天然气混配气置换乙炔现状及发展趋势
时间：2021-02-09 04:00:36 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：天然气（CH⒋）作为清洁、环保、安全且价格低廉的燃气，正被世界各国广泛推广，在船舶制造企业中也越来越得到普及利用，其性能和乙炔、丙烷相似，比乙炔、丙烷更安全。通过外加具有特殊性能的添加剂与天然气母气分子结合后，改变了燃气的性质，实现二次完全燃烧，达到燃烧更彻底、火焰更集中、温度更高状态，完全满足船舶建造切割与火工校正速度及工艺质量要求。
关键词：天然气；添加剂；节能；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
自从100多年前法国科学家发明首创将氧——乙炔运用到金属切割和焊接领域后，乙炔就一直成为全球金属焊割的主要燃气，对工业大革命和人类及时创新有过不可替代的贡献。
但随着生产力的发展和社会的进步，人类越来越注重环保、清洁、节能、安全、高效，对乙炔暴露出来的弊端和缺陷也有了越来越清晰的认识。上世纪七十年代，在欧美、日本发达国家就已开始逐步淘汰乙炔，取而代之的是丙烷、石油液化气、天然气等为主体的工业燃气。
目前为止可称作为地球上最干净、环保、安全，且价格最为低廉的燃气——天然气正被世界各国广泛推广，在多个应用领域越来越得到普及利用。它不仅是一种绿色环保能源，其性能和乙炔气、丙烷相似，但比重（0.55）更轻，爆炸极限范围（5—15）窄，比乙炔、丙烷更安全。更重要的是天然气能够克服了长途运输的缺陷兼有液化天然气（LNG），气液体积比足够大，为625/1，完全满足了长途运输的需要。
2天然气的特点及改良方法
纯天然气（CH⒋）是目前切割用工业燃气中价格最为低廉的一种燃气，但由于其固有热值（39 000 kJ/m3）较低，燃烧速度偏慢，火焰温度（2 400 ℃）稍弱，切割预热时间相应延长，如不附加任何措施或添加剂、直接应用到工业火焰切割中，预热时间、切割速度和质量均难以达到工艺要求，而且燃气耗费增加，无疑降低了工作效率，增加了切割成本。因此纯天然气并不适用于直接进行工业切割和火工校正作业，必须要附加一定的技术改进措施和方法、如增加一定比例（一般为1%）的助燃催化添加剂以达到改善其燃烧效率、提高其火焰温度，从而改善其火焰稳定性，加快燃烧速度，达到切割与火工校正速度及工艺质量要求。
添加剂具有助燃、阻聚、缓慢催化等特殊性能，能与气态或液态燃气相互溶解，添加剂与天然气互相溶合燃烧时可以改变火焰频率及波长，气态或液态燃气在添加剂表面形成低能量表面自由基，进行完全氧化反应，激活燃气，使之释放更多的能量，实现二次完全燃烧不冒黑烟，不对环境及操作者造成污染、危害。抑制火焰向外辐射，达到燃烧更彻底、火焰更集中、温度更高，焊割效果更好。
目前国内从事助燃催化添加剂生产企业已发展到一定规模、数量和标准，由于各厂家配方不同，混合的方式也不同，实际效果亦有一定的差异。一种不熔于水、称之为油性添加剂，是通过管道的流量采集信号传到混配设备、电脑采集反馈的相关信号数据进行并补稳定完成精确的混配调控，自动按恒定比例将添加剂输送到特制的液气两相乳化塔,使恒定比例的添加剂在两相乳化塔内与天然气完全气化，再送入切割燃气管道；另一种添加剂为碳氢化合物水剂，易溶解稳定持久，天然气通过混配罐混配后将添加剂带出去达到混配目的。前者添加剂要变为气态，添加剂本身必须要具有较好的气化性、其气化速度与天然气相当才能达到混合目的；后者天然气和添加剂的比例是随机性的，一般较难控制、调整。因此，如何选用添加剂，是保证天然气置换使用效果的关键，值得引起重视和调研。
天然气添加剂是通过与管道天然气或通过调压阀降压和汽化器气化后的液态天然气（LNG）在混配装置中产生均匀混合，发生理化反应，达到催化助燃的目的。添加剂与天然气母气分子结合后（以离子结合方式出现或者是最大限度的相互溶解），从而改变了燃气的性质，在燃烧状态下改变了气体波长、燃烧频率、燃烧速度、燃烧效率等，实现了二次完全燃烧，在反应完全进行的同时，通过添加剂的选择性来有效地抑制生成有毒物质的副反应发生，基本上不产生或很少产生NOⅹ、CO和HC等污染物，达到了高温催化燃烧的目的。实践证明，助燃催化添加剂对于烷烃类燃气的催化式有一定作用的，虽然添加剂的组成成分、配方、特性及催化效果各有不同，但对于新型燃气的创新、改进和发展做了很好的启示和铺垫。与纯天然气比较，加添加剂催化后的天然气混配气火焰切割时的温度提高到3 200 ℃，与乙炔相当，切割速度、质量优于乙炔、丙烷等工业燃气，燃气消耗量及整体综合成本费用亦大幅度降低，切割后的钢板表面平整、光滑，无挂渣、无咬边、无毛刺，提高功效、降低劳动强度，无黑烟污染、可改善作业环境，无回火安全隐患，使用安全系数大大改善、提高，从而达到了节约燃气和绿色环保、安全简易操作使用的目的，不失为二十一世纪一种理想的安全、廉价、高效和清洁低碳型的燃气。
3应用效果
以我司为例，从2010年7月5日开始外场乙炔正式置换使用天然气混配气至今，初步统计分析、评估其经济性：综合成本费用降低约30%。见表1、表2对比——天然气混配气与乙炔经济性对比（以下表内试验数据来源于上海沪东中华造船公司，气体单价套用我司招标气体单价计算）。
目前国内长江三角洲、珠江三角洲等沿江沿海地区修造船企业数家大型船企率先采用、并逐步扩大推广液化天然气（LNG）或管道天然气为母气，通过专门设计、配置的助燃催化添加剂混配装置加注一定比例（1：100）的添加剂、在混配装置里与母气天然气均匀混合的方式来置换现有的切割气乙炔、丙烷，完全克服了在以往修造船行业不能进入船上舱室作业的致命弱点，实现了安全、可靠、经济低耗替代乙炔、节能环保的目的，完全可以在修造船的车间、船坞（台）、码头全面替代乙炔、丙烷进行任何金属焊割和火工校正作业。同时其技术可行性也不断改进、完善，逐步形成规范、行业标准，在安全、经济方面和节能、环保、绿色工业方面均取得了很好的效果和效益，为今后进一步规模、规范化应用和更深入、持续普及发展奠定了基础，积累了实际应用的经验和方法，必将成为低碳经济转型增长发展的主要低耗高效新型能源。
参考文献
[1]广东省工业气体行业协会.替代型工业燃气发展之现状[J].广东气
体,2009（4）.
[2]广州南沙发展燃气有限公司简介.
