铸钢分厂增效天然气替代丙烷技术的应用

关玉芬，娄凤岐，王忠伟

(齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161002)

我公司铸钢分厂以铁路货车铸钢件为主要生产产品，铸钢件清理切割冒口，多年来一直采用丙烷瓶装气体进行金属切割。丙烷挥发性不好、残液多、火焰温度低，切割质量差，尤其是冬季温度低，金属切割质量差更加明显。近年来随着管道天然气的普遍使用，国内对天然气切割金属进行了大量的研究，但纯天然气在氧气助燃中的火焰温度仅为2 540℃，不能满足金属热切割的要求。为提高天然气的火焰温度，有关单位研制了SE-6A增效剂，使天然气的火焰温度达到3 350℃，完全满足金属件切割要求，且切割质量好(切割表面光洁、变形小、棱角整齐、清渣容易)。

国家科技部和中国工业气体工业协会已将SE-6A高效节能环保工业燃气产品作为全功能替代乙炔丙烷等的优选产品，并向全国推广。

经过充分分析论证，技术交流及使用情况调研，我们在铸钢分厂应用新型燃气SE-6A增效天然气新技术替代液化丙烷气的工艺改进设计，以进一步降低成本，提高生产效率，节能环保，安全生产。

1 增加的设备

SE-6A增效天然气是由天然气与增效剂按一定比例混合后产生物理反应形成的，其主要工艺设备为天然气—气剂混合等装置，1 m3天然气用4～6 g增效剂。根据需要，增设整体天然气剂混合设备4台，投资金额20.2万元，设备为整体构造，由反应器、增效剂雾化器混合柜A、稀土固体催化器、计量加液泵、混合柜B、电脑自动控制系统、监视报警系统组成。混合柜A配有液位传感器，如液体下降到指定位置时电脑将提示报警，应及时补充天然气和增效剂。天然气混合设备规格型号为SE-6-100/4，天然气气—剂混合柜按两备两用考虑。

2 实施方案

取消原有丙烷站房汇流排输送装置，利用原有丙烷站房进行改造，安装气—剂混合装置、调压装置，调压后金属切割气接入原有丙烷气管道系统(经打压试验置换重新利用)。

2.1 气源

齐轨道装备公司厂内现有天然气调压站一座，运行压力为0.15～0.25 MPa，其气源来自齐市天然气管网，有完备的天然气管网。各用气厂房有成型的丙烷管道系统，只需在天然气管道上就近取气接入增效天然气的混合装置，然后切换到丙烷管道系统上，便可以使用。各终端设备及工具均无需更换。本次改造保留原南侧丙烷站房，在供气不足时可以切换使用。

从铸钢分厂原滚筒烘炉丙烷调压间上方天然气管道引出DN50钢管，进入站房，经气—剂混合装置混合后，金属切割气调压为 0.1 MPa，经DN50管引入通往厂房的气管网便可使用，铸钢件热处理需要根据工艺要求制作供气管网，主管道在一栋西侧接入。天然气管道改造见图1。

图1 增效天然气管道改造示意图

2.2 增效天然气工作原理

天然气经进气管1进入混合柜A，同时电脑启动计量泵按1 m3天然气用4～6 g增效剂压入添加剂雾化器中成为雾状，与天然气进行混合。添加剂雾气颗粒与天然气颗粒碰撞结合从而使燃气活化分子数量大幅提高，混合后的气体进入混合柜B，在混合柜B内有稀土分子筛燃气固体催化器，稀土R分子具有很强的络和能力，可与天然气CH形成稳定的络合键，从而对天然气起到良好的催化、助燃、稳定的作用。经催化合成的高能量切割气输入切割气管路，用于金属切割。

2.3 用气量及用气压力

我公司近年来生产比较稳定，每年按300天计算，铸钢分厂2012年全年丙烷气的用量为246 t，日用丙烷气量最大量为830 kg，折合成天然气2 320 m3;最大瞬时丙烷流量为100 kg/h，折合成天然气280 m3/h。金属切割气的使用压力为0.1 MPa，调压站的压力管道输送介质按以上数据设计，原有管道系统输送金属切割气能力富余量较大，能满足用气要求。

3 技术要求

3.1 切割工件最大厚度:400 mm。

3.2 切割质量满足工艺要求。

3.3 根据割嘴型号选择适宜的供氧压力。

4 效益分析

2013年铸钢分厂开始实施增效天然气替代丙烷切割技术，经对2012年与2013年的相同工作量的成本进行分析，年可节约资金111.22万元。具体计算如下:

(1)2012年丙烷费用支出:246 000 kg×7.5元/kg=184.5万元

(2)2013年天然气费用支出:131 762.19 m3×5.85元/m3=77.08万元

(3)节约氧气20%、提高功效20%、节约电费合计约:4万元

(4)节约人工费:8人 ×2.5万元/a=20万元

(5)设备投资:20.2万元

(6)节约资金:184.5+4+20－77.08－20.2=111.22万元

(天然气:2.85元/m3、增效剂:3元/m3，增效天然气:5.85元/m3)

5 小结

铸钢分厂采用增效天然气替代丙烷切割，不仅节约了生产成本，提高了工作效率，而且也解决了目前瓶组的运输、存放、汇流、换瓶和人员管理以及设备和场地等问题，排除了长期存在的液化丙烷瓶装气体使用的安全隐患因素(高温季节气瓶热爆和泄漏沉积爆炸问题)，真正做到了无瓶化。