陈 允：天然气用于金属氧气切割的局限与解决方法 第３５卷第７期 低２５％～３Ｏ％。 装置反馈的流量信号，控制ＶＡＮ催化剂输送泵的转 速，进而调节进入混合器内的ＶＡＮ催化剂流量。燃 气调压计量装置、ＶＡＮ输送泵均设置成１用１备。 缺点：氧一丙烷氧化焰的最高温度比氧一乙炔 火焰低，约２ ７５３ ｃ【＝。对于２５ ｍｍ厚普通低碳钢板， 切割速度一般为３８０ ｍｍ／ｍｉｎ。易爆炸，安全性低。 ③天然气 优点：相对安全：着火温度为５４０℃，着火温度 比乙炔、丙烷高，遇到炽热金属不易被点燃；天然气 匦一 管道天然气Ｈ —— ｌ Ｉ调压计量装置ｌ—— ｌ Ｌ混合器卜＿—ｒ一 …‘．＿一 制的壬然与 “ Ｉ （备用） １． １． 的爆炸极限（体积分数）为５％～１５％，密度为０．７４ ～０．７６ ｋｇ／ｍ ，泄漏后不易积聚成爆炸性气体。使 ＶＡＮ催化荆 储罐 ＶＡＮ催化剂Ｉ ｌ ＶＡＮ催化剂 输送泵Ｉ Ｉ输送泵（备用） 用方便：切割燃气若采用管道天然气，则不涉及储存 问题。 缺点：切割速度慢，氧一天然气氧化焰的最高温 度约２ ７１１℃，对于１８ ｍｍ厚普通低碳钢板，切割速 度一般为１２０～１５０ ｍｍ／ｍｉｎ，远达不到切割工艺的 图１ ＶＡＮ催化剂加注工艺流程 最低要求。经济性差，由于天然气热值低，切割速度 慢，天然气耗量较高，由此导致耗氧量上升，条件相 同情况下，总使用成本超过丙烷。 ３．２使用效果 为了分析ＶＡＮ催化剂能否加速氧与铁的燃烧 反应，从而加快切割速度，２００８年７月我们在安徽 ３天然气作为切割燃气的工艺改进 ３．１改进方向 芜湖新联船厂备料车间进行了试验。试验切割设备 为数控火焰切割机，切割燃气分别采用乙炔、丙烷、 在实际金属切割过程中，我们用红外测温仪对 １２Ｔ天然气、添加ＶＡＮ催化剂的天然气，测温仪器 采用红外测温仪，切割对象为２５ ｍｍ厚普通低碳钢 氧一天然气火焰温度进行测量，最高温度无法达到 ２ ７１１ ｏＣ，仅为２ ０００ ｏＣ左右。由金属氧气切割原理 可知，提高氧一天然气火焰温度，是加快切割速度的 途径之一。当天然气作为切割燃气时，可在氧气流 中加入铁粉，铁粉在氧一天然气火焰中发生剧烈的 板，切割燃气压力为０．０５ ＭＰａ。４种切割燃气的切 割效果见表１。 表１ ４种切割燃气的切割效果 切割燃气 乙炔 丙烷 割嘴型号 切割速度／ 切割面 （ｍｍ ｇｒｏｉｎ卅） 平整程度 平整 平整 氧化反应，放出大量的热量，进而提高火焰温度。但 这种方法的工艺复杂，导致切割成本大幅提高，常规 金属切割领域难以大规模推广。因此，我们只能从 加速氧与铁的燃烧反应人手，加快切割速度。 氧与铁的燃烧反应是一种典型的氧化反应，反 三号乙炔割嘴 ４５０—４７０ 三号丙烷割嘴 ３６０～３８０ 天然气 四号丙烷割嘴 １００～１２０ 不平整 平整 添加ＶＡＮ催化剂 的天然气 三号丙烷割嘴 ４８０—５００ 应速度与反应物的浓度、温度以及是否添加催化剂 有关。催化剂是一种能够改变反应的速率而不改变 化学平衡的物质。在金属切割过程中，除氧与天然 气燃烧放热外，使金属切割过程得以持续进行的热 量还来自氧与铁的燃烧反应热。催化剂的存在，加 速了氧与铁的燃烧反应，放热速率加快，切割速度得 到大幅提高 。 目前，市场上出现了一种名为先锋的催化剂 （以下简称为ＶＡＮ催化剂）。ＶＡＮ催化剂加注工艺 由表１可知，采用添加ＶＡＮ催化剂的天然气作 为切割燃气时，切割速度比单纯采用天然气时大幅 提高，达到甚至超过乙炔，且切割面平整。由温度测 量结果可知，与未添加ＶＡＮ催化剂相比，氧一天然 气火焰温度仅略有提高。这表明添加ＶＡＮ催化剂 后，氧与铁的燃烧反应速度得到提高。 ３．３优势 ①经济优势 我们在安徽芜湖、安徽铜陵、江苏常州等地分别 流程见图１。管道天然气经过调压计量后与ＶＡＮ 催化剂在混合器内进行充分混合，然后作为切割燃 气供切割设备使用。计算机控制系统根据调压计量 ・进行了大量切割对比试验，选取在南车集团铜陵厂 进行的切割试验结果，进行经济性分析。切割对象 为２５ ｍｍ厚Ｑ２３５Ａ钢板，切割长度为４４０ ｍ。天然 Ａ ２９・ 第３５卷第７期 煤气与热力 气价格为３．６ Ｆｒ＿／ｍ ，１ ｍ。天然气添加ＶＡＮ催化剂 的成本为４．５元。采用３种切割燃气的经济性比较 见表２。由表２可知，与乙炔、丙烷相比，采用添加 ＶＡＮ催化剂的天然气的单位切割长度切割成本可 分别节省０．４１、０．１７元／ｍ。 表２采用３种切割燃气的经济性比较 切割燃气，ＶＡＮ催化剂加注装置的占地面积仅为６ ｍ ，相比乙炔、丙烷解决了占地面积大的问题。 ４结论 采用天然气作为切割燃气时，添加ＶＡＮ催化剂 可提高切割速度，大幅节省燃料费用，ＶＡＮ催化剂 加注装置的占地面积也比较小。 参考文献： ［１］梁桂芳．切割技术手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社， １９９７：２５—７７． 切割燃气 乙炔 丙烷 切割燃气 价格 用气量 ２２．０元／ｋｇ １６．２ ｋｇ ８．５ Ｙｒ／ｋｇ ２９．３ ｋｇ ８．１ ｍ ２１．５ ｍ 单位切割长度 切割成本／ （元・ｍ ） ０．８１ ０．５７ ０．４０ 添加ＶＡＮ催化剂 ［２］崔梅生，杨东，何柱生，等．催化材料对甲烷燃烧的催 化作用［Ｊ］．中国稀土学报，２００４（５）：１５—１８． 的天然气 ②其他优势 Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｕｓｉｎｇ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ ｆｏｒ Ｏｘｙｇｅｎ Ｃｕｔｔｉｎｇ ｏｆ Ｍｅｔａｌｓ ＣＨＥＮ Ｙｕｎ 目前，作为切割燃气的乙炔基本为溶解乙炔，相 关标准规范要求，瓶装溶解乙炔必须保留余量，不得 用尽。丙烷类切割燃气，在冬季温度较低时（特别 是户外作业），因气化困难，也难免留有残液，造成 浪费。当天然气作为切割燃气时，无论采用管道天 然气，还是压缩天然气、液化天然气，均可实现无残 留。 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ ｃｕｔｔｉｎｇ ｏｆ ｍｅｔａｌｓ ａｎｄ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｇａｓｅｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ａｓ ｃｕｔｔｉｎｇ ｇａｓ，ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ｃａｔａｌｙｓｔ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｆｉｌｌｉｎｇ ｃａｔａｌｙｓｔ，ｕｓｅ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｏｘｙｇｅｎ ｃｕｔｔｉｎｇ ｏｆ ｍｅｔａｌｓ；ｃｕｔｔｉｎｇ ｇａｓ；ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ；ｃａｔａｌｙｓｔ 根据安全生产标准化管理的需要，乙炔、丙烷钢 瓶必须集中放置、统一管理，并使用汇流排向工作点 供气。若采用添加ＶＡＮ催化剂的管道天然气作为 （上接第Ａ１７页） ［２］何贵龙，高硕．《燃气采暖热水炉》国家标准检验方法 探讨［Ｊ］．煤气与热力，２０１１，３１（１０）：Ｂ２８一Ｂ２９． ［３］ 罗二仓，戴巍，吴张华，等．交变流动热机的介观热力 循环理论［Ｊ］．低温工程，２００４（２）：１—１１． Ｇａｓ—ｉｒｅｄ Ｈｅａｔｉｆｎｇ ａｎｄ Ｈｏｔ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｍｂｉ－ｂｏｉｌｅｒ ｗｉｔｈ Ｔｈｅｒｍｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ＭＡＩ Ｙｏｎｇｄｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｇａｓ—ｉｆｒｅｄ ｈｅａｔｉｎｇ ａｎｄ ｈｏｔ ｗａｔｅｒ ｃｏｍｂｉ—ｂｏｉｌｅｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅｒｍｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｓ ｐｕｔ Ｐｌ位置放大 ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｉｎ－ ｃｉｐｌｅ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｉｌｅｒ ａｒｅ ｉｎｔｒｏ— 图８长度调节烟管的调节 ｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍｏａｃｏｕｓ— ｔｉｃ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． 参考文献： ［１］高硕，杨丽杰，胡宇，等．燃气采暖热水炉全自动测试 系统研发［Ｊ］．煤气与热力，２０１０，３０（４）：Ｂ２３一Ｂ２６． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ； ｇａｓ－－ｉｆｒｅｄ ｈｅａｔｉｎｇ ａｎｄ ｈｏｔ ｗａｔｅｒ ｃｏｍｂｉ・－ｂｏｉｌｅｒ；ｃｏａｘｉａｌ ｌｆｌ ｔ１ｕｂｅ ・Ａ ３０・