天然氣混配氣置換乙炔現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

摘要：天然氣（CH⒋）作為清潔、環(huán)保、安全且價(jià)格低廉的燃?xì)猓皇澜绺鲊鴱V泛推廣，在船舶制造企業(yè)中也越來越得到普及利用，其性能和乙炔、丙烷相似，比乙炔、丙烷更安全。通過外加具有特殊性能的添加劑與天然氣母氣分子結(jié)合后，改變了燃?xì)獾男再|(zhì)，實(shí)現(xiàn)二次完全燃燒，達(dá)到燃燒更徹底、火焰更集中、溫度更高狀態(tài)，完全滿足船舶建造切割與火工校正速度及工藝質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：天然氣；添加劑；節(jié)能；降耗

The situation and developmental trend of replacing

acetylene by CH4 mixture

Huang yaowen

(CSSC Guangzhou Longxue Shipbuilding Co.，Ltd. Guangzhou 511462)

Abstract: CH4， as the cleanest， greenest， safest and cheapest gas on the earth at present， is used in more and more fields. Its performance is similar to acetylene and propane， but safer than those two. It makes the original nature changed when CH4 molecule mixed with additives which have special functions on combustion supporting， polymerization obstructing， slow catalysis， etc. CH4 mixture changes the gas wavelength， burning frequency， burning speed， burning efficiency in combustion， inhibits flame radiation， and realizes secondary complete combustion. The combustion is more thorough， flame is more concentrated， temperature is higher， completely meets the needs of shipbuilding cutting， foundry work’s correct speed and technological quality.

Key words: CH4;additives， safe;conserve energy;reduce consumption

1前言

自從100多年前法國科學(xué)家發(fā)明首創(chuàng)將氧——乙炔運(yùn)用到金屬切割和焊接領(lǐng)域后，乙炔就一直成為全球金屬焊割的主要燃?xì)?，?duì)工業(yè)大革命和人類及時(shí)創(chuàng)新有過不可替代的貢獻(xiàn)。

但隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人類越來越注重環(huán)保、清潔、節(jié)能、安全、高效，對(duì)乙炔暴露出來的弊端和缺陷也有了越來越清晰的認(rèn)識(shí)。上世紀(jì)七十年代，在歐美、日本發(fā)達(dá)國家就已開始逐步淘汰乙炔，取而代之的是丙烷、石油液化氣、天然氣等為主體的工業(yè)燃?xì)狻?/p>

目前為止可稱作為地球上最干凈、環(huán)保、安全，且價(jià)格最為低廉的燃?xì)狻烊粴庹皇澜绺鲊鴱V泛推廣，在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域越來越得到普及利用。它不僅是一種綠色環(huán)保能源，其性能和乙炔氣、丙烷相似，但比重（0.55）更輕，爆炸極限范圍（5—15）窄，比乙炔、丙烷更安全。更重要的是天然氣能夠克服了長途運(yùn)輸?shù)娜毕菁嬗幸夯烊粴猓↙NG），氣液體積比足夠大，為625/1，完全滿足了長途運(yùn)輸?shù)男枰?/p>

2天然氣的特點(diǎn)及改良方法

純天然氣（CH⒋）是目前切割用工業(yè)燃?xì)庵袃r(jià)格最為低廉的一種燃?xì)猓捎谄涔逃袩嶂担?9 000 kJ/m3）較低，燃燒速度偏慢，火焰溫度（2 400 ℃）稍弱，切割預(yù)熱時(shí)間相應(yīng)延長，如不附加任何措施或添加劑、直接應(yīng)用到工業(yè)火焰切割中，預(yù)熱時(shí)間、切割速度和質(zhì)量均難以達(dá)到工藝要求，而且燃?xì)夂馁M(fèi)增加，無疑降低了工作效率，增加了切割成本。因此純天然氣并不適用于直接進(jìn)行工業(yè)切割和火工校正作業(yè)，必須要附加一定的技術(shù)改進(jìn)措施和方法、如增加一定比例（一般為1%）的助燃催化添加劑以達(dá)到改善其燃燒效率、提高其火焰溫度，從而改善其火焰穩(wěn)定性，加快燃燒速度，達(dá)到切割與火工校正速度及工藝質(zhì)量要求。

添加劑具有助燃、阻聚、緩慢催化等特殊性能，能與氣態(tài)或液態(tài)燃?xì)庀嗷ト芙猓砑觿┡c天然氣互相溶合燃燒時(shí)可以改變火焰頻率及波長，氣態(tài)或液態(tài)燃?xì)庠谔砑觿┍砻嫘纬傻湍芰勘砻孀杂苫?，進(jìn)行完全氧化反應(yīng)，激活燃?xì)?，使之釋放更多的能量，?shí)現(xiàn)二次完全燃燒不冒黑煙，不對(duì)環(huán)境及操作者造成污染、危害。抑制火焰向外輻射，達(dá)到燃燒更徹底、火焰更集中、溫度更高，焊割效果更好。

目前國內(nèi)從事助燃催化添加劑生產(chǎn)企業(yè)已發(fā)展到一定規(guī)模、數(shù)量和標(biāo)準(zhǔn)，由于各廠家配方不同，混合的方式也不同，實(shí)際效果亦有一定的差異。一種不熔于水、稱之為油性添加劑，是通過管道的流量采集信號(hào)傳到混配設(shè)備、電腦采集反饋的相關(guān)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行并補(bǔ)穩(wěn)定完成精確的混配調(diào)控，自動(dòng)按恒定比例將添加劑輸送到特制的液氣兩相乳化塔，使恒定比例的添加劑在兩相乳化塔內(nèi)與天然氣完全氣化，再送入切割燃?xì)夤艿溃涣硪环N添加劑為碳?xì)浠衔锼畡?，易溶解穩(wěn)定持久，天然氣通過混配罐混配后將添加劑帶出去達(dá)到混配目的。前者添加劑要變?yōu)闅鈶B(tài)，添加劑本身必須要具有較好的氣化性、其氣化速度與天然氣相當(dāng)才能達(dá)到混合目的；后者天然氣和添加劑的比例是隨機(jī)性的，一般較難控制、調(diào)整。因此，如何選用添加劑，是保證天然氣置換使用效果的關(guān)鍵，值得引起重視和調(diào)研。

天然氣添加劑是通過與管道天然氣或通過調(diào)壓閥降壓和汽化器氣化后的液態(tài)天然氣（LNG）在混配裝置中產(chǎn)生均勻混合，發(fā)生理化反應(yīng)，達(dá)到催化助燃的目的。添加劑與天然氣母氣分子結(jié)合后（以離子結(jié)合方式出現(xiàn)或者是最大限度的相互溶解），從而改變了燃?xì)獾男再|(zhì)，在燃燒狀態(tài)下改變了氣體波長、燃燒頻率、燃燒速度、燃燒效率等，實(shí)現(xiàn)了二次完全燃燒，在反應(yīng)完全進(jìn)行的同時(shí)，通過添加劑的選擇性來有效地抑制生成有毒物質(zhì)的副反應(yīng)發(fā)生，基本上不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生NOⅹ、CO和HC等污染物，達(dá)到了高溫催化燃燒的目的。實(shí)踐證明，助燃催化添加劑對(duì)于烷烴類燃?xì)獾拇呋接幸欢ㄗ饔玫模m然添加劑的組成成分、配方、特性及催化效果各有不同，但對(duì)于新型燃?xì)獾膭?chuàng)新、改進(jìn)和發(fā)展做了很好的啟示和鋪墊。與純天然氣比較，加添加劑催化后的天然氣混配氣火焰切割時(shí)的溫度提高到3 200 ℃，與乙炔相當(dāng)，切割速度、質(zhì)量優(yōu)于乙炔、丙烷等工業(yè)燃?xì)?，燃?xì)庀牧考罢w綜合成本費(fèi)用亦大幅度降低，切割后的鋼板表面平整、光滑，無掛渣、無咬邊、無毛刺，提高功效、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，無黑煙污染、可改善作業(yè)環(huán)境，無回火安全隱患，使用安全系數(shù)大大改善、提高，從而達(dá)到了節(jié)約燃?xì)夂途G色環(huán)保、安全簡易操作使用的目的，不失為二十一世紀(jì)一種理想的安全、廉價(jià)、高效和清潔低碳型的燃?xì)狻?/p>

3應(yīng)用效果

以我司為例，從2010年7月5日開始外場乙炔正式置換使用天然氣混配氣至今，初步統(tǒng)計(jì)分析、評(píng)估其經(jīng)濟(jì)性：綜合成本費(fèi)用降低約30%。見表1、表2對(duì)比——天然氣混配氣與乙炔經(jīng)濟(jì)性對(duì)比（以下表內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于上海滬東中華造船公司，氣體單價(jià)套用我司招標(biāo)氣體單價(jià)計(jì)算）。

目前國內(nèi)長江三角洲、珠江三角洲等沿江沿海地區(qū)修造船企業(yè)數(shù)家大型船企率先采用、并逐步擴(kuò)大推廣液化天然氣（LNG）或管道天然氣為母氣，通過專門設(shè)計(jì)、配置的助燃催化添加劑混配裝置加注一定比例（1：100）的添加劑、在混配裝置里與母氣天然氣均勻混合的方式來置換現(xiàn)有的切割氣乙炔、丙烷，完全克服了在以往修造船行業(yè)不能進(jìn)入船上艙室作業(yè)的致命弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了安全、可靠、經(jīng)濟(jì)低耗替代乙炔、節(jié)能環(huán)保的目的，完全可以在修造船的車間、船塢（臺(tái)）、碼頭全面替代乙炔、丙烷進(jìn)行任何金屬焊割和火工校正作業(yè)。同時(shí)其技術(shù)可行性也不斷改進(jìn)、完善，逐步形成規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在安全、經(jīng)濟(jì)方面和節(jié)能、環(huán)保、綠色工業(yè)方面均取得了很好的效果和效益，為今后進(jìn)一步規(guī)模、規(guī)范化應(yīng)用和更深入、持續(xù)普及發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，積累了實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)和方法，必將成為低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型增長發(fā)展的主要低耗高效新型能源。

參考文獻(xiàn)

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