利用液化石油气替代乙炔切割作业.pdf

石 油天然气学报2 0 1 2 年 4 月第 3 4 卷第 4 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s T e c h n o l o g y Ap r ． 2 0 1 2 V o 1 ． 3 4 N o ． 4 利用液化 石油气 替代 乙炔切 割作 业 刘恒 ，王永忠 ，刘乃喜 张慧达 ，高英明 中国 石油天然气管道局第四工程分公司’ 河北廊坊。 。 0 0 。 [ 摘要]针 对乍得国 内基础设施极其落后 、资源 匮乏 、物价奇高 且交通状 况差 的情况 ，提 出利用液 化石油 气替代 乙炔进行切 割作 业。从 物理 性能、燃 烧时的化学 性能、安全 性和 适用 性方 面对液 化石 油气和 乙炔 进行 了对 比并进行 了切 割效果检验 ，还 从技术角 度和经 济效 益两方面 对液化 石油 气代 替 乙炔进 行切 割作 业进行 了对 比，最后针对 液化 石油气 同乙炔在 热值 、燃 烧速 率、与空气 混合气体 的爆炸 范围、密度 等物 理和化学性质上有较 大的不 同，提 出 了具体 的安全保 障措施。 [ 关键词] 液化石油气；乙炔；切 割作业 [ 中圈分类号]T E 9 7 3 ． 3 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 2 0 4 0 2 7 7 0 3 1 问题的提出 乍得国家基础设施极其落后。乍得原油管道工程是中国石油与乍得政府石油合作项 目的重点工程 ， 是连通整个石油合作项 目上游油田和下游炼厂的关键性工程。中国石油天然气管道局第 四工程分公司乍 得 项 目部 承担 了 3 1 1 k inj 2 『 4 0 6 mm 管线 的线 路工 程 和 8 座 阀 室的施 工任 务 。 乍得不但物资匮乏、商品价格昂贵 大部分物资采用进 口方式来满足国内需求 ，且各种物资资源 几乎全部集中在首都恩贾梅纳 ，加之交通不发达 ，采购周期十分漫长。其中该国工业用气尤为匮乏 ，不 但 采买周 期 长 两周 以上 ，且 价格 昂贵 。 项 目前期准备过程中，发现乙炔供给根本无法满足施工要求。本着降低成本 、项 目增效和充分利用 乍得现有资源的目的，项 目部积极探索和研究 ，是否可以利用其他资源替代乙炔进行切割作业 。通过查 找资料和调研，发现欧洲有些国家已经有利用液化石油气替代乙炔的先例L 1 ] 。 项 目部特意举行液化石油气能否替代 乙炔进行切割工作专题会议 ，研究和分析乙炔 、液化石油气物 理性能和燃烧 的化学性质。市场调研人员发现市场上乙炔销售商少、供给量有限且供给周期较长 ；而液 化石油气销售商较多 ，供给量和周期有保证。 2 问题分析 2 ． 1气 割原 理 显 然 ，可燃 气体 燃烧 温度 超过 金属 熔点 温 度 ，就具备进行金属 的切割作业工作。气割是 利 用气 体火 焰将 钢材 表层 加热 到燃 点 ，并形 成 活 化状 态 ，钢 中的铁 在 氧氛 围 中燃 烧生 成 氧化 铁熔渣 ，同时放出大量的热，借助这些燃烧热 和熔渣不断加热钢材 的下层和切 口前缘使之也 表 1 几种施工常见金属及其氧化物的熔点 [ 收稿日期]2 0 1 2 0 3 一 o 5 [ 4 5 者简介]刘恒 1 9 7 3 一 ，男，2 0 0 7 年中国人民解放军石家庄陆军指挥学院毕业，工程师，现从事油气管道施工及管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 7 8 石油天然 气学报 * 油气管道工程 2 0 1 2 年 4 月 达到燃点 ，直至工件的底部 。表 1是几种常见金属及其氧化物的熔点 。 2 ． 2 液化 石油气 与 乙炔 的性能 对 比 液化石油气 主要成 分 为丙烷 、乙炔 、丙烯 、丁烷、丁烯 等，液 化石 油气 在氧 气 中燃烧 温 度为 2 8 0 0 ℃左右，液化石油气的热值取 2 2 0 0 0 k c a l ／ m。 。乙炔是最简单的炔烃 ，又称电石气 ，燃烧时火焰温 度达 2 1 0 0 ℃ ，热值 1 2 8 0 0 k c a l ／ m。 。乙炔 、液化石 油气 的物理 和化 学性能 对 比见 表 2 。 表 2 乙炔、液化石油气的物理和化学性能对 比表 由表 2 可见 ，液化石油气作 为可燃气体，其燃烧时火焰温度 2 2 0 0 ～2 8 0 0 ℃ 比乙炔火焰温度要低 ， 但液化石油气燃烧温度远大于常见施工金属及其氧化物的熔点，完全满足进行切割作业的温度要求[ 2 ] 。 2 ． 3安全性 液化石油气较之乙炔安全性高 。加之工业上是将石油气加压 ，使之变成液体 ，便于储存和运输。较 之乙炔 ，液化石油气在爆炸范围、回火几率和自然点温度方面具有优越性。石油气与空气混合时，最低 自燃温度比乙炔高，燃烧范围比乙炔小 ，故在使用过程中比乙炔安全 。 2 ． 4适用性 综上分析，氧一 液化石油气可以替代乙炔。虽然液化石油气满足金属切割温度要求，但是氧一 液化石 油气较之氧一 乙炔燃烧温度低 ，因此在实际使用中多用于较薄金属板材的切割。由于氧一 液化石油气在切 割中燃烧温度较低，使得板材切割质量容易得到保证，也可尽量减少切 口边缘金属受高温过热而降低性 能的现象 ，同时也能提高切口的光洁度和精度。 3 效果检验 综上分析 ，项 目部开始实施液化石油气 氧一 液化石油气替代乙炔气进行预切割作业。试验发现， 使用液化石油气 氧一 液化石油气替代乙炔 氧一 乙炔进行预切割作业 ，切割效果还算不错。但液化 石油气 氧一 液化石油气较之乙炔燃烧时火焰不集 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 ，且最大切割厚度为 4 5 mm。 4 技术分析 1 现场气割操作人员 已经熟练掌握氧一 乙炔切割工艺方法 ，不太熟悉氧一 液化石油气切割工艺方法 ， 对 于氧一 液化 石油 气混合 比例 、切 割 比例 以及 液化石 油气一 氧切割熔 点还 比较模 糊 。由于液 化石 油气 与 乙 炔气的燃烧特性不同，采用液化石油气替代乙炔进行切割作业关键技术是调整切割火焰。用液化石油气 切割时应使用特殊割炬 。这种割炬可以重新设计制造，也可以将乙炔割嘴改造改进后使用 ，可 以通 过增大割嘴和采用高压减压阀以获得最大热值。但考虑到乍得特殊环境因素 ，当时采取了对乙炔割炬和 割 嘴改造 的方 法 。 2 针对液化石油气与乙炔的不同燃烧特性 ，对乙炔割炬和割嘴进行改造改进 缩小燃气进 口孔径 ， 扩大喷嘴孔径 、射吸管孔径及割炬外套出口孔 。改进改造后消除了火焰不集中，切割速度慢 ，点火调节 困难等弊病 。改进改造后为燃烧氧化铁提供 了充分的氧气 ，以保证获得 良好的切割效果 ，预热时间略 长 ，且 切割效 果 与乙炔 切割效 果相 差不 多 。 3 因液化石油气的燃烧特性与乙炔气不同，乙炔割炬和割嘴的改造方法主要有 以下 2点 ①扩大 燃料混合气的喷嘴截面，这样可以降低喷口气体的流速。燃料混合气的流出速度太小 ，易发生回火而熄 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷隽 4期 刘恒等 利用液化石油气替代乙炔切割作业 灭 ；流 出速度 太大 ，就会 脱火 而熄 灭 。合适 的流 出速 度 主要取 决于 燃料 的燃烧 速度 ，因为液 化石 油气 与 氧燃烧速度 比乙炔与氧燃烧速度小得多，所 以乙炔割炬用液化石油气切割，必须扩大燃料混合气的喷 口 截面 ，降低其流 出速度 ，防止脱火 。乙炔割炬改用液化石油气切割 ，环形割嘴可将环隙宽度扩大到 0 ． 6 ～ O ． 6 5 mm；乙炔割炬可扩大环隙宽度至 0 ． 6 5 ～o ． 8 0 mm。②扩大混 合室预热氧喷嘴孔径 。由于液化石 油气完全燃烧所需要 的氧气量 比乙炔的需氧量大 ，所 以必须扩大乙炔割炬的混合室预热氧喷嘴孔径，同 时减 少原 乙炔 阀 门的人 口孔径 。乙炔割 炬 改用液 化 石 油气 切 割 ，预热 氧 喷嘴 孔 径可 由原来 的 0 ． 7 mm 扩 大 为 1 ． O mm。 5 经济效益 通过多次试验实践摸索，发现乙炔和氧气的混合 比约在 1 2 ． 5左右 ，其燃烧温度可达 3 0 0 0 ℃；液 化石油气与氧气的混合 比为 1 1 ～2 ，其燃烧温度可达 2 0 0 0 2 8 0 0 ℃，在该温度下进行切割作业完 全 满 足施 丁要求 ；液 化 石油气 的应 用功 效 与 乙炔 对 比是 31 ，切 割厚 度达 到 8 9 mm，满 足现场 施工 要 求 。乍得乙炔价格为 3 6 0美元／ 瓶 ， 液化石油气价格为 3 0美元／ 瓶 。液化石油气的成本节约与乙炔对比 是 1 4 涉及到的_T程作业面有打压作业 ；阀室建设 ；为解决项 目交通运输瓶颈沙里河 ，自制渡 河浮船运送物资；拆装及小件预制等切割作业中节约的费用也非常可观 。在实际施工中，为了当地人的 出入安 全 与方便 ，管 线 每两公 里 留一处 连头 作业 。 乍 得 T程使 用 乙炔 与液化 石油 气量 的换 算统 计见 表 3 。 表 3 乙炔与液化石油气量的换算统计 单位 瓶 经 过 汁算 。使用 乙炔进 行 切割 作 业需要 花费 折合人 民币 2 4 2 6 7 6元 。按 照 功效 比 31 ，成本 比 1 4 计 算 ，实际发 生 费用 6 0 6 6 9元 。使用 液化 石 油气 可 以节约 费用 约 1 8 2 0 0 7元 。 6 安全保障措施 针对液化石油气同乙炔在热值、燃烧速率 、与空气混合气体的爆炸范围、密度等物理和化学性质上 有较大的不同，其使用时的安全注意事项也有不同。为此 ，项 目部要求操作人员必须提高安全意识 ，严 格遵守操作规则 ，以保证使用过程的安全 。 使用液化石油气钢瓶充装液化石油气 氧一 液化石油气替代溶解 乙炔 氧一 乙炔进行切割作业 时 ，必须做到 以下几点 ① 液化石油气钢瓶在充装时不得超装 ，必须 留有 1 O ～2 0 的气体空间 ，防 止液化石油气随环境温度的升高产生高压气体而导致钢瓶爆炸。②在切割作业现场 ，液化石油气钢瓶应 与氧气瓶保持 5 m 以上的距离 ，与明火保持 l O m 以上的距离 加强现场监管，消除火灾隐患。③在进行 氧一 液化石油气焊接及切割时 ，液化石油气钢瓶和氧气瓶必须配置专用的回火防止器和减压装置。④加 强源头管理 ，氧一 液化石油气切割作业人员应进行严格的培训 、考核 ，培训考核合格的人员才能进行气 割 作业 。 下转 第 2 8 2页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 2 石油天然气学报 油气管道工程 2 0 1 2 年 4 月 由表 2可以看出 ，使用压滤机进行过滤后 ，没有产生弃浆，电力消耗也较离心机有较大幅度降低。 通过压滤废浆后 ，产生粘土 1 0 8 m。 ／ d ，当地运输处理成本 1 O元／ m。 ，日均支 出 1 0 8 0元即可满足现场粘 土处理 ，极大地降低了现场处理二级过滤后生成物的费用；电力消耗 3 4 9 k w h ／ d ，日均支 出 2 8 3元， 两项费用合计 1 3 6 3元／ d 。由此可见，在环保和能源消耗方面使用压滤设备达到了解决制约施工进度和 降低施工成本问题的 目的。 4 结 论 1 通过优化泥水循环系统净化装置达到盾构机在粉质粘土层掘进效率提升的 目的。 2 在提升净化处理能力 的同时，降低净化装置运行费用 ，达到了节能减排的 目的。 [ 参考文献] [ 1 ] 王树理 ，王树仁 ．地下建筑结构设计 [ M]．北京 清华大学 出版社 ，2 0 0 9 ． [ 2 ] [ 日]地盘工学会 ．盾构法的调查 、设计 、施工 [ M] ． 北京 ；中国建筑工业 出版社 ，2 0 0 8 ． [ 3 ] 葛金科 ，沈水龙 ．现代顶管施工技术及工程实例 [ M]．北京 中国建筑工业 出版社 ，2 0 0 9 ． 2 2 1 ～2 2 6 [ 编辑 ] 萧雨 上接 第 2 7 9页 7 结 语 面对乍得社会依托差、社会条件恶劣、施工资源极度匮乏的环境条件 ，乍得项 目部进行了积极有效 的探索 ，成功探索出利用液化石油气替代乙炔进行切割作业的方法 ，大大缓解了乍得恶劣的交通环境和 资源匮乏对施工的影响，降低 了社会供给对施工进度的影响 ，节约了能源 ，降低 了成本 ，保证了管道建 设的施工进度，赢得了当地政府部 门、业主的好评 。 [ 参考文献] [ 1 ]唐海波 ，陈新爱 ．用石油液化气替代气割气焊中的乙炔[ J ]．轻工机械 ，2 0 0 2 ， 4 4 3 ． [ 2 ]蒋应 田 ．氧一 液化石油气火焰性能分析与切割工艺 [ D]．中国科学院上海冶金研究所 ，2 0 0 0 [ 3 ] 申友红 ．液化石油气气焊气 割的推广应用 [ J ]．江南航 天科技 ，1 9 9 8 ， 3 6 1 6 4 ． [ 4 ]侯凌云 ，侯晓春 ．喷嘴技术手册 [ M]．上海 中国石化出版社 ，2 0 0 2 ． [ 编辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m