天然氣混配氣置換乙炔現狀及發展趨勢

摘要：天然氣（CH⒋）作為清潔、環保、安全且價格低廉的燃氣，正被世界各國廣泛推廣，在船舶制造企業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合后，改變了燃氣的性質，實現二次完全燃燒，達到燃燒更徹底、火焰更集中、溫度更高狀態，完全滿足船舶建造切割與火工校正速度及工藝質量要求。

關鍵詞：天然氣；添加劑；節能；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多年前法國科學家發明首創將氧——乙炔運用到金屬切割和焊接領域后，乙炔就一直成為全球金屬焊割的主要燃氣，對工業大革命和人類及時創新有過不可替代的貢獻。

但隨著生產力的發展和社會的進步，人類越來越注重環保、清潔、節能、安全、高效，對乙炔暴露出來的弊端和缺陷也有了越來越清晰的認識。上世紀七十年代，在歐美、日本發達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燃氣。

目前為止可稱作為地球上最干凈、環保、安全，且價格最為低廉的燃氣——天然氣正被世界各國廣泛推廣，在多個應用領域越來越得到普及利用。它不僅是一種綠色環保能源，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輸的缺陷兼有液化天然氣（LNG），氣液體積比足夠大，為625/1，完全滿足了長途運輸的需要。

2天然氣的特點及改良方法

純天然氣（CH⒋）是目前切割用工業燃氣中價格最為低廉的一種燃氣，但由于其固有熱值（39 000 kJ/m3）較低，燃燒速度偏慢，火焰溫度（2 400 ℃）稍弱，切割預熱時間相應延長，如不附加任何措施或添加劑、直接應用到工業火焰切割中，預熱時間、切割速度和質量均難以達到工藝要求，而且燃氣耗費增加，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行工業切割和火工校正作業，必須要附加一定的技術改進措施和方法、如增加一定比例（一般為1%）的助燃催化添加劑以達到改善其燃燒效率、提高其火焰溫度，從而改善其火焰穩定性，加快燃燒速度，達到切割與火工校正速度及工藝質量要求。

添加劑具有助燃、阻聚、緩慢催化等特殊性能，能與氣態或液態燃氣相互溶解，添加劑與天然氣互相溶合燃燒時可以改變火焰頻率及波長，氣態或液態燃氣在添加劑表面形成低能量表面自由基，進行完全氧化反應，激活燃氣，使之釋放更多的能量，實現二次完全燃燒不冒黑煙，不對環境及操作者造成污染、危害。抑制火焰向外輻射，達到燃燒更徹底、火焰更集中、溫度更高，焊割效果更好。

目前國內從事助燃催化添加劑生產企業已發展到一定規模、數量和標準，由于各廠家配方不同，混合的方式也不同，實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傳到混配設備、電腦采集反饋的相關信號數據進行并補穩定完成精確的混配調控，自動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與天然氣完全氣化，再送入切割燃氣管道；另一種添加劑為碳氫化合物水劑，易溶解穩定持久，天然氣通過混配罐混配后將添加劑帶出去達到混配目的。前者添加劑要變為氣態，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才能達到混合目的；后者天然氣和添加劑的比例是隨機性的，一般較難控制、調整。因此，如何選用添加劑，是保證天然氣置換使用效果的關鍵，值得引起重視和調研。

天然氣添加劑是通過與管道天然氣或通過調壓閥降壓和汽化器氣化后的液態天然氣（LNG）在混配裝置中產生均勻混合，發生理化反應，達到催化助燃的目的。添加劑與天然氣母氣分子結合后（以離子結合方式出現或者是最大限度的相互溶解），從而改變了燃氣的性質，在燃燒狀態下改變了氣體波長、燃燒頻率、燃燒速度、燃燒效率等，實現了二次完全燃燒，在反應完全進行的同時，通過添加劑的選擇性來有效地抑制生成有毒物質的副反應發生，基本上不產生或很少產生NOⅹ、CO和HC等污染物，達到了高溫催化燃燒的目的。實踐證明，助燃催化添加劑對于烷烴類燃氣的催化式有一定作用的，雖然添加劑的組成成分、配方、特性及催化效果各有不同，但對于新型燃氣的創新、改進和發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的溫度提高到3 200 ℃，與乙炔相當，切割速度、質量優于乙炔、丙烷等工業燃氣，燃氣消耗量及整體綜合成本費用亦大幅度降低，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、降低勞動強度，無黑煙污染、可改善作業環境，無回火安全隱患，使用安全系數大大改善、提高，從而達到了節約燃氣和綠色環保、安全簡易操作使用的目的，不失為二十一世紀一種理想的安全、廉價、高效和清潔低碳型的燃氣。

3應用效果

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，初步統計分析、評估其經濟性：綜合成本費用降低約30%。見表1、表2對比——天然氣混配氣與乙炔經濟性對比（以下表內試驗數據來源于上海滬東中華造船公司，氣體單價套用我司招標氣體單價計算）。

目前國內長江三角洲、珠江三角洲等沿江沿海地區修造船企業數家大型船企率先采用、并逐步擴大推廣液化天然氣（LNG）或管道天然氣為母氣，通過專門設計、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有的切割氣乙炔、丙烷，完全克服了在以往修造船行業不能進入船上艙室作業的致命弱點，實現了安全、可靠、經濟低耗替代乙炔、節能環保的目的，完全可以在修造船的車間、船塢（臺）、碼頭全面替代乙炔、丙烷進行任何金屬焊割和火工校正作業。同時其技術可行性也不斷改進、完善，逐步形成規范、行業標準，在安全、經濟方面和節能、環保、綠色工業方面均取得了很好的效果和效益，為今后進一步規模、規范化應用和更深入、持續普及發展奠定了基礎，積累了實際應用的經驗和方法，必將成為低碳經濟轉型增長發展的主要低耗高效新型能源。

參考文獻

[1]廣東省工業氣體行業協會.替代型工業燃氣發展之現狀[J].廣東氣

體，2009（4）.

[2]廣州南沙發展燃氣有限公司簡介.