天然气在数控火焰切割机上的应用
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成本 。
成 分 是 甲烷 ,本 身无 毒 ,但 如果 含较 多硫 化 氢 ,则
对人 有 毒害 作用 。
3 技 术经 济分 析 3 . 1 技 术分 析
根据火 焰 切割 原理 ,将 板材 加热 到燃 点使 其 燃
烧 ,就可 达到 切割 板材 的 目的 。所 以 ,切 割 时火 源
的最 低温 度达 到板 材 的燃点 即可 。火 焰 温度 低需 要 更 长 时 间对板 材加 热 ,火焰 温度 高则 只要 较 短 时间 对板 材加 热 。因此 ,需 要 了解不 同含碳量 的板材 和
“ 丙烯气 ” 、 “ 天 然 气 ” 等 ,并 逐 渐 完 全 取 代 乙炔
气
2 0 1 4年 2月
程 君 等 :天然 气在数 控 火焰切 割机 上 的应 用
5 5
我 国 的天然 气资 源 十分丰 富 。采 用 天然 气代 替
乙炔将 使天 然气 资源 得到 充分 利用 .节 约生 产 乙炔
表 1 金属 的 燃 点 和 熔 点
所需 总 热 量 的 8 5 %来 自燃 烧 反 应 , 只有 1 5 %是 由
预热 火焰 提供 的。
2 火 焰切 割机 燃气特 性 介绍
2 . 1 乙 炔
进 行火 焰切 割在 技术 上也 是满 足条 件 的。
3 . 2 经济 性分 析
乙炔在 室温下 是一 种 无色 、极 易燃 的气 体 ,纯 乙炔 是无 臭 的 ,但 工业 用 乙炔 由于 含有硫 化 氢 、磷 化氢 等 杂质 ,因而有一 股 大蒜 的气 味 。乙炔 的熔 点 ( 1 1 8 . 6 5 6 k P a )为一 8 4℃ ,沸点 为 一 8 O . 8℃,密度 为 1 . 1 7 k g / N m , ,在 空 气 中 爆 炸 极 限 为 2 . 3 %一 7 2 . 3 % ( 体 积分 率 ) 。在 液态 和 固态下 ,或 在气 态 和一 定压
强 、切割 费用 较低 、效 率高 、切 割精 度高 和操 作 方
便 等 显 著 特 点 ,可 极 大 地 改 善 劳 动 强 度 和 劳 动 环 境 。本 文论述 了数 控火 焰切 割机 采用 天 然气 代替 乙
炔 的理 由 以及 相关 的改进方 案 ,并对 遇 到 的一些 问
图 1 数 控 火焰 切 割机
数 控 火焰切 割机 采 用天 然 气代 替 乙炔 的理 由,并 进行 了技 术 经济分 析 。
关键 词 数控 火焰切 割机
中 图分类 号 T G 4 8
Ap p l i c a t i o n o f Na t u r a l Ga s i n Nu me r i c a l Co n t r o l F l a me Cu t t i n g Ma c h i n e
第3 5卷 第 1期 2 0 1 4年 2月
化 工装 备技 术
5 3
天然气在数控火焰切 割机上 的应用
程 君 郭 传东 王 志 国 潘 国林
( 中 国石 油 集 团 东 北 炼化 工程 有 限公 司 吉 林 机 械 制 造 分 公 司1
摘
要 对数控 火焰切割 机 、钢 材 气割 原理 和 火焰切 割机 使 用 的燃 气特 性作 了介 绍 。论 述 了 天然气 乙炔 燃 气特性 技 术 经 济分析 钢 材切 割
采用 数字 程序 驱动 机床 运动 ,搭 载火 焰切 割 系
统并 用数 控 系统来 控制 火焰 切割 系统 的开 关 ,对 钢
板等 金属 材料 进行 切割 .这 种机 电一 体化 的切 割设 备 即为数 控火 焰切 割机 。典 型 的数控 火焰 切 割机 如
图 1所示 。数 控火 焰切 割机 可分 为三 大部 分 :数 控 系统 、火 焰切 割 系统 、驱动 系统 。 数 控 火 焰 切 割 机 具 有 对 大 厚 度 碳 钢 切 割 能 力
4 使用 天然 气代 替 乙炔 的原 因和 改造 方案 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 .因此 国家早 在 “ 八 五 ”期 间就 极 力推 广 以烷 烃 类燃 气 替代 乙 炔气 ,如 使 用 “ 丙烷气 ” 、
C h e n gJ u n Gu o C h u a n d o n g Wa n gZ h i g u o P n a Gu o l i n
Ab s t r a c t :I n t r o d u c e d t h e n u me r i c a l c o n t r o l l f a me c u t t i n g ma c h i n e , t h e g a s c u t t i n g p i r n c i p l e s o f s t e e l a n d t h e p r o p e r t i e s o f g a s u s e d i n t h e l f a me c u t t i n g ma c h i n e .E x p l a i n e d t h e r e a s o n s f o r r e p l a c e me n t o f a c e t y l e n e b y n a t u r  ̄ g a s i n t h e n u me i r c  ̄c o n t r o l l f a me c u t t i n g ma c h i n e , a n d c a r r i e d o u t t h e t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c a n a l y s i s . Ke y wo r d s :N u me ic r a l c o n t r o l l f a me c u t t i n g ma c h i n e ;N a t u r a l g a s ; Ac e t y l e n e ;Ga s p r o p e ti r e s ; T e c h n i c a l a n d e c o n o mi c a n a l y s i s ; S t e e l c u t t i n g
7 O元 左右 ,则 可 计 算 出 每 标准 立 方 米 乙炔 的价 格 为2 O元 左 右 。而 市 场 上天 然 气 的 价格 为 每 标 准立 方米 3 . 2 3元 .即 1 . 4 6 7 N m 天然 气 所需 的 费用 约 为 1 . 4 6 7  ̄ 3 . 2 3 = 4 . 7 4元 所 以产 生 相 同热 量 时 天 然 气 的费用 是 乙炔 费用 的 4 . 7 4 + 2 0 = 0 . 2 3 7倍 .即产 生 相 同热 量 值 时使 用 天 然 气 比使 用 乙 炔 节 约 近 7 6 %的
CH4 +2 02 = CO2 + 2 H2 0
力 下 ,有猛 烈爆 炸 的危 险 .受 热 、震动 、电火 花等 因素 影 响都 可 以引发爆 炸 ,因此不 能在 加 压液 化后
贮存 或 运输 。微 溶 于水 ,易溶 于 乙醇 、苯 、丙 酮等
有机 溶 剂
2 . 2 天 然 气
乙炔 完全 燃烧 的化 学方 程式 为 :
天 然 气 是一 种 易 燃 易爆 气 体 ,和空 气 混 合 后 , 温 度 只要达 到 5 5 0℃就 燃烧 。在空 气 中 ,天然 气 的
浓 度 只要 达 到 5 %~ 1 5 % ( 体积分率 )就会爆炸 。
天 然气 无色 ,比空气 轻 ,不溶 于 水 。天然 气 的主要
值 。根 据 市场 价 格 ,每 瓶 乙 炔 ( 按3 k g充 装 )需
钢 材 的氧气 切割 过程 是借 助预 热火 焰将 钢 材表 面加 热到燃 烧 温度 ,并使 其呈 活化 状态 ,然后送 入
程 君 ,女 ,1 9 7 8年 生 ,工程 师 。吉 林 市 , 1 3 2 0 2 1 。
5 4
ຫໍສະໝຸດ Baidu
化 工装备技 术
第3 5 卷 第 1期
( 1 )在 钢材 上部 铁和 氧开 始发 生燃烧 反 应 ; ( 2 )铁 和氧 的燃 烧反 应 向钢材 内部 传播 ; ( 3 )将 反应 生成 物进 行强 制排 除 ,钢材 切断 。 由此可 见 ,气 割的 实质乃 是 金属在 氧 气 中燃烧 而 不是 熔化 过 程 ,即金属 切 ( 气 )割 的过 程是 金属 燃 烧 的过 程 。气割 过程 中 ,铁 氧 反应 是预 热钢 材 的 主要 热源 .预 热火焰 的热作用 则 是次要 的 。切 割 时
比较使 用 乙炔气 和 天然气 的成 本 ,只需 要 比较 产 生 相 同热 量所 需要 的燃 气量 和 氧气量 的成本 即可
( 假设两种燃气均完全燃烧 ) 。但 由于 氧 气 成 本较
低 ,且产 生相 同 的热量 需要 消耗 的氧 气量 相 差不 是 太大 .故计 算 时可将 氧 气 的成本 忽略 。 天然 气 ( 假设 成分 全 为 甲烷 )完全燃 烧 的化 学 方程 式为 :
段 时 间使 用 ,发 现天 然气在 数 控火焰 切 割上 是可 以 代替 乙炔 气 的 。当然 ,在穿 孔 时预热 时 间需要 适 当
图 2 损 毁 的 割 嘴
发现 原 因后进 行 了整改 。对 于类 似 问题 .操 作 人 员不 再 凭 以往 经 验 操作 了 ,而 是根 据 实 际情 况 , 根 据板材 颜 色 、亮 度 等情况 进行 穿孑 L ,这样 问题 就
题进 行 了分 析 。
1 钢 材 的气 割原理
高 纯 度 、高 速 度 的切 割 氧 流 ,使 金 属 ( 主要 是 铁 ) 在 氧气 中剧 烈地 燃烧 .同时借 助 高速 氧流 的动 量把 燃 烧 生 成 的产 物 ( 主要 是 熔 融 的氧 化 铁 )吹除 掉 , 形 成 割缝 .从 而达 到切 断钢材 的 目的。 气割 过程 一般 分 为三个 阶段 :
所 耗 费 的大 量 能 源 ,减 少 环 境 污 染 .降 低 企 业 成 本 ,增 加企 业效 益 。根据 上述 的 国家能 源政 策 。吉
林 机械 制造 公 司将 其 长期 以来一 直使 用 的 乙炔气 改
为 了天 然气 ,这样 在保 护环 境 、节 约成本 的同时 还
减 少 了公 司员工 的劳 动量 。为保 证安 全 ,在 每个 天 然 气 接 口处 设 置 两 个 球 阀 ,并 安 装 可燃 气 体 报 警 仪 。此 外 ,还组织 了天然气 泄漏 安全 演 练 。经过 一
各 种 合金 板材 的燃 点 。各种 常用 板材 燃点 和 熔点 如
表 1所示 。 乙炔焰的温度可达 3 1 5 0℃ .热 值 为 5 6 . 4 9
MJ / N m ;天然 气 火 焰 温 度也 可 达 到 2 6 0 0 c C。热 值 为3 8 . 5 MJ / N m 。对 照表 1数 据 可 知 ,使 用 天然 气
2 CH i CH+5 02 = 4CO2 +2 H2 0
天 然 气 的低 位 发 热 值 是 3 8 . 5 MJ / N m , 乙炔 的低 位
发热值是 5 6 . 4 9 MJ / N m 。 可 以计 算 出 ,1 . 4 6 7 N m 天 然气 产生 的热 量值相 当于 1 N m 乙炔 产 生 的热量
成 分 是 甲烷 ,本 身无 毒 ,但 如果 含较 多硫 化 氢 ,则
对人 有 毒害 作用 。
3 技 术经 济分 析 3 . 1 技 术分 析
根据火 焰 切割 原理 ,将 板材 加热 到燃 点使 其 燃
烧 ,就可 达到 切割 板材 的 目的 。所 以 ,切 割 时火 源
的最 低温 度达 到板 材 的燃点 即可 。火 焰 温度 低需 要 更 长 时 间对板 材加 热 ,火焰 温度 高则 只要 较 短 时间 对板 材加 热 。因此 ,需 要 了解不 同含碳量 的板材 和
“ 丙烯气 ” 、 “ 天 然 气 ” 等 ,并 逐 渐 完 全 取 代 乙炔
气
2 0 1 4年 2月
程 君 等 :天然 气在数 控 火焰切 割机 上 的应 用
5 5
我 国 的天然 气资 源 十分丰 富 。采 用 天然 气代 替
乙炔将 使天 然气 资源 得到 充分 利用 .节 约生 产 乙炔
表 1 金属 的 燃 点 和 熔 点
所需 总 热 量 的 8 5 %来 自燃 烧 反 应 , 只有 1 5 %是 由
预热 火焰 提供 的。
2 火 焰切 割机 燃气特 性 介绍
2 . 1 乙 炔
进 行火 焰切 割在 技术 上也 是满 足条 件 的。
3 . 2 经济 性分 析
乙炔在 室温下 是一 种 无色 、极 易燃 的气 体 ,纯 乙炔 是无 臭 的 ,但 工业 用 乙炔 由于 含有硫 化 氢 、磷 化氢 等 杂质 ,因而有一 股 大蒜 的气 味 。乙炔 的熔 点 ( 1 1 8 . 6 5 6 k P a )为一 8 4℃ ,沸点 为 一 8 O . 8℃,密度 为 1 . 1 7 k g / N m , ,在 空 气 中 爆 炸 极 限 为 2 . 3 %一 7 2 . 3 % ( 体 积分 率 ) 。在 液态 和 固态下 ,或 在气 态 和一 定压
强 、切割 费用 较低 、效 率高 、切 割精 度高 和操 作 方
便 等 显 著 特 点 ,可 极 大 地 改 善 劳 动 强 度 和 劳 动 环 境 。本 文论述 了数 控火 焰切 割机 采用 天 然气 代替 乙
炔 的理 由 以及 相关 的改进方 案 ,并对 遇 到 的一些 问
图 1 数 控 火焰 切 割机
数 控 火焰切 割机 采 用天 然 气代 替 乙炔 的理 由,并 进行 了技 术 经济分 析 。
关键 词 数控 火焰切 割机
中 图分类 号 T G 4 8
Ap p l i c a t i o n o f Na t u r a l Ga s i n Nu me r i c a l Co n t r o l F l a me Cu t t i n g Ma c h i n e
第3 5卷 第 1期 2 0 1 4年 2月
化 工装 备技 术
5 3
天然气在数控火焰切 割机上 的应用
程 君 郭 传东 王 志 国 潘 国林
( 中 国石 油 集 团 东 北 炼化 工程 有 限公 司 吉 林 机 械 制 造 分 公 司1
摘
要 对数控 火焰切割 机 、钢 材 气割 原理 和 火焰切 割机 使 用 的燃 气特 性作 了介 绍 。论 述 了 天然气 乙炔 燃 气特性 技 术 经 济分析 钢 材切 割
采用 数字 程序 驱动 机床 运动 ,搭 载火 焰切 割 系
统并 用数 控 系统来 控制 火焰 切割 系统 的开 关 ,对 钢
板等 金属 材料 进行 切割 .这 种机 电一 体化 的切 割设 备 即为数 控火 焰切 割机 。典 型 的数控 火焰 切 割机 如
图 1所示 。数 控火 焰切 割机 可分 为三 大部 分 :数 控 系统 、火 焰切 割 系统 、驱动 系统 。 数 控 火 焰 切 割 机 具 有 对 大 厚 度 碳 钢 切 割 能 力
4 使用 天然 气代 替 乙炔 的原 因和 改造 方案 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 .因此 国家早 在 “ 八 五 ”期 间就 极 力推 广 以烷 烃 类燃 气 替代 乙 炔气 ,如 使 用 “ 丙烷气 ” 、
C h e n gJ u n Gu o C h u a n d o n g Wa n gZ h i g u o P n a Gu o l i n
Ab s t r a c t :I n t r o d u c e d t h e n u me r i c a l c o n t r o l l f a me c u t t i n g ma c h i n e , t h e g a s c u t t i n g p i r n c i p l e s o f s t e e l a n d t h e p r o p e r t i e s o f g a s u s e d i n t h e l f a me c u t t i n g ma c h i n e .E x p l a i n e d t h e r e a s o n s f o r r e p l a c e me n t o f a c e t y l e n e b y n a t u r  ̄ g a s i n t h e n u me i r c  ̄c o n t r o l l f a me c u t t i n g ma c h i n e , a n d c a r r i e d o u t t h e t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c a n a l y s i s . Ke y wo r d s :N u me ic r a l c o n t r o l l f a me c u t t i n g ma c h i n e ;N a t u r a l g a s ; Ac e t y l e n e ;Ga s p r o p e ti r e s ; T e c h n i c a l a n d e c o n o mi c a n a l y s i s ; S t e e l c u t t i n g
7 O元 左右 ,则 可 计 算 出 每 标准 立 方 米 乙炔 的价 格 为2 O元 左 右 。而 市 场 上天 然 气 的 价格 为 每 标 准立 方米 3 . 2 3元 .即 1 . 4 6 7 N m 天然 气 所需 的 费用 约 为 1 . 4 6 7  ̄ 3 . 2 3 = 4 . 7 4元 所 以产 生 相 同热 量 时 天 然 气 的费用 是 乙炔 费用 的 4 . 7 4 + 2 0 = 0 . 2 3 7倍 .即产 生 相 同热 量 值 时使 用 天 然 气 比使 用 乙 炔 节 约 近 7 6 %的
CH4 +2 02 = CO2 + 2 H2 0
力 下 ,有猛 烈爆 炸 的危 险 .受 热 、震动 、电火 花等 因素 影 响都 可 以引发爆 炸 ,因此不 能在 加 压液 化后
贮存 或 运输 。微 溶 于水 ,易溶 于 乙醇 、苯 、丙 酮等
有机 溶 剂
2 . 2 天 然 气
乙炔 完全 燃烧 的化 学方 程式 为 :
天 然 气 是一 种 易 燃 易爆 气 体 ,和空 气 混 合 后 , 温 度 只要达 到 5 5 0℃就 燃烧 。在空 气 中 ,天然 气 的
浓 度 只要 达 到 5 %~ 1 5 % ( 体积分率 )就会爆炸 。
天 然气 无色 ,比空气 轻 ,不溶 于 水 。天然 气 的主要
值 。根 据 市场 价 格 ,每 瓶 乙 炔 ( 按3 k g充 装 )需
钢 材 的氧气 切割 过程 是借 助预 热火 焰将 钢 材表 面加 热到燃 烧 温度 ,并使 其呈 活化 状态 ,然后送 入
程 君 ,女 ,1 9 7 8年 生 ,工程 师 。吉 林 市 , 1 3 2 0 2 1 。
5 4
ຫໍສະໝຸດ Baidu
化 工装备技 术
第3 5 卷 第 1期
( 1 )在 钢材 上部 铁和 氧开 始发 生燃烧 反 应 ; ( 2 )铁 和氧 的燃 烧反 应 向钢材 内部 传播 ; ( 3 )将 反应 生成 物进 行强 制排 除 ,钢材 切断 。 由此可 见 ,气 割的 实质乃 是 金属在 氧 气 中燃烧 而 不是 熔化 过 程 ,即金属 切 ( 气 )割 的过 程是 金属 燃 烧 的过 程 。气割 过程 中 ,铁 氧 反应 是预 热钢 材 的 主要 热源 .预 热火焰 的热作用 则 是次要 的 。切 割 时
比较使 用 乙炔气 和 天然气 的成 本 ,只需 要 比较 产 生 相 同热 量所 需要 的燃 气量 和 氧气量 的成本 即可
( 假设两种燃气均完全燃烧 ) 。但 由于 氧 气 成 本较
低 ,且产 生相 同 的热量 需要 消耗 的氧 气量 相 差不 是 太大 .故计 算 时可将 氧 气 的成本 忽略 。 天然 气 ( 假设 成分 全 为 甲烷 )完全燃 烧 的化 学 方程 式为 :
段 时 间使 用 ,发 现天 然气在 数 控火焰 切 割上 是可 以 代替 乙炔 气 的 。当然 ,在穿 孔 时预热 时 间需要 适 当
图 2 损 毁 的 割 嘴
发现 原 因后进 行 了整改 。对 于类 似 问题 .操 作 人 员不 再 凭 以往 经 验 操作 了 ,而 是根 据 实 际情 况 , 根 据板材 颜 色 、亮 度 等情况 进行 穿孑 L ,这样 问题 就
题进 行 了分 析 。
1 钢 材 的气 割原理
高 纯 度 、高 速 度 的切 割 氧 流 ,使 金 属 ( 主要 是 铁 ) 在 氧气 中剧 烈地 燃烧 .同时借 助 高速 氧流 的动 量把 燃 烧 生 成 的产 物 ( 主要 是 熔 融 的氧 化 铁 )吹除 掉 , 形 成 割缝 .从 而达 到切 断钢材 的 目的。 气割 过程 一般 分 为三个 阶段 :
所 耗 费 的大 量 能 源 ,减 少 环 境 污 染 .降 低 企 业 成 本 ,增 加企 业效 益 。根据 上述 的 国家能 源政 策 。吉
林 机械 制造 公 司将 其 长期 以来一 直使 用 的 乙炔气 改
为 了天 然气 ,这样 在保 护环 境 、节 约成本 的同时 还
减 少 了公 司员工 的劳 动量 。为保 证安 全 ,在 每个 天 然 气 接 口处 设 置 两 个 球 阀 ,并 安 装 可燃 气 体 报 警 仪 。此 外 ,还组织 了天然气 泄漏 安全 演 练 。经过 一
各 种 合金 板材 的燃 点 。各种 常用 板材 燃点 和 熔点 如
表 1所示 。 乙炔焰的温度可达 3 1 5 0℃ .热 值 为 5 6 . 4 9
MJ / N m ;天然 气 火 焰 温 度也 可 达 到 2 6 0 0 c C。热 值 为3 8 . 5 MJ / N m 。对 照表 1数 据 可 知 ,使 用 天然 气
2 CH i CH+5 02 = 4CO2 +2 H2 0
天 然 气 的低 位 发 热 值 是 3 8 . 5 MJ / N m , 乙炔 的低 位
发热值是 5 6 . 4 9 MJ / N m 。 可 以计 算 出 ,1 . 4 6 7 N m 天 然气 产生 的热 量值相 当于 1 N m 乙炔 产 生 的热量