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CN105508870B - 金属切焊用稀土cng高压充瓶设备及充瓶方法 - Google Patents

金属切焊用稀土cng高压充瓶设备及充瓶方法 Download PDF

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CN105508870B CN201610029747.9A CN201610029747A CN105508870B CN 105508870 B CN105508870 B CN 105508870B CN 201610029747 A CN201610029747 A CN 201610029747A CN 105508870 B CN105508870 B CN 105508870B
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Abstract

金属切焊用稀土CNG高压充瓶设备及充瓶方法，回收CNG瓶车的余气配制成稀土CNG金属切焊气并高压充瓶，包括底座、撬体、调压阀、流量计、缓冲罐、加注增益剂系统、天然气压缩机、储气瓶组和加气机，加注增益剂系统包括储液罐、单片机控制器和加液泵，储液罐内装有天然气增益剂，本发明的充瓶方法，将CNG瓶车内的余气降压注入缓冲罐稳压，加入天然气增益剂活化后，经天然气压缩机增压送入储气瓶组，最后用加气机充入高压金属切焊气瓶中，向用户提供新型的切焊金属燃气，不仅将CNG瓶车内的余气加以回收利用，还提高了CNG的燃烧温度和气瓶的充装量，代替现有的乙炔、丙烷等作为切焊气使用，切焊效率高、成本低、环保、安全系数高，具有较高的社会经济效益。

Description

金属切焊用稀土CNG高压充瓶设备及充瓶方法
技术领域
本发明涉及CNG的回收、催化和高压充瓶技术领域，具体是回收CNG高压瓶车内余气，注入增益剂活化后进行高压充瓶的金属切焊用稀土CNG高压充瓶设备及充瓶方法。
背景技术
在近代世界工业燃气领域，乙炔气在金属切焊工艺中仍处于垄断地位，但因其易燃易爆，安全系数低，生产过程中耗能耗电，污染环境，生产成本偏高，以至在生产、存储、运输、使用、环保及价格方面存在诸多缺陷和隐患，发展受到了很大限制，许多国家都在研制新的更安全、更节能的工业燃气。我国机械工业部一九九五年在全国乙炔生产会议上明确不再审批新建扩建电石厂、乙炔厂，现有的厂家面临转产的境地。国家科委早在八五期间，就极力推广石油气(如"氨氧气"、"丙烷气"、"丙烯气"、"丙烯混合气"等等)替代乙炔气，但由于这些产品的燃烧温度，预热时间、耗气量、使用效率以及黑色金属焊接、喷涂、热处理，切割大、厚金属材料等实际应用方面都存在着一些难以克服的缺点。相比之下，在天然气中添加少量的稀土有机化合物的增益剂，发挥其助燃、阻聚、催化等特殊功能。添加剂与基料能完全相互溶解，在燃烧状态下可以改变火焰频率及波长，激化甲烷介质，使之能释放出更多的热能，同时抑制燃烧焰向外辐射，火焰更加集中，以达到更高温度(3300℃以上)，成本仅为乙炔切焊成本的50％，因而成为当今最高效、最经济、最环保、最安全的金属切焊燃气。
再者、自天然气西气东输管线贯通以来，CNG(压缩天然气)、L-CNG(液化-压缩天然气)汽车加气站纷纷建立，一般CNGV(压缩天然气汽车)加气子站，每天销售运输瓶车提供的CNG、2～3车，每次运输瓶车残余CNG约300～500Nm3(2.0～3.0MPa)，若不加以回收利用，将始终残留在高压瓶内，既不能应用，又影响钢瓶容积利用率和CNGV加气子站的经济效益，这也是当前急待解决技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种金属切焊用稀土CNG高压充瓶设备，该装置将CNG高压瓶车内余气活化后再充填到高压金属切焊气瓶内，作为金属切焊气使用，不仅将CNG瓶车内的余气加以回收利用，还提高了CNG的燃烧温度和气瓶的充装量，代替现有的乙炔、丙烷等作为切焊气使用，切焊效率高、成本低、环保、安全系数高。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：金属切焊用稀土CNG高压充瓶设备，包括底座、撬体，调压阀、流量计、缓冲罐、加注增益剂系统、天然气压缩机、储气瓶组和加气机，调压阀的出气口与流量计管道连接，流量计的出气口与缓冲罐进气口连接，缓冲罐的进液口连接加注增益剂系统，缓冲罐的出气口与天然气压缩机连接，天然气压缩机出气口与储气瓶组连接，储气瓶组又与加气机连接，所述的调压阀、流量计、缓冲罐、加注增益剂系统、天然气压缩机、储气瓶组和加气机均安装在底座上，并位于同一撬体内，撬体上设有与CNG瓶车连接的卸气口，所述的卸气口与调压阀进气口连接；
所述的加注增益剂系统包括储液罐、单片机控制器和加液泵，储液罐内装有天然气增益剂，储液罐经加液泵与缓冲罐连接。
所述的加液泵为隔膜泵，由单片机控制器控制，工作压力0.2～0.76MPa，最大输出压力1.73MPa，加液量2～40g/min，频率1～100次/分。
所述的缓冲罐的工作容积为3m3，工作压力为0.5MPa，所述的天然气压缩机的排气压力为20.0～25.0MPa，所述的储气瓶组的额定压力为25.0MPa，所述的加气机的额定压力为25.0MPa。
本发明提供了一套功能齐备、经济合理、安全高效地回收高压瓶车内CNG余气、经天然气增益剂活化后再充入高压金属切焊气瓶中用作金属切焊气的装置，利用回收的高压瓶车内残余的CNG，通过隔膜泵注入适当的天然气增益剂，以提高CNG的燃烧热值，提高其切焊温度、减少消耗量，大幅度提高切焊速度；用天然气压缩机增压，充入金属切焊气气瓶内，大大增加金属切焊气充装量。
天然气的有效热值比乙炔低，火焰所含热能比乙炔小，燃烧速度比乙炔慢，这给使用天然气切焊造成一定的困难，向天然气中加入天然气增益剂来改善天然气的性能，在加入了天然气增益剂后，与氧混合的火焰温度达到3315℃，焊割性能和质量达到或超过乙炔气的水平，抗氧化、焊池好、熔深够、能渗透、成形好、强度高、易浮渣。同时切焊断面光洁，预热时间平均比乙炔短，切焊速度比乙炔快，并有利于切焊大、厚度钢材，在环保的基础上真正做到既提高切焊效率又节约切焊成本。
本发明还提供了金属切焊用稀土CNG高压充瓶方法，包括以下步骤：
(1)降压：CNG瓶车与卸气口连接，将CNG瓶车内2.0～3.0MPa的余气经调压阀降压至0.3～0.5MPa，经流量计计量后泄入缓冲罐内缓冲、稳压；
(2)活化：加注增益剂系统在单片机控制器控制下按照3～7g天然气增益剂/1Nm3CNG的比例将储液罐内的天然气增益剂泵入缓冲罐中，与缓冲罐内的CNG充分混合、催化、活化，使CNG转化为金属切焊气；
(3)增压、充瓶：将缓冲罐内的金属切焊气经天然气压缩机压缩至25.0MPa后充入储气瓶组，然后用加气机向高压金属切焊气瓶中充气，直至达到高压金属切焊气瓶的额定压力。
所述的天然气增益剂为SQ-I稀土燃料增益剂、SQ-II稀土燃料增益剂或SQ-99稀土燃料增益剂，SQ-I稀土燃料增益剂主要用于瓶(罐)装天燃气的节能、催化、助燃，在原有基础上提高燃烧温度600～900℃，增强了活性，环保节能又安全。SQ-II稀土燃料增益剂用于天然气通过燃气增效器设备发生活化、催化、助燃，广泛应用于钢厂、钢构、造船行业，可在船舱内安全使用。在切割铸件冒口，厚钢板，坡口切割，烤校，热处理等方面都有优越的性能。SQ-99稀土燃料增益剂主要用于天然气的增温助燃，可提高天然气的火焰温度，用于切焊，其特点是即节省燃料又降低切焊成本，切焊效果较好。
本发明通过添加天然气增益剂形成的金属切焊气的切焊温度较乙炔提高600～900℃，切焊速度比乙炔快，成本仅为乙炔的50％，焊割工具与乙炔一样，无须更换割具，高压金属切焊气瓶(额定压力为20.0或25.0MPa，相同水容积的高压金属切焊气瓶可多储存10或13倍的气量)内不需要装特殊的气化装置。在有效提高火焰温度，省燃气而延长燃烧时间的同时，耗氧量减少15％以上，工件的焊割切口平整、不挂渣，比乙炔割口窄0.5毫米，切焊过程不回火、不爆鸣、不产生磷化氢、硫化氢等有毒气体，燃烧完全；基本消除了一氧化碳和碳氢化物的排放及污染环境的三废排放，大幅减少了二氧化碳的排放，实现了低碳排放。
本发明的金属切焊用稀土CNG高压充瓶方法，实现了CNG回收、CNG活化处理、CNG增压充瓶，既提高了CNGV加气子站瓶车内CNG的利用率，增加了CNGV加气子站效益；又通过对CNG进行活化和增压处理，提高了CNG的燃烧热值和金属切焊气瓶内金属切焊气的储存量，突破新型金属切焊气推广、利用的瓶颈，为我国金属切焊提供经济、高效气源，节能减排，具有相当高的社会经济效益。
附图说明
图1是本发明金属切焊用稀土CNG高压充瓶设备的主视图。
图2是本发明金属切焊用稀土CNG高压充瓶设备的俯视图。
图3是本发明金属切焊用稀土CNG高压充瓶方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作具体描述：
实施例一
金属切焊用稀土CNG高压充瓶设备，如图1和图2所示，包括底座10、撬体20，调压阀1、流量计2、缓冲罐3、加注增益剂系统4、天然气压缩机5、储气瓶组6和加气机7，调压阀1的出气口与流量计2管道连接，流量计2的出气口与缓冲罐3进气口连接，缓冲罐3的进液口连接加注增益剂系统4，缓冲罐3的出气口与天然气压缩机5连接，天然气压缩机5出气口与储气瓶组6连接，储气瓶组6又与加气机7连接，所述的调压阀1、流量计2、缓冲罐3、加注增益剂系统4、天然气压缩机5、储气瓶组6和加气机7均安装在底座10上，并位于同一撬体20内，撬体20上设有与CNG瓶车连接的卸气口8，所述的卸气口8与调压阀1进气口连接；
所述的缓冲罐3的工作容积为3m3，工作压力为0.5MPa.。
所述的加注增益剂系统4包括储液罐41、单片机控制器43和加液42泵，储液罐41内装有天然气增益剂，储液罐41经加液泵42与缓冲罐3连接。
所述的加液泵42为隔膜泵，由加注增益剂系统4内的单片机控制器43控制，工作压力0.2～0.76MPa，最大输出压力1.73MPa，加液量2～40g/min(20～2000mL/min)，频率1～100次/分。
所述的天然气压缩机5为VF-1.4/(0.5～3)-250型天然气压缩机，气缸、级间冷却器风冷、少油润滑，传动机构压力油润滑；吸气压力0.05～0.3MPa，排气压力25.0MPa，排气量125～330Nm3/h，密封的曲轴箱通过止回阀与压缩机进气口联通，电机功率65kW，软启动、PLC控制。
所述的高压储气瓶组6的水容积为0.212m3，额定压力25.0MPa，可充分利用不充瓶、或换瓶空余时间向储气瓶组6内充气，充瓶时利用高压瓶组来提高充瓶效率，避免天然气压缩机5频繁停机。
所述的加气机7为双枪加气机，双枪加气机的额定压力为25.0MPa。
金属切焊用稀土CNG高压充瓶方法，如图3所示，包括以下步骤：
(1)降压：将CNG瓶车内2.0～3.0MPa的余气经调压阀1降压至0.3MPa后，然后经流量计2计量后泄入缓冲罐3内缓冲、稳压，缓冲罐3内气体压力为0.3MPa；
(2)活化：加注增益剂系统4在单片机控制器43控制下按照7g SQ-I稀土燃料增益剂/1Nm3CNG的比例将储液罐41内的SQ-I稀土燃料增益剂泵入缓冲罐3中，调节天然气压缩机5的吸气压力为0.2MPa，排气量为4.16Nm3/min，SQ-I稀土燃料增益剂注入的流量为29.15g/min，SQ-I稀土燃料增益剂与缓冲罐3内的CNG充分混合、催化、活化，使CNG转化为稀土CNG金属切焊气；
(3)增压、充瓶：将缓冲罐3内的稀土CNG金属切焊气经天然气压缩机5压缩至25.0MPa后充入储气瓶组6中，然后用双枪加气机7同时向两个高压金属切焊气瓶充气，直至达到高压金属切焊气瓶的额定压力25.0MPa。
本实施例的金属切焊用稀土CNG高压充瓶设备，每套充瓶249.8Nm3/h，每天工作16h计，则可平均充瓶3997.5Nm3，相当于提供2.86t经济高效金属切焊气，可完成5.11吨乙炔气切焊工作量，而利用CNG瓶车内残余的天然气，经天然气增益剂处理后充瓶，成本仅为4.0元/Nm3，或5600元/吨，相对乙炔气切焊，费用大大降低。
实施例二
金属切焊用稀土CNG高压充瓶设备，如图1和图2所示，包括底座10、撬体20，调压阀1、流量计2、缓冲罐3、加注增益剂系统4、天然气压缩机5、储气瓶组6和加气机7，调压阀1的出气口与流量计2管道连接，流量计2的出气口与缓冲罐3进气口连接，缓冲罐3的进液口连接加注增益剂系统4，缓冲罐3的出气口与天然气压缩机5连接，天然气压缩机5出气口与储气瓶组6连接，储气瓶组6又与加气机7连接，所述的调压阀1、流量计2、缓冲罐3、加注增益剂系统4、天然气压缩机5、储气瓶组6和加气机7均安装在底座10上，并位于同一撬体20内，撬体20上设有与CNG瓶车连接的卸气口8，所述的卸气口8与调压阀1进气口连接；
所述的缓冲罐3的工作容积为3m3，工作压力为0.5MPa。
所述的加注增益剂系统4包括储液罐41、单片机控制器43和加液42泵，储液罐41内装有天然气增益剂，储液罐41经加液泵42与缓冲罐3连接。
所述的加液泵42为隔膜泵，由加注增益剂系统4内的单片机控制器43控制，工作压力0.2～0.76MPa，最大输出压力1.73MPa，加液量2～40g/min(20～2000mL/min)，频率1～100次/分。
所述的天然气压缩机5为VF-1.4/(0.5～3)-250型天然气压缩机，气缸、级间冷却器风冷、少油润滑，传动机构压力油润滑；吸气压力0.05～0.3MPa，排气压力25.0MPa，排气量125～330Nm3/h，密封的曲轴箱通过止回阀与压缩机进气口联通，电机功率65kW，软启动、PLC控制。
所述的高压储气瓶组6的水容积为0.212m3，额定压力25.0MPa，可充分利用不充瓶、或换瓶空余时间向储气瓶组6内充气，充瓶时利用高压瓶组来提高充瓶效率，避免天然气压缩机5频繁停机。
所述的加气机7的额定压力为25.0MPa。
金属切焊用稀土CNG高压充瓶方法，如图3所示，包括以下步骤：
(1)降压：将CNG瓶车内3.0MPa的余气经调压阀1降压至0.5MPa后，然后经流量计2计量后泄入缓冲罐3内缓冲、稳压，缓冲罐3内气体压力为0.5MPa；
(2)活化：加注增益剂系统4在单片机控制器43控制下按照3g SQ-II稀土燃料增益剂/1Nm3CNG的比例将储液罐41内的SQ-II稀土燃料增益剂泵入缓冲罐3中，调节天然气压缩机5的吸气压力为0.3MPa，排气量为5.55Nm3/min，SQ-II稀土燃料增益剂注入的流量为16.64g/min，SQ-II稀土燃料增益剂与缓冲罐3内的CNG充分混合、催化、活化，使CNG转化为稀土CNG金属切焊气；
(3)增压、充瓶：将缓冲罐3内金属切焊气经天然气压缩机5压缩至25MPa后充入储气瓶组6中，然后用加气机7向高压金属切焊气瓶充气，直至达到高压金属切焊气瓶的额定压力20.0MPa。
实施例三
金属切焊用稀土CNG高压充瓶设备，如图1和图2所示，包括底座10、撬体20，调压阀1、流量计2、缓冲罐3、加注增益剂系统4、天然气压缩机5、储气瓶组6和加气机7，调压阀1的出气口与流量计2管道连接，流量计2的出气口与缓冲罐3进气口连接，缓冲罐3的进液口连接加注增益剂系统4，缓冲罐3的出气口与天然气压缩机5连接，天然气压缩机5出气口与储气瓶组6连接，储气瓶组6又与加气机7连接，所述的调压阀1、流量计2、缓冲罐3、加注增益剂系统4、天然气压缩机5、储气瓶组6和加气机7均安装在底座10上，并位于同一撬体20内，撬体20上设有与CNG瓶车连接的卸气口8，所述的卸气口8与调压阀1进气口连接；
所述的缓冲罐3的工作容积为3m3，工作压力为0.5MPa.。
所述的加注增益剂系统4包括储液罐41、单片机控制器43和加液42泵，储液罐41内装有天然气增益剂，储液罐41经加液泵42与缓冲罐3连接。
所述的加液泵42为隔膜泵，由加注增益剂系统4内的单片机控制器43控制，工作压力0.2～0.76MPa，最大输出压力1.73MPa，加液量2～40g/min(20～2000mL/min)，频率1～100次/分。
所述的天然气压缩机5为VF-1.4/(0.5～3)-250型天然气压缩机，气缸、级间冷却器风冷、少油润滑，传动机构压力油润滑；吸气压力0.05～0.3MPa，排气压力25.0MPa，排气量125～330Nm3/h，密封的曲轴箱通过止回阀与压缩机进气口联通，电机功率65kW，软启动、PLC控制。
所述的高压储气瓶组6的水容积为0.212m3，额定压力25.0MPa，可充分利用不充瓶、或换瓶空余时间向储气瓶组6内充气，充瓶时利用高压瓶组来提高充瓶效率，避免天然气压缩机5频繁停机。
所述的加气机7为双枪加气机，双枪加气机的额定压力为25.0MPa。
金属切焊用稀土CNG高压充瓶方法，如图3所示，包括以下步骤：
(1)降压：将CNG瓶车内3.0MPa的余气经调压阀1降压至0.5MPa后，然后经流量计2计量后泄入缓冲罐3内缓冲、稳压，缓冲罐3内气体压力为0.5MPa；
(2)活化：加注增益剂系统4在单片机控制器43控制下按照6g SQ-99稀土燃料增益剂/1Nm3CNG的比例将储液罐41内的SQ-99稀土燃料增益剂泵入缓冲罐3中，调节天然气压缩机5的吸气压力为0.3Mpa，排气量为5.55Nm3/min，SQ-99稀土燃料增益剂注入的流量为33.27g/min，SQ-99稀土燃料增益剂与缓冲罐3内的CNG充分混合、催化、活化，使CNG转化为稀土CNG金属切焊气；
(3)增压、充瓶：将缓冲罐3内金属切焊气经天然气压缩机5压缩至25.0MPa后充入储气瓶组6中，然后用双枪加气机7同时向两个高压金属切焊气瓶充气，直至达到高压金属切焊气瓶的额定压力20.0MPa。

Claims (6)

1.金属切焊用稀土CNG高压充瓶设备，包括底座、撬体，调压阀、流量计、缓冲罐、加注增益剂系统、天然气压缩机、储气瓶组和加气机，其特征在于：调压阀的出气口与流量计管道连接，流量计的出气口与缓冲罐进气口连接，缓冲罐的进液口连接加注增益剂系统，缓冲罐的出气口与天然气压缩机连接，天然气压缩机出气口与储气瓶组连接，储气瓶组又与加气机连接，所述的调压阀、流量计、缓冲罐、加注增益剂系统、天然气压缩机、储气瓶组和加气机均安装在底座上，并位于同一撬体内，撬体上设有与CNG瓶车连接的卸气口，所述的卸气口与调压阀进气口连接；
所述的加注增益剂系统包括储液罐、单片机控制器和加液泵，储液罐内装有天然气增益剂，储液罐经加液泵与缓冲罐连接。
2.根据权利要求1所述的金属切焊用稀土CNG高压充瓶设备，其特征在于：所述的加液泵为隔膜泵，隔膜泵由单片机控制器控制，工作压力0.2～0.76MPa，最大输出压力1.73MPa，加液量2～40g/min，频率1～100次/分。
3.根据权利要求1或2所述的金属切焊用稀土CNG高压充瓶设备，其特征在于：所述的缓冲罐的工作容积为3m3，工作压力为0.5MPa，所述的天然气压缩机的排气压力为20.0～25.0MPa，所述的储气瓶组的额定压力为25.0MPa，所述的加气机的额定压力为25.0MPa。
4.金属切焊用稀土CNG高压充瓶方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)降压：CNG瓶车与卸气口连接，将CNG瓶车内2.0～3.0MPa的余气经调压阀降压至0.3～0.5MPa，然后经流量计计量后泄入缓冲罐内缓冲、稳压；
(2)活化：加注增益剂系统在单片机控制器控制下按照3～7g天然气增益剂/1Nm3CNG的比例将储液罐内的天然气增益剂泵入缓冲罐中，与缓冲罐内的CNG充分混合、活化、催化，使CNG转化为金属切焊气；
(3)增压、充瓶：将缓冲罐内的金属切焊气经天然气压缩机压缩至25.0MPa后充入储气瓶组，然后用加气机向高压金属切焊气瓶中充气，直至达到高压金属切焊气瓶的额定压力。
5.根据权利要求4所述的金属切焊用稀土CNG高压充瓶方法，其特征在于：所述的缓冲罐的工作容积为3m3，工作压力为0.5MPa。
6.根据权利要求4所述的金属切焊用稀土CNG高压充瓶方法，其特征在于：所述的储气瓶组的额定压力为25.0MPa。
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