天然气切割气使用优势.doc

天然气切割气使用优势天然气切割项目介绍第一部分天然气切割介绍一.前言自从100多年前法国科学家将氧-乙炔气运用到金属切割和焊接领域后，乙炔气就成为全球金属焊割的主要燃气，对工业大革命和人类技术创新有过不可替代的贡献。乙炔气因其易燃易爆，安全系数低，生产过程中耗能耗电，污染环境，生产成本偏高，以至在生产、存储、运输、使用、环保及价格方面存在诸多缺陷和隐患，发展受到了很大限制，因此许多国家都在研制新的更安全、更节能的工业燃气，中国国家机械工业部一九九五年在全国乙炔生产会议上明确不再审批新建扩建电石厂、乙炔厂。现有的厂家面临转产的境地。国家科委早在八五期间，就极力推广石油气替代乙炔气，如丙烷气、丙烯气、天然气、丙烯混合气等等，以期逐渐取代乙炔气。二.新型工业切割用燃气的应用状况我国工业燃气用量中，70%为乙炔气。以前乙炔气主要是乙炔发生器中制取，由于造成污染和高度不安全性，各地均已发文不得采用(包括管道式)。目前均采用瓶装乙炔气进行工业切割。乙炔化学性质活跃，易爆，极危险。当其与铜、银等金属以及空气、纯氧混合，甚至盛装容器直径较大时都会引起爆炸。使用乙炔气在对碳素钢切割时，易产生切口上缘熔化，挂渣多且不易清除，切面局部硬化等现象，使切割工艺不理想。焊接时需要进行打磨，增加了生产成本。沿海地区造船厂近年来已经禁止在造船平台使用乙炔，改用其他新型切割气，多年来人们一直尝试采用其他燃料代替乙炔作为切割气，但由于其他燃料如：天然气，液化石油气，丙烷气，丙烯气，人工煤气，二甲醚等燃料在氧气中燃烧温度低于3000，直接作为切割气不理想，需要加助燃添加剂对母气进行催化，裂化，助燃，改变燃气燃烧方式，从而提升火焰温度，使之在氧气中燃烧的火焰温度达到乙炔的3100，实现替代乙炔的目的。三.几种燃气的物理化学性质及燃烧特性比较乙炔和石油化工中催化裂化的副产品中的丙烷、丁烷及天然气(甲烷)相比,其燃烧性质的差别主要是由于它们的分子结构不同所致。乙炔分子结构中两碳原子间含有两个很易破裂的键(chch),化学活性强,燃点低,燃烧速度快,易回火。而烷烃分子结构中只含相对稳定的键(如丙烷：ch3-ch2-ch3),因此,其化学活性,燃烧速度均不如乙炔,回火倾向较小。正是由于这种分子结构的差异,燃烧速度的不同,导致它们的火焰热量的分布也有所差异。乙炔化学活性强,燃烧速度快,使其焰心释放热量多,且分布集中,内焰温度高,外焰释放热量相对较少；而烷烃虽然其体积热值比乙炔高许多,但其化学活性相对较低,燃烧反应速度较慢,使得焰心释放的热量少,外焰释放的热量多,相对火焰热量分布较乙炔分散,温度也较低。丙烯气体分子结构中其碳原子间含有一个键(ch3-ch=ch2),甲基乙炔-丙二烯稳定燃气(mps)是多种气体按一定比例生产的切割用混合气体,其气体碳原子间可能含有两个键(ch3-cch)或一个键(ch2=c=ch2),它们的化学活性比乙炔约低,但比烷烃高,而体积热值与丙烷相当。因此燃烧特性不同于乙炔也不同于烷烃,其焰心热量释放与乙炔相当,外焰热量释放与丙烷接近,火焰温度比乙炔约低但比烷烃高,回火倾向低。切割燃气物理化学性质和燃烧特性分别见表1-3和表1-4。表1-3切割燃气物理化学性质燃气分子式分子量21密度,m3pkg空气中比重氧气燃气燃烧比毒性乙炔c2h 226.010.9180.9062.5高丙烷c3h 844.060.5401.555.0低天然气切割气ch4-r 16.041.4980.622.0低表1-4天然气切割气与乙炔气相及相关技术数据比较气体乙炔(c2h2)丙烷(c3h8)改性乙炔ch4-r分子相对质量264416密度(标准状态下)/kgm-31.171.850.71 15.6时相对于空气质量比(空气=1)0.9061.520.55着火点/335510645热量分布kjp焰心188909501外焰3588083572总热量5577193073中性焰温度/氧气中燃烧310025203300空气中燃烧26302116火焰燃烧速度/ms-1氧气中燃烧84空气中燃烧5.83.9爆炸范围(可燃气体的体积分数/%)氧气中2.8932.4575.459.2空气中2.5802.510515回火率高低低毒性高中低碰撞敏感性高低低切割质量挂渣不挂渣不挂渣使用成本高高低四.天然气切割气改性乙炔与其他气体工作效率及使用成本比较40mm的冷钢板垂直打孔预热、打穿时间：名称垂直打孔预热打穿时间乙炔预热时间14秒打穿时间1 6秒丙烷预热时间35秒打穿时间50秒液化石油气预热时间45秒打穿时间60秒天然气预热时间60秒打穿时间70秒天然气切割气预热时间10秒打穿时间13秒注意事项：通常在进行改性乙炔气割时，使用乙炔的操作工人由于不懂得改性乙炔的性质及燃烧特点，采用乙炔气的操作手法，混合氧气无法给足，造成燃气燃烧温度无法达到理想状态，造成预热时间长，工效下降。在使用天然气切割气割时应注意以下几点：第一.使用的割炬应该有很好的射吸能力，不能因为长期使用导致混合氧气旋钮松动，失去正常射吸能力.第二.燃气要给足，首先保证有足够的燃气供应量，保证气割时的总热能达到或接近工件燃烧时所需要的热量。其次要保证有足够的使用压力，维持火焰燃烧时的最佳频率及燃烧速度。再次气割时应将割嘴喷射出的内焰贴近工件，保证燃气热量集中，缩短预热时间。切割厚度与各种型号割咀、风线长度的对应关系表3-2切割设备及割咀型号切割厚度(mm)割咀风线长度(mm)切割机割咀00号51025 0号102032 1号204060 2号4080110 3号80120160 4号120160200 5号160210260 6号210260330 7号260300420 8号300340450 300型割咀1号60100150 2号100140230 3号140180270 4号180250380 5号250300450 100型割咀1号102535 2号254080 3号4080130 4号80120200 5号120150230 30型割咀1号51020 2号101525 3号152035 4号202540 5号253550注：割咀风线长度应大于切割厚的1.31.5倍才能达到切割质量。第二部分天然气切割气技术指标切割速度要适合于所切割的材料厚度，切割过程才能稳定，切割件的质量才能提高，而且没有较大的后拖量和过量的溶渣。割件厚度大时，切割速度则慢，反之则快。用天然气切割气气割时要比乙炔气快1/3(随钢板厚度变化)，快慢程度由操作者灵活掌握，太快易出现割不透，太慢易使切割口过宽。合理的切割速度应与从被切割金属表面传播到底部的燃烧反应速度相一致。所以随着钢板厚度的增加，切割速度应相应降低。半自动、自动切割机、机割嘴型号选用与氧气、燃气输出压力、切割速度参照表割嘴规格切割厚度(mm)氧气压力(mpa)燃气压力(mpa)喉径(mm)切割速度(mm/min)005100.50.030.6700800 010200.50.030.8650750 120400.50.041.2550650 240800.50.051.4450530 3801200.50.051.6380430 41201600.550.05-0.061.9320360 51602100.650.06-0.082.2280220 62102600.750.08-0.092.4180200 72603000.751.0-1.22.6120140检测数据提供参考：使用天然气切割气，从10钢板(船用钢板)到200钢板的打孔预热试验数据见下表：钢板厚度预热时间(秒)16 5-6 20 6-7 30 7-8 40 8-10 50 10-12由于天然气切割打孔预热时将火焰高温点(最佳中性焰)贴近钢材表面，引起局部快速熔化，其机理与乙炔不同，因此钢材厚度对预热时间影响不大。40mm的冷钢板垂直打孔预热、打穿时间：乙炔预热时间12秒打穿时间14秒丙烷预热时间20秒打穿时间23秒丙烯预热时间18秒打穿时间21秒液化气预热时间25秒打穿时间28秒天然气预热时间28秒打穿时间30秒天然气切割气预热时间10秒打穿时间12秒对不同厚度的钢板进行预热打孔、半自动切割、打坡口等多项试验。试验数据如下：1)预热打孔时间对比序号试验项目改性乙炔1钢板厚度70mm 2钢板材料普钢3 4割咀型号3#5打穿时间第一次13秒第二次14秒6 2)25mm半自动机割钢板厚度25mm钢板长度8.5米试验气体名称改性乙炔割嘴规格2#切割速度(mm/分)550切割面质量光洁，不挂渣，满足工艺要求试验结论天然气切割气切割速度超过乙炔，切割表面光洁度高，同时满足钢材切割面的质量要求。加工坡口试验记录(三)钢板厚度155mm钢板长度2.5米试验气体名称改性乙炔割嘴规格6#切割速度(mm/分)170切割面质量光洁，不易挂渣，满足工艺要求试验结论天然气切割气切割面光滑，无挂渣现象，满足钢材坡口切割面的质量要求。华油二机厂现场切割测试记录单位名称工件直径mm横截面积mm2预热时间s切割时间s平均切割速度s/mm2燃气压力mpa割嘴型号天然气切割气冒口330-46012843043803430.113速格气冒口3007065010208