LPG混空气作为天然气紧急备用气源的可行性.doc

LPG混空气作为天然气紧急备用气源的可行性摘要：利用燃气互换性判别方法分析了液化石油气混空气作为天然气紧急备用气源的可行性，结合具体的燃具用实验加以验证，提出了紧急备用气源中液化石油气与空气合适的比例。关键词：液化石油气混空气；紧急备用气源；互换性Feasibility of Using LPG-air Mixture as Urgent Stand-byGas Source of Natural GasRA0 Neng，YING Yuan-nong(Ganghua Investment Co，Ltd，Shenzhen 518008，China)Abstract：The feasibility of using LPG-air mixture as urgent stand-by gas source of natural gas is analyzed with gas interchangeability criterionThe test verification is conducted by concrete gas applianceThe reasonable ratio of LPG to air for urgent stand-by gas source is put forwardKey words：LPG-air mixture；urgent stand-by gas source；interchangeability港华投资有限公司下属的一些合资公司曾用液化石油气混空气作为天然气的过渡气源，当天然气到来后，计划利用液化石油气混空气(也简称混合气)作为紧急备用气源。为此，本文将探讨液化石油气混空气与天然气的互换性，以分析混合气作为紧急备用气源的可行性15。1 基本数据目前在用且有代表性的天然气的组成见表1，与互换性相关的特性参数计算结果见表2。 在讨论燃气互换性时，应考虑到燃具的适应性。互换性是对燃气特性的要求，适应性则是对燃烧器性能的要求。当两种或多种燃具有完全互换性时，对燃烧器的适应性要求就不严格。适应性很好的燃烧器可适应燃气组成更大范围的波动，对燃气互换性要求可降低。表1 代表性天然气的组成Tab1 Composition of representative natural gas天然气来源 忠武线天然气 西气东输天然气 广东进口液化天然气 分类 12T12T13T体积 分数 / CH497.095.388.8C2H61.51.67.4C3H80.50.22.6n-C4H100.0O.00.6i-C4H100.00.10.5N21.01.40.1CO20.01.30.0其他 0.00.10.0表2 代表性天然气的特性参数Tab2 Characteristic parameters of representative natural gas天然气来源 忠武线天然气 西气东输天然气 广东进口液化天然气 低热值/(MJm-3)36.2736.0440.16高热值/(MJNm-3)40.1840.0644.50相对密度 0.5700.6130.634理论空气量/(m3m-3)9.619.5810.64高热值华白数/(MJm-3)53.1651.1655.90燃烧势 40.0938.5941.872 燃气互换性判别方法由于影响燃气互换性的因素十分复杂，因此迄今为止尚未从理论上推导出一个能完全判别互换性的计算公式。目前国际上有很多种燃气互换性判别方法，但是各国对燃气互换条件的要求却不同，有些限制较严，有些限制较宽。各国所进行实验的对象和深度、广度也不同，有些针对热值低的燃气，有些针对热值高的燃气，有些只考虑回火因素，有些只考虑离焰因素，因而每个经验公式都有其局限性。21 方法A：华白数和燃烧势判别法 华白数形是控制燃具热负荷稳定状况的指标，又称为热负荷指数。当两种燃气互换时，首先考虑燃具热负荷的要求，因此置换气与基准气的华白数偏差应控制在(510)。 燃烧势Cp是反映燃烧稳定状态的参数，即反映燃烧火焰产生离焰、黄焰、回火和不完全燃烧的倾向性参数。两种燃气若能互换，其燃烧势应在一定范围之内波动。日本通过实验，认为各类城市燃气的燃烧势只要在表3所列的波动范围之内就可以互换，并且置换气的燃烧势应尽量接近基准气的燃烧势6。表3 日本互换性判别对燃烧势的要求Tab3 Requirement for combustion potential in Japan interchangeability criterion燃气类别 燃烧势允许波动范围 天然气、液化石油气 (13.5+0.487595W)(40.8+0.975190W)人工煤气 (17.1+1.805607W)(22.6+3.472413W)注： 形为高热值华白数，应取允许波动范围下限的数值，单位为MJ/m3。 22 方法B：华白数和美国燃气协会AGA判别法 此方法中，华白数作用同方法A，两种互换燃气华白数的偏差应控制在(510)。在控制燃烧稳定状态方面，此方法采用美国燃气协会AGA判别法，通过计算离焰、回火和黄业个互换指数来判断互换是否能满足燃烧稳定削求7、8。23 燃气互换性判别流程 方法A是日本用来判断燃气互换性的方法通常是辅以试验方法来判别互换性，其适用范匪宽。方法B由美国燃气协会提出，它主要以理魂算判别互换性，对互换性要求较严格。本文结雀法A和方法B探讨燃气互换性的判别，并结合嘉的实验进行验证。互换性判别流程见图1。 Fig1 Flow chart of interchangeability criterion需要说明的是：在理论判定互换性的边缘应通过实验来证明互换的效果。互换效果有程度之分，紧急情况下只要能满足安全要求，互换性稍差些的备用气源也是可以接受的。3 液化石油气混空气混气比的计算 在计算中，液化石油气混空气作为置换气，羞气取西气东输12T天然气。 满足华白数偏差的要求液化石油气混空气中液化石油气的体积分型天然气的高热值华白数反推计算而得9：式中 W液化石油气混空气高热值华白数，MJ/m3，可取对应互换天然气的高热值华白数 LPG混合气中液化石油气的体积分数 QLPG液化石油气高热值，MJ/m3 dLPG液化石油气相对密度 da空气相对密度，da=1 液化石油气中丙烷、丁烷的物质的量之比取1:1，形与西气东输天然气华白数的偏差为-10，即46.04MJ/m3，代人公式(1)，计算得出液化石油气体积分数为48，空气体积分数为52，混合气的华白数与12T天然气华白数偏差为-9.4。 利用方法B进行计算 对于不同的混气比例，采用方法B进行计算，结果见表4。 随着空气量的减少，离焰与回火的倾向性降低，而黄焰的倾向性增高。按照AGA的标准，表4中的液化石油气混空气不能与西气东输天然气互换，即结果不符合方法B的要求。 利用方法A进行计算 当基准气为12T天然气时，按表3计算得出满足互换性要求的燃烧势波动范围为35.9585.70。对于不同的混气比例，计算结果见表5。表4 方法B混合气计算结果Tab4 Calculation result based on method BLPG与空气的体积比 标准值 45:5546:5447:5348:5249:5l50:5051:4954:4660:40高热值华白数/(MJm-3)43.8444.6845.5146.3447.1747.9948.8151.2355.97高热值华白数偏差/ 10.0-14.0-13.0-11.0-9.4-8.0-6.0-4.50.010.0高热值/(MJm-3)51.2752.4153.3554.6955.8356.9758.1161.5368.36低热值/(MJm-3)47.2048.2549.3050.3551.4052.4553.5056.6462.94离焰指数 1.0601.1511.1341.1191.1041.0891.0761.0621.0260.963回火指数 1.2001.3231.3141.3041.2951.2861.2781.2701.2471.207黄焰指数 0.800.60O.590.570.56O.550.540.530.500.45注：12T西气东输天然气的高热值华白数为51.16MJ/m3。 表5 方法A计算结果Tab5 Calculation result based on method ALPG与空气的体积比42:5845:5546:5447:5348:5249:5150:5051:4954:4660:40高热值华白数/(MJm3)41.2943.8444.6845.5146.3447.1747.9948.8151.2355.97高热值华白数偏差/-20.0-14.0-13.0-11.0-9.4-8.0-6.0-4.50.010.0燃烧势39.8040.6040.8341.0441.2441.4241.5941.7442.1342.63 注：12T西气东输天然气的燃烧势为38.59。 通过方法A的计算可知，所有比例点的燃烧势都在合理的波动范围之内，考虑到华白数偏差应小于10、燃烧势应尽量与基准气靠近及经济上的合理性，因此方法A判定最佳比例点为LPG与空气的体积比取48:52。此结果只能满足方法A，并不能符合方法B的要求，因此再结合相关实验加以证明。4 LPG混空气作为备用气源的实验测试本实验选用理论分析的最佳混气比例进行测试，混合气中LPG与空气的体积比为48:52。41 实验测试的燃具 此次实验测试的燃具适用于12T天然气，具体为： 港华紫荆嵌入式双眼灶JZl2T.2-HAX 港华紫荆嵌入式双眼灶JZl2T.2-QX 港华紫荆台式双眼灶JZl2T.2-CX 港华紫荆热水器JSQ20-C 港华紫荆热水器JSQl6-C港华紫荆热水器JSQ22-A42 实验测试要求及测试结果 实验测试要求如下： 点火装置要求：启动10次有8次点燃，不得连续2次失效，无爆燃。 火焰稳定性要求：无离焰、熄火和回火现象。 热负荷要求：热负荷偏差小于-4-10。 烟气中CO含量要求：家用灶具CO体积分数(CO)=10.05，烟道式及强排式热水器CO体积分数妒(CO)=10.06。 热水器热水产率要求：不小于90。此次测试的结果见表6、7。表6 家用灶具测试数据Tab6 Test data of domestic range样品类型 点火装置 火焰稳定性 热负荷 (CO)=1/ 额定/kW实测值/kW偏差/ 正常 正常 左：3.93.43-12.10.013右：3.93.38-13.30.022 正常 正常 左：3.83.49-8.70.033右：3.83.47-8.70.008 正常 正常 左：3.22.91-9.1O.013右：3.93.89-0.3O.015表7 家用热水器测试数据Tab7 Test data of domestic water heater样品类型 点火装置 火焰稳定性 热负荷 (CO)=1/ 热水产率 / 额定值/kW实测值/kW偏差/ 正常 正常 19.518.91-3.00.01591.0 正常 正常 15.815.43-2.30.01298.8 正常 正常 22.022.301.40.03388.243 实验测试分析 燃烧工况：在供气压力为2kPa时，所有测试燃具没有出现回火、熄火、脱火、离焰及黄焰现象。 热负荷偏差：在供气压力为2kPa的情况F，绝大多数测试燃具热负荷偏差未超过10的范围。 CO含量：在2kPa的供气压力下，所有燃具CO含量都达标。热水产率：在温升为25的条件下，热水器的热水产率基本达到要求。5 对其他问题的考虑51 爆炸极限 城镇燃气设计规范GB 500282006中3.2.2条规定，液化石油气与空气的混合气做主气源时，液化石油气的体积分数应高于其爆炸上限的2倍。本文采用混合气作为备用气源，其爆炸极限为1.8478.972。因此混合气中LPG的体积分数远远高于其爆炸上限的2倍，符合规范要求。52 结露 城镇燃气设计规范GB 500282006中3.2.2条规定，液化石油气与空气的混合气做主气源时，混合气的露点应低于管道外壁温度5。当天然气不足时，混合气作为紧急备用气源0.2MPa的城市中压管网供气，其露点为-3.94。因此，以混合气作为备用气源，当管网输送压为0.2MPa时，一般适用于环境温度高于1的区。6 结论 液化石油气混空气在合理确定液化石油和空气的比例后，可以作为天然气的紧急备用气源。 液化石油气混空气作为12T西气东输天然气的紧急备用气源时，LPG与空气的最佳体积比48:52。参考文献：1刘涛，刘万勇，李阿妮液化石油气掺混技术在城市气的应用J煤气与热力，2002，22(4)：3293302车立新液化石油气混空气替代天然气的可行性研究J煤气与热力，1997，17(2)：26283李振军，付建华液化石油气混空气与矿井气掺混的可行性J煤气与热力，2003，23