火焰切割機幾種常用燃料的介紹：
————武漢華宇誠數(shù)控技術篇：
乙炔和石油化工中催化裂化的副產(chǎn)品中的丙烷、丁烷及天然氣(甲烷)相比,其燃燒性質的差別主要是由于它們的分子結構不同所致。乙炔分子結構中兩碳原子間含有兩個很易破裂的π鍵(CH ≡CH),化學活性強,燃點低,燃燒速度快,易回火
。而烷烴分子結構中只含相對穩(wěn)定的σ鍵(如丙烷:CH3 - CH2 - CH3),因此,其化學活性,燃燒速度均不如乙炔,回火傾向較小。正是由于這種分子結構的差異,燃燒速度的不同,導致它們的火焰熱量的分布也有所差異
。
乙炔氣因其易燃易爆，安全系數(shù)低
，生產(chǎn)過程中耗能耗電
，污染環(huán)境，生產(chǎn)成本偏高
，以至在生產(chǎn)
、存儲、運輸
、使用、環(huán)保及價格方面存在諸多缺陷和隱患
，發(fā)展受到了很大限制
，因此許多國家都在研制新的更安全、更節(jié)能的工業(yè)燃氣
，中國國家有關部門在全國乙炔生產(chǎn)會議上明確不再審批新建擴建電石廠
、乙炔廠。現(xiàn)有的廠家面臨轉產(chǎn)的境地
。國家早在八五期間
，就極力推廣烷烴類燃氣替代乙炔氣
，如"丙烷氣"
、"丙烯氣"
、"天然氣"等等， 以期逐漸取代乙炔氣
。
我國工業(yè)燃氣用量中
，70%為乙炔氣。以前乙炔氣主要是乙炔發(fā)生器中制取
，由于造成污染和高度不安全性，各地均已發(fā)文不得采用（包括管道式）
。目前均采用瓶裝乙炔氣進行工業(yè)切割
。乙炔化學性質活躍，易爆
，極危險
。當其與銅、銀等金屬以及空氣
、純氧混合
，甚至盛裝容器直徑較大時都會引起爆炸
。使用乙炔氣在對碳素鋼切割時
，易產(chǎn)生切口上緣熔化，掛渣多且不易清除
，切面局部硬化等現(xiàn)象
，使切割工藝不理想。焊接時需要進行打磨
，增加了生產(chǎn)成本
。 沿海地區(qū)造船廠近年來已經(jīng)禁止在造船平臺使用乙炔，改用其他新型切割氣
，多年來人們一直嘗試采用其他燃料代替乙炔作為切割氣，但由于其他燃料如：天然氣
，液化石油氣，丙烷氣
，丙烯氣
，人工煤氣，二甲醚等燃料在氧氣中燃燒溫度低于2500℃
，直接作為切割氣不理想
，需要加助燃添加劑對母氣進行催化，裂化
，助燃
，改變?nèi)細馊紵绞剑瑥亩嵘鹧鏈囟?div id="m50uktp" class="box-center"> ，使之在氧氣中燃燒的火焰溫度達到或超越乙炔的3100℃
，實現(xiàn)替代乙炔的目的。
乙炔在很長一段時間內(nèi)成為工業(yè)切割
、焊接
、火焰噴圖等工藝不可替代的燃料，乙炔在特種切割中發(fā)揮了不可替代的作用
，如球墨鑄鐵、鉬鋼
、不銹鋼等工件的切割
。焊接工藝中乙炔較其它燃氣更具有特殊的優(yōu)勢，操作簡便
，適用性強
，火焰噴圖因其具有速度快，質量好等優(yōu)點收到廣大企業(yè)的青睞
。
但隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和社會的進步，人類越來越注重環(huán)保
、節(jié)能
、安全、高效
，對乙炔氣暴露出來的弊端和缺陷也有了越來越清晰的認識
。上世紀七十年代，在歐美
、日本發(fā)達國家就已開始逐步淘汰乙炔氣
，取而代之的是以丙烷
、丙烯
、天然氣、汽油
、焦爐煤氣
、氫氣等為主體的工業(yè)燃氣。
若想達到乙炔的使用效果
，必須了解乙炔的理化性質
，才能采取相應的技術手段實現(xiàn)烷烴類燃氣的可替代性。
乙炔分子式為C2H2
，構造式為HC ≡ CH
。根據(jù)雜化軌道理論，乙炔分子中的碳原子以sp 雜化方式參與成鍵
，兩個碳原子各以一條sp 雜化軌道互相重疊形成一個碳碳σ鍵
，每個碳原子又各以一個sp 軌道分別與一個氫原子的1s 軌道重疊，各形成一個碳氫σ鍵
。此外
，兩個碳原子還各有兩個相互垂直的未雜化的2p 軌道，其對稱軸彼此平行
，相互“肩并肩”重疊形成兩個相互垂直的π鍵，從而構成了碳碳叁鍵
。兩個π鍵電子云對稱地分布在碳碳σ鍵周圍
，呈圓筒形。
乙炔分子中π鍵的形成及電子云分布
，現(xiàn)代物理方法證明
，乙炔分子中所有原子都在一條直線上，碳碳叁鍵的鍵長為0.12 nm
，比碳碳雙鍵的鍵長短
，這是由于兩個碳原子之間的電子云密度較大
，使兩個碳原子較之乙烯更為靠近
。但叁鍵的鍵能只有836.8 kJ·mol -1，比三個σ鍵的鍵能和（345.6 kJ·mol -1 × 3）要小
，這主要是因為p 軌道是側面重疊
，重疊程度較小所致。簡單炔烴的沸點
、熔點以及相對密度
，一般比碳原子數(shù)相同的烷烴和烯烴高一些。這是由于炔烴分子較短小
、細長
，在液態(tài)和固態(tài)中
，分子可以彼此靠得很近
，分子間的范德華作用力很強。由于乙炔的特殊化學性質
，在燃燒過程中，熱能釋放效率高
、化學反應速度快
、化學鍵極易斷裂
、火焰燃燒速度快，是丙烷類燃氣的3倍
，因此助燃添加劑需要對烷烴類燃氣的分子進行強有力的助分解
，達到快速燃燒的目的
，實現(xiàn)溫度瞬間的提升
。
丙烷是石油化工工業(yè)的副產(chǎn)品,來源豐富,價格低廉,且燃燒對環(huán)境無污染,是乙炔可行的替代品。由于丙烷火焰溫度較低,預熱時間相對比乙炔長,這是目前推廣應用中遇到的一大困難
。由于丙烷火焰熱量分布分散
、溫度較低、由火焰導致金屬熔化的可能性較小,因此割口上沿不易造成塌邊
、切口光滑平整
、割口下沿掛渣少、易清除
。
丙烯的焰心和外焰都有較高的熱釋放,焰心熱量分布與乙炔相似,外焰熱量比乙炔高。因此,丙烯既具有乙炔火焰的屬性又具有丙烷外焰的高熱含量,火焰溫度比乙炔焰約低,但比丙烷火焰溫度高,是一較好的切割用燃氣
。丙烯火焰的切割特點是:火焰溫度較高,切割預熱時間與乙炔相比約有增加,但比丙烷快,由于外焰熱含量高,對于厚大構件切割有利
。
液化石油氣來自煉廠氣、濕性天然氣或油田伴生氣
。由天然氣和伴生氣中得到的液化石油氣主要成分是丙烷（為通常俗稱為殘液的主要成分）
、丁烷、丁烯和少量戊烷
。液化氣成分復雜,燃燒時火焰不集中
，熱量不均衡
，火焰溫度低,切割預熱時間相應增長
，切割速度降低，功效差
。
天然氣是一種多組分的混合氣體
，主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)
，另有少量的乙烷
、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫
、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體
，如氦和氬等
。在標準狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在
，戊烷以上為液體
。
由于天然氣熱值低，燃燒速度慢,火焰溫度低,切割預熱時間相應增長
，消耗燃氣和氧氣量大
，綜合成本偏高。切割厚鋼板時要獲得所要求的總熱量燃氣消耗量大
。要保持切割速度,厚大構件要求外焰熱量輸出要高,割縫容易加寬，熱影響區(qū)大
，預熱穿孔時容易反漿或難于穿透
，對金屬表面造成影響，需要加添加劑來提高火焰溫度
。
催化燃燒是燃料在催化劑表面進行的完全氧化反應
。 在催化燃燒反應過程中，反應物在催化劑表面形成低能量的表面自由基
，生成振動激發(fā)態(tài)產(chǎn)物
，并以紅外輻射方式釋放出能量；在反應完全進行的同時
，通過催化劑的選擇性來有效地抑制生成有毒有害物質的副反應發(fā)生，基本上不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生NOx
、CO和HC等污染物
。
助燃添加劑與天然氣（液化石油氣）分子結合后，更容易實現(xiàn)分子的裂化
，分解
，從而改變了燃氣的性質，在燃燒狀態(tài)下改變了氣體波長
，燃燒頻率
，燃燒速度，增強熱能等
，實現(xiàn)了二次完全燃燒，降低了有害物質的生成
，降低了熱量的散逸
，達到了高溫催化燃燒的目的
。并且助燃催化劑本身具有很好燃燒化學能，因此催化燃燒是目前應用廣泛的形式之一
。
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