氧-天然氣火焰切割試驗及應(yīng)用

濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司 （山東 250022） 馮煥公 王 磊 高海濤

長期以來，金屬火焰切割一直采用乙炔+氧氣工藝模式或丙烷類工業(yè)氣體+氧氣工藝模式。在工業(yè)切割領(lǐng)域，乙炔的使用有著百年歷史，但乙炔氣易燃易爆，安全系數(shù)低，生產(chǎn)過程既耗能耗電耗水又污染環(huán)境，在生產(chǎn)、儲存、運輸、使用和環(huán)保等方面都存在諸多缺陷和安全隱患。丙烷類工業(yè)氣體在價格上較乙炔雖有所降低，但由于丙烷的密度比空氣大，泄漏后會在坑、溝等低洼處聚集，遇明火或其他易燃能源，便會引起爆炸事故。

管道的建設(shè)，加快了天然氣進(jìn)入市場的步伐，天然氣利用規(guī)模和領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，逐步提高了人們對天然氣的認(rèn)識。作為清潔能源的天然氣，已經(jīng)具備了應(yīng)用于鋼板火焰切割的條件。

1.天然氣切割的特點

天然氣主要組分為甲烷，通常占90%以上，和目前采用的丙烷類燃?xì)庀啾?，天然氣具有許多優(yōu)勢。

（1）經(jīng)濟(jì) 天然氣替代乙炔、液化石油氣作為切割和加熱燃料可大大降低生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（2）穩(wěn)定 天然氣通過管道減壓輸送，壓力穩(wěn)定、熱值穩(wěn)定、操作的工藝條件穩(wěn)定，企業(yè)的燃料成本好掌握。

（3）方便 用管道輸送的天然氣比用槽車運送的丙烷更方便，可連續(xù)使用，減少了更換所需的輔助時間，因此，勞動效率更高。

（4）安全 由于甲烷比空氣輕，丙烷比空氣重，所以丙烷不能在底部封閉的空間中使用。而甲烷比空氣輕的多，不可能在底部聚積，因此特別適用于上部敞開、下部封閉的空間。從表1的爆炸極限上看，天然氣比丙烷氣更加安全。

表1 天然氣與乙炔、丙烷比較

2.技術(shù)方案的確定

技術(shù)方案牽扯到方方面面，如供氣系統(tǒng)、切割工藝、設(shè)備工具等，關(guān)系到全局。為慎重起見，我們反復(fù)深入公司的各個部門和現(xiàn)場進(jìn)行考察、了解，經(jīng)多次討論研究，確定了如下方案。

（1）供氣方式 切割天然氣主要有壓縮天然氣、液化天然氣、管道天然氣三種形式，前兩種以鋼瓶為載體。經(jīng)過對天然氣切割應(yīng)用的調(diào)查和與廠家多次技術(shù)交流分析認(rèn)為，公司具備接城市管道天然氣的條件，可以采用城市管道天然氣作為切割氣體。

（2）車間內(nèi)供氣管路 為滿足切割特厚板要求，天然氣工作管道壓力為：0.15 MPa≤燃?xì)鈮毫Α?.2 MPa，目前車間內(nèi)供氣管路設(shè)計承壓可滿足天然氣供氣要求，保留原有供氣管路。

（3）切割工藝 公司內(nèi)切割工件厚度和形狀多種多樣，且生產(chǎn)任務(wù)重，效率要求高。普通天然氣熱值低于目前采用的烴氣，可采用在天然氣中增加添加劑的方法提高其熱值。要求通過工藝試驗，提高切割工藝技術(shù)，不僅降低了切割成本，而且切割質(zhì)量、切割效率不低于現(xiàn)狀。

3.切割工藝試驗

我們分別對北京、蕪湖和濟(jì)南多家公司產(chǎn)品進(jìn)行了切割試驗，采集了試驗數(shù)據(jù)，并對天然氣切割與目前采用的丙烷氣火焰切割進(jìn)行了對比分析。在天然氣切割試驗過程中均出現(xiàn)了切割火焰燃燒不穩(wěn)定的問題。

主要原因有以下三個：

（1）操作者不熟悉新切割氣的使用性能。

（2）試驗用的瓶裝天然氣壓力穩(wěn)定性較差，在試驗一段時間后因燃?xì)鈮毫ψ冃《鴮?dǎo)致切割質(zhì)量變差，如采用管道供氣則可解決該問題。

（3）試驗過程中添加劑的混合采用自然揮發(fā)的方式，由于受溫度、氣體壓力、流量影響較大，故造成添加劑配比不均勻。

針對試驗中的問題，我們在技術(shù)協(xié)議中要求對方提供計算機(jī)自動控制添加劑配比設(shè)備，自動顯示天然氣流量及添加劑比例，保證添加劑配比均勻。

4.方案實施

（1）供氣設(shè)備的改造 測繪對接新老管道，新建配氣室，并保證配氣室通風(fēng)良好，室內(nèi)無雜物。設(shè)計配氣室內(nèi)通風(fēng)、照明、報警、防回火等技術(shù)要求。配氣室內(nèi)裝備計算機(jī)自動控制配比設(shè)備兩套，其中備用一套，兩套設(shè)備均并行連接至主管道便于切換使用，以確保連續(xù)供氣的要求。同時配氣室必須達(dá)到上級部門安全檢查及消防要求。

（2）優(yōu)化切割工藝，修訂切割工藝守則 管道天然切割氣接通后，針對管道天然氣與前期試驗用的液化天然氣性能的差別，在總結(jié)試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過反復(fù)的試驗、改進(jìn)，優(yōu)化了切割工藝參數(shù)，并修訂了切割工藝守則。新的切割工藝參數(shù)如表2所示。

表2 天然氣切割規(guī)范

（3）操作人員培訓(xùn) 天然氣不僅適于鋼板切割、鉆孔，還可用于鉚工烘烤矯正變形和火焰釬焊，為了使操作者盡快熟練掌握天然氣使用技術(shù)，不影響生產(chǎn)，我們對所有操作者及有關(guān)管理人員分批進(jìn)行培訓(xùn)。在使用初期，不斷總結(jié)操作者使用過程中出現(xiàn)的問題，不斷改進(jìn)，很快使氧－天然氣進(jìn)入了正常生產(chǎn)應(yīng)用狀態(tài)。天然氣切割實物如附圖所示。

天然氣切割實物

5.結(jié)語

（1）純天然氣的火焰溫度較低，不適合鋼板切割，需要增加添加劑提高火焰溫度，才能進(jìn)行鋼板切割。

（2）天然氣比丙烷氣更加安全、經(jīng)濟(jì)，可降低燃?xì)獬杀?0%～30%，在金屬加工行業(yè)和鋼鐵行業(yè)具有廣泛的推廣價值，已經(jīng)成為金屬火焰切割未來的發(fā)展方向。

（3）原有丙烷氣切割設(shè)備可直接應(yīng)用于天然氣切割，切割效率及切割質(zhì)量與丙烷氣基本持平。