鑄鋼分廠增效天然氣替代丙烷技術的應用

關玉芬，婁鳳岐，王忠偉

(齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161002)

我公司鑄鋼分廠以鐵路貨車鑄鋼件為主要生產產品，鑄鋼件清理切割冒口，多年來一直采用丙烷瓶裝氣體進行金屬切割。丙烷揮發(fā)性不好、殘液多、火焰溫度低，切割質量差，尤其是冬季溫度低，金屬切割質量差更加明顯。近年來隨著管道天然氣的普遍使用，國內對天然氣切割金屬進行了大量的研究，但純天然氣在氧氣助燃中的火焰溫度僅為2 540℃，不能滿足金屬熱切割的要求。為提高天然氣的火焰溫度，有關單位研制了SE-6A增效劑，使天然氣的火焰溫度達到3 350℃，完全滿足金屬件切割要求，且切割質量好(切割表面光潔、變形小、棱角整齊、清渣容易)。

國家科技部和中國工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會已將SE-6A高效節(jié)能環(huán)保工業(yè)燃氣產品作為全功能替代乙炔丙烷等的優(yōu)選產品，并向全國推廣。

經過充分分析論證，技術交流及使用情況調研，我們在鑄鋼分廠應用新型燃氣SE-6A增效天然氣新技術替代液化丙烷氣的工藝改進設計，以進一步降低成本，提高生產效率，節(jié)能環(huán)保，安全生產。

1 增加的設備

SE-6A增效天然氣是由天然氣與增效劑按一定比例混合后產生物理反應形成的，其主要工藝設備為天然氣—氣劑混合等裝置，1 m3天然氣用4～6 g增效劑。根據需要，增設整體天然氣劑混合設備4臺，投資金額20.2萬元，設備為整體構造，由反應器、增效劑霧化器混合柜A、稀土固體催化器、計量加液泵、混合柜B、電腦自動控制系統(tǒng)、監(jiān)視報警系統(tǒng)組成?；旌瞎馎配有液位傳感器，如液體下降到指定位置時電腦將提示報警，應及時補充天然氣和增效劑。天然氣混合設備規(guī)格型號為SE-6-100/4，天然氣氣—劑混合柜按兩備兩用考慮。

2 實施方案

取消原有丙烷站房匯流排輸送裝置，利用原有丙烷站房進行改造，安裝氣—劑混合裝置、調壓裝置，調壓后金屬切割氣接入原有丙烷氣管道系統(tǒng)(經打壓試驗置換重新利用)。

2.1 氣源

齊軌道裝備公司廠內現(xiàn)有天然氣調壓站一座，運行壓力為0.15～0.25 MPa，其氣源來自齊市天然氣管網，有完備的天然氣管網。各用氣廠房有成型的丙烷管道系統(tǒng)，只需在天然氣管道上就近取氣接入增效天然氣的混合裝置，然后切換到丙烷管道系統(tǒng)上，便可以使用。各終端設備及工具均無需更換。本次改造保留原南側丙烷站房，在供氣不足時可以切換使用。

從鑄鋼分廠原滾筒烘爐丙烷調壓間上方天然氣管道引出DN50鋼管，進入站房，經氣—劑混合裝置混合后，金屬切割氣調壓為 0.1 MPa，經DN50管引入通往廠房的氣管網便可使用，鑄鋼件熱處理需要根據工藝要求制作供氣管網，主管道在一棟西側接入。天然氣管道改造見圖1。

圖1 增效天然氣管道改造示意圖

2.2 增效天然氣工作原理

天然氣經進氣管1進入混合柜A，同時電腦啟動計量泵按1 m3天然氣用4～6 g增效劑壓入添加劑霧化器中成為霧狀，與天然氣進行混合。添加劑霧氣顆粒與天然氣顆粒碰撞結合從而使燃氣活化分子數(shù)量大幅提高，混合后的氣體進入混合柜B，在混合柜B內有稀土分子篩燃氣固體催化器，稀土R分子具有很強的絡和能力，可與天然氣CH形成穩(wěn)定的絡合鍵，從而對天然氣起到良好的催化、助燃、穩(wěn)定的作用。經催化合成的高能量切割氣輸入切割氣管路，用于金屬切割。

2.3 用氣量及用氣壓力

我公司近年來生產比較穩(wěn)定，每年按300天計算，鑄鋼分廠2012年全年丙烷氣的用量為246 t，日用丙烷氣量最大量為830 kg，折合成天然氣2 320 m3;最大瞬時丙烷流量為100 kg/h，折合成天然氣280 m3/h。金屬切割氣的使用壓力為0.1 MPa，調壓站的壓力管道輸送介質按以上數(shù)據設計，原有管道系統(tǒng)輸送金屬切割氣能力富余量較大，能滿足用氣要求。

3 技術要求

3.1 切割工件最大厚度:400 mm。

3.2 切割質量滿足工藝要求。

3.3 根據割嘴型號選擇適宜的供氧壓力。

4 效益分析

2013年鑄鋼分廠開始實施增效天然氣替代丙烷切割技術，經對2012年與2013年的相同工作量的成本進行分析，年可節(jié)約資金111.22萬元。具體計算如下:

(1)2012年丙烷費用支出:246 000 kg×7.5元/kg=184.5萬元

(2)2013年天然氣費用支出:131 762.19 m3×5.85元/m3=77.08萬元

(3)節(jié)約氧氣20%、提高功效20%、節(jié)約電費合計約:4萬元

(4)節(jié)約人工費:8人 ×2.5萬元/a=20萬元

(5)設備投資:20.2萬元

(6)節(jié)約資金:184.5+4+20－77.08－20.2=111.22萬元

(天然氣:2.85元/m3、增效劑:3元/m3，增效天然氣:5.85元/m3)

5 小結

鑄鋼分廠采用增效天然氣替代丙烷切割，不僅節(jié)約了生產成本，提高了工作效率，而且也解決了目前瓶組的運輸、存放、匯流、換瓶和人員管理以及設備和場地等問題，排除了長期存在的液化丙烷瓶裝氣體使用的安全隱患因素(高溫季節(jié)氣瓶熱爆和泄漏沉積爆炸問題)，真正做到了無瓶化。