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数控火焰切割机燃料介绍

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数控火焰切割机燃料介绍

发布日期:2018-01-30 作者:西岳数控 点击:

数控火焰切割机乙炔和石油化工中催化的副产品中的、丁烷及天然气(甲烷)相比,其燃烧性质的差别主要是由于它们的分子结构不同所致。乙炔分子结构中两碳原子间含有两个很易破裂的π键(CH ≡CH),化学活性强,燃点低,燃烧速度快,易回火。而烷烃分子结构中只含相对稳定的(如丙烷:CH3 - CH2 - CH3),因此,其化学活性,燃烧速度均不如乙炔,回火倾向较小。正是由于这种分子结构的差异、燃烧速度的不同,导致它们的火焰热量的分布也有所差异。
数控火焰切割机乙炔因其易燃易爆,安全系数低,生产过程中耗能耗电,污染环境,生产成本偏高,以至在生产、存储、运输、使用、环保及价格方面存在诸多缺陷和隐患,发展受到了很大限制,因此许多国家都在研制新的更安全、更节能的工业燃气,中国国家有关部门在全国乙炔生产会议上明确不再审批新建扩建厂、乙炔厂。现有的厂家面临转产的境地。国家早在八五期间,就极力推广烷烃类燃气替代乙炔气,如"丙烷气"、"丙烯气"、"天然气"等等, 以期逐渐取代乙炔气。
我国工业燃气用量中,数控火焰切割机70%为乙炔气。以前乙炔气主要是乙炔发生器中制取,由于造成污染和高度不安全性,各地均已发文不得采用(包括管道式)。均采用瓶装乙炔气进行工业切割。乙炔化学性质活跃,易爆,极危险。当其与铜、银等金属以及空气、纯氧混合,甚至盛装容器直径较大时都会引起爆炸。使用乙炔气在对碳素钢切割时,易产生切口上缘熔化,挂渣多且不易清除,切面局部硬化等现象,使切割工艺不理想。焊接时需要进行打磨,增加了生产成本。 沿海地区造船厂已经禁止在造船平台使用乙炔,改用其他新型切割气,多年来人们一直尝试采用其他燃料代替乙炔作为切割气,但由于其他燃料如:天然气,,丙烷气,丙烯气,人工煤气,二甲醚等燃料在氧气中燃烧温度低于2500℃,直接作为切割气不理想,需要加助燃添加剂对母气进行催化,裂化,助燃,改变燃气燃烧方式,从而提升火焰温度,使之在氧气中燃烧的火焰温度达到或超越乙炔的3100℃,实现替代乙炔的目的。
乙炔在很长一段时间内成为数控火焰切割机工业切割、焊接、火焰喷图等工艺不可替代的燃料,乙炔在特种切割中发挥了不可替代的作用,如球墨铸铁、钼钢、不锈钢等工件的切割。焊接工艺中乙炔较其它燃气更具有特殊的优势,操作简便,适用性强,火焰喷图因其具有速度快,质量好等优点收到广大企业的青睐。
但随着生产力的发展和社会的进步,人类越来越注重环保、节能、安全、高效,对乙炔气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气,取而代之的是以丙烷、、天然气、汽油、焦炉煤气、氢气等为主体的工业燃气。
若想达到乙炔的使用效果,必须了解乙炔的理化性质,才能采取相应的技术手段实现烷烃类燃气的可替代性。
乙炔分子式为C2H2,构造式为HC ≡ CH。根据轨道理论,乙炔分子中的碳原子以sp 杂化方式参与成键,两个碳原子各以一条sp 杂化轨道互相重叠形成一个碳碳σ键,每个碳原子又各以一个sp 轨道分别与一个氢原子的1s 轨道重叠,各形成一个碳氢σ键。此外,两个碳原子还各有两个相互垂直的未杂化的2p 轨道,其对称轴彼此平行,相互“肩并肩”重叠形成两个相互垂直的π键,从而构成了碳碳叁键。两个π键电子云对称地分布在碳碳σ键周围,呈圆筒形。
乙炔分子中的形成及分布,现代物理方法证明,乙炔分子中所有原子都在一条直线上,碳碳叁键的键长为0.12 nm,比碳碳双键的键长短,这是由于两个碳原子之间的电子云密度较大,使两个碳原子较之乙烯更为靠近。但叁键的只有836.8 kJ·mol -1,比三个σ键的键能和(345.6 kJ·mol -1 × 3)要小,这主要是因为p 轨道是侧面重叠,重叠程度较小所致。简单炔烃的沸点、熔点以及相对密度,一般比碳原子数相同的烷烃和烯烃高一些。这是由于炔烃分子较短小、细长,在液态和固态中,分子可以彼此靠得很近,分子间的范德华作用力很强。由于乙炔的特殊化学性质,在燃烧过程中,热能释放效率高、化学反应速度快、化学键极易断裂、火焰燃烧速度快,是丙烷类燃气的3倍,因此助燃添加剂需要对烷烃类燃气的分子进行强有力的助分解,达到快速燃烧的目的,实现温度瞬间的提升。
丙烷是石油化工工业的副产品,来源丰富,价格低廉,且燃烧对环境无污染,是乙炔可行的替代品。由于丙烷火焰温度较低,预热时间相对比乙炔长,这是推广应用中遇到的一大困难。由于丙烷火焰热量分布分散、温度较低、由火焰导致金属熔化的可能性较小,因此割口上沿不易造成塌边、切口光滑平整、割口下沿挂渣少、易清除。
的焰心和外焰都有较高的热释放,焰心热量分布与乙炔相似,外焰热量比乙炔高。因此,丙烯既具有乙炔火焰的属性又具有丙烷外焰的高热含量,火焰温度比乙炔焰约低,但比丙烷火焰温度高,是一较好的切割用燃气。丙烯火焰的切割特点是:火焰温度较高,切割预热时间与乙炔相比约有增加,但比丙烷快,由于外焰热含量高,对于厚大构件切割有利。
液化石油气来自炼厂气、湿性天然气或油田伴生气。由天然气和伴生气中得到的液化石油气主要成分是丙烷(为通常俗称为残液的主要成分)、丁烷、丁烯和少量戊烷。液化气成分复杂,燃烧时火焰不集中,热量不均衡,火焰温度低,切割预热时间相应增长,切割速度降低,功效差。
天然气是一种多组分的混合气体,主要成分是烷烃,其中甲烷占绝大多数,另有少量的乙烷、丙烷和丁烷,此外一般还含有、二氧化碳、氮和水气,以及微量的如和氩等。在标准状况下,甲烷至丁烷以气体状态存在,戊烷以上为液体。
由于天然气低,燃烧速度慢,火焰温度低,切割预热时间相应增长,消耗燃气和氧气量大,综合成本偏高。切割厚钢板时要获得所要求的总热量燃气消耗量大。要保持切割速度,厚大构件要求外焰热量输出要高,割缝容易加宽,热影响区大,预热穿孔时容易反浆或难于穿透,对金属表面造成影响,需要加添加剂来提高火焰温度。
是燃料在催化剂表面进行的完全氧化反应。 在催化燃烧反应过程中,反应物在催化剂表面形成低能量的表面自由基,生成振动激发态产物,并以红外辐射方式释放出能量;在反应完全进行的同时,通过催化剂的选择性来有效地抑制生成有毒有害物质的副反应发生,基本上不产生或很少产生NOx、CO和HC等污染物。
助燃添加剂与天然气(液化石油气)分子结合后,更容易实现分子的裂化,分解,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,增强热能等,实现了二次完全燃烧,数控火焰切割机降低了有害物质的生成,降低了热量的散逸,达到了高温催化燃烧的目的。并且助燃催化剂本身具有很好燃烧化学能,数控火焰切割机因此催化燃烧是应用广泛的形式之一。

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