济南二机床集团有限公司 （山东 250022） 冯焕公 王 磊 高海涛

长期以来，金属火焰切割一直采用乙炔+氧气工艺模式或丙烷类工业气体+氧气工艺模式。在工业切割领域，乙炔的使用有着百年历史，但乙炔气易燃易爆，安全系数低，生产过程既耗能耗电耗水又污染环境，在生产、储存、运输、使用和环保等方面都存在诸多缺陷和安全隐患。丙烷类工业气体在价格上较乙炔虽有所降低，但由于丙烷的密度比空气大，泄漏后会在坑、沟等低洼处聚集，遇明火或其他易燃能源，便会引起爆炸事故。

管道的建设，加快了天然气进入市场的步伐，天然气利用规模和领域的不断扩大，逐步提高了人们对天然气的认识。作为清洁能源的天然气，已经具备了应用于钢板火焰切割的条件。

1.天然气切割的特点

天然气主要组分为甲烷，通常占90%以上，和目前采用的丙烷类燃气相比，天然气具有许多优势。

（1）经济 天然气替代乙炔、液化石油气作为切割和加热燃料可大大降低生产成本，经济效益显著。

（2）稳定 天然气通过管道减压输送，压力稳定、热值稳定、操作的工艺条件稳定，企业的燃料成本好掌握。

（3）方便 用管道输送的天然气比用槽车运送的丙烷更方便，可连续使用，减少了更换所需的辅助时间，因此，劳动效率更高。

（4）安全 由于甲烷比空气轻，丙烷比空气重，所以丙烷不能在底部封闭的空间中使用。而甲烷比空气轻的多，不可能在底部聚积，因此特别适用于上部敞开、下部封闭的空间。从表1的爆炸极限上看，天然气比丙烷气更加安全。

表1 天然气与乙炔、丙烷比较

2.技术方案的确定

技术方案牵扯到方方面面，如供气系统、切割工艺、设备工具等，关系到全局。为慎重起见，我们反复深入公司的各个部门和现场进行考察、了解，经多次讨论研究，确定了如下方案。

（1）供气方式 切割天然气主要有压缩天然气、液化天然气、管道天然气三种形式，前两种以钢瓶为载体。经过对天然气切割应用的调查和与厂家多次技术交流分析认为，公司具备接城市管道天然气的条件，可以采用城市管道天然气作为切割气体。

（2）车间内供气管路 为满足切割特厚板要求，天然气工作管道压力为：0.15 MPa≤燃气压力≤0.2 MPa，目前车间内供气管路设计承压可满足天然气供气要求，保留原有供气管路。

（3）切割工艺 公司内切割工件厚度和形状多种多样，且生产任务重，效率要求高。普通天然气热值低于目前采用的烃气，可采用在天然气中增加添加剂的方法提高其热值。要求通过工艺试验，提高切割工艺技术，不仅降低了切割成本，而且切割质量、切割效率不低于现状。

3.切割工艺试验

我们分别对北京、芜湖和济南多家公司产品进行了切割试验，采集了试验数据，并对天然气切割与目前采用的丙烷气火焰切割进行了对比分析。在天然气切割试验过程中均出现了切割火焰燃烧不稳定的问题。

主要原因有以下三个：

（1）操作者不熟悉新切割气的使用性能。

（2）试验用的瓶装天然气压力稳定性较差，在试验一段时间后因燃气压力变小而导致切割质量变差，如采用管道供气则可解决该问题。

（3）试验过程中添加剂的混合采用自然挥发的方式，由于受温度、气体压力、流量影响较大，故造成添加剂配比不均匀。

针对试验中的问题，我们在技术协议中要求对方提供计算机自动控制添加剂配比设备，自动显示天然气流量及添加剂比例，保证添加剂配比均匀。

4.方案实施

（1）供气设备的改造 测绘对接新老管道，新建配气室，并保证配气室通风良好，室内无杂物。设计配气室内通风、照明、报警、防回火等技术要求。配气室内装备计算机自动控制配比设备两套，其中备用一套，两套设备均并行连接至主管道便于切换使用，以确保连续供气的要求。同时配气室必须达到上级部门安全检查及消防要求。

（2）优化切割工艺，修订切割工艺守则 管道天然切割气接通后，针对管道天然气与前期试验用的液化天然气性能的差别，在总结试验数据的基础上，通过反复的试验、改进，优化了切割工艺参数，并修订了切割工艺守则。新的切割工艺参数如表2所示。

表2 天然气切割规范

（3）操作人员培训 天然气不仅适于钢板切割、钻孔，还可用于铆工烘烤矫正变形和火焰钎焊，为了使操作者尽快熟练掌握天然气使用技术，不影响生产，我们对所有操作者及有关管理人员分批进行培训。在使用初期，不断总结操作者使用过程中出现的问题，不断改进，很快使氧－天然气进入了正常生产应用状态。天然气切割实物如附图所示。

天然气切割实物

5.结语

（1）纯天然气的火焰温度较低，不适合钢板切割，需要增加添加剂提高火焰温度，才能进行钢板切割。

（2）天然气比丙烷气更加安全、经济，可降低燃气成本20%～30%，在金属加工行业和钢铁行业具有广泛的推广价值，已经成为金属火焰切割未来的发展方向。

（3）原有丙烷气切割设备可直接应用于天然气切割，切割效率及切割质量与丙烷气基本持平。