天然氣切割技術方案

1、XXX燃氣有限公司天然氣切割氣技術方案摘要天然氣切割氣具有清潔、高效、使用安全等特點。對天然氣切割氣性能、生產工藝、供應方式進行了介紹: 與乙炔、丙烷在燃燒速度、爆炸極限等的比較,說明了天然氣切割氣在清潔、安全等方面的優(yōu)勢。系統(tǒng)介紹了天然氣切割氣混合生成及割具改造技術的進展,不同地區(qū)、不同需求的切割氣用戶可選擇LNG、CNG和管道氣等多種天然氣切割氣供應方式;使用效果表明,天然氣切割氣可為用戶節(jié)省約30 %的切割氣成本。指出了國內在天然氣切割氣發(fā)展過程中需要盡快解決的如氣源供應保障、標準化等問題。天然氣切割氣發(fā)展起步較晚,技術利用上仍需不斷完善,但其特殊的優(yōu)勢也預示著良好的發(fā)展前景。相關技術、

2、政策問題的解決對于天然氣切割氣的發(fā)展起到促進作用。一、切割氣發(fā)展相對于激光、等離子等先進切割技術的使用,氧火焰切割工藝以其投資少、易用性好等特點依然是國內外企業(yè)工業(yè)切割氣的主要選擇。其中,氧乙炔切割又是氧火焰切割工藝中最為成熟、廣泛采用的方法。但是乙炔的原料電石是一種高耗能產品,耗電3 0003 500 kWh 和0. 5 t 標準焦碳,得到1 t 電石。生產1 t 乙炔要排出3. 5 t 電石渣及CO、H2 S、SO2 等有害氣體及污水,而且乙炔在使用中存在安全性差、成本高等不足。為此,工業(yè)發(fā)達國家在20 世紀60 年代后根據(jù)各自實際情況相繼開發(fā)了丙烯、丙烷等燃氣替代乙炔作為切割燃料。 從2

3、0世紀90年代初起,我國也開始限制乙炔發(fā)展,積極推廣環(huán)保節(jié)能工業(yè)燃氣,并引進了丙烷類切割氣技術。但由于國內油氣資源缺乏、丙烷液化氣的價格上漲較快、技術發(fā)展較慢等原因,替代乙炔切割氣的進展較為緩慢。另外,丙烷氣密度大于空氣,不宜在船艙等密閉場所使用,在一定程度上也影響了丙烷切割氣的使用推廣。而天然氣切割氣在其清潔、經濟、環(huán)保、安全等方面都有一定優(yōu)勢,再加上天然氣在能源中比例的提高,也有了氣源保障,從而成為替代乙炔的最佳選擇。二、天然氣切割氣特點表1 給出了天然氣(主要成分為甲烷) 、丙烷和乙炔的物性比較?？梢钥闯?天然氣在空氣中的爆炸極限范圍小,燃燒速度較慢。因此,發(fā)生爆炸、回火的可能性比乙炔小

4、,安全性更高。與丙烷和乙炔不同,天然氣的密度小于空氣(1. 29 kg/ m3 ) ,泄漏時不易在車間或船艙地面形成堆積,大大減少了爆炸發(fā)生的可能性。1、天然氣替代乙炔氣的優(yōu)點節(jié)省能源：生產乙炔的原料電石，消耗大量電能，生產1噸電石耗電3700KWh，720Kg左右焦碳和50Kg電極材料，同時生產溶解乙炔氣需大量丙酮。采用天然氣替代乙炔氣，節(jié)省能源和材料，社會效益相當可觀。 經濟效益：天然氣價格比乙炔氣價格便宜得多，每使用1瓶乙炔氣（按6m3充裝）需85元左右，而1瓶乙炔氣燃燒釋放的能量相當于8.8m³天然氣燃燒釋放的能量，價格只有6元/m³左右，即一瓶乙炔相當于57元考慮

5、氧用量的增加，將近節(jié)約38%，經濟效益相當可觀。社會效益：使用天然氣，可減少環(huán)境污染和對人體的危害，生產乙炔產生的大量電石灰難以處理，污染極大。天然氣、乙炔氣性能對比： 燃氣名稱項目增效天然氣乙炔氣化學式（主要成分）CH4（飽和鍵）C2H2（不飽和鍵）中性焰溫度 °C33503100外焰輻射熱量MJ/ m3736燃燒值KJ/mol8901298.7氧用量/燃氣量（體積比）2.02.5供給割炬氧氣量1.051.0在空氣中的爆炸極限5.3%-14%2.5%-80% 另外,天然氣燃燒效率高、清潔,在生產和使用過程中,不會產生電石渣等污染物。特別是近年來國內外能源價格均出現(xiàn)了上漲,而天然氣比

6、液化石油氣、汽油、柴油的價格低,且隨著西氣東輸工程的建成、LNG工廠、LNG接收站的增加,國內天然氣供應渠道日趨豐富,使天然氣在切割工藝上的大量應用成為可能。利用天然氣替代耗能大、成本高的乙炔進行鋼材的切割,可以產生較好的經濟效益和社會效益。但是,由于天然氣熱值和火焰溫度均低于乙炔,所以在替代乙炔時會遇到火焰溫度低、切割速度慢等問題。為此,往往通過在天然氣中添加一定比例的添加劑來提高火焰溫度。實踐表明,目前國內的天然氣已經可以替代乙炔,能夠滿足切割要求。三、天然氣切割氣技術由于天然氣與乙炔、丙烷在物理性質和燃燒特性上存在不同,所以在用作切割氣替代乙炔時需要通過添加一定比例(約1 %) 的添加劑

7、,并對割具進行改進。1. 添加劑的添加混合方式目前國內有多個廠商生產天然氣添加劑,并采用了不同的添加方式,主要有:(1) 加藥機形式將添加劑按照設定的比例向天然氣管線內自動加注。使用該種方式的添加劑必須具有良好的揮發(fā)性,否則將無法與天然氣達到很好的混合,從而影響切割效果。(2) 加藥機+混合罐方式與(1) 相比,本方式在加藥機后配置一個混合罐,以達到天然氣與添加劑充分均勻混合的效果。(3) 加藥柜方式在天然氣管線上加裝一個加藥柜,使天然氣通過添加柜時,帶走揮發(fā)性較強的添加劑。與前兩種相比,該方式的添加精確度較差,但是設備投資相對較低。（4） 杜瓦瓶注入方式 此方式主要用于天然氣管道沒有履蓋的區(qū)

8、域，利用杜瓦瓶運輸LNG，在杜瓦瓶充裝LNG前利用專用的注入工具將添加劑注入，LNG運抵用戶處后，LNG汽化后就可以使用了。2. 天然氣切割氣工藝根據(jù)天然氣與乙炔氣的燃燒性能和氣體消耗量分析,天然氣耗量較乙炔氣耗量大, 因此, 在采用氧天然氣切割時須改變原乙炔割炬的混合室預熱氧噴嘴孔徑和射吸管孔徑,同時擴大燃料氣接頭入口孔徑,并調整氧與天然氣氣體比例。又由于氧天然氣火焰的燃燒速度低于氧乙炔燃燒速度,因此,用乙炔切割炬改制成天然氣割炬應加大割嘴的混合氣噴出截面積,降低流出速度,使之與火焰的燃燒速度相適應,才能保證良好的燃燒。3. 天然氣切割氣使用效果目前國內已有上海、舟山5 等地的船廠成功使用天

9、然氣切割氣替代乙炔。表2 為某廠在自動切割機上采用天然氣切割氣切割鋼板(厚度為20 mm) 的實驗數(shù)據(jù)。表2 某廠天然氣切割氣實驗數(shù)據(jù)表經過與乙炔切割比較,發(fā)現(xiàn)切割速度相當,但是燃氣和氧氣的消耗量均有不同程度降低。氧-天然氣、氧-乙炔氣割實驗結果比較該實驗選用鋼板厚度為=8、12、30等三種規(guī)格的厚度進行比較。 燃氣名稱項目CH4-O2C2H2-O2切口質量切口平齊，氧化渣少，易于清除，減少切口過燒較為理想切口平齊，氧化渣多，不易清除，切口邊緣過燒較多切割速度（=8、12、30）手工切割較C2H2-O2慢10%較快自動切割時二者速度一樣，前者預熱稍慢。安全性爆炸極限范圍小，火焰燃燒穩(wěn)定，不易回火，不存在運輸問題。炸極限范圍大，易回火，使用、運輸、儲存很不安全。經濟性來源廣泛，成本低。生產工藝復雜，乙炔制造成本高。環(huán)境影響燃燒時無黑煙點火時產生大量黑煙，生產乙炔時產生大量電石灰，污染環(huán)境。四、天然氣切割氣供應方式 天然氣的供應形式主要有管道天然氣、壓縮天然氣和液化天然氣3 種(見圖1) 。表3給出了3 種供氣方式的特點。從表3可以看出,LNG由于生產工藝復雜和運輸成本較高等原因, 銷售價格高于管道天然氣和CN G。但是后兩者受天然氣管網(wǎng)和氣源的限制,從而使LNG在市場發(fā)展中更具優(yōu)勢,是目前船廠切割氣的主要選擇。L