氫氧切割在生產(chǎn)中的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益分析-工業(yè)論文

The Application of Oxy-hydrogen Cutting and Economic Benefits Analysis

Abstract：Introduce the advantages of Oxy-hydrogen gas mixture in industrial applications as a green, low carbon, environmentally friendly gas. Analysis and comparison the economic benefits of the Oxy-hydrogen gas mixture and the propane gas. Discuss the feasibility of replacing the propane gas by the Oxy-hydrogen in the NC flame cutting machine.

Key words：hydrogen and oxygen gas; propane; cutting; economic benefits analysis

關(guān)鍵詞：氫氧氣、丙烷、切割、經(jīng)濟(jì)效益分析

1 原理分析

1.1 氫氧氣的生產(chǎn)和切割過程

① 化學(xué)反應(yīng)：2H₂O            2H₂ + O₂

②化學(xué)反應(yīng)：2H₂+O₂            2H₂O

從上式可以看出由電解水產(chǎn)生氫氧混合氣體，燃燒后產(chǎn)物仍是水，綠色環(huán)保，不產(chǎn)生對人體有害的有毒氣體。這也符合目前低碳的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。

1.2 幾種常見氣體特性比較

表1

從表1可以看出，氫氧氣的燃燒溫度和丙烷的燃燒溫度差不多，都可以達(dá)到鋼鐵的燃燒溫度，但是其熱值較低，因此熱影響區(qū)小，加上燃燒速度比丙烷高3倍，所以火焰較集中，穿透力強，預(yù)熱時間短。

2 氫氧切割現(xiàn)場切割試驗

2.1 試驗參數(shù)

表2

2.2 試驗反饋

2.2.1 火焰：該氣體的火焰純凈，火焰成淡藍(lán)色，燃燒速度快，穿透力強，熱影響區(qū)小，無明顯反水現(xiàn)象，切割熱值較低，不會出現(xiàn)溫度過高融化掛渣現(xiàn)象。但是無明顯燃心，因此需要在氣體中混入5%-8%的丙烷氣體幫助工人尋找燃心，以便于預(yù)熱。待工人熟練后即可取消丙烷氣。

2.2.2 割縫質(zhì)量：與傳統(tǒng)氣源相比較，切割質(zhì)量好，切割表面平滑，掛渣較少，因為氫氧切割時氣體本身不含碳，因此切割后的氧化皮較脆，容易清理。（敲擊鋼板側(cè)面即可敲掉），并且可以對100mm以下的厚板進(jìn)行切割，如圖3。 

2.2.3安全性：機(jī)內(nèi)壓力達(dá)到0.15MPa時自動停機(jī)。繼續(xù)用氣，壓力低于0.05MPa時回復(fù)工作。每小時產(chǎn)生氫氧混合氣體9000L。每臺氫氧切割設(shè)備可以帶多把割槍，可同時使用一個水封進(jìn)行保護(hù)。燃?xì)怆S產(chǎn)隨用，不儲存，開機(jī)一分鐘即可進(jìn)行切割，避免了其他燃?xì)庠偌羞\輸，儲存帶來的安全隱患。

2.2.4 操作者使用情況反饋：工人剛開始操作時會有火焰比其他氣體“沖”的感覺，并且不利于切割前的預(yù)熱。管道輸送能力差，不宜長距離管道，輸送途中一旦有泄露現(xiàn)象則會因為壓力不足不能完成切割需求。氫氧氣無毒不會損害現(xiàn)場人員的健康，燃燒后無廢物排出，不污染環(huán)境，符合環(huán)保要求，可以減少環(huán)保排污費用支出。

3 硬度試驗

以δ25mm的16Mn鋼板為母材做割坡口硬度試驗。分別選用了純丙烷氣、純氫氧氣、氫氧氣+5%的丙烷氣作為切割氣進(jìn)行硬度比較。

通過表3數(shù)據(jù)可以看出，使用氫氧混合氣切割坡口時材料的硬度沒有變化，切割外觀光滑完好。

表3

4 與丙烷氣切割對比經(jīng)濟(jì)效果分析

對氫氧氣和丙烷氣切割的經(jīng)濟(jì)效益的對比分析。 氫氧發(fā)生器和丙烷的切割試驗在相同的切割條件下（一把槍）進(jìn)行，試驗結(jié)果如下：
4.1 實驗數(shù)據(jù)

表4

4.2 試驗成本比較

實驗共進(jìn)行四次：其中丙烷氣消耗量為112kg，氫氧消耗電能650度。

按成本價格丙烷6.8元/kg，電價0.6元/度計算。

消耗丙烷氣成本：6.8χ112=762元

氫氧氣成本：0.6χ650=390元，

由此可知使用氫氧混合氣比使用丙烷氣成本節(jié)約：(762-390)÷762≈49%

5 結(jié)論

1）氫氧發(fā)生器以水為原料，通過電解，產(chǎn)生純凈的氫氧混合氣，其燃燒產(chǎn)物也是水，綠色環(huán)保。與傳統(tǒng)氣源比較，火焰純凈，燃燒速度快，不產(chǎn)生H₂S、CO₂、NO等有害氣體，穿透力度強，熱影響區(qū)小，切割質(zhì)量好，且對切割表面的硬度沒有影響。

2）該設(shè)備所產(chǎn)燃?xì)鉃闅溲趸旌蠚狻Ｈ細(xì)怆S產(chǎn)隨用，不儲存，開機(jī)一分鐘即可進(jìn)行切割，避免了其它燃?xì)庠偌羞\輸，儲存帶來的安全隱患。節(jié)省工人因為換氣罐造成的停工等待時間，提高下料效率；

3）使用氫氧發(fā)生器切割后，照比傳統(tǒng)切割技術(shù)每年可節(jié)約成本55%左右。綜上所述

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