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火焰切割機(jī)幾種常用燃料的介紹

發(fā)表時間：2014-07-12 15:53:48

火焰切割機(jī)幾種常用燃料的介紹：
————武漢華宇誠數(shù)控技術(shù)篇：
　　乙炔和石油化工中催化裂化的副產(chǎn)品中的丙烷、丁烷及天然氣(甲烷)相比,其燃燒性質(zhì)的差別主要是由于它們的分子結(jié)構(gòu)不同所致

。乙炔分子結(jié)構(gòu)中兩碳原子間含有兩個很易破裂的π鍵(CH ≡CH),化學(xué)活性強(qiáng),燃點(diǎn)低,燃燒速度快,易回火

。而烷烴分子結(jié)構(gòu)中只含相對穩(wěn)定的σ鍵(如丙烷:CH3 - CH2 - CH3),因此,其化學(xué)活性,燃燒速度均不如乙炔,回火傾向較小

。正是由于這種分子結(jié)構(gòu)的差異,燃燒速度的不同,導(dǎo)致它們的火焰熱量的分布也有所差異

。
　　乙炔氣因其易燃易爆

，安全系數(shù)低

，生產(chǎn)過程中耗能耗電

，污染環(huán)境，生產(chǎn)成本偏高

，以至在生產(chǎn)、存儲

、運(yùn)輸

、使用、環(huán)保及價格方面存在諸多缺陷和隱患

，發(fā)展受到了很大限制

，因此許多國家都在研制新的更安全、更節(jié)能的工業(yè)燃?xì)?div id="4qifd00" class="flower right">

，中國國家有關(guān)部門在全國乙炔生產(chǎn)會議上明確不再審批新建擴(kuò)建電石廠

、乙炔廠。現(xiàn)有的廠家面臨轉(zhuǎn)產(chǎn)的境地

。國家早在八五期間

，就極力推廣烷烴類燃?xì)馓娲胰矚?div id="4qifd00" class="flower right">

，?quot;丙烷氣"、"丙烯氣"

、"天然氣"等等

，以期逐漸取代乙炔氣。
　　我國工業(yè)燃?xì)庥昧恐校?0%為乙炔氣

。以前乙炔氣主要是乙炔發(fā)生器中制取

，由于造成污染和高度不安全性，各地均已發(fā)文不得采用（包括管道式）

。目前均采用瓶裝乙炔氣進(jìn)行工業(yè)切割

。乙炔化學(xué)性質(zhì)活躍，易爆

，極危險

。當(dāng)其與銅、銀等金屬以及空氣

、純氧混合

，甚至盛裝容器直徑較大時都會引起爆炸。使用乙炔氣在對碳素鋼切割時

，易產(chǎn)生切口上緣熔化

，掛渣多且不易清除，切面局部硬化等現(xiàn)象

，使切割工藝不理想

。焊接時需要進(jìn)行打磨，增加了生產(chǎn)成本

。沿海地區(qū)造船廠近年來已經(jīng)禁止在造船平臺使用乙炔

，改用其他新型切割氣，多年來人們一直嘗試采用其他燃料代替乙炔作為切割氣

，但由于其他燃料如：天然氣

，液化石油氣，丙烷氣

，丙烯氣

，人工煤氣，二甲醚等燃料在氧氣中燃燒溫度低于2500℃

，直接作為切割氣不理想

，需要加助燃添加劑對母氣進(jìn)行催化，裂化

，助燃

，改變?nèi)細(xì)馊紵绞剑瑥亩嵘鹧鏈囟?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，使之在氧氣中燃燒的火焰溫度達(dá)到或超越乙炔的3100℃

，實(shí)現(xiàn)替代乙炔的目的

。
　　乙炔在很長一段時間內(nèi)成為工業(yè)切割、焊接

、火焰噴圖等工藝不可替代的燃料

，乙炔在特種切割中發(fā)揮了不可替代的作用，如球墨鑄鐵

、鉬鋼

、不銹鋼等工件的切割。焊接工藝中乙炔較其它燃?xì)飧哂刑厥獾膬?yōu)勢

，操作簡便

，適用性強(qiáng)，火焰噴圖因其具有速度快

，質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)收到廣大企業(yè)的青睞

。
　　但隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人類越來越注重環(huán)保

、節(jié)能

、安全、高效

，對乙炔氣暴露出來的弊端和缺陷也有了越來越清晰的認(rèn)識

。上世紀(jì)七十年代，在歐美

、日本發(fā)達(dá)國家就已開始逐步淘汰乙炔氣

，取而代之的是以丙烷、丙烯

、天然氣

、汽油、焦?fàn)t煤氣

、氫氣等為主體的工業(yè)燃?xì)狻?br /> 　　若想達(dá)到乙炔的使用效果

，必須了解乙炔的理化性質(zhì)，才能采取相應(yīng)的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)烷烴類燃?xì)獾目商娲浴?br /> 　　乙炔分子式為C2H2

，構(gòu)造式為HC ≡ CH

。根據(jù)雜化軌道理論，乙炔分子中的碳原子以sp 雜化方式參與成鍵

，兩個碳原子各以一條sp 雜化軌道互相重疊形成一個碳碳σ鍵，每個碳原子又各以一個sp 軌道分別與一個氫原子的1s 軌道重疊

，各形成一個碳?xì)?sigma;鍵

。此外，兩個碳原子還各有兩個相互垂直的未雜化的2p 軌道

，其對稱軸彼此平行

，相互“肩并肩”重疊形成兩個相互垂直的π鍵

，從而構(gòu)成了碳碳叁鍵。兩個π鍵電子云對稱地分布在碳碳σ鍵周圍

，呈圓筒形

。
　　乙炔分子中π鍵的形成及電子云分布，現(xiàn)代物理方法證明

，乙炔分子中所有原子都在一條直線上

，碳碳叁鍵的鍵長為0.12 nm，比碳碳雙鍵的鍵長短

，這是由于兩個碳原子之間的電子云密度較大

，使兩個碳原子較之乙烯更為靠近。但叁鍵的鍵能只有836.8 kJ·mol -1

，比三個σ鍵的鍵能和（345.6 kJ·mol -1 × 3）要小

，這主要是因?yàn)閜軌道是側(cè)面重疊，重疊程度較小所致

。簡單炔烴的沸點(diǎn)

、熔點(diǎn)以及相對密度，一般比碳原子數(shù)相同的烷烴和烯烴高一些

。這是由于炔烴分子較短小

、細(xì)長，在液態(tài)和固態(tài)中

，分子可以彼此靠得很近

，分子間的范德華作用力很強(qiáng)。由于乙炔的特殊化學(xué)性質(zhì)

，在燃燒過程中

，熱能釋放效率高、化學(xué)反應(yīng)速度快

、化學(xué)鍵極易斷裂

、火焰燃燒速度快，是丙烷類燃?xì)獾?倍

，因此助燃添加劑需要對烷烴類燃?xì)獾姆肿舆M(jìn)行強(qiáng)有力的助分解

，達(dá)到快速燃燒的目的，實(shí)現(xiàn)溫度瞬間的提升

。
　　丙烷是石油化工工業(yè)的副產(chǎn)品,來源豐富,價格低廉,且燃燒對環(huán)境無污染,是乙炔可行的替代品

。由于丙烷火焰溫度較低,預(yù)熱時間相對比乙炔長,這是目前推廣應(yīng)用中遇到的一大困難。由于丙烷火焰熱量分布分散

、溫度較低

、由火焰導(dǎo)致金屬熔化的可能性較小,因此割口上沿不易造成塌邊、切口光滑平整

、割口下沿掛渣少

、易清除

。
　　丙烯的焰心和外焰都有較高的熱釋放,焰心熱量分布與乙炔相似,外焰熱量比乙炔高。因此,丙烯既具有乙炔火焰的屬性又具有丙烷外焰的高熱含量,火焰溫度比乙炔焰約低,但比丙烷火焰溫度高,是一較好的切割用燃?xì)?div id="m50uktp" class="box-center"> 。丙烯火焰的切割特點(diǎn)是:火焰溫度較高,切割預(yù)熱時間與乙炔相比約有增加,但比丙烷快,由于外焰熱含量高,對于厚大構(gòu)件切割有利

。
　　液化石油氣來自煉廠氣、濕性天然氣或油田伴生氣

。由天然氣和伴生氣中得到的液化石油氣主要成分是丙烷（為通常俗稱為殘液的主要成分）

、丁烷、丁烯和少量戊烷

。液化氣成分復(fù)雜,燃燒時火焰不集中

，熱量不均衡，火焰溫度低,切割預(yù)熱時間相應(yīng)增長

，切割速度降低

，功效差。
　　天然氣是一種多組分的混合氣體

，主要成分是烷烴

，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷

、丙烷和丁烷

，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳

、氮和水氣

，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等

。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下

，甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在，戊烷以上為液體

。
　　由于天然氣熱值低

，燃燒速度慢,火焰溫度低,切割預(yù)熱時間相應(yīng)增長，消耗燃?xì)夂脱鯕饬看?div id="4qifd00" class="flower right">

，綜合成本偏高

。切割厚鋼板時要獲得所要求的總熱量燃?xì)庀牧看蟆Ｒ３智懈钏俣?厚大構(gòu)件要求外焰熱量輸出要高,割縫容易加寬

，熱影響區(qū)大

，預(yù)熱穿孔時容易反漿或難于穿透，對金屬表面造成影響

，需要加添加劑來提高火焰溫度

。
　　催化燃燒是燃料在催化劑表面進(jìn)行的完全氧化反應(yīng)。在催化燃燒反應(yīng)過程中，反應(yīng)物在催化劑表面形成低能量的表面自由基

，生成振動激發(fā)態(tài)產(chǎn)物，并以紅外輻射方式釋放出能量

；在反應(yīng)完全進(jìn)行的同時

，通過催化劑的選擇性來有效地抑制生成有毒有害物質(zhì)的副反應(yīng)發(fā)生，基本上不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生NOx

、CO和HC等污染物

。
　　助燃添加劑與天然氣（液化石油氣）分子結(jié)合后，更容易實(shí)現(xiàn)分子的裂化

，分解

，從而改變了燃?xì)獾男再|(zhì)，在燃燒狀態(tài)下改變了氣體波長

，燃燒頻率

，燃燒速度，增強(qiáng)熱能等

，實(shí)現(xiàn)了二次完全燃燒

，降低了有害物質(zhì)的生成，降低了熱量的散逸

，達(dá)到了高溫催化燃燒的目的

。并且助燃催化劑本身具有很好燃燒化學(xué)能，因此催化燃燒是目前應(yīng)用廣泛的形式之一

。

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