于浩楠-乙炔气、丙烷气及汽油火焰切割比对分析.pdf

乙炔气 丙烷气及汽油火焰切割比对分析 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所 150080 于浩楠 韩永馗 林潮涌 周坤 哈尔滨理工大学 机械动力工程学院 150080 陈永秋 摘要本文通过对国内外火焰切割常用燃料乙炔气 丙烷气 汽油进行使用性能 安 全性能 性价比及切割质量等几个方面的对比 分析目前三种火焰切割常用的主流燃料 的优缺点 并通过试验方法就乙炔气 丙烷气及汽油切割的燃料消耗量进行量化研究 关键词 切割 火焰切割 乙炔气 丙烷气 汽油切割 燃料消耗量 AbstractAbstractAbstractAbstract The paper is through the contrast of three commonly used thermal cutting fuel which are acetylene gas propane gas and gasoline on the use performance the security performance the cost effective cutting quality and so on both at home and abroad Be analysis the advantages and disadvantages of the current three types of the mainstream fuel in thermal cutting In conclusion to adopt test methods to research the cutting fuel consumption quantitative of acetylene gas propane gas and gasoline KeyKeyKeyKey words words words words cuttig flame cutting acetylene gas propane gas gasoline cutting Fuel consumption 0 前言 热切割作为机械制造的重要组成部分 随着机械制造业和石油化工行业的进步也在 不断发展 用户不仅仅满足传统的 割断 性质的切割 而是从切割精度 经济效益 工作效率等方面有了更高的要求 作为现阶段火焰切割中常用的三种燃料 乙炔气 丙烷气 汽油的选用一直是困扰 众多用户的热点问题 三种燃料的支持者均各持己辞 盲目自夸 殊不知每种燃料均有 其优越性和局限性 具体的选用应结合自身的情况 以及预期目标 本文通过对三种燃 料在火焰切割应用性能的对比 以及通过切割试验研究 分析三种燃料的损耗量 理论 结合试验地总结出乙炔气 丙烷气 汽油在火焰切割领域的应用范围及发展前景 1 三种火焰切割燃料概述与对比 1 1 概述 长期以来 我国工业上多用溶解乙炔作为火焰切割用燃气 乙炔的高热量 高稳定 性一直被认为是最理想的切割燃气 但由于乙炔气生产原料为电石 电石的生产又需要 耗费大量的电能和焦炭等 1 从而造成乙炔气的价格偏高 而且生产乙炔气的过程中会 生成磷和硫等有害元素 进而导致燃烧会生成对人体和环境有害的有毒气体 长时间使 用对环境及人体健康有严重危害 以上两点明显违背了全球化的环保节能意识 以致于 乙炔气在发达国家作为工业燃气的使用分额不足 10 在我国 早在上世纪 90 年代原 机械工业部 国家科委等部门就多次下文鼓励使用新型工业燃气 并明确将目前乙炔气 生产定位为落后的生产工艺设备 坚决予以淘汰 但由于乙炔气在气割方面的所具有的 火焰燃烧温度高 速度快 预热时间短 切割表面质量好等优点 致使上述发达国家也 不能将其完全淘汰 在我国工业燃气中仍然占据主要地位 丙烷气 液化石油气 自上世纪 90 年代初被应用于我国切割领域后 一直作为乙 炔气最佳的替代燃气被用于火焰切割中 丙烷气是石油炼制的副产品 现阶段除用于燃 料外还没有其他用途 相比之下在价格上要比乙炔气低廉 在火焰温度上氧 丙烷火焰 温度要比氧 乙炔低几百度 大约为 2300 左右 燃烧速度较乙炔气也慢很多 因而预 热时间比乙炔气长 但由于其生产成本低 切割质量好 安全性能好等优势 在切割方 面逐步代替乙炔气成为切割领域最普遍的燃气 在火焰切割市场占有率已超过 60 成 为气割方面用量最大的工业燃气 汽油作为常见的燃料 被应用于切割技术上已有多年时间 随着进几年火焰切割技 术的不断发展 在燃料使用方面出现了百花齐放的局面 汽油切割机在这个时候如雨后 春笋般的发展起来 并迅速占领一部分市场 汽油切割技术是用普通的车用汽油为燃料 代替乙炔气等切割燃气的切割技术 2 其基本工作原理是将液态汽油转化为汽油气 然 后与氧气结合产生高温的火焰进行切割 这样用传统的气割设备就达不到使用汽油的要 求 因此汽油切割机必须配置专用的设备 汽油火焰温度较高 在切割质量方面能达到 较高的水平 但由于其技术特点需要有液体汽化的过程 汽油切割机的点火比较困难 不易调节 总体来说 它的性能取决于其专用配套设备的设计制造水平 但汽油作为燃 料具有购买及携带方便 特别使用于不便携带气瓶作业的冬季室外和偏远地区 1 2 三种燃料的基本性能对比及分析 三种燃料各有特点 依照它们在切割领域所起作用 对三种燃料做简单对比分析 首先乙炔气和丙烷气作为气体燃料 具有点火容易 火焰稳定性好 易于实现机械 化与自动化等优势 尤其在数控技术不断发展的今天 燃气的优势就更加明显 与之相 比 汽油作为日常生活中常见的液体燃料 虽没有上述气体燃料所具备的优点 但汽油 切割机具有携带方便 易于获取 适合用于携带作业以及工作频次不高的用户使用 这 三种燃料的具体性质数据见表 1 表 1乙炔 丙烷 汽油三种切割燃料的有关数据对比 3 4 我国幅员辽阔 地形复杂 在不同地区各数据也许会有少许变化 各种燃料的价格 随地区不同也可能有较大差异 例如我国西北部地区石油产量丰富 而制造业相对落后 导致当地丙烷气的价格相对低廉 5 因此 燃料的比较使用既要做到切割质量和经济利 益平衡兼顾 又应从所处地域特征 安全 环保甚至人员等各方面综合衡量 这也是某 一种工业燃气不会被完全淘汰的原因 2 切割试验比对 前面分析了三种燃料的常规性能及使用环境等 为了确切研究乙炔气 丙烷气和汽 油的切割消耗量 量化分析三种燃气在火焰切割中具体的耗量关系 本文进行了切割试 验研究 2 1 试验方案 由于火焰切割时热反应复杂多变且影响因素较多 为了使试验准确而接近实际 需 将影响试验准确度的因素尽量小或消除 本试验采用三种燃料在实际切割工作中的损耗 项目 乙炔 C2H2 气态丙烷 C3H8 气态 汽油 C8H18为主 液态 火焰温度 3000 33002100 2600约 2450 点火温度 335510427 切割断面质量 表面质量优良 热影响区 小 薄板切割易挂渣 挂渣少 易清除 表面无 烧伤 表面质量一般 无烧伤 割炬预热火焰耗氧量1 1 1 4 立方米 公斤3 3 3 立方米 公斤2 8 3 2 立方米 公斤 爆炸范围 爆炸极限浓度范围宽达 2 8 93 爆炸浓度极限为 2 3 9 5 汽油汽化后爆炸浓度范 围为 1 7 7 燃烧速度7m s4m s1 3m s 安全性能 较危险 储存运输需防爆 使用时需放回火 较危险 储运时要防爆 使用需防回火 危险性较小 汽油罐内 需装防爆材料 需防回 火 切割过程的污染状况对环境有一定污染制造及燃烧产物污染较少 制造及燃烧产物污染 较少 有尾气污染 供应渠道 国家已限制乙炔气制造厂 家的扩建 在某些地区购 买困难 价格偏高 丙烷气为石油炼制和裂化 副产品 价格不高 但有 地区限制 可由各地区加油站购 买 价格偏差不大 小结 氧 乙炔的高质量 高效率 一直是切割方面的首选燃 气 但制造成本较高 对 环境也有污染 氧 丙烷切割指标虽不及 氧 乙炔 但其使用成本 低 切割质量也较高 点火较难 不易调节 火焰稳定性不好 但燃 油成本较低 燃料 量作为比对研究 以三种不同燃料以相同工作条件及工作环境切割等长的同一块钢板 在切割质量 切割速度 切割工具等其它因素基本相同的条件下 称重燃料使用前后的 质量 即可得出三种燃料在完成相同工作所消耗的燃料质量 继而算出三种燃料的消耗 量比对关系 2 2 试验准备 试验所选用钢板材料为 25mm 厚 Q235A 普碳钢板 氧气选用三瓶满装氧气 纯度 99 5 试验均用手工割炬 型号均为 100 型射吸式割炬 2 割嘴 为保证切割速度准 确一致 以 HW 12MAX I 小车式切割机为手工割炬载体 经多次重复对三种燃料进行切 割演示 选定小车以400mm min速度运行时 三种燃料的切割质量均达到JB T 10045 3 1999 标准所规定的切割面质量为 级 且切割表面质量基本相同 量程 50 公斤电子称 一台 2 3 试验结果 依照以上试验准备条件分别切割 2m 长所选钢板 结果采用切割 3 次取平均值 所 得实测结论如表 2 所示 表 2切割试验结果 由表 2 可看出 试验结果给出了三种气体在进行切割作业时的每分钟耗量 本试验 未测量氧气消耗量 由此结果不难计算出每个工时的燃料消耗量及每瓶燃料可连续工 作时间等信息 继而进行经济效益评估 以目前乙炔气市场参考价格 120 元 瓶 5kg 丙烷气市场参考价格 240 元 瓶 30kg 汽油市场参考价格 7 76 元 kg 5 6 元 升 根据公式一分析三种燃料在切割试验中的每工作一分钟的耗费金额 详见表 3 每分钟消耗金额 元 min 燃料消耗量 g min 燃料单价 元 g 公式一 切割每米长割缝消耗金额 元 米 每分钟消耗金额 元 min 1000mm 切割速 度 mm min 公式二 以乙炔气 丙烷气及汽油做比对试验的数据很多 但大多以体积消耗进行对比 因 气瓶中燃气非标准状态下气体 以体积为基准并不可靠 而汽油更为液态燃料 三者可 比性不强 得出的数据往往会偏离实际 有许多带有倾向性的数据更容易误导用户 本 燃料割炬割嘴 切割 速度 氧压 燃气 压力 燃料消耗量 g min 乙炔气G01 1002 400mm min0 4MPa0 03MPa8 787g min 丙烷气G01 1002 400mm min0 5MPa0 03MPa17 407 g min 汽油QG4 1002 400mm min0 5MPa 19 935g min 试验以质量作为评定基准进行设计方案 因为质量在任何状态下均守恒 试验结果不会 因燃料的状态及消耗改变 较接近实际 表 3三种燃料工作消耗费用比较 3 结 论 1 氧 乙炔高热量 高效率 预热时间短及良好的切割质量一直是焊接切割领域众多用户目前 选用的主要燃气 但由于乙炔气具有制造成本较高 对环境有污染 安全性能差以及与国家政策相 悖等缺点 使得近年来乙炔气在焊割领域的使用率不断降低 2 氧 丙烷切割热量 火焰温度虽不及氧 乙炔 但它的使用成本低 相对清洁 切割质量好的 优点受到越来越多的用户的好评 近年来已经替代乙炔成为火焰切割领域的首选燃气 3 汽油作为液态燃料虽不如乙炔气和丙烷气易于实现机械化和自动化 点火速度慢和预热时 间长也是它的使用缺点 但在某些特定的工作环境下 如野外作业及冬季户外等 汽油切割具有携 带及获取燃料方便等优势 对工作频次不高的火焰切割也较适用 由于汽油切割需要专用的配套工 具 国内汽油切割专用配套工具的设计制造水平的不断提高是汽油在火焰切割领域不断发展的前 提 4 由切割试验我们能看出 在不计氧气消耗的情况下 乙炔气的火焰切割费用要明显高于丙 烷气和汽油 以对比来看 长期的经济效益将是一笔可观的数目 因此除了切割质量 使用方便性 之外 高经济效率 高性价比将成为焊接切割用户必须关注的一个问题 参考文献 1 孙志刚 高山 氧 液化石油气 氧 乙炔气的切割对比试验 J 太原科技 2001 05 2 林潮湧 张华 韩永馗 汽油切割机 A 第十次全国焊接会议论文集 第 1册