天然气代替乙炔用于切割经济性对比
天然气切割气技术与应用发展
天然气切割气技术与应用发展弓燕舞刘富海赖元楷(上海清泰液化天然气有限公司)弓燕舞等. 天然气切割气技术与应用发展. 天然气工业,2008 ,28 (8) :1172119.摘要天然气切割气具有清洁、高效、使用安全等特点。
对天然气切割气性能、生产工艺、供应方式进行了介绍: ①与乙炔、丙烷在燃烧速度、爆炸极限等的比较,说明了天然气切割气在清洁、安全等方面的优势。
②系统介绍了天然气切割气混合生成及割具改造技术的进展,不同地区、不同需求的切割气用户可选择LN G、CN G和管道气等多种天然气切割气供应方式;使用效果表明,天然气切割气可为用户节省约30 %的切割气成本。
③指出了国内在天然气切割气发展过程中需要尽快解决的如气源供应保障、标准化等问题。
天然气切割气发展起步较晚,技术利用上仍需不断完善,但其特殊的优势也预示着良好的发展前景。
相关技术、政策问题的解决对于天然气切割气的发展起到促进作用。
主题词天然气火焰切割技术应用一、切割气发展相对于激光、等离子等先进切割技术的使用,氧—火焰切割工艺以其投资少、易用性好等特点依然是国内外企业工业切割气的主要选择。
其中,氧—乙炔切割又是氧—火焰切割工艺中最为成熟、广泛采用的方法。
但是乙炔的原料电石是一种高耗能产品,耗电3 000～3 500 kWh 和0. 5 t 标准焦碳,得到1 t 电石。
生产1 t 乙炔要排出3. 5 t 电石渣及CO、H2 S、SO2 等有害气体及污水,而且乙炔在使用中存在安全性差、成本高等不足。
为此,工业发达国家在20 世纪60 年代后根据各自实际情况相继开发了丙烯、丙烷等燃气替代乙炔作为切割燃料。
从20 世纪90 年代初起,我国也开始限制乙炔发展,积极推广环保节能工业燃气,并引进了丙烷类切割气技术[ 3 ] 。
但由于国内油气资源缺乏、丙烷液化气的价格上涨较快、技术发展较慢等原因,替代乙炔切割气的进展较为缓慢。
另外,丙烷气密度大于空气,不宜在船舱等密闭场所使用,在一定程度上也影响了丙烷切割气的使用推广。
液化石油气和天然气的经济性分析
乙炔、丙烷和天然气（LNG）的对比分析（工业切割领域）LNG是天然气经过过滤、压缩、去除CO2、H2S等杂质、并脱水干燥后，在经过冷冻液化深冷到－162℃，使天然气气体变为液态天然气（LNG）。
天然气经过处理后，脱除重质烃、硫化物、二氧化碳、水等杂质。
其组份更纯，对工业企业来说是一种真正的安全、经济又“绿色”环保性燃料。
其液态形式的LNG与气态时的体积比是1：620。
用汽车运送十分便利，能经济可靠地远距离运输，建设LNG储备、气化站不受天然气管网的制约。
液化石油气是石油产品之一，是由炼厂气或油田伴生气加压、降温、液化得到的一种无色、挥发性气体。
由炼厂所得的液化石油气，主要成分为丙烷、丙烯、丁烷、丁烯，同时含有少量戊烷、戊烯和微量硫化合物等杂质。
由天然气所得的液化气的成分基本不含烯烃。
液化石油气中都掺入二甲醚，二甲醚结构因有氧从而拉低了液化石油气的热值，出现不耐烧的情况。
此外，液化气不能充分燃烧，特别是冬季气温较低时气化不完全，极易产生残液并伴有杂志，不仅增加成本而且影响产品质量。
LNG与LPG的理化性质对比一、切割用气方面（一）天然气与乙炔、丙烷的理化性质对比在钢结构生产过程中，需要进行钢材的切割、火工校正等工作，一般采用燃气-氧气火焰。
目前在气焊、切割中应用最多的是乙炔气（C2H2），其次是石油气。
也有根据本地区的条件或所焊（割）材料采用氢气、天然气或煤气等作为可燃气体。
在选用可燃性气体时应考虑以下因素。
1.发热量要大，也就是单位体积可燃气体完全燃烧放出的热量要大。
2.火焰温度要高，一般是指在氧气中燃烧的火焰最高温度要高。
3.可燃气体燃烧时所需要的氧量要少，以提高其经济性。
4.爆炸极限范围要小。
5.运输相对方便。
由于乙炔气的活泼特性，其燃烧速度快、火焰温度高、气体相对密度与空气相近，被大量金属加工企业采纳使用。
但乙炔也有以下缺点：1. 安全性差：由于乙炔气较为活泼，其容易回火、暗燃（无氧燃烧）、爆炸范围宽等特性突出，安全事故时有发生。
割枪使用
气割作业培训一、气割的几种方式：切割技术的现状、应用形式及技术经济性近年来，国内外切割技术取得了突破性进展，从单一的氧乙炔火焰气割发展成为新型工业燃气火焰切割、等离子弧切割、激光切割、水射流切割等多能源、多种工艺方法在内的现代化切割技术，与此同时又将现代化控制技术与切割技术相结合，研究开发出新一代的全自动切割设备。
１、氧乙炔／新型燃气火焰切割自1895年法国人ＬｅＣｈａｔｅｌｉｅｒ发明氧乙炔火焰，至1900年Ｆｏｕｃｈ和Ｐｉｃａｒｄ制造出第一把氧乙炔割炬，氧乙炔火焰切割作为最古老的热切割技术至今仍是机械制造中的一种加工方法。
由于乙炔生产的原料为电石，生产过程中会排出大量电石渣（1ｔ电石生成3.3ｔ电石渣）及ＨＳ、Ｓ０等有毒有害气体，严重污染环境，在制取溶解乙炔气同时又消耗大量重要化工原料丙酮，加大了生产成本。
因此，近20年来国内外有关研究机构及企业相继投入大量资金，开发研究成本低、安全、减少环境污染的新型燃气，目前国内己自主开发及引进了多种新型工业燃气代替乙炔用于工业火焰加工。
同时与新型工业燃气相配套的割炬也相继投建成投产，各种割炬器种齐全。
手工割炬切割厚度可达350ｍｍ，机用割炬切割厚度可达1800ｍｍ。
２、等离子弧切割等离子弧切割是80年代中期发展起来的一种加工方法，当时主要是为解决不锈钢和有色金属的切割，先后开发了氩、氢、压缩空气、氮、氧等多种气体，一般等离子弧切割及水再压缩等离子切割等多种工艺方法，以适应不同的需要。
普通等离子电源输出电流为20～200Ａ，切割厚度可达30ｍｍ以下；精细等离子电源输出电流最高可达100Ａ，切割厚度可达12ｍｍ以下，其中精细等离子割缝宽0.65～0.75ｍｍ，与数控切割机配合可达±0.2ｍｍ的切割精度；水再压缩等离子电源输出电流最高可达1000Ａ，切割厚度可达 130ｍｍ以下。
目前，等离子弧切割机的割炬正朝着割缝精度接近激光精度的方向发展；小功率切割电源向逆变方向发展，以提高电源效率及电弧的收缩性；大功率切割电源向闸管方向发展，并采用一定的补偿措施以提高效率，从而提高切割速度，改善切割质量。
天然气和乙炔、丙烷成本比较
天然气切割气和丙烷、乙炔的成本对比烈火天然气切割系统不但具有安全、方便、环保外。
其价格的优势也是所有用最为关注的。
下面我们用数字来举例说明：一、天然气与丙烷的成本对比：1.天然气的用量及费用以每月丙烷用量为500瓶，1立方米天然气等于1.2公斤丙烷。
天然气用量=500瓶×15公斤÷1.2=6250立方米天然气的价格为2.0元/立方米天然气月费用6250立方米×2=12500元2.烈火增效剂用量及费用增效剂的价格为300元/公斤添加比例为8‰也就是0.008公斤/立方米。
月增效剂量6250立方米×0.008公斤/立方米=50公斤月增效剂费用50公斤×300元=15000元3.丙烷的成本丙烷的价格为6.0元/公斤 500×15×6=45000元4.天然气和丙烷成本比较丙烷月使用费为45000元天然气月使用费为12500元+15000元=27500元使用天然气后成本降低（1-27500÷45000）×100%=40%以上比较仅供参考一切以本地市场价格为主，一般成本降低为30%～50%。
二、天然气与乙炔的成本对比：1.天然气的用量及费用以每月乙炔用量为3000瓶，1立方米天然气等于1立方米乙炔。
天然气用量=3000瓶×2立方米×1=6000立方米天然气的价格为2.0元/立方米天然气月费用6000立方米×2=12000元2.烈火增效剂用量及费用增效剂的价格为300元/公斤添加比例为8‰也就是0.008公斤/立方米。
月增效剂量6000立方米×0.008公斤/立方米=48公斤月增效剂费用48公斤×300元=14400元3.乙炔的成本乙炔月使用量=3000瓶×85元=255000元4.天然气和乙炔成本比较乙炔月使用费为255000元天然气月使用费用为14400+12000=26400元使用天然气后成本降低（1-26400÷255000）×100%=90%以上比较仅供参考一切以本地市场价格为主，一般成本降低为70%～90%。
天然气在金属切割工艺上的应用
天然气在金属切割工艺上的应用随着科技和能源的不断发展，天然气作为一种坏保型的优质燃料越来越引起人们的关注，此文根据笔者的经验对天然气在金属切割和加热工艺技术及经济性做一介绍：一、天然气的组成及理化特性天然气的主要成分是甲烷，天然气是利用空气作助燃剂，理论燃烧温度可达到2300℃。
如把助燃剂或天然气加热时燃烧温度将超过2300℃。
天然气用氧气作助燃剂温度则更高。
天然气+V8燃料增益剂在氧气中燃烧温度能够达到3400度，完全达到了工业燃气的切割标准。
二、天然气在金属和加热工艺技术上的应用用天然气代替乙炔和液化石油气作切割燃料，在理论上和实践都是可行的，根据我公司多次试验都取得了成功。
在试验中采用CNG切割，割据选用100号割枪(用2号割咀)成功的切割了铁路道轨，厚板，钢坯子，预热速度快，切割表面平整，不挂渣或者挂渣少，操作简单，安全系数高，在生产工作中节约了大量的生产成本，以前使用乙炔，液化气，丙烷类燃气，现在采用天然气能够节约大量资金和生产成本。
三、天然气在金属切割和加热工艺技术上推广的必要性1、经济性天然气替代乙炔、液化石油气作切割和加热燃料其成本只有乙炔的1／7，是液化石油气成本的费用的43％，经济效益显著，在钢铁行业和金属加工企业具有广泛的推广价值。
2、稳定性天然气通过管道减压输送、压力稳定、热值稳定、价格稳定、操作的工艺条件稳定，企业的燃料成本好掌握。
3、方便性通过管道输送天然气，省去了使用乙炔或液化石油气购置气瓶(或租赁)的费用和钢瓶检测费、运输费和搬运费。
4.安全性天然气比空气轻，即使有部分气体泄露，也很快能够散去，不会在工厂或者低洼处存积，减少了不安全隐患。
天然气在室内使用和乙炔，液化气相比提高了工作人员的操作安全性，降低了企业的企业的风险。
四、发展前景1、天然气比乙炔的理论燃烧温度低(和液化石油气燃烧温度相同)，切割速度慢，采用V8燃料增益剂及V8燃料终端增益器后，提升了天然气的切割温度，操作性能大大提高，达到了乙炔的操作标准，操作简单，其工具使用与丙烷，液化气一样，只需要使用丙烷，液化气用快速割咀，可以延续使用乙炔割据，使其在替代乙炔和液化石油气带来显著经济效益的同时，克服切割速度慢带来的不足之处。
天然气切割局限性
天然气切割局限性球墨铸铁类工件切割第一节氧天然气切割球墨铸铁工件注意事项在使用天然气切割球墨铸铁工件时应考虑到球墨铸铁本身的金属结构及火焰调整和切割手法。
铁素体和珠光体球墨铸铁的化学成份里含有大量的碳﹑硅﹑锰﹑磷﹑硫﹑钼﹑镁等元素，在金属表面形成耐高温材料，妨碍火焰气割正常进行。
球墨铸铁的合金成分比较复杂，因此对气割造成一定影响。
切割球墨铸铁工件时应将工件上的型砂清除干净，切割应采取振动气割方法，气割过程为：预热–切割–预热–切割，需要对工件不断预热，当金属熔融时开高压氧将金属割断。
由于乙炔火焰比较集中，热量外溢的较少，瞬间温度极高，切割球墨铸铁工件时较容易。
燃气压力和氧气压力不用调节的很高。
氧～天然气切割时燃气压力和氧气压力需要调节的高一些，促使燃气和氧气流量加大，增加总热量，达到切割的目的。
切割过程氧气和燃气较氧乙炔消耗大，经济效益不明显。
由于天然气热辐射较乙炔大，金属热影响区也较大。
且预热速度不及氧乙炔，切割比较困难，切割手法与乙炔也有区别，操作起来比较困难。
气割工效不及氧乙炔，需要对割嘴进行改进，避免热辐射太宽，导致热量散失，对切割手法也需要改进，这方面需要长时间应用体会，因此天然气不适合气割球墨铸铁类工件。
使用增效丙烷气、增效天然气切割此类工件，比乙炔气切割速度慢，由于乙炔气燃烧瞬间温度很高，工件表面沾有一些型砂等杂质时，可以继续完成切割，使用增效丙烷气及增效天然气无法完成此类金属的切割，预热时间通常在50秒左右，使用乙炔气预热时间通常在5秒左右，因此，增效丙烷气及增效天然气在某些切割工艺方面不能够完全替代乙炔气。
天然气切割钢板时，尤其是数控切割机使用，预热穿孔花费的时间较长，采用热值较高的增效剂可以缩短预热的时间，增效剂选择也是需要进行筛选的，不是所有的增效剂都能够达到使用的最终目的。
天然气无色、无味、无毒且无腐蚀性，主要成分为甲烷，此外，还有乙烷、丙烷、丁烷等烃类气体，一般气藏天然气甲烷含量在90%以上。
天然气切割气与乙炔气的性能比较
火焰切割用燃气主要性质相对其他切割燃气具有以下优点：(1) 在空气中爆炸范围为5.3%～14%(V/V)，其下限是丙烷的2.5倍，爆炸范围小、燃烧速度慢，发生爆鸣、回火的可能性比乙炔小，安全性更高。
(2) 比重小于空气(1：0.7)，泄漏时易向空中散发、不易在低洼地面沉积，减少了爆炸发生的可能性。
(3) 天然气沸点较低(-160%)，不受环境温度影响、不需气化，无采购、运输、储存、换瓶、气化等环节，气源供应和价格更加稳定，用气成本和管理成本大大降低。
(4) 天然气为清洁环保能源，其经过脱硫、干燥等前期处理，燃烧后不产生有毒有害物质。
据有关数据显示，以天然气代替丙烷切割后，二氧化碳排放量和折算标准煤能耗可下降55%～65%，节能减排效果显著，符合国家政策导向。
天然气切割替代乙炔气的优点：（1）节省能源：生产乙炔的原料——电石，消耗大量电能，生产1吨电石耗电3700KWh，720Kg左右焦碳和50Kg电极材料，同时生产溶解乙炔气需大量丙酮。
采用天然气替代乙炔气，节省能源和材料，社会效益相当可观。
（2）经济效益：天然气价格比乙炔气价格便宜得多，每使用1瓶乙炔气（按3Kg充装）需55元左右，而1瓶乙炔气燃烧释放的能量相当于4立方米天然气燃烧释放的能量，价格只有4元左右，考虑氧用量的增加，4立方米天然气与氧的总成本只有26.4元；即少使用1瓶乙炔气节省成本28.6元，将近节约52%。
（3）社会效益：使用天然气，可减少环境污染和对人体的危害，生产乙炔产生的大量电石灰难以处理，污染极大。
我国在20世纪70年代初已着手研究石油气替代乙炔的工作，在切割工具的改进，切割工艺的总结方面取得了一定的进展。
其发展方向分为二类：1）混合燃气类，通常是乙炔、丙炔、丁二烯、乙烯等和其他烃类的混合物。
2）石油烃类，主要是丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、天然气。
也曾有过汽油切割等。
据统计，我国目前仍有85％的工业燃气沿用乙炔，年供乙炔2800万瓶（5kg/瓶）；东南亚等发展中国家的工业燃气也以乙炔为主，国内外市场潜力巨大。
用天然气替代丙烷气乙炔气是工业切割气的一场革命
用天然气替代丙烷气，是工业切割气体的一场革命种优质环保节能低碳的新型工业切割气北京润拓工业技术有限公司刘亚滨宋晓仑年5月2011用天然气替代丙烷气，是工业切割气体的一场革命一种优质环保节能低碳的新型工业切割气工业切割气主要用于我国钢铁冶金、机械机床、造船修船、铁路矿山、桥梁建筑、锅炉机电、钢结构等行业的金属切割、烘烤矫形、预热加温等，使用行业广泛，需求数量很大，是工业企业一种重要的消耗性原料。
目前，我国主要的工业切割气是石油副产品—丙烷气，在上世纪90 年代初它取代了大部分污染重，能耗高的乙炔气，占据着主要工业切割气市场。
1992 年国家科委成果办下文号召推广使用氧一烃切割技术，将丙烷气切割技术列入《国家科技成果重点推广计划》。
随着我国经济高速发展，在目前经济环境和国家大力提倡节能减排的形势下，虽然丙烷气替代了大部分乙炔气，但是丙烷气在使用中出现的切割厚金属质量差，冬季使用困难（尤其北方地区），安全环保性能低，以及耗费氧气燃气偏多的现象，已经不能适应工业企业的需要。
因此，研制一种优质高效、节能环保、低碳清洁、全天候使用的工业切割气是当务之急。
北京润拓工业技术有限公司根据目前工业切割气存在的问题和市场需求，积极响应国家节能减排和开发新能源的号召，投入大量人力物力，运用天然气增效，双充双减压的高新技术，申报了多项国家专利，研制成功了以天然气为主要原料，命名为“锐锋燃气”（天然气）的工业切割气，成为可全面替代丙烷气的一种新型工业燃气。
、目前我国工业切割气的市场状况自1903 年法国科学家皮尔卡将乙炔气运用到金属切割和焊接，乙炔气就成为金属焊割的主要工业切割气，历史已经百年。
但是乙炔气因为能耗高、污染重、易爆炸、价格高（据资料记载，每生产1吨乙炔气，需要消费3.3 吨焦炭，3 吨水及10800度电。
同时产生污染渣3 吨，污染水1.5 吨）已经不能适应人们越来越重视环保节能安全和效率的要求，随着科技发展和社会进步，各国都在寻找一种替代乙炔气的新型工业切割气。
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天然气代替乙炔用于切割经济性对比
乙炔的理化性质决定了其特殊的地位，在工业领域得到广泛的应用，助燃添加剂需要根据乙炔的燃烧方式及特点对烷烃类燃气进行合理有效的催化，达到乙炔的使用效果。
采用以烷烃类燃气作为母气的催化技术不仅能够在功能上替代传统的燃气——乙炔，在经济效益上还能够取得很好的收益。
催化烷烃类燃气主要选择为丙烷气，石油液化气，天然气（管道输送，瓶装压缩天然气，瓶装液化天然气），凯博燃气符合节能环保的要求，符合国家产业政策，能够有效的降低大气的污染，技术先进，生产成本低，利润空间大，在同行业中能够很好的提升竞争力，创建自我品牌，凯博燃气在长期的运营中已经树立了良好的品牌，在节能减排方面将作出积极的贡献。
目前，工业上多用溶解乙炔作为焊接、气割用燃气。
随着我国石化工业的发展，在炼油副产品丙烷中加入少量添加剂，制成的新型焊割用燃气，可克服乙炔的缺点,其经济效益显著。
研究这种新型丙烷气的燃烧特点及其使用成本，有利于正确使用丙烷气和降低生产成本。
燃气特性及完全燃烧时的成本丙烷(C3H8)分子量为44.06，在0℃气态时的密度为2.014g/L, 比空气重。
逸出时易沉积于地面上的凹坑、地沟处，遇火就会燃烧。
在空气中的体积比为2.3％～9.5％时，遇火星还会爆炸。
工业应用时应注意场地平整，通风良好，严防丙烷逸出，同时严禁烟火。
丙烷在氧气中的燃烧速度为4m/s, 比乙炔的燃烧速度 (8m/s) 低得多，故氧丙烷气不易产生回火。
丙烷在空气中，气压为0.1MPa下的燃点为515～543℃，比乙炔的燃点 (406～440℃) 高, 要用明火才能点燃丙烷。
因此丙烷较乙炔相对安全，使用丙烷气时必须另配明火点火装置。
丙烷的气态标准燃烧热为 -2219.1 kJ/mol, 它在氧气中完全燃烧时的化学反应方程式为：C3H8+5O2=3CO2+4H2O+2 219.1(kJ)
乙炔(C2H2)分子量为26.01, 在0℃、气态时的密度为1.173g/L, 比空气轻。
乙炔的气态标准燃烧热为 -1299.6 kJ/mol, 在氧气中完全燃烧时的化学反应方程式为：
2C2H2+5O2=2CO2+2H2O+2 599.2(kJ)
由式丙烷和乙炔燃烧可分别计算出1mol丙烷及等价热量的乙炔完全燃烧所需的生产成本 (按丙烷气市价130～200元/15千克，乙炔65元/3千克，氧气13元／瓶)按此计算，1
瓶催化丙烷相当于5瓶乙炔的使用量，节约50%左右，
钢板气割时,先用氧燃气焰将工件切割处预热至钢板能发生剧烈氧化的温度，再由割炬中喷出高速切割氧，使已预热的钢板燃烧，生成的氧化物被切割气流吹掉，从而完成切割。
可见气割时氧燃气焰的作用是预热钢板、切割氧，保证切割点处钢板的氧化反应温度。
由于钢
板切割时的热反应复杂且影响因素较多，需对两种燃气的使用成本进行对比试验。
试验在数控气割机上进行，试验材料为Q235A 钢板，氧气纯度≥99.5%, 气割质量以符合JB 3092-82《火焰切割面质量技术要求》标准的表面粗糙度1级和平面度1级为准。
乙炔采用GK1型割嘴，丙烷采用GKJ3型割嘴。
由于丙烷的燃烧温度较低，气割时预热时间较长。
因此需要对丙烷进行催化燃烧，否则影响工作效率。
由于丙烷气的二次热值很高，气割时二次热值未充分利用而钢板已割通，因而使用丙烷气的热量利用率低。
在厚板切割时，两种燃气的热值都能得到较充分地利用，而丙烷气的总热值较高，因此丙烷气的气割成本较低。
板越厚，使用丙烷气节约成本越显著。
天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。
在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。
由于天然气热值低、燃烧速度慢、火焰温度低、切割预热时间相应增加、因此，需要加助燃添加剂对甲烷进行催化燃烧。
由于天然气是目前工业燃气使用成本最低的原料气，因此，得到了各大燃气公司的广泛推广。
名称单价替代量原料气成本加添加剂后售价利润
乙炔 65-70元/瓶 5瓶 40-45元/瓶
丙烷 100元/瓶 15公斤 105元 150-200元/瓶 30-70元
天然气 3 元/立方 13立方 39元 130元 80元
由此表可以看出，乙炔的单瓶利润比较低廉，丙烷的成本比较高，纯丙烷和乙炔比较具有火焰温度低，影响工效，因此使用成本比较高，而催化丙烷由于添加助燃添加剂使得火焰提高，但是单瓶的添加成本比较高，基本在150元左右，因此降低添加剂的直接成本是增加收益的关键所在。
天然气的成本是目前最低的，燃气的成本低，获得的利润较大，因此，具有很强的竞争优势。
选择助燃添加剂首先要选择产品质量好，各方面性能领先的产品，并且价格具有绝对优势，只有这样，才能在保质保量的前提下获得稳定的发展。
凯博燃气在性价比及产品质量方面，为广大用户开辟了发展的空间，为燃气行业的发展作出了积极的贡献。