焊割燃气对比探讨
  （王启文  绍兴上虞溶解乙炔气有限公司）
  主题词：焊割燃气  发展历程 基本物理性能 化学特性 经营供气方式
  目前，国内工业用焊割燃气 ，主要以溶解乙炔、工业丙烷、天然气为主，且已有三足鼎立之趋势。三种焊割燃气生产者，在向用户推介焊割燃气时，均从自身利益出发，宣称自身产品为最优，众说纷纭，莫衷一是，导致使用者选用焊割燃气产生极大困扰。作为工业气体行业，依法向广大用户合理推荐各种焊割燃气，指导用户安全可靠使用焊割燃气，显得很有必要。为此，本文拟对溶解乙炔、工业丙烷、天然气等三种焊割燃气，从发展历程、基本物理性能、化学特性和经营方式，进行系统化对比研究，使广大用户从各自需求出发，经济合理、安全可靠地选用焊割燃气。
  1  焊割燃气发展历程
  焊割燃气的领先使用，非溶解乙炔莫属。溶解乙炔在我国已有近百年的发展历史，发端于1920年上海芦家湾；由原国家劳动总局以“节省能源、安全可靠、减少公害、使用方便”推广自1981年，随后在全国普及使用；1990年以后，国家有关部门相继制定发布了与溶解乙炔有关的一系列标准、规定，使我国的溶解乙炔行业走上了有序健康发展之路，获得了溶解乙炔用户的广泛首肯。丙烷在国内作为燃料使用，以“绿色奥运”的2008年北京奥运会所用火炬“祥云”为起点，从而获得用户认可。工业丙烷的开发应用，以石油裂化为基础，或以液化石油气精制所得。但在此之前，有部分单位以液化石油气冒充工业丙烷向用户兜售，鱼龙混杂，冲击了正常发展的焊割燃气市场。为了取代乙炔，各种基于丙烷、丙烯的“新型焊割气”纷纷面市亮相，以切割面光滑而被用户接受，但最终因其固有缺陷而未实现全功能取代。
  天然气的主要成分为甲烷，它作为一种清洁优质能源，已逐渐被用户所接受。自2001年以后，国内大力推广以天然气作为民用燃气，已与液化石油气并驾齐驱。目前，天然气作为工业用焊割燃气，也已逐渐步入正轨研发阶段，推广使用可以预期，但能否全面取代乙炔，尚未能得出结论。
  2  焊割燃气基本物理性能对比
  作为焊割燃气，其技术依据为燃气的基本物理性能。为方便对比，查阅了有关工业气体手册及相关技术资料，给出乙炔、丙烷、甲烷的基本物理性能参数，详见表1焊割燃气基本物理性能参数对比表。
  表1：焊割燃气基本物理性能参数对比表

序号	基本物理性能参数	单位	乙炔	丙烷	天然气（甲烷）
1	分子式	/	C2H2	C3H8	CH4
2	分子量	/	26.038	44.094	16.04
3	密度（101kPa，0℃）	kg/m3	1.1747	2.005	0.7167
4	燃烧热值	MJ/kg	43.3	46.1	51.6
5	实测的氧火焰温度	℃	3100～3350	2832	1850～2540
6	着火点温度	℃	305	510	645
7	氧气中的燃烧速度	m/s	7.5	2.0	3.3
8	空气中的爆炸极限	10-2	2.3～72.3	2.3～9.5	5.3～14.0

  从表1对比研究，焊割燃气的燃烧热值，乙炔较小，丙烷居中，天然气较大。但火焰温度却是乙炔最高，丙烷次之，天然气最低。故影响焊割燃气的火焰温度，不仅仅取决于燃烧热值，而有其它很多因素。如着火点温度的高低，很显然直接影响燃烧速度和燃烧效率，从而影响燃烧火焰的温度大小。
  3  焊割燃气化学特性对比
  三种焊割燃气与氧气的化学反应分别如下：
  （1）乙炔燃烧的化学反应方程为：2C2H2十5O2＝4CO2十2H2O
  （2）丙烷燃烧的化学反应方程为：C3H8十5O2＝3CO2十4H2O
  （3）天然气燃烧的化学反应方程为：CH4十2O2＝CO2十2H2O
  三种焊割燃气在消耗相等重量（以1kg计量）时，同时消耗的氧重量及生成物（二氧化碳和水)的重量，详见表2焊割燃气化学特性参数对比表。
  表2：焊割燃气化学特性参数对比表

序号	化学特性参数	单位	乙炔	丙烷	天然气（甲烷）
1	分子量	/	26.038	44.094	16.04
2	焊割燃气消耗量	kg	1	1	1
3	理论耗氧量	m3/m3	2.5	5.0	2.0
4		kg/kg	3.08	3.64	4.0
5	生成物二氧化碳重量	kg	3.384	3.0	2.75
6	生成物水重量	kg	0.694	1.64	2.25
7	燃烧产物总重量	kg	4.077	4.64	5.0

  从表2对比研究，在消耗相等重量燃气时，完全燃烧所需的氧消耗量，乙炔最少，丙烷居中，天然气最高；相应的燃烧产物总重量与氧消耗量同步。其中，生成物二氧化碳为气态，燃烧时自然发散于周围环境；但生成物水为液态，由液态水吸热汽化变成气态水，需要消耗较多汽化热。生成物中水含量越大，消耗汽化热越大，反之亦然。故乙炔燃烧的化学反应过程，虽其燃烧热值略小，但因生成物水汽化热消耗较小，实际产生的重量燃烧热值却是最大。理论上分析，重量燃烧热值所能将总的燃烧产物加热的最终温度，即为燃烧的火焰温度。因此,乙炔的火焰温度可达最高,丙烷次之,天然气最低。同理,乙炔在氧气中或空气中的燃烧（或爆炸）危险性也最大。
  4  焊割燃气经营供气方式对比
  焊割燃气经营供气方式主要有:瓶装供气、集中供气、管道输送供气、槽车运输供气等。三种焊割燃气经营时，釆用的供气方式，详见表3焊割燃气经营供气方式对比表。
  表3：焊割燃气经营供气方式对比表

序号	供气方式	乙炔	丙烷	天然气（甲烷）
1	瓶装供气	溶解乙炔气瓶	液化丙烷气瓶	压缩天然气（CNG）气瓶
2	集中供气	溶解乙炔气瓶 汇流排	液化丙烷气瓶 汇流排	液化天然气（LNG）气瓶汇流排 及汽化器
3	管道输送供气	无	无	液化天然气（LNG）低温储槽 及汽化器（尚无长输管道输气）
4	槽车运输供气	无	液化丙烷储槽	液化天然气（LNG）储槽和 大容积压缩天然气（CNG）气瓶

  从表3对比研究，一般釆用溶解乙炔气瓶、液化丙烷气瓶、压缩天然气（CNG）气瓶等专用气瓶，向用户分别供应溶解乙炔、工业丙烷、天然气等焊割燃气。在焊割燃气使用量较大的场所，还釆用专用气瓶汇流排集中供气。但天然气集中供气时，大多釆用液化天然气（LNG）气瓶汇流排及汽化器。釆用管道输送供气，以液化天然气（LNG）低温储槽及汽化器领先。但因技术原因，目前尚无长输管道供应焊割燃气。因气态乙炔存在易燃易爆的特殊危险性，目前尚无法釆用槽车运输供气。液化丙烷和液化天然气（LNG），一般釆用槽车运输，并用专用储槽储存使用。此外，压缩天然气（CNG）还釆用长度大于8米以上的大容积钢质无缝气瓶专用车运输供气。
  从上述对比研究可知，首先，乙炔作为焊割燃气，性能最佳，功能全面，既能用作加热及热喷涂和淬火处理等燃气，又能不受厚度限制用作切割、穿孔燃气，还能用于金属熔接焊燃气，但仅有溶解乙炔气瓶可供运输储存。其次，基于丙烷的焊割燃气，切割面光滑程度优于乙炔，但由于火焰温度低，在切割预热时间上达不到乙炔的水平，且无法对黑色金属进行熔接焊，故无法全功能取代乙炔。此外，天然气在氧气中燃烧，其火焰温度仅有2000℃左左，远低于乙炔在氧气中燃烧的火焰温度，在切割预热时间上也达不到乙炔的水平，制约了天然气作为焊割燃气的推广应用。目前，国内有识之士，正以提高天然气火焰温度、改善天然气燃烧性能作为研究重点，期望取得重大突破，实现全面取代乙炔的目标。（2018年10月12日）