案摘要 天然气切割气具有清洁、高效、使用安全等特点.对天然 气切割气性能、生产工艺、供应方式进行了介绍：与乙炔、丙烷在 燃烧速度、爆炸极限等的比较，说明了天然气切割气在清洁、安全等 方面的优势。系统介绍了天然气切割气混合生成及割具改造技术的 进展，不同地区、不同需求的切割气用户可选择LNG、CNG和管道气 等多种天然气切割气供应方式;使用效果表明,天然气切割气可为用 户节省约3 0 %的切割气成本.指出了国内在天然气切割气发展过 程中需要尽快解决的如气源供应保障、标准化等问题。天然气切割气 发展起步较晚,技术利用上仍需不断完善,但其特殊的优势也预示着 良好的
2、发展前景。相关技术、政策问题的解决对于天然气切割气的发 展起到促进作用。一、切割气发展 相对于激光、等离子等先进切割技术的使用,氧火焰切割工艺 以其投资少、易用性好等特点依然是国内外企业工业切割气的主要选 择。其中,氧-乙炔切割又是氧火焰切割工艺中最为成熟、广泛采用 的方法.但是乙炔的原料电石是一种高耗能产品，耗电3 0 0 03 5 0 0 kWh和0. 5 t 标准焦碳，得到1 t电石。生产1 t乙 炔要排出3。5 t电石渣及C0、H2 S、S0 2等有害气体及污水， 而且乙炔在使用中存在安全性差、成本高等不足。为此,工业发达国 家在20 世纪60 年代后根据各自实际情况相继开发了丙烯、丙
3、烷等 燃气替代乙炔作为切割燃料。从20世纪9 0年代初起，我国也开始限制乙炔发展，积极推广环保 节能工业燃气，并引进了丙烷类切割气技术.但由于国内油气资源缺 乏、丙烷液化气的价格上涨较快、技术发展较慢等原因，替代乙炔切 割气的进展较为缓慢。另外，丙烷气密度大于空气，不宜在船舱等密 闭场所使用，在一定程度上也影响了丙烷切割气的使用推广。而天然 气切割气在其清洁、经济、环保、安全等方面都有一定优势，再加上 天然气在能源中比例的提高，也有了气源保障，从而成为替代乙炔的 最佳选择。二、天然气切割气特点表1 给出了天然气（主要成分为甲烷） 、丙烷和乙炔的物性比 较。可以看出，天然气在空气中的爆炸极限范围
4、小，燃烧速度较慢。 因此，发生爆炸、回火的可能性比乙炔小，安全性更高。与丙烷和乙 炔不同，天然气的密度小于空气（1。 29 kg/ m3 ） ，泄漏时不易 在车间或船舱地面形成堆积，大大减少了爆炸发生的可能性。1、天然气替代乙炔气的优点节省能源:生产乙炔的原料-电石，消耗大量电能，生产1吨电石耗电37 0 0 KWh,720Kg左右焦碳和5 0Kg电极材料，同时生产 溶解乙炔气需大量丙酮。采用天然气替代乙炔气，节省能源和材料， 社会效益相当可观。经济效益：天然气价格比乙炔气价格便宜得多，每使用1瓶乙炔 气（按6m3充装）需85元左右，而1瓶乙炔气燃烧释放的能量相当于 8. 8m3天然气燃烧释放
5、的能量，价格只有6元/m3左右，即一瓶乙炔 相当于5 7元考虑氧用量的增加，将近节约38%，经济效益相当可 观。社会效益:使用天然气，可减少环境污染和对人体的危害，生产乙 炔产生的大量电石灰难以处理，污染极大。 天然气、乙炔气性能对比:、燃气名称项目、增效天然气乙炔气化学式（主要成分）CH4 （饱和键）C2H2（不饱和键）中性焰温度 C3 3 5 03100外焰辐射热量M J /m3736燃烧值KJ/mol890129 8。7氧用量/燃气量（体积比）2.02.5供给割炬氧气量1.051。0在空气中的爆炸极限5。3%14%2. 5%-80%表1天然气与乙烘、丙烷物性比较表气体天然气丙烷乙烘体积质
6、量(kg/ m3)0.752.01.2空气中的爆炸极限范围()5-152.19.52.5-80最低发热值(kcal/ n?)呂80022 25612 600气体燃烧在焊炬中11-1.4耗氧量完全燃烧252.5在氧气中的燃烧速度(m/Q4.63.76.9与氧混合的火焰温度(01 850-2 5402 8323 1003 350另外,天然气燃烧效率高、清洁，在生产和使用过程中，不会产 生电石渣等污染物。特别是近年来国内外能源价格均出现了上涨，而 天然气比液化石油气、汽油、柴油的价格低，且随着西气东输工程的 建成、LNG工厂、LNG接收站的增加，国内天然气供应渠道日趋丰富， 使天然气在切割工艺上的大
7、量应用成为可能。利用天然气替代耗能 大、成本高的乙炔进行钢材的切割，可以产生较好的经济效益和社会 效益.但是，由于天然气热值和火焰温度均低于乙炔，所以在替代乙炔时 会遇到火焰温度低、切割速度慢等问题。为此，往往通过在天然气中 添加一定比例的添加剂来提高火焰温度.实践表明，目前国内的天然 气已经可以替代乙炔，能够满足切割要求。三、天然气切割气技术由于天然气与乙炔、丙烷在物理性质和燃烧特性上存在不同，所 以在用作切割气替代乙炔时需要通过添加一定比例（约1 %） 的添加 剂，并对割具进行改进。1. 添加剂的添加混合方式目前国内有多个厂商生产天然气添加剂，并采用了不同的添加方 式,主要有：（1）加药机
8、形式将添加剂按照设定的比例向天然气管线内自动加注.使用该种方 式的添加剂必须具有良好的挥发性,否则将无法与天然气达到很好的 混合，从而影响切割效果。（2）加药机+混合罐方式与（1）相比，本方式在加药机后配置一个混合罐，以达到天然气与添加剂充分均匀混合的效果。（3）加药柜方式在天然气管线上加装一个加药柜，使天然气通过添加柜时，带走 挥发性较强的添加剂。与前两种相比，该方式的添加精确度较差，但 是设备投资相对较低。（4）杜瓦瓶注入方式此方式主要用于天然气管道没有履盖的区域，利用杜瓦瓶运输LNG,在杜瓦瓶充装LNG前利用专用的注入工具将添加剂注入，LNG 运抵用户处后,LNG汽化后就可以使用了。2.
9、 天然气切割气工艺根据天然气与乙炔气的燃烧性能和气体消耗量分析，天然气耗量较 乙炔气耗量大， 因此， 在采用氧天然气切割时须改变原乙炔割 炬的混合室预热氧喷嘴孔径和射吸管孔径，同时扩大燃料气接头入口 孔径,并调整氧与天然气气体比例。又由于氧天然气火焰的燃烧速 度低于氧乙炔燃烧速度，因此，用乙炔切割炬改制成天然气割炬应 加大割嘴的混合气喷出截面积，降低流出速度,使之与火焰的燃烧速 度相适应，才能保证良好的燃烧。3。天然气切割气使用效果目前国内已有上海、舟山5 等地的船厂成功使用天然气切割 气替代乙炔。表2 为某厂在自动切割机上采用天然气切割气切割钢 板(厚度为20 mm)的实验数据.表2 某厂天
10、然气切割气实验数据表表2某厂天然气切割气实验数据表切割速度(mm mill)燃气消耗量 (g/ m)氧气消耗量(g/m)50025200经过与乙炔切割比较，发现切割速度相当，但是燃气和氧气的消耗量 均有不同程度降低。氧天然气、氧-乙炔气割实验结果比较该实验选用钢板厚度为=8、12、30等三种规格的厚度进行比较。、燃气名称 项目CH4-O2C2H2-O2切口质量切口平齐,氧化渣少,易于清除减少切口过烧较为理想切口平齐氧化渣多，不易清除，切口边缘过烧较多切割速度（6=8、12、30）手工切割较C2H2-O2慢1 0%较快自动切割时二者速度一样,前者预热稍慢。安全性爆炸极限范围小火焰燃烧稳定不易回火
11、，不存在运输问题炸极限范围尢易回火使用、运输、储存很不安全经济性来源广泛,成本（氐。生产工艺复杂，乙炔制造成本咼。环境影响燃烧时无黑烟点火时产生大量黑烟,生产乙炔时产生大量电石灰，污染环境。四、天然气切割气供应方式天然气的供应形式主要有管道天然气、压缩天然气和液化天然 气3种（见图1）.表3给出了 3种供气方式的特点。从表3可以看 出，LNG由于生产工艺复杂和运输成本较高等原因，销售价格高于管 道天然气和CN G。但是后两者受天然气管网和气源的限制,从而使L NG在市场发展中更具优势，是目前船厂切割气的主要选择LNG气 化站根据规模可以采用气化站和瓶组等形式。前者主要适合于船厂等 工业气体大型
12、用户;而对于小型用户，由供气厂商采用瓶装供应更为 经济。表3天然气供气方式比较表供气方式管道天然气压缩CNGLNG供气条件适合于天然气管线可 以到达的地区现场无管线.但当地 需有CNG气源适合于任何地区储存条件无25 MPa高压储存-162 C温度下储存（储存压力0.1-0.3 MPa）储存设备高压气瓶低温储罐（钢瓶）气体单价3.04. 0 7E/m33.04.0 元/nF4.05.0 元/m备注所需设备少.投资小由于采用高压钢瓶运输.所以运 输半径不宜过大.否则很不经济用气量较大的用户.需要建设LNG气化站:小 用户可使用LNG钢瓶供气.但需有稳定加气点五、天然气切割气发展前景天然气切割气替代乙炔、丙烷会更加安全、可靠、环保。同时,随 着韶关地天然气管网的不断覆盖,天然气切割气替代乙炔、丙烷可以 大量减少危险品运输的频率和数量。
