焊割燃氣對比研究

孫苞 王水祥

摘 要：對溶解乙炔、工業丙烷、天然氣等三種焊割燃氣，從發展歷程、基本物理性能、化學特性和經營方式，進行了系統化對比研究。

關鍵詞：溶解乙炔；工業丙烷；天然氣；工業氣體；焊割燃氣

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.014

目前，國內工業用焊割燃氣 ，主要以溶解乙炔、工業丙烷、天然氣為主，且已有三足鼎立之趨勢。三種焊割燃氣生產者，在向用戶推介焊割燃氣時，均從自身利益出發，宣稱自身產品為最優，眾說紛紜，莫衷一是，導致使用者選用焊割燃氣產生極大困擾。作為工業氣體行業，依法向廣大用戶合理推薦各種焊割燃氣，指導用戶安全可靠使用焊割燃氣，顯得很有必要。為此，本文擬對溶解乙炔、工業丙烷、天然氣等三種焊割燃氣，從發展歷程、基本物理性能、化學特性和經營方式，進行系統化對比研究，使廣大用戶從各自需求出發，經濟合理、安全可靠地選用焊割燃氣。

1 焊割燃氣發展歷程

焊割燃氣的領先使用，非溶解乙炔莫屬。溶解乙炔在我國已有近百年的發展歷史，發端于1920年上海蘆家灣；由原國家勞動總局以“節省能源、安全可靠、減少公害、使用方便”推廣自1981年，隨后在全國普及使用；1990年以后，國家有關部門相繼制定發布了與溶解乙炔有關的一系列標準、規定，使我國的溶解乙炔行業走上了有序健康發展之路，獲得了溶解乙炔用戶的廣泛首肯。丙烷在國內作為燃料使用，以“綠色奧運”的2008年北京奧運會所用火炬“祥云”為起點，從而獲得用戶認可。工業丙烷的開發應用，以石油裂化為基礎，或以液化石油氣精制所得。但在此之前，有部分單位以液化石油氣冒充工業丙烷向用戶兜售，魚龍混雜，沖擊了正常發展的焊割燃氣市場。為了取代乙炔，各種基于丙烷、丙烯的“新型焊割氣”紛紛面市亮相，以切割面光滑而被用戶接受，但最終因其固有缺陷而未實現全功能取代。天然氣的主要成分為甲烷，它作為一種清潔優質能源，已逐漸被用戶所接受。自2001年以后，國內大力推廣以天然氣作為民用燃氣，已與液化石油氣并駕齊驅。目前，天然氣作為工業用焊割燃氣，也已逐漸步入正軌研發階段，推廣使用可以預期，但能否全面取代乙炔，尚未能得出結論。

2 焊割燃氣基本物理性能對比研究

作為焊割燃氣，其技術依據為燃氣的基本物理性能。為方便對比，查閱了有關工業氣體手冊[1]及相關技術資料，給出乙炔、丙烷、甲烷的基本物理性能參數，詳見表1焊割燃氣基本物理性能參數對比表。

從表1對比研究，焊割燃氣的燃燒熱值，乙炔較小，丙烷居中，天然氣較大。但火焰溫度卻是乙炔最高，丙烷次之，天然氣最低。故影響焊割燃氣的火焰溫度，不僅僅取決于燃燒熱值，而有其它很多因素。如著火點溫度的高低，很顯然直接影響燃燒速度和燃燒效率，從而影響燃燒火焰的溫度大小。

3 焊割燃氣化學特性對比研究

三種焊割燃氣與氧氣的化學反應分別如下：

乙炔燃燒的化學反應方程為：2C2H2十5O2=4CO2十2H2O

丙烷燃燒的化學反應方程為：C3H8十5O2=3CO2十4H2O

天然氣燃燒的化學反應方程為：CH4十2O2=CO2十2H2O

三種焊割燃氣在消耗相等重量（以1kg計量）時，同時消耗的氧重量及生成物（二氧化碳和水）的重量，詳見表2焊割燃氣化學特性參數對比表。

從表2對比研究，在消耗相等重量燃氣時，完全燃燒所需的氧消耗量，乙炔最少，丙烷居中，天然氣最高；相應的燃燒產物總重量與氧消耗量同步。其中，生成物二氧化碳為氣態，燃燒時自然發散于周圍環境；但生成物水為液態，由液態水吸熱汽化變成氣態水，需要消耗較多汽化熱。生成物中水含量越大，消耗汽化熱越大，反之亦然。故乙炔燃燒的化學反應過程，雖其燃燒熱值略小，但因生成物水汽化熱消耗較小，實際產生的重量燃燒熱值卻是最大。理論上分析，重量燃燒熱值所能將總的燃燒產物加熱的最終溫度，即為燃燒的火焰溫度。因此，乙炔的火焰溫度可達最高，丙烷次之，天然氣最低。同理，乙炔在氧氣中或空氣中的燃燒（或爆炸）危險性也最大。

4 焊割燃氣經營供氣方式對比研究

焊割燃氣經營供氣方式主要有：瓶裝供氣、集中供氣、管道輸送供氣、槽車運輸供氣等。三種焊割燃氣經營時，釆用的供氣方式，詳見表3焊割燃氣經營供氣方式對比表（表3）。

從表3對比研究，一般釆用溶解乙炔氣瓶、液化丙烷氣瓶、壓縮天然氣（CNG）氣瓶等專用氣瓶，向用戶分別供應溶解乙炔、工業丙烷、天然氣等焊割燃氣。在焊割燃氣使用量較大的場所，還釆用專用氣瓶匯流排集中供氣。但天然氣集中供氣時，大多釆用液化天然氣（LNG）氣瓶匯流排及汽化器。釆用管道輸送供氣，以液化天然氣（LNG）低溫儲槽及汽化器領先。但因技術原因，目前尚無長輸管道供應焊割燃氣。因氣態乙炔存在易燃易爆的特殊危險性，目前尚無法釆用槽車運輸供氣。液化丙烷和液化天然氣（LNG），一般釆用槽車運輸，并用

專用儲槽儲存使用。此外，壓縮天然氣（CNG）還釆用長度大于8米以上的大容積鋼質無縫氣瓶專用車運輸供氣。

從上述對比研究可知，首先，乙炔作為焊割燃氣，性能最佳，功能全面，既能用作加熱及熱噴涂和淬火處理等燃氣，又能不受厚度限制用作切割、穿孔燃氣，還能用于金屬熔接焊燃氣，但僅有溶解乙炔氣瓶可供運輸儲存。其次，基于丙烷的焊割燃氣，切割面光滑程度優于乙炔，但由于火焰溫度低，在切割預熱時間上達不到乙炔的水平，且無法對黑色金屬進行熔接焊，故無法全功能取代乙炔。此外，天然氣在氧氣中燃燒，其火焰溫度僅有2000℃左左，遠低于乙炔在氧氣中燃燒的火焰溫度，在切割預熱時間上也達不到乙炔的水平，制約了天然氣作為焊割燃氣的推廣應用。目前，國內有識之士，正以提高天然氣火焰溫度、改善天然氣燃燒性能作為研究重點，期望取得重大突破，實現全面取代乙炔的目標。

參考文獻：

[1]黃建彬.工業氣體手冊[M].北京：化學工業出版社.2002（03）.