天然气作为切割气的技术及应用
ThetechnologyandapplicationofNGasthecuttinggas
摘要：由于天然气具有清洁、高效、使用安全等特点,故本文对天然气作为切割气进行了研究探讨，阐述了天然气作为切割气的特点、工艺、切割效果及发展前景。
Abstract:SinceNGhascharacteristicssuchascleaning,high-effect,safety,sothepaperdiscussandstudythetechnologyofNGasthecuttinggas,andsetforththecharacteristic,handicraft,cuttingeffectthatgasmakesangryascuttingandhasdevelopedaprospect.
主题词：天然气；切割气；技术；应用
一、天然气作为切割气的发展
相对于激光、等离子等先进切割技术的使用[1]，氧-火焰切割工艺以其投资少、易用性好等特点依然是工业企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3000～3500kWh和0.5t标准焦碳，得到1t电石。生产1t乙炔要排出3.5t电石渣及CO、H2S、SO2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[2]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、丙烷等燃气替代乙炔作为切割燃料，但由于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(1.29kg/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。
表1天然气与乙炔、丙烷物性比较表
气体
天然气
丙烷
乙炔
体积质量(kg/m3)
0.75
2.0
1.2
空气中的爆炸极限范围(%)
5～15
2.1～9.5
2.5～80
最低发热值(kcal/m3)
～8800
22256
12600
气体燃烧耗氧量(m3/m3)
在焊炬中
1
?
1～1.4
完全燃烧
2
5
2.5
在氧气中的燃烧速度(m/s)
4.6
3.7
6.9
与氧混合的火焰温度(℃)
1850～2540
2832
3100～3350
???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。
天然气专用剂是根据天然气的物理化学性质以稀土元素和高级化学品为基料合成的一种无毒、无腐蚀的稀土有机化合产品。含有稀土R元素，而稀土R元素具有5d轨道和未被电子填充满的4f空轨道易于形成稳定的络合键也就是易于形成配位键，亦即与CH基团有很好的亲合力，而且，单位质量所吸收的CH数比一般元素多，吸收能力强，从而对碳氢化合物起到良好的催化、助燃、阻聚、稳定等特殊功能和作用。这种亲合力，就是络合能力，在高温下的气体状态，随着分子运动的加剧，瞬时碰撞加剧，合与分解频繁，引起连锁反应，导致良好的催化、助燃机制形成。利于提高火焰温度、促进完全燃烧（氧化—还原反应进行彻底）、燃烧垃圾中的一些有效成份得到充分利用，使它们相互补充，互相促进，起到了综合性增益。
???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20mm)的实验数据。
表2某厂天然气切割气实验数据表
切割速度(mm/min)
燃气消耗量(g/m)
氧气消耗量(g/m)
500
25
200
???经过实际使用效果比较，1kg乙炔约可以被低于1kg的天然气切割气所替代，而氧气使用量也可适当降低。目前乙炔的市场价格价格在16元/kg以上，而天然气切割气的价格为12元/kg左右。使用天然气切割气替代乙炔可在很大程度上降低切割气成本。以上海某船厂为例，该厂日消耗乙炔气1t，目前使用的是液化天然气切割气，每日可节约切割气成本4000元，再加上氧气消耗量的降低，年节省切割费用约200万元。
五、天然气作为切割气的发展前景与问题
天然气切割气替代乙炔、丙烷会更加安全、可靠、环保，实践证明具有良好的使用效果和优越性。1、经济性天然气替代乙炔、液化石油气作切割和加热燃料其成本只有乙炔的1／7，是液化石油气成本的费用的43％，经济效益显著，在钢铁行业和金属加工企业具有广泛的推广价值。2、稳定性天然气通过管道减压输送、压力稳定、热值稳定、价格稳定、操作的工艺条件稳定，企业的燃料成本好掌握。3、方便性通过管道输送天然气，省去了使用乙炔或液化石油气购置气瓶(或租赁)的费用和钢瓶检测费、运输费和搬运费。]4.安全性天然气比空气轻，即使有部分气体泄露，也很快能够散去，不会在工厂或者低洼处存积，减少了不安全隐患。天然气在室内使用和乙炔，液化气相比提高了工作人员的操作安全性，降低了企业的企业的风险。
???1.天然气供应的影响
???船厂往往位于沿海地区或岛屿，与管道天然气连接困难。而使用LNG作为气源，建设LNG气化站的初期投资相对较大，且需要一定的场地，使部分船厂特别是已建成船厂在是否采用天然气切割气上裹步不前。
???2.天然气切割气尚无标准
???近年来，尽管国内天然气切割气有所发展，但是还没有相应的天然气切割气标准，在不同价格品质的添加剂面前，用户容易不知所措，从而一定程度上阻碍了天然气切割气的发展。
六、结论
???(1)天然气切割气比乙炔、丙烷更清洁、环保、经济、安全，是切割气发展的方向。
???(2)天然气资源供应、相关政策法规等方面问题的解决将有助于天然气切割气的发展。
参考文献
[1]弓燕舞刘富海赖元楷
[2]张文，陈凡.天然气代替乙炔气进行火焰切割[J].特钢技术，1997(3)：60-63.
[3]金文华.LPG在工业切割上的应用[J].上海煤气，2001(6)：30-34.
[4]杨国辉.氧-天然气切割工艺的研究与应用[J].管道技术与设备，2004(6)：31-32.
[5]徐新.舟山中远船务切割气体改造工程初见成效[J].中国修船，2006(1)：26.
[6]梁桂芳.国外造船切割技术发展现状[J].造船技术，1995(8)：33-35.
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