濟南二機床集團有限公司 (山東 250022) 馮煥公 王 磊 高海濤
長期以來,金屬火焰切割一直采用乙炔+氧氣工藝模式或丙烷類工業(yè)氣體+氧氣工藝模式。在工業(yè)切割領(lǐng)域,乙炔的使用有著百年歷史,但乙炔氣易燃易爆,安全系數(shù)低,生產(chǎn)過程既耗能耗電耗水又污染環(huán)境,在生產(chǎn)、儲存、運輸、使用和環(huán)保等方面都存在諸多缺陷和安全隱患。丙烷類工業(yè)氣體在價格上較乙炔雖有所降低,但由于丙烷的密度比空氣大,泄漏后會在坑、溝等低洼處聚集,遇明火或其他易燃能源,便會引起爆炸事故。
管道的建設(shè),加快了天然氣進入市場的步伐,天然氣利用規(guī)模和領(lǐng)域的不斷擴大,逐步提高了人們對天然氣的認識。作為清潔能源的天然氣,已經(jīng)具備了應(yīng)用于鋼板火焰切割的條件。
天然氣主要組分為甲烷,通常占90%以上,和目前采用的丙烷類燃氣相比,天然氣具有許多優(yōu)勢。
(1)經(jīng)濟 天然氣替代乙炔、液化石油氣作為切割和加熱燃料可大大降低生產(chǎn)成本,經(jīng)濟效益顯著。
(2)穩(wěn)定 天然氣通過管道減壓輸送,壓力穩(wěn)定、熱值穩(wěn)定、操作的工藝條件穩(wěn)定,企業(yè)的燃料成本好掌握。
(3)方便 用管道輸送的天然氣比用槽車運送的丙烷更方便,可連續(xù)使用,減少了更換所需的輔助時間,因此,勞動效率更高。
(4)安全 由于甲烷比空氣輕,丙烷比空氣重,所以丙烷不能在底部封閉的空間中使用。而甲烷比空氣輕的多,不可能在底部聚積,因此特別適用于上部敞開、下部封閉的空間。從表1的爆炸極限上看,天然氣比丙烷氣更加安全。
表1 天然氣與乙炔、丙烷比較
技術(shù)方案牽扯到方方面面,如供氣系統(tǒng)、切割工藝、設(shè)備工具等,關(guān)系到全局。為慎重起見,我們反復(fù)深入公司的各個部門和現(xiàn)場進行考察、了解,經(jīng)多次討論研究,確定了如下方案。
(1)供氣方式 切割天然氣主要有壓縮天然氣、液化天然氣、管道天然氣三種形式,前兩種以鋼瓶為載體。經(jīng)過對天然氣切割應(yīng)用的調(diào)查和與廠家多次技術(shù)交流分析認為,公司具備接城市管道天然氣的條件,可以采用城市管道天然氣作為切割氣體。
(2)車間內(nèi)供氣管路 為滿足切割特厚板要求,天然氣工作管道壓力為:0.15 MPa≤燃氣壓力≤0.2 MPa,目前車間內(nèi)供氣管路設(shè)計承壓可滿足天然氣供氣要求,保留原有供氣管路。
(3)切割工藝 公司內(nèi)切割工件厚度和形狀多種多樣,且生產(chǎn)任務(wù)重,效率要求高。普通天然氣熱值低于目前采用的烴氣,可采用在天然氣中增加添加劑的方法提高其熱值。要求通過工藝試驗,提高切割工藝技術(shù),不僅降低了切割成本,而且切割質(zhì)量、切割效率不低于現(xiàn)狀。
我們分別對北京、蕪湖和濟南多家公司產(chǎn)品進行了切割試驗,采集了試驗數(shù)據(jù),并對天然氣切割與目前采用的丙烷氣火焰切割進行了對比分析。在天然氣切割試驗過程中均出現(xiàn)了切割火焰燃燒不穩(wěn)定的問題。
主要原因有以下三個:
(1)操作者不熟悉新切割氣的使用性能。
(2)試驗用的瓶裝天然氣壓力穩(wěn)定性較差,在試驗一段時間后因燃氣壓力變小而導(dǎo)致切割質(zhì)量變差,如采用管道供氣則可解決該問題。
(3)試驗過程中添加劑的混合采用自然揮發(fā)的方式,由于受溫度、氣體壓力、流量影響較大,故造成添加劑配比不均勻。
針對試驗中的問題,我們在技術(shù)協(xié)議中要求對方提供計算機自動控制添加劑配比設(shè)備,自動顯示天然氣流量及添加劑比例,保證添加劑配比均勻。
(1)供氣設(shè)備的改造 測繪對接新老管道,新建配氣室,并保證配氣室通風(fēng)良好,室內(nèi)無雜物。設(shè)計配氣室內(nèi)通風(fēng)、照明、報警、防回火等技術(shù)要求。配氣室內(nèi)裝備計算機自動控制配比設(shè)備兩套,其中備用一套,兩套設(shè)備均并行連接至主管道便于切換使用,以確保連續(xù)供氣的要求。同時配氣室必須達到上級部門安全檢查及消防要求。
(2)優(yōu)化切割工藝,修訂切割工藝守則 管道天然切割氣接通后,針對管道天然氣與前期試驗用的液化天然氣性能的差別,在總結(jié)試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,通過反復(fù)的試驗、改進,優(yōu)化了切割工藝參數(shù),并修訂了切割工藝守則。新的切割工藝參數(shù)如表2所示。
表2 天然氣切割規(guī)范
(3)操作人員培訓(xùn) 天然氣不僅適于鋼板切割、鉆孔,還可用于鉚工烘烤矯正變形和火焰釬焊,為了使操作者盡快熟練掌握天然氣使用技術(shù),不影響生產(chǎn),我們對所有操作者及有關(guān)管理人員分批進行培訓(xùn)。在使用初期,不斷總結(jié)操作者使用過程中出現(xiàn)的問題,不斷改進,很快使氧-天然氣進入了正常生產(chǎn)應(yīng)用狀態(tài)。天然氣切割實物如附圖所示。
天然氣切割實物
(1)純天然氣的火焰溫度較低,不適合鋼板切割,需要增加添加劑提高火焰溫度,才能進行鋼板切割。
(2)天然氣比丙烷氣更加安全、經(jīng)濟,可降低燃氣成本20%~30%,在金屬加工行業(yè)和鋼鐵行業(yè)具有廣泛的推廣價值,已經(jīng)成為金屬火焰切割未來的發(fā)展方向。
(3)原有丙烷氣切割設(shè)備可直接應(yīng)用于天然氣切割,切割效率及切割質(zhì)量與丙烷氣基本持平。