天然氣切割氣使用優(yōu)勢(shì).doc

天然氣切割氣使用優(yōu)勢(shì)天然氣切割項(xiàng)目介紹第一部分天然氣切割介紹一.前言自從100多年前法國科學(xué)家將氧-乙炔氣運(yùn)用到金屬切割和焊接領(lǐng)域后，乙炔氣就成為全球金屬焊割的主要燃?xì)?，?duì)工業(yè)大革命和人類技術(shù)創(chuàng)新有過不可替代的貢獻(xiàn)。乙炔氣因其易燃易爆，安全系數(shù)低，生產(chǎn)過程中耗能耗電，污染環(huán)境，生產(chǎn)成本偏高，以至在生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、使用、環(huán)保及價(jià)格方面存在諸多缺陷和隱患，發(fā)展受到了很大限制，因此許多國家都在研制新的更安全、更節(jié)能的工業(yè)燃?xì)?，中國國家機(jī)械工業(yè)部一九九五年在全國乙炔生產(chǎn)會(huì)議上明確不再審批新建擴(kuò)建電石廠、乙炔廠?，F(xiàn)有的廠家面臨轉(zhuǎn)產(chǎn)的境地。國家科委早在八五期間，就極力推廣石油氣替代乙炔氣，如丙烷氣、丙烯氣、天然氣、丙烯混合氣等等，以期逐漸取代乙炔氣。二.新型工業(yè)切割用燃?xì)獾膽?yīng)用狀況我國工業(yè)燃?xì)庥昧恐校?0%為乙炔氣。以前乙炔氣主要是乙炔發(fā)生器中制取，由于造成污染和高度不安全性，各地均已發(fā)文不得采用(包括管道式)。目前均采用瓶裝乙炔氣進(jìn)行工業(yè)切割。乙炔化學(xué)性質(zhì)活躍，易爆，極危險(xiǎn)。當(dāng)其與銅、銀等金屬以及空氣、純氧混合，甚至盛裝容器直徑較大時(shí)都會(huì)引起爆炸。使用乙炔氣在對(duì)碳素鋼切割時(shí)，易產(chǎn)生切口上緣熔化，掛渣多且不易清除，切面局部硬化等現(xiàn)象，使切割工藝不理想。焊接時(shí)需要進(jìn)行打磨，增加了生產(chǎn)成本。沿海地區(qū)造船廠近年來已經(jīng)禁止在造船平臺(tái)使用乙炔，改用其他新型切割氣，多年來人們一直嘗試采用其他燃料代替乙炔作為切割氣，但由于其他燃料如：天然氣，液化石油氣，丙烷氣，丙烯氣，人工煤氣，二甲醚等燃料在氧氣中燃燒溫度低于3000，直接作為切割氣不理想，需要加助燃添加劑對(duì)母氣進(jìn)行催化，裂化，助燃，改變?nèi)細(xì)馊紵绞剑瑥亩嵘鹧鏈囟?，使之在氧氣中燃燒的火焰溫度達(dá)到乙炔的3100，實(shí)現(xiàn)替代乙炔的目的。三.幾種燃?xì)獾奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)及燃燒特性比較乙炔和石油化工中催化裂化的副產(chǎn)品中的丙烷、丁烷及天然氣(甲烷)相比,其燃燒性質(zhì)的差別主要是由于它們的分子結(jié)構(gòu)不同所致。乙炔分子結(jié)構(gòu)中兩碳原子間含有兩個(gè)很易破裂的鍵(CHCH),化學(xué)活性強(qiáng),燃點(diǎn)低,燃燒速度快,易回火。而烷烴分子結(jié)構(gòu)中只含相對(duì)穩(wěn)定的鍵(如丙烷：CH3-CH2-CH3),因此,其化學(xué)活性,燃燒速度均不如乙炔,回火傾向較小。正是由于這種分子結(jié)構(gòu)的差異,燃燒速度的不同,導(dǎo)致它們的火焰熱量的分布也有所差異。乙炔化學(xué)活性強(qiáng),燃燒速度快,使其焰心釋放熱量多,且分布集中,內(nèi)焰溫度高,外焰釋放熱量相對(duì)較少；而烷烴雖然其體積熱值比乙炔高許多,但其化學(xué)活性相對(duì)較低,燃燒反應(yīng)速度較慢,使得焰心釋放的熱量少,外焰釋放的熱量多,相對(duì)火焰熱量分布較乙炔分散,溫度也較低。丙烯氣體分子結(jié)構(gòu)中其碳原子間含有一個(gè)鍵(CH3-CH=CH2),甲基乙炔-丙二烯穩(wěn)定燃?xì)?MPS)是多種氣體按一定比例生產(chǎn)的切割用混合氣體,其氣體碳原子間可能含有兩個(gè)鍵(CH3-CCH)或一個(gè)鍵(CH2=C=CH2),它們的化學(xué)活性比乙炔約低,但比烷烴高,而體積熱值與丙烷相當(dāng)。因此燃燒特性不同于乙炔也不同于烷烴,其焰心熱量釋放與乙炔相當(dāng),外焰熱量釋放與丙烷接近,火焰溫度比乙炔約低但比烷烴高,回火傾向低。切割燃?xì)馕锢砘瘜W(xué)性質(zhì)和燃燒特性分別見表1-3和表1-4。表1-3切割燃?xì)馕锢砘瘜W(xué)性質(zhì)燃?xì)夥肿邮椒肿恿?1密度,m3Pkg空氣中比重氧氣燃?xì)馊紵榷拘砸胰睠2H 226.010.9180.9062.5高丙烷C3H 844.060.5401.555.0低天然氣切割氣CH4-R 16.041.4980.622.0低表1-4天然氣切割氣與乙炔氣相及相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)比較氣體乙炔(C2H2)丙烷(C3H8)改性乙炔CH4-R分子相對(duì)質(zhì)量264416密度(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)/kgm-31.171.850.71 15.6時(shí)相對(duì)于空氣質(zhì)量比(空氣=1)0.9061.520.55著火點(diǎn)/335510645熱量分布kJP焰心188909501外焰3588083572總熱量5577193073中性焰溫度/氧氣中燃燒310025203300空氣中燃燒26302116火焰燃燒速度/ms-1氧氣中燃燒84空氣中燃燒5.83.9爆炸范圍(可燃?xì)怏w的體積分?jǐn)?shù)/%)氧氣中2.8932.4575.459.2空氣中2.5802.510515回火率高低低毒性高中低碰撞敏感性高低低切割質(zhì)量掛渣不掛渣不掛渣使用成本高高低四.天然氣切割氣改性乙炔與其他氣體工作效率及使用成本比較40mm的冷鋼板垂直打孔預(yù)熱、打穿時(shí)間：名稱垂直打孔預(yù)熱打穿時(shí)間乙炔預(yù)熱時(shí)間14秒打穿時(shí)間1 6秒丙烷預(yù)熱時(shí)間35秒打穿時(shí)間50秒液化石油氣預(yù)熱時(shí)間45秒打穿時(shí)間60秒天然氣預(yù)熱時(shí)間60秒打穿時(shí)間70秒天然氣切割氣預(yù)熱時(shí)間10秒打穿時(shí)間13秒注意事項(xiàng)：通常在進(jìn)行改性乙炔氣割時(shí)，使用乙炔的操作工人由于不懂得改性乙炔的性質(zhì)及燃燒特點(diǎn)，采用乙炔氣的操作手法，混合氧氣無法給足，造成燃?xì)馊紵郎囟葻o法達(dá)到理想狀態(tài)，造成預(yù)熱時(shí)間長，工效下降。在使用天然氣切割氣割時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：第一.使用的割炬應(yīng)該有很好的射吸能力，不能因?yàn)殚L期使用導(dǎo)致混合氧氣旋鈕松動(dòng)，失去正常射吸能力.第二.燃?xì)庖o足，首先保證有足夠的燃?xì)夤?yīng)量，保證氣割時(shí)的總熱能達(dá)到或接近工件燃燒時(shí)所需要的熱量。其次要保證有足夠的使用壓力，維持火焰燃燒時(shí)的最佳頻率及燃燒速度。再次氣割時(shí)應(yīng)將割嘴噴射出的內(nèi)焰貼近工件，保證燃?xì)鉄崃考?，縮短預(yù)熱時(shí)間。切割厚度與各種型號(hào)割咀、風(fēng)線長度的對(duì)應(yīng)關(guān)系表3-2切割設(shè)備及割咀型號(hào)切割厚度(mm)割咀風(fēng)線長度(mm)切割機(jī)割咀00號(hào)51025 0號(hào)102032 1號(hào)204060 2號(hào)4080110 3號(hào)80120XX0 4號(hào)120160200 5號(hào)160210260 6號(hào)210260330 7號(hào)260300420 8號(hào)300340450 300型割咀1號(hào)60100150 2號(hào)100140230 3號(hào)140180270 4號(hào)180250380 5號(hào)250300450 100型割咀1號(hào)102535 2號(hào)254080 3號(hào)4080130 4號(hào)80120XX0 5號(hào)120150230 30型割咀1號(hào)51020 2號(hào)101525 3號(hào)152035 4號(hào)202540 5號(hào)253550注：割咀風(fēng)線長度應(yīng)大于切割厚的1.31.5倍才能達(dá)到切割質(zhì)量。第二部分天然氣切割氣技術(shù)指標(biāo)切割速度要適合于所切割的材料厚度，切割過程才能穩(wěn)定，切割件的質(zhì)量才能提高，而且沒有較大的后拖量和過量的溶渣。割件厚度大時(shí)，切割速度則慢，反之則快。用天然氣切割氣氣割時(shí)要比乙炔氣快1/3(隨鋼板厚度變化)，快慢程度由操作者靈活掌握，太快易出現(xiàn)割不透，太慢易使切割口過寬。合理的切割速度應(yīng)與從被切割金屬表面?zhèn)鞑サ降撞康娜紵磻?yīng)速度相一致。所以隨著鋼板厚度的增加，切割速度應(yīng)相應(yīng)降低。半自動(dòng)、自動(dòng)切割機(jī)、機(jī)割嘴型號(hào)選用與氧氣、燃?xì)廨敵鰤毫?、切割速度參照表割嘴?guī)格切割厚度(mm)氧氣壓力(Mpa)燃?xì)鈮毫?Mpa)喉徑(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檢測(cè)數(shù)據(jù)提供參考：使用天然氣切割氣，從10鋼板(船用鋼板)到200鋼板的打孔預(yù)熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表：鋼板厚度預(yù)熱時(shí)間(秒)16 5-6 20 6-7 30 7-8 40 8-10 50 10-12由于天然氣切割打孔預(yù)熱時(shí)將火焰高溫點(diǎn)(最佳中性焰)貼近鋼材表面，引起局部快速熔化，其機(jī)理與乙炔不同，因此鋼材厚度對(duì)預(yù)熱時(shí)間影響不大。40mm的冷鋼板垂直打孔預(yù)熱、打穿時(shí)間：乙炔預(yù)熱時(shí)間12秒打穿時(shí)間14秒丙烷預(yù)熱時(shí)間20秒打穿時(shí)間23秒丙烯預(yù)熱時(shí)間18秒打穿時(shí)間21秒液化氣預(yù)熱時(shí)間25秒打穿時(shí)間28秒天然氣預(yù)熱時(shí)間28秒打穿時(shí)間30秒天然氣切割氣預(yù)熱時(shí)間10秒打穿時(shí)間12秒對(duì)不同厚度的鋼板進(jìn)行預(yù)熱打孔、半自動(dòng)切割、打坡口等多項(xiàng)試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：1)預(yù)熱打孔時(shí)間對(duì)比序號(hào)試驗(yàn)項(xiàng)目改性乙炔1鋼板厚度70mm 2鋼板材料普鋼3 4割咀型號(hào)3#5打穿時(shí)間第一次13秒第二次14秒6 2)25mm半自動(dòng)機(jī)割鋼板厚度25mm鋼板長度8.5米試驗(yàn)氣體名稱改性乙炔割嘴規(guī)格2#切割速度(mm/分)550切割面質(zhì)量光潔，不掛渣，滿足工藝要求試驗(yàn)結(jié)論天然氣切割氣切割速度超過乙炔，切割表面光潔度高，同時(shí)滿足鋼材切割面的質(zhì)量要求。加工坡口試驗(yàn)記錄(三)鋼板厚度155mm鋼板長度2.5米試驗(yàn)氣體名稱改性乙炔割嘴規(guī)格6#切割速度(mm/分)170切割面質(zhì)量光潔，不易掛渣，滿足工藝要求試驗(yàn)結(jié)論天然氣切割氣切割面光滑，無掛渣現(xiàn)象，滿足鋼材坡口切割面的質(zhì)量要求。華油二機(jī)廠現(xiàn)場(chǎng)切割測(cè)試記錄單位名稱工件直徑mm橫截面積mm2預(yù)熱時(shí)間s切割時(shí)間s平均切割速度s/mm2燃?xì)鈮毫pa割嘴型號(hào)天然氣切割氣冒口330-46012843043803430.113速格氣冒口3007065010208