论液化天然气与管道天然气的互换性

城市燃气

份

已

论液化天然气与管道天然气的互换性

中国市政工程华北设计研 究院 李献嘉

问题 的提出

进人本世纪以来 , 世界液化天然气

是 购进 的

日

下

上发表 , 值得我们关注 。内容如

进 口终端和液化厂进行质量调节的

的

分析 。

在

进 口量迅 速增加 , 我 国也 在 发展 中 。主要 的 问题

是否与接收市场对燃气质量 的要

热值的规定 。

杂质含量的规定 。 分析和计量方法 。

求相一致 。许多发达 国家 , 接 收市场 的燃气质量 常决定于已有配气 网络对燃气质量 的规定 。例如 ,

亚洲市场 中的 日本 , 法律规定 , 对进 口的 需

的滚动问题

燃具的测试 。

。

用液化石 油气

再增热 , 因此 , 要 求进 口

对燃气轮机性能的影响 。 当前 , 各国都有 自己的规定 , 当

成为全球 的贸易商 品

比的全 部

的热值较高 。美 国和英国对热值的要求较低 , 必须与原供天然气的质量相匹配 。欧洲大陆的国家

多 , 各国情况不一 , 燃气热值 的变化范围较大 , 希

望市场有更 大 的灵活性 。

发展并

欲

时 , 许多老章程就可能不再适用 。例如 , 从 阿布扎 的计划委员会

运 输 船来 看 , 如终 端 是 日本 , 则 其

国际燃气联盟

脚 了进 口

从 年起就开始看到 与 原 用 天 然 气 之 间 的互 换 问题 。在

届世界燃气大会

液化 厂 的设 计 就应 满 足 日本 规定 的要求 , 当 今 , 这些油轮 中有些 已转 向美 国的东海岸 , 于是就

年荷兰阿姆斯特丹 召开 的

产生热值 高 的

富含丙一 丁烷 能否适用 于美

上就组织 了多篇论文和报告 , 引起 了各 国极大的关

注 。欧洲 国家和美 国从 不 同角度 反 映 了大量 问题 , 再 次引起对燃气质量 和互换性 问题 以及其他新 出现 问题 的重 视 。为 此 , 年一 年的 的计 划 委 员 会 决定在

国市场要求 的问题 。实 际上 , 每 一个 国家所制定 的

规定 , 均决定 于这一个 国家 天然气 的供应 历 史 。一般来说 , 如天然气工业始于管道气供应 , 则

常 用 的热 值 较 低 的天然气 来 自 可 参 照 纯 甲烷 的热 值 , 如 最 初 运输 油 轮 , 则 质量 规 定 中将 采

年 内 , 继 续 对此 问题 进 行研 年 月在 阿根廷

究 , 并由

召开 的

公 司 的马 丁 ・ 斯 登 约

届 世界燃 气 大会 上提 出报告 。报 告 的 内

用 较 高 的热 值 。当前 质 量 标 准 的 制 定 有 两 个 出 发

先生负责这项工作 , 并将 于

点 , 一是消除越境跨 国供气时的贸易障碍 , 而另一

个 是 出于 减 少 影 响 用 户 进 行 质 量 调 节 的成 本 。此 外 , 由于燃气 在工业应用上 的发展 , 跨 国的输气管

容提纲 已于

年

月

《国 际 燃 气 》

城市燃气

洲

道 已不仅为 了加热或发 电 ,

也常用于化学工业 , 这

热值一般较低 , 而

热值较 高 , 两者 通 常相 差

些终端用户对燃气组分的要求十分敏感 , 已不限于 其密度和热值 。对广大的民用燃具而言 , 协调跨国 越境供气规定的企图 , 在世界上其复杂性莫过于欧

洲地 区 。因为欧盟各成员 国有不 同的能源供应历

左右 , 有时达到

’

勺以上 ” 而作 。

为统一的城市天然气管 网 , 所供应 的用户是多种多

样的 , 情况复杂 。 现有对天然气组分 、 热值要求不 太严格的锅炉等工业用户 , 也有对组分 、 热值相当 敏感的一些特殊用户 , 比如电视机显象管及玻璃薄 壳管加工企业 , 其对温度控制精度要求很高 , 希望 燃气组分和热值相对平稳 。 此外 , 还有众多的拥有

史 , 对燃气热值要求的范围也完全不同 。总部设在 巴黎的欧洲燃气交易合理化协会 一 愿 的公共 商 务 准则

而 从 盯 一 一简 称 年起 , 一直致力于建立一个 自 叮

各种不同品牌燃气用具的居民用户 、 天然气汽车用

户、 燃气轮机用户等 。 尽管各类用户对天然气气质

稳定性的要求有所不同 , 但却都有着一个共 同的需 求 — 希望进人管网的各类天然气热值相同 、 燃烧

特性相符 。

一简称 , 宗 旨是通过发展和推广燃气 质量公共商务准则来创立一个有效 的欧洲燃气市

场 , 从 而简化 风 险投资人之 间的商业过程 。无例 外 , 英 国也被咨询要考虑遵循这一边界范围 , 但认 为这是一个具有极大挑战性的要求 , 因为现在所用 的工业和民用燃具会降低有效性 , 只要在运行 中超

过原来所规定 的范 围 , 甚至会产生危险的特性 。 川

如果组分 、 热值差异较大的天然气 同时进入一

个管 网 , 将有可能出现如下 问题

由于居 民用户选用 的燃具类别相 同 , 从 而 导致管网内不 同方位用户的燃具实际热负荷不 同

实 际上 , 英 国已在 积极 的从 事燃具 的测试计 划 , 已区分 出现有规定范围可 以放宽的程度 , 或者 尚需等待 , 直到全部 的股份进行重组或者至少修正

后再来讨论 。同时也指 出 , 在欧洲 , 欧盟委员会是

因管网各气源间的 “ 分界面 ” 处于动态变 化之中 , 导致部分用户 两种气源交汇点 使用 的

气源种类会反复变化

依靠欧洲燃气工业技术协会

沮

用户 同网同价 , 但 消费者实际使用 的天然 气热值不一定相同 , 导致结算不公平 , 损害部分消

费者利益

。山 叮 一简称 来实现燃具 的测试工作 的 在美 国 , 则是依靠燃具 制造厂协会 和各州的法规实体 即 。 叮 ’

,

’ 部分对燃气组分 、 热值要求严格 的特殊用 户 , 使用热值变化的气源会影响产品质量 。

本文试 图根据国际的经验和实践 , 以及计算实 例 , 研讨和处理

上述问题的方法和途径 。

面

来 完成 这项工作 的川。 不能 由一个 贸 决 易方说 了就算 。国际上 的经验值得 注意并 引人深

省 。我国天然气标准 修订版征求意见稿 的编制

说明也引用 了 一 的气质要求 表 。上述 的核心问题都与燃气的互换性有关 。

从上世纪末到本世纪初 , 我 国燃气工业 的发展

燃气互换性与运行 中燃具 的适应性

上述问题的产生与处理方法 , 离不开一个 国家 的天然气气源构成和对燃具 的要求规定 。到 目前为

出现 了历史上从未有过的大好形势 , 在陕气进京 、 西气东输 和

益增 多 。在

止 , 只有先行一步发达国家结合本国情况的研究成

果 , 世界上没有一个统一 的规定 和处理方法 。这是

进 口工程 的带动下 , 其下游部分

和管道 天然气 的关 系方 面 , 广州

月 , 中国城 市燃气 协会在深圳 举行

的城市供气也得到 了迅速 的发展 , 遇到的问题也 日 就存在许多典型 的问题 。

年

国际标准化组织

至今没有燃气质量标准 的

原 因 。我 国的天然气发展较 晚 , 与发 达 国家相 比 , 差 了半个多世纪 。在 国外进行研究和交流时 , 我 国 尚处 于无知状态 , 加上上世 纪 年代 后 的一段 时

了首届 中国城市燃气论坛 , 在资料汇编 中 , 广州市

期 的历史原 因 , 又缺乏获得 国际科技信息 的渠道 , 等到几十年后遇到这类问题时 , 无法从历史 的全过

程角度来研究和处理各种 问题 , 容易产生盲 目性 和

燃气公司罗东晓总工在一篇题为 “ 多气源供应同一

管 网的热值平衡技术 ” 一文 中 , 提 出 “…… 管输气

网上投 稿

、、 , ,

田

城市燃气

份

失误 。

语标准 、 质量规定 、 测试方法 、 分析和试验实行标 准化 。 该组织 已注意到 可能会受到未来关于燃气 互换性方面的影响 , 因此 , 其 目标之一应包括关系 到与燃具性能有关 的燃气质量 问题 。从美 国来看 ,

关于燃气互换性 的研究 , 从美 国标准局 年对美 国民用燃具的燃烧情况进行调研开始 , 至今 已将近一个世纪 。 研究所涉及的范围是与燃气工业 的发展演变相一致的 始于人工气 , 逐步发展到天

在美国标准化研究院

的赞助下 , 已成立了

然气和 廿 。

年 , 美 国燃气协会 简称

年 的关 于互 换性 的研 究计

个 以上 的不 同混合

开始 了一个 为期

划 , 称之谓 《 混合燃气的研究 》 曾经做了大约 ,

个独立 的试验 , 审查 了

一个技术顾 问团 习 一简称 参加这一工作 。 目前为止 , 尚未能看到 但到 这一委员会的明显工作成果 笔者揣测 , 也许涉及

的方方面面情况较为复杂 。

燃气 。 调研会

年在美国联邦商业委员会的公用事业 而

,

与燃气互换性相对应的另一问题

是燃具 的适应 性问题 。 国都有 自己的燃具测试标准 , 与本国的 各 燃气特点和应用传统相匹配 , 至今 尚未能形成一个 可供遵循的国际标准 。

。

上公开发表 , 即 的 指数法 。 的来说 , 到 目前为止 , 各 国已有 的互换性方 总 法约有近 图解方法 个 , 可分成 种 种 种类别 , 即 多指数方法 钓 其他方法 单一指 种 数或热人力法

传统的燃气用具有很长的服务寿命 。以美国为

例

,对燃具 、热水器 、采暖用空气加热器和其他

种 。各种方法

类型的燃具也通常有

年 、巧 年 、

年或更长的

都在一定的历史阶段和范围内起到了作用 , 都是为

本 国的燃气服务的 重要 的试验资料 。 同的方法也在受到历史 的 不 检验 , 所谓大浪淘沙 , 有些 已很少应用 , 只保 留了 有些虽至今还在应用 , 但随着科 技 的进步 , 也不断对互换 的指标有新 的要求 如对 的排放要求 , 管 网的压降要求等 互换性涉 及 的燃气种类在 当今世界 的形势下也有许 多变化

使用寿命 。 燃具的长期服役寿命产生了若干关于燃

具的状况和条件 的变化

燃烧器 、 燃烧室 、 点火器 、 通风设施 、 排 烟设施和其他在设计 中由于技术的进步可能发生很

大变化 的项 目。

使用或使用 中的误操作 , 产生 了 自然条件 的巨大差异性 。

如各种生物质气的加人 , 因此 , 燃气互换性的研 究是与时俱进的 , 不能说那一种方法 已达到了完善

的程度 。 此外 , 国际上也极少能看到对 已有方法

年从 实 际应 用 的原则

一些制成件和设备模型可能与燃气组分的变化 不相匹配 , 这就需要进行鉴定 , 确定其操作过程 的

满意程度 , 确定修正或更换的范围 。

美 国多数燃气公 司所采用 的调节方法是根据 国

的评价 , 除非对本 国的方法进行改进或弥补其不足

之处 , 鉴 于这种情 况 ,

家燃气规范 即防火 规范

,用 软设 定 ,,

,

出发 , 有关互换性 的优秀作 品 由

,

公司

, 书名 为

”

出版 , 负 责部 门是美 国的燃 气研

即调节风 门进风量 的办法来实现 , 但 当燃气 的变化 已在 预期 之 中 , 则 相应 的改 变 调 节 程 序 就应 该 慎

重。

究院 四

一简称

《 已 有 互 换 性 预 测 方 法 的 样 本

》

总之 , 所有 的调节 因素都必须考 虑到可能发生 和 遇 到 的燃 气 组 分 变 化 的全 部 范 围 。一 个 与 发 证

简称 助 , , 开始涉及和 比较各 国的方法 。 年 , 国际标 准化组织 成立 了一个天然气技术委员会 及 “ ”, 包 括 个 国家 个代表 国 — 包括美 国和 个 观察员 国 , 成立 不久 , 就

进行过 次组织工作交流会 。工作范 围为 对天然气 和天然气 的置换燃气 , 从 生产 和供应 的各个方 面到所有可能跨 国的终端用

户所使用 的术

即燃具 使用 范 围的标 记 有关 的燃 气 标 准 可用来

预测不 同燃气 的特性 。美 国一 些 大 的配气公 司都有

燃气应用实验室和具备相关知识 的工作人员来评估

燃气组分变化所带来 的影 响 。 但 是 , 一个配气公 司在改 变喷嘴和调节 已有设 备风 门的能力是有 限 的 。在美 国 万 个用 户 有

万到

万个燃具

有 时 , 同一燃具还使用 不 同的

城市燃气

份

燃烧器 , 工作量十分巨大 , 因此 , 要求燃具的运行

标准有一定 的灵 活性 , 以适应外部条件变化 的要

一 范围 本标准规定 的试验气 、试验压力和燃具 类别对

应于所使用的一族 、二族和三族燃气 。它作为一个

求。

所谓燃具 的适应性 , 主要决定于一个 国家的燃

燃具规定标准的参照文件 , 服务于各成 员国涉及燃

具标准 , 与各 国实际的供气组分有关 , 在世界各国

无统一的标准 , 而且差别很大 。 美 国的燃 具 标 准 即 和 系列 , 年启用 , 该标准与加拿大 的标准一致 , 某些

具的法律 与 《 导则 》

之 内。

相接近 的范 围

试验气与试验压力不适于下列情况 额定热负荷大于 天然气 。

现场 制作 的燃具 。

的燃具 约相 当于

运行中的适应性试验

和试验气一 试验 一 一

一

也

等 ,〕 。 日本和其

包含在该标准中 。如人力的增加量 、 入力的降低量

他 国家也有 自己的标准 。 值得研究 的是欧洲 的燃具标准 , 它不仅成为欧 盟各 国讨论 的重点 , 其他各 国 , 包括美国在 内也倍

最终 的设计受到用 户影响的燃具 。

按高压制作的燃具 直接使用饱和蒸汽压 。 二 术语和定义

试验气 基准气

, 其正式文本

用 来检 验 燃 烧用 具 运 行 特 性 的气 用于在额定状态下运行 的燃具 , 且 代表 一种用来完成燃具设计 的 、燃

加关注 可参 阅笔者在 《 城市燃气 》 的一文 。 欧洲的燃气用具导则

体 。包括基准气 或参照气 和界限气 。

对应于所供 的额定压力 。 界 限气

于 年 月在官方杂志上发表 。 《 导 则》 的目的是作为帮助欧洲燃气用具市场统一的一

个规章条件 , 要求 年 以后 欧洲 的燃 具 均按

烧特性极端变化的气体

面

。

《 导则 》的要求生产 。根据欧洲各 国的实际情况 ,

随即发现 了许多问题 , 各成员 国和工业部门需要有 关燃气质量 的更为完善 的规定 。于是 了 年 出版 的第一个文本 。为 了符合 《 导则 》的要

试验压力 用来检验燃烧用具运行特性 的气 体压力 。包括额定压力和界 限压力 。 气体压力用毫 巴表 示

求 , 文本规定 了试验气和压力的定义 。 标准中将燃 气分为三族 , 其 中第二族为天然气 。

额定压 力 用 于在 额定状 态下运 行 的燃 具 , 且对应

于所供 的基准气 。

界 限压力 分最大压 力 和最小压 力 蠕 。

为了判定燃具在试验中是否符合 《 导则 》 的要

求 , 在试验 中需采用一种或多种类 型的试验燃气 ,

按相关 的试验标准 , 在不 同的压力下进行试验 , 合

代表燃具供气的极端变化条件 。

格后 , 根据所采用 的燃气系列和压力 , 在燃具上贴 上专用 的标记

燃具 上 使用 。

, 它表示这类燃气可以在相应 的

成对压力 由于原供燃气 在 同族或 同类燃气中其沃泊指数有很大的差别 , 则

结合两种特定 的配气压力进行测试

— 较高 的压力值相应于低 沃泊指数 的燃 气 。

标 准 的作 用 和意 义 是 十分 明

显 的 。我 国 《 城镇燃气分类 和基本特性 》 一 标准就参考 了这一标准对城镇燃气 进行 了分类 , 但又未说 明它是为燃具贴上专用标记

服务 的 , 且 我 国并未采用 欧洲 的 检测标准 。笔者手头有 作 为燃具 的 ’ 标准 的两个版本 ,

— 较低 的压力值相应于高沃泊指数的燃气 。 如果把上述说 明和我 国的标准 理 相 比可见其差别之大 。 标准 的适用范

围十分明确 , 是为欧洲的燃具 《 导则 》 服务的 包

括压力在 内的燃气分类适用 于燃具 检测 和贴标 签

一是 年 月 , 另一 是 年 月 的版 ,各 有 洋洋大观 的近 页 。 看其适用范 围和术语定 义 试

标准 中见不到燃烧势

互换性 界 限气 中的

值 的指标 , 也未提燃气 的

代表不完全燃烧 和析

部分

结 碳 , 并不包括黄焰 欧洲互换性方法 中均取不

网上投稿

城市燃气

汉

完全燃烧和结碳指标 , 黄焰指数则另行计算 , 两者

并没有混在一起 — 笔者按

关于界限气的定义

仅限于本生式燃烧器 大气式 , 其他类型 的燃 烧 器 , 如诱 导 式 或 机 力通 风 的动 力 燃 烧 器

, 预混

和我 国的上述标准相 比 , 更有天壤之别 。凡此种种

以及标准 中涉及的深层次问题均值得深人研究 , 在 此不再展开 。 诚然 , 如果能有一个类似于适用各国

系统式

一

和脉冲燃烧 系统

情况的 《 导则 》 标准 , 且能按 《 导则 》 的要求 , 每

一种燃具均按照试验气和试验压力等检测后再贴上 燃具的适用范围标签 , 也是可 以作为燃气互换的一 个依据 , 因此 , 各国对为燃具贴标签进行的燃具标

等不在内 。 热负荷值 人力 常用沃泊指数表示 , 因 此 , 替代气和原供气对燃具的供气压力相同 。 包括风门在内的燃烧器各个部分不能有任 何变动 。 ’ 原供气与替代气代表两个时间段 , 有先后 的关 系 , 是不可逆 的 。 燃烧特性的准则可以有不同的表达方式 。

为什么要做预测评估 在接受购进燃气的委托书之前 , 购气方必须确

准建设都十分重视 , 日 、 本 美国根据本国的

情况也

有相应的标准 。但是 , 范围的规定导致许可证发放

的议程 印

十分复杂 。 燃气研究院

的规定

的

。

研究认为 , 不想对这样多的质量范 围实行 的可能性

进行评论 , 可 自己参考和研究 要 回答

能否与管道 天然气互换 的问题 ,

认所供燃气是可以互换的 , 否则就要有补救处理的

必须分两个阶段进行工作 , 一是前期论证 , 即选择 较好 的互换性方法进行预测 , 先确定其能否互换 。 如结果不能互换 , 再进行第二阶段 的后期处理 , 如 采用何种处理方法等 , 并对工业用户等采取相应的

措施 。

方法和评价成本的增加值 。因此要有一个预测的方

法 , 预测这类燃气 的燃烧特性是否会影响或制约配

气的适用性

。当一种燃

气与原供燃气可 以互换且确实能满足法定的责任要 求 , 则 这 类 燃 气 可 以定 义 为 可 独 立 使 用 的燃 气

前期论证 — 互换性预测

虽然燃具的检测标准各 国难 以统一 , 但燃气互

换性 的定义是一致 的 , 各种方法之间的差异可在 同

一

。 这类燃气可直接向用户配气而

毋须再混合其他气体 , 且合同中有可保证供气年限 的要求 。一种燃气如必须混配其他燃气后才能符合 规定 , 则供气的安全性较小 。预测的 目的就是判定 替代气是否是一种可独立使用的燃气 , 其依据是所 提供 的燃气组分 。

燃具 的试验规定 前期论证 阶段还应考虑 到燃具在运行 中的适应

一个基础上进行 比较 。 英国在燃气互换性方面做过 多年的研究 , 也应用 了试验气的概念 , 从 中可以进

一步理解互换范围与试验气之间的差异 , 澄清许多 问题 。 标题为 《 当量燃气系统 , 互换性方法卷 》 的

英 国燃 气 公 司 文 件

, 经仔 细审 阅后 又重新 发展 , 可作研究 的参

性

一

。为 了给 燃 具 贴 上 一

标 要

识 , 确定燃具对燃气 的适 用范 围 , 产生 了必 须进行

考 〕 。

燃 气互换性 的导言 定义 适 于 向用 户配气使用 的燃气 , 必须满足一些重

运 行 的适 应 性 试 验

求 。首先 , 按历史上 已形成 的燃气类别分成三族 , 但每族 中燃气组分 的差别也很 大 , 燃具不进行调节 也不能适应 , 于是在每族 中又分成次一级 的类别 ,

如 第 二 族 中可分 为 两 个 类 别 欧洲 的 类是基于 类则 荷兰 的天然气 和沃泊数较低 的部 分天然气

要准则 燃气

的要求 。在 比较原供燃气 和替代 时 , 必须为用户保证提供一

个规定 的热量 人力 值 , 良好 的火焰稳定性 , 可

靠 的点火 和完全 的燃烧 。对燃烧器毋须再 做任 何 的 调节就应达到这些要求 。如能满足 , 则替代燃 气与

包 括 沃泊 指 数较 高 的部 分 天然 气 如英 国 的天 然 气 , 年欧洲又提 出了一个 类气

。 在每类燃气 中 , 所供燃气组分 的允许范 围决定

于燃 具 对 燃 气 质 量 变 化 的容 忍 度 。国际 燃 气 联 盟

原供燃气 “ 可以互换 ” “

” 。

根据互换性 的定义 , 要 明确 的共 同基础是

曾建议对

类和

类天然气 的参照气或基准

、

城市燃气

份

气

和调节气或核定气

定义所规定 沃泊指数就增大 , 而一次空气引人量 不变 大气式燃烧器的 自动调节性能所决定 , 完

全燃烧所需的空气量增大了 , 因而一次空气系数下 降 , 在火焰的扩散区需要进人更多的空气才能完成 燃烧过程 , 由于火焰的拉长 , 更多的冲击和接触冷 态的加热表面 , 抑制了伸展的火焰 , 导致 了更多 的产生 。 实验工作表 明

,沃泊指数与

的定义为 它代表的是这类天然气组分的平 均值 , 燃具的设计人员在优化性能时常用此值 。 在

英 国 , 当一 个 新 的燃 具 申请 英 国标 准 化 机 构

一简称 批准时 , 应 对典型的样品进行试验 , 目的是校核设计的新燃具

,

在实践中能否得到安全和满意的结果 。 参照气或调 节气用来评估燃具的一般性能 。 在英国标准化机构

生成

,

量有直接的关系 , 沃泊指数增加

何

批准试验气时 发证试验 , 燃具对所供燃气组分

变化的允许值是已经确定了的 。 至于试验中欧洲标 准对界限气 而 的选择通常是为了保护特 饰 嗯

, 所以通常选

, 的生成量会增加 倍 。如果沃泊指数减小 过大 , 首先就减少 了燃具 的热 负荷 , 进 一 步 的减

小 , 又会 引发火焰 的稳定 问题 。 工业上讨论互换性时 , 一般对设备能力 的影 响

殊类型燃具的工作失灵

择单项性能 的最恶劣条件

或

, 也即

常按原值的士

, 大于土

来考虑 , 但在燃气工业 中则常取土

是不能采用 的 , 两者之 间的状况必

极端危险界限

标准 中定义的燃气特性极端变化值 面 。 , 这与置换气为 独立燃气 的互换性要求完全不 同 , 充其量是反映燃

具在可调情况下对适应极端恶劣条件的一种能力 。 值得注意 的是 为

北海天然气 的沃泊数 为

须通过实验和调查数据确定

。 例如美 国 、俄罗斯

, 对加热设

等 国均规定沃泊数 的变化值应小于土

备而言 , 热负荷值长期相差太大 , 用户不会满意 ,

除非更换设备 已不属于互换性 的范畴 。这也是

历史上长期以来 以沃泊数或其衍生式作为单一指数 判定互换性 的原 因 。直 到 当今 , 仍 有持这 一 观点

标准 中以甲烷 干 作

, 而纯 甲烷在饱

类天然气 的参 照气 基准气 。英 国鉴于早期 砰 , 且 因在

的 , 如 德 国 的索 姆 一 尔 燃 气 公 司 法 鲁

卜

和水蒸 汽状态下 真 沃泊数 为

实验室操作 中用的均是湿式气表 , 因此 “ ”甲烷 湿 被英 国采用为参照

气 , 其他试验气也应用 “ ” 湿 状

态 , 以此表示与

预测方法

一简称 法, , 特别适用于德国在 当今使用 的高隋性天然气 中补充供应高热值天然气

的‘ 清况 , 。

的区别 。

其他指数 主要介绍达顿 图解法 如上所述 , 涉及不同互换性方法 的其他参数很 多 。笔者在 《 城市燃气 》

曾介绍过美 国的 顿 图解法

沃泊指数

, 华 白数

、

和

期上

沃泊指数是预测 中的主要参数 , 不论何种互换 性方法均认定它为主要指数 。近 种互换性方法 韦弗火焰速 的差别主要反映在第二个参数上 , 如

公告法 , 韦弗法 和法 国 。这种方 法 和美 国的方

标准中

德尔布法的计算示例和算表 。这里再介绍英 国的达

度指数 、 燃烧势

、当量燃气组分 、 火焰 内锥

法均有现成的计算机软件可用 。 从这一方法中还可

看 出可互换 范 围与作 为燃具试 验 的

错误理解 。

高度特性指数或临界边界速度梯度等 。

沃泊指数 常称为热负荷指数 不仅反映热负 荷 热人力 的特性 , 也是表达燃烧特性的一种好

方法 。例如 如果城市配气系统原来使用 的调节气 或核定气是一种高 甲烷含量的天然气 , 在使用 中多

年来 的燃烧情况令人十分满意 , 燃具 的火焰状况 良 好 , 的生成量极低 , 但后来 的置换气是在这种 燃气 中添加 了乙烷和丙烷 的高热值天然气 , 在燃具

所用界限气概念之间的差异 , 以澄清在我 国的一些 英 国对第一族燃气互换性的预测 图由吉尔伯特 和普里格 即 作为代表 , 〕 。 最初 , 也

采用它对第二族燃气互换性 的预测 。图中的坐标用 沃泊指数和韦弗火焰速度常数表示 。英 国的评论指

出川 这一预测 图在应用 于天然气 时有 明显 的限制 ,

的进 口压力不变和不作任何调节 的情况下 互换性

因为燃烧 速度 主要 受含

量 的影 响 , 而 天然气 中

网上投稿

城市燃气

汉

又通常不含

韦弗火焰速度 常数对燃气组分 的

燃气相等 。

变化 十分敏感 , 但对 甲烷 、乙烷 和丙烷 又 十分类

似 , 以此用 于天然气 , 实 际上 又可能 回到根据 沃 泊指数变化进行预测的趋势 , 因而提 出了一种根据

应用当量燃气这一概念 , 被评估的燃气 置换 气 在三维图上可用一个点来表示 。三维图的坐标 为沃泊数与当量丙烷值和氮 公和沃泊数与

含量 的关 系 。由实验得 到 的燃具性能和组分关

燃气 组分进 行 预测 的方法 达顿 图 。研 究认 为

燃烧 的完全性 和析 结 碳之间有复杂的函数关

系 , 不仅决定于燃具的设计 , 也与火焰速度常数和 沃泊指数 以外的常数有关 , 仅用上述两个常数表示

的图表在预测 中常出现不满意 的情况 。要解决这一

系的数据可在图上表明 即图中表明

了界限气的位 置 。天然气 中一般不含

消 , 三维 图也就成 了图

, 所以

坐标可以取

所示 的二维 图 。图中所示

的可接受互换范围 , 即在此范围内的置换气适用于 配气使用 。 这一 以燃气组分为基础的系统可 以准确的预测 任何以烃为基本含量的燃气特性 。 也可用来确定采 用一定 的处理方法后 , 可使置换气能适 于配气使

用。

难点 , 必须研究涉及到大量燃具受燃气组分变化所 引起的火焰现象究竟有多大的范围 。以燃气组分为 基础 的预测 系统 由英 国华 特 生屋研 究 站 做 了一系列的测定工作 。 任何一种实 际的燃气可看作 由 种组分 甲 烷、 其他烃类 、 氢和惰性气体的构成 。其他烃类可 用当量丙烷和甲烷表示 , 它的每个分子与所代表的

特别应注意的是 , 图中所示数据均为湿态 , 如

给定的原始资料为干燃气 , 则应先换算后再进行预 测计算 见示例

燃气具有相同的理想体积

原子数 , 例如

二

和平均碳

预测计算示例

体积 壮 体积 为 了对 和管道天然气 的互换性进行预测 计算 , 应先对两种天然气 的组分做一些分析 。

我国天然气 的质最标准

体积 户 碳原子数

沮 一

体积 碳原子数 详见表 。

砰 ,

一 一

我 国天然气 的 国家标准 正在修 订 中

, 在天然气的技术指标 中 , 对天然气按

高热值 分 成 两类

表 烃的当 系数

一类 为

, 二类 为

,。 均无上限规定 。 从 中国石油 年一 年被抽检 的

当 量

尹。

个天 个

气

甲烷 乙烷

体

玩

玩

然气样 品的高热值 分布看 ,

个样 品中只有

样品的高热值小于

, 是标准征求意见稿编

制说 明 。从输气 总量来看 , 高热值低 于

拿大等 国的要求相仿 。

砰

丙烷 尹 。 丁烷 担 ,。

戊烷 尹。

的天然气所 占的 比例更低 。这一指标与俄罗斯 、加

一

问题在 于各 国所采用 的状态标 准不 同 。我 国与 俄 罗斯相 同 , 采用 ℃, 下 的干 气 为

已烷 尹 丙烯 几

一

标准

科

规定为

℃,

烯

一

干 也有按 。 , ℃ 的 , 如欧洲 的 。 欧洲 国 比利 时 、丹麦 、法 国 、德 国 、意 大利 、 荷 兰 、西 班 牙 、英 国

的 当量 值 表 同 。我 国

中 , 各 国采 用 的标 准 也 不

惰性 气体包括

和

, 可用

个 气 田可 供 天 然 气 的 组 分 按 巧 ℃ ,

示 , 其值等于惰性气体与原始燃气 即调节气或核 定气 所有非惰性成分混合后 , 其沃泊数应与原始

干 的标准可得 的数据如表 。

,

城市燃气 印

表

我国

个天然气气田供气组分

℃,

干

出口国的典型组分 非合同值 见表 。

表 的典型组分数据 ℃ 千

来源 根据 按 ℃,

即液化天然气进 口商国际集团 伽 甘 干 算出结果

。

以” 资料 ,

计算示例

换气 。如用上述两

种燃气 以不 同的比例混合后 的混 合气作为置换气 , 其计算方法是相同的 。

在上述表 和表 中 , 选择澳大利亚 和我国塔里木管道气作为互换性预测计算的基础 。

计 算 原则 是 以塔 里木 天然气 作 为调 节 气 或 核定气

,以澳大利亚

互换性的预测方法 , 采用 目前广为各 国所 接受 的达顿 图 , 即当量组 成 系统

法 和美 国的 号公 告及 韦弗 法 。美 国的方

作为替代气或置

网上投稿 八 刀

城市燃气

洲

法虽可 回溯到上世纪

年代末 , 但在上世纪

年

沃泊指数 为

时 , 也未证 明其状 态 , 计 算 ℃

, , 沃泊指数

代 , 得到燃气研究院财政支持的工作人员又做 了许

工作必须把状态先确定后才能进行 。按计算

多研究工作 包括基础理论和实践研究 ,

年

时 为

的高热值 干 为

,

月 发表的研究结果 ,使 美国的研究人员强烈的感 到 , 上述方法仍然是美 国对互换性预测的最有效工 具和方法 。结论是 在韦弗指数的计算 中 , 如应用 更准确 的火焰速度值可以同样得到相类似的互换性

预 测 结 果 , 因 而 文 献 中至 今 仍 认 为 是 美 国最 新

℃时

的高热值

干

为

,按

一

, , 沃泊指数为

,。现假设 甲

烷 湿 中含水 ℃,

为

, 则纯 甲烷含量为

标准计算 二

则甲烷 湿 的热值 ,, 相对密度为

一

一

的方法 。

其 中水 蒸 气 的相 对 密 度 为

, 得 甲烷 湿 的沃泊指数为 可

文献也指示 ,上述两种方法虽然计算较复 杂 , 混合配 比计算时可能感到乏味和易于出错 , 但 已有计算机软件可以利用 。 ’ 达顿图解法 达顿 图 中采用 了欧洲标 准

中基 准气 与

二 , 近于上述北海天然气和纯 甲烷在饱 接 和水蒸气状态下 的沃泊数值 , 与表 和表 中所采

界限气 的概念和定义 , 界限气是指规定指标 的极端 危险值 ,不能表明互换的范围 ,但在图上可看 出两者 之间的关系 ,其 区别是英 国采用 的是湿气 。文献指 出

,湿气 中水蒸气 的含量一般约为

用的状态相同 通过计算可知 , 相当于干气中水蒸

气的含量为

留 勺 。两种天然气含水蒸气

。结果列于

后其组分 、热值 、密度和沃泊数也发生变化 。 同时也可算 出新组分 的当量值

一

, 但

未指 明状态标准 。而从前述英 国北海天然气 的沃泊

表

计算过程从略 。

指数为

耐 , 纯 甲烷在饱 和水蒸气状态下 的

表 计算结果

组 体 分 积

执 塔里木天然气 气 澳大利亚

注 因两种燃气均仅含

塔里木气 的当量

, 无其他惰性气体 , 因此

, 因此

高值 热

担 切 。 凡

相 对

密度 度

庆 指 仁砂扩 镇 敬 妇班

犷耐

‘

八

担

山 钾

的当量值 即表 中的

即

含量 。

挤

,因此

澳大利亚 研

的当量

二

二

即

。

当量的计算过程从

略

根 据达顿 图 图

可知

塔气

在

的上 限为

湿 的互换范 围内 , 而澳气 有不完 全燃烧 和结碳 。

▲ 在互换 范 围外 ,

回火 指数 声

,澳 大利 舌

,

天俪 丁 、

号公告法和韦弗法

已知塔里木气 为调节气或核定气

不 回火

为替代气或置换气 。 按干气组分将各参数 的 计算结果汇总在表 中 。 号公告法计算结果

黄 指 , 辱鬓 焰 数 八 肚 生。

韦弗法 的计算结果

隋黄 产 焰 生

比较 上述互换性 预测 的结果后 , 不难根据独立

脱 指 厄下五 万 火 数 鲁卫肚子 各 又

、”一。 ’ 一

‘脱 不火

使用燃气作为置换气 的要求做 出互换性 的判定 。

城市燃气

, 极危坚 端 咤卫

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,湿

乡履 险宿

仁 靶 粼 书 如 阶 昌 日

‘ 』 ,

共

湿

一 一

图

二维互换 性 图

表

计算结果的汇总值 计算过程从略

脱火 极限

气

。 气

每

气

一 空 数 次 气系

的空气需要量

燃 热 烧

黄 极限 焰

・ 万霉了二 丁 侧和 甲

否二

高 值 热

二

长 二

游离 原子数 数 火焰速度

几 二

氢 碳比 氧含量

正

一次空气需要量

厂

个燃气分子

护 汗

。 气

厂

庐

。

表

韦弗法的计算结果

项目

计算公式 式

判据 据

说明 明

空需量数 气要指

冬 。二 逗

户

不合 适

黄指 焰数

回指 火 数

几 完 燃 指 不 全 烧 数

热 负荷指数 数

, ,・ 一 ‘ ‘ ‘ 导 二・

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,

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一

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二

二 二 二于乒 ,

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。

脱指 火数

, 昌弓 贵 二 二 , ・ 瓮 ,爵 ,・ ・

夕

无火 脱

网上投稿

城市燃气

工业用户的问题

如上所述 , 所有关于互换性的研究至今都是针

速 , 遇到的问题也 日益增多 , 互换性问题仅是其 中

之一 。 从气田井 口到终端用户灶具表面的燃烧器是 一条燃气链 , 它由各个环节所组成 , 各个环节中存 在的问题也不同 , 常产生从各 自的观点来处理问题 的方法 , 需要从体制改革着手进行协调统一 , 其

中 , 终端用户的质量要求应是首位的 。近年来 , 国

对民用和商业用户的本生式燃烧器而言 , 不涉及其

他方法 , 其原 因是这类燃烧器量大而广 , 安全问题 突出 , 要一个个 的进行分散调节几乎是不可能的 。 工厂中燃气的互换性完全是另一类问题 。 随着天

际上不同国家间产生的争议也源于协调不足 , 各种 经验教训值得吸取 。

然气供气规模的扩大 , 以天然气为燃料的各类发动 机也渐多 , 许多新的互换问题不断出现 , 国际上的

研究成果也 日新月异 。

我国对燃气互换性问题的研究非常不足 , 由于体制的原因 , 实验室研究基本上没有开展 , 对

国外

的研究成果也消化吸收不够 , 研究力量不足 ,

许多民用燃具都是统一的

,

使用置换气后 , 火焰 的长度会有一些变化 , 火焰的

温度也不 同 。但对工业燃具而言 , 火焰 的长度是十

空 白很多 , 并经常产生误导 , 对此必须有充分 的认

识。

分重要的标准 。例如在医用安瓶的生产运行和印刷 品干燥 的应用 中 , 替代燃气的火焰特性就十分重 大

我国的燃气事业与发达国家相比 , 差距甚 习惯于粗放管理 , 对复杂的问题常希望简单化

要 。同样 , 在大气控制的炉窑中 , 置换燃气的空气

需要量和相对密度是十分重要的标准 。在燃气公司 的管理范 围内 , 这类工业只 占少数 , 且多数不采用

的处理 , 因此安全问题突出 , 事故屡见不鲜 , 值得

反思 。

本生火焰的燃烧方法 , 而是机械鼓风或其他的方法

较多 , 常用量身定做的方法解决 。 历史上对工业用户的燃气置换一般经历 个阶

段

’ 关于燃气互换性的研究 , 国外已有近百年 的历史 , 开展研究工作的仅少数发达国家 。研究 中

大量 的历史试验资料我们并不掌握 , 且至今仍在不 断的发展 中 。例如 , 受管 网压降的影响 , 又有 “ 压 降指数 ” 一 的提 出 , 。 因而

至今 尚没有 十分完善 的方法 。 学习国外 的研究成果 ,

由燃气公 司负责处理解决 。以美 国为例 , 早期 的燃气公 司要化大量 的工作和时间来帮助和培 训用户 , 怎样去完成 和克服存在的互换问题 。根据 现有的成熟技能 , 设计一个简单 的控制系统 , 在燃 气组分变化后对燃烧器进行调节 , 使火焰的特性或 火焰的温度保持为等值也并不困难 。

不能离开一个 国家的实际情况 , 了解其历史原 因后 才能获得 比较可靠和全面的认识 , 只有通过 自己的 实践 , 才能分辨出各种方法的差别 。

参考文献

“

由于工业燃具制造厂和工程技术人员的水 平不断提高 , 使用置换燃气后产生的问题开始转向

由燃具制造部 门来负责处理和解决 。

户”

》

《

对各种类型发动机所用的气体燃料 , 如处 理敲缸等问题 , 则需另设专题研究解决 , 从气质变

化和设备 的适应能力两方面人手 。至于作为原料用

的非燃烧型工业 , 涉及到生产工艺 的变化 , 更需统 一规划才能解决 。城市 的配气部 门一方 已无能为 力 , 互换性 的问题 已成为另类研究课题 。

叩

’

,

一

,

脚

, 《

》

叮

,

《

一

》

,

一

出

几点认识

本世纪 以来 , 我 国城市天然气利用发展迅

一

,

《

》

罗

网上投稿

城市燃气

份

已

论液化天然气与管道天然气的互换性

中国市政工程华北设计研 究院 李献嘉

问题 的提出

进人本世纪以来 , 世界液化天然气

是 购进 的

日

下

上发表 , 值得我们关注 。内容如

进 口终端和液化厂进行质量调节的

的

分析 。

在

进 口量迅 速增加 , 我 国也 在 发展 中 。主要 的 问题

是否与接收市场对燃气质量 的要

热值的规定 。

杂质含量的规定 。 分析和计量方法 。

求相一致 。许多发达 国家 , 接 收市场 的燃气质量 常决定于已有配气 网络对燃气质量 的规定 。例如 ,

亚洲市场 中的 日本 , 法律规定 , 对进 口的 需

的滚动问题

燃具的测试 。

。

用液化石 油气

再增热 , 因此 , 要 求进 口

对燃气轮机性能的影响 。 当前 , 各国都有 自己的规定 , 当

成为全球 的贸易商 品

比的全 部

的热值较高 。美 国和英国对热值的要求较低 , 必须与原供天然气的质量相匹配 。欧洲大陆的国家

多 , 各国情况不一 , 燃气热值 的变化范围较大 , 希

望市场有更 大 的灵活性 。

发展并

欲

时 , 许多老章程就可能不再适用 。例如 , 从 阿布扎 的计划委员会

运 输 船来 看 , 如终 端 是 日本 , 则 其

国际燃气联盟

脚 了进 口

从 年起就开始看到 与 原 用 天 然 气 之 间 的互 换 问题 。在

届世界燃气大会

液化 厂 的设 计 就应 满 足 日本 规定 的要求 , 当 今 , 这些油轮 中有些 已转 向美 国的东海岸 , 于是就

年荷兰阿姆斯特丹 召开 的

产生热值 高 的

富含丙一 丁烷 能否适用 于美

上就组织 了多篇论文和报告 , 引起 了各 国极大的关

注 。欧洲 国家和美 国从 不 同角度 反 映 了大量 问题 , 再 次引起对燃气质量 和互换性 问题 以及其他新 出现 问题 的重 视 。为 此 , 年一 年的 的计 划 委 员 会 决定在

国市场要求 的问题 。实 际上 , 每 一个 国家所制定 的

规定 , 均决定 于这一个 国家 天然气 的供应 历 史 。一般来说 , 如天然气工业始于管道气供应 , 则

常 用 的热 值 较 低 的天然气 来 自 可 参 照 纯 甲烷 的热 值 , 如 最 初 运输 油 轮 , 则 质量 规 定 中将 采

年 内 , 继 续 对此 问题 进 行研 年 月在 阿根廷

究 , 并由

召开 的

公 司 的马 丁 ・ 斯 登 约

届 世界燃 气 大会 上提 出报告 。报 告 的 内

用 较 高 的热 值 。当前 质 量 标 准 的 制 定 有 两 个 出 发

先生负责这项工作 , 并将 于

点 , 一是消除越境跨 国供气时的贸易障碍 , 而另一

个 是 出于 减 少 影 响 用 户 进 行 质 量 调 节 的成 本 。此 外 , 由于燃气 在工业应用上 的发展 , 跨 国的输气管

容提纲 已于

年

月

《国 际 燃 气 》

城市燃气

洲

道 已不仅为 了加热或发 电 ,

也常用于化学工业 , 这

热值一般较低 , 而

热值较 高 , 两者 通 常相 差

些终端用户对燃气组分的要求十分敏感 , 已不限于 其密度和热值 。对广大的民用燃具而言 , 协调跨国 越境供气规定的企图 , 在世界上其复杂性莫过于欧

洲地 区 。因为欧盟各成员 国有不 同的能源供应历

左右 , 有时达到

’

勺以上 ” 而作 。

为统一的城市天然气管 网 , 所供应 的用户是多种多

样的 , 情况复杂 。 现有对天然气组分 、 热值要求不 太严格的锅炉等工业用户 , 也有对组分 、 热值相当 敏感的一些特殊用户 , 比如电视机显象管及玻璃薄 壳管加工企业 , 其对温度控制精度要求很高 , 希望 燃气组分和热值相对平稳 。 此外 , 还有众多的拥有

史 , 对燃气热值要求的范围也完全不同 。总部设在 巴黎的欧洲燃气交易合理化协会 一 愿 的公共 商 务 准则

而 从 盯 一 一简 称 年起 , 一直致力于建立一个 自 叮

各种不同品牌燃气用具的居民用户 、 天然气汽车用

户、 燃气轮机用户等 。 尽管各类用户对天然气气质

稳定性的要求有所不同 , 但却都有着一个共 同的需 求 — 希望进人管网的各类天然气热值相同 、 燃烧

特性相符 。

一简称 , 宗 旨是通过发展和推广燃气 质量公共商务准则来创立一个有效 的欧洲燃气市

场 , 从 而简化 风 险投资人之 间的商业过程 。无例 外 , 英 国也被咨询要考虑遵循这一边界范围 , 但认 为这是一个具有极大挑战性的要求 , 因为现在所用 的工业和民用燃具会降低有效性 , 只要在运行 中超

过原来所规定 的范 围 , 甚至会产生危险的特性 。 川

如果组分 、 热值差异较大的天然气 同时进入一

个管 网 , 将有可能出现如下 问题

由于居 民用户选用 的燃具类别相 同 , 从 而 导致管网内不 同方位用户的燃具实际热负荷不 同

实 际上 , 英 国已在 积极 的从 事燃具 的测试计 划 , 已区分 出现有规定范围可 以放宽的程度 , 或者 尚需等待 , 直到全部 的股份进行重组或者至少修正

后再来讨论 。同时也指 出 , 在欧洲 , 欧盟委员会是

因管网各气源间的 “ 分界面 ” 处于动态变 化之中 , 导致部分用户 两种气源交汇点 使用 的

气源种类会反复变化

依靠欧洲燃气工业技术协会

沮

用户 同网同价 , 但 消费者实际使用 的天然 气热值不一定相同 , 导致结算不公平 , 损害部分消

费者利益

。山 叮 一简称 来实现燃具 的测试工作 的 在美 国 , 则是依靠燃具 制造厂协会 和各州的法规实体 即 。 叮 ’

,

’ 部分对燃气组分 、 热值要求严格 的特殊用 户 , 使用热值变化的气源会影响产品质量 。

本文试 图根据国际的经验和实践 , 以及计算实 例 , 研讨和处理

上述问题的方法和途径 。

面

来 完成 这项工作 的川。 不能 由一个 贸 决 易方说 了就算 。国际上 的经验值得 注意并 引人深

省 。我国天然气标准 修订版征求意见稿 的编制

说明也引用 了 一 的气质要求 表 。上述 的核心问题都与燃气的互换性有关 。

从上世纪末到本世纪初 , 我 国燃气工业 的发展

燃气互换性与运行 中燃具 的适应性

上述问题的产生与处理方法 , 离不开一个 国家 的天然气气源构成和对燃具 的要求规定 。到 目前为

出现 了历史上从未有过的大好形势 , 在陕气进京 、 西气东输 和

益增 多 。在

止 , 只有先行一步发达国家结合本国情况的研究成

果 , 世界上没有一个统一 的规定 和处理方法 。这是

进 口工程 的带动下 , 其下游部分

和管道 天然气 的关 系方 面 , 广州

月 , 中国城 市燃气 协会在深圳 举行

的城市供气也得到 了迅速 的发展 , 遇到的问题也 日 就存在许多典型 的问题 。

年

国际标准化组织

至今没有燃气质量标准 的

原 因 。我 国的天然气发展较 晚 , 与发 达 国家相 比 , 差 了半个多世纪 。在 国外进行研究和交流时 , 我 国 尚处 于无知状态 , 加上上世 纪 年代 后 的一段 时

了首届 中国城市燃气论坛 , 在资料汇编 中 , 广州市

期 的历史原 因 , 又缺乏获得 国际科技信息 的渠道 , 等到几十年后遇到这类问题时 , 无法从历史 的全过

程角度来研究和处理各种 问题 , 容易产生盲 目性 和

燃气公司罗东晓总工在一篇题为 “ 多气源供应同一

管 网的热值平衡技术 ” 一文 中 , 提 出 “…… 管输气

网上投 稿

、、 , ,

田

城市燃气

份

失误 。

语标准 、 质量规定 、 测试方法 、 分析和试验实行标 准化 。 该组织 已注意到 可能会受到未来关于燃气 互换性方面的影响 , 因此 , 其 目标之一应包括关系 到与燃具性能有关 的燃气质量 问题 。从美 国来看 ,

关于燃气互换性 的研究 , 从美 国标准局 年对美 国民用燃具的燃烧情况进行调研开始 , 至今 已将近一个世纪 。 研究所涉及的范围是与燃气工业 的发展演变相一致的 始于人工气 , 逐步发展到天

在美国标准化研究院

的赞助下 , 已成立了

然气和 廿 。

年 , 美 国燃气协会 简称

年 的关 于互 换性 的研 究计

个 以上 的不 同混合

开始 了一个 为期

划 , 称之谓 《 混合燃气的研究 》 曾经做了大约 ,

个独立 的试验 , 审查 了

一个技术顾 问团 习 一简称 参加这一工作 。 目前为止 , 尚未能看到 但到 这一委员会的明显工作成果 笔者揣测 , 也许涉及

的方方面面情况较为复杂 。

燃气 。 调研会

年在美国联邦商业委员会的公用事业 而

,

与燃气互换性相对应的另一问题

是燃具 的适应 性问题 。 国都有 自己的燃具测试标准 , 与本国的 各 燃气特点和应用传统相匹配 , 至今 尚未能形成一个 可供遵循的国际标准 。

。

上公开发表 , 即 的 指数法 。 的来说 , 到 目前为止 , 各 国已有 的互换性方 总 法约有近 图解方法 个 , 可分成 种 种 种类别 , 即 多指数方法 钓 其他方法 单一指 种 数或热人力法

传统的燃气用具有很长的服务寿命 。以美国为

例

,对燃具 、热水器 、采暖用空气加热器和其他

种 。各种方法

类型的燃具也通常有

年 、巧 年 、

年或更长的

都在一定的历史阶段和范围内起到了作用 , 都是为

本 国的燃气服务的 重要 的试验资料 。 同的方法也在受到历史 的 不 检验 , 所谓大浪淘沙 , 有些 已很少应用 , 只保 留了 有些虽至今还在应用 , 但随着科 技 的进步 , 也不断对互换 的指标有新 的要求 如对 的排放要求 , 管 网的压降要求等 互换性涉 及 的燃气种类在 当今世界 的形势下也有许 多变化

使用寿命 。 燃具的长期服役寿命产生了若干关于燃

具的状况和条件 的变化

燃烧器 、 燃烧室 、 点火器 、 通风设施 、 排 烟设施和其他在设计 中由于技术的进步可能发生很

大变化 的项 目。

使用或使用 中的误操作 , 产生 了 自然条件 的巨大差异性 。

如各种生物质气的加人 , 因此 , 燃气互换性的研 究是与时俱进的 , 不能说那一种方法 已达到了完善

的程度 。 此外 , 国际上也极少能看到对 已有方法

年从 实 际应 用 的原则

一些制成件和设备模型可能与燃气组分的变化 不相匹配 , 这就需要进行鉴定 , 确定其操作过程 的

满意程度 , 确定修正或更换的范围 。

美 国多数燃气公 司所采用 的调节方法是根据 国

的评价 , 除非对本 国的方法进行改进或弥补其不足

之处 , 鉴 于这种情 况 ,

家燃气规范 即防火 规范

,用 软设 定 ,,

,

出发 , 有关互换性 的优秀作 品 由

,

公司

, 书名 为

”

出版 , 负 责部 门是美 国的燃 气研

即调节风 门进风量 的办法来实现 , 但 当燃气 的变化 已在 预期 之 中 , 则 相应 的改 变 调 节 程 序 就应 该 慎

重。

究院 四

一简称

《 已 有 互 换 性 预 测 方 法 的 样 本

》

总之 , 所有 的调节 因素都必须考 虑到可能发生 和 遇 到 的燃 气 组 分 变 化 的全 部 范 围 。一 个 与 发 证

简称 助 , , 开始涉及和 比较各 国的方法 。 年 , 国际标 准化组织 成立 了一个天然气技术委员会 及 “ ”, 包 括 个 国家 个代表 国 — 包括美 国和 个 观察员 国 , 成立 不久 , 就

进行过 次组织工作交流会 。工作范 围为 对天然气 和天然气 的置换燃气 , 从 生产 和供应 的各个方 面到所有可能跨 国的终端用

户所使用 的术

即燃具 使用 范 围的标 记 有关 的燃 气 标 准 可用来

预测不 同燃气 的特性 。美 国一 些 大 的配气公 司都有

燃气应用实验室和具备相关知识 的工作人员来评估

燃气组分变化所带来 的影 响 。 但 是 , 一个配气公 司在改 变喷嘴和调节 已有设 备风 门的能力是有 限 的 。在美 国 万 个用 户 有

万到

万个燃具

有 时 , 同一燃具还使用 不 同的

城市燃气

份

燃烧器 , 工作量十分巨大 , 因此 , 要求燃具的运行

标准有一定 的灵 活性 , 以适应外部条件变化 的要

一 范围 本标准规定 的试验气 、试验压力和燃具 类别对

应于所使用的一族 、二族和三族燃气 。它作为一个

求。

所谓燃具 的适应性 , 主要决定于一个 国家的燃

燃具规定标准的参照文件 , 服务于各成 员国涉及燃

具标准 , 与各 国实际的供气组分有关 , 在世界各国

无统一的标准 , 而且差别很大 。 美 国的燃 具 标 准 即 和 系列 , 年启用 , 该标准与加拿大 的标准一致 , 某些

具的法律 与 《 导则 》

之 内。

相接近 的范 围

试验气与试验压力不适于下列情况 额定热负荷大于 天然气 。

现场 制作 的燃具 。

的燃具 约相 当于

运行中的适应性试验

和试验气一 试验 一 一

一

也

等 ,〕 。 日本和其

包含在该标准中 。如人力的增加量 、 入力的降低量

他 国家也有 自己的标准 。 值得研究 的是欧洲 的燃具标准 , 它不仅成为欧 盟各 国讨论 的重点 , 其他各 国 , 包括美国在 内也倍

最终 的设计受到用 户影响的燃具 。

按高压制作的燃具 直接使用饱和蒸汽压 。 二 术语和定义

试验气 基准气

, 其正式文本

用 来检 验 燃 烧用 具 运 行 特 性 的气 用于在额定状态下运行 的燃具 , 且 代表 一种用来完成燃具设计 的 、燃

加关注 可参 阅笔者在 《 城市燃气 》 的一文 。 欧洲的燃气用具导则

体 。包括基准气 或参照气 和界限气 。

对应于所供 的额定压力 。 界 限气

于 年 月在官方杂志上发表 。 《 导 则》 的目的是作为帮助欧洲燃气用具市场统一的一

个规章条件 , 要求 年 以后 欧洲 的燃 具 均按

烧特性极端变化的气体

面

。

《 导则 》的要求生产 。根据欧洲各 国的实际情况 ,

随即发现 了许多问题 , 各成员 国和工业部门需要有 关燃气质量 的更为完善 的规定 。于是 了 年 出版 的第一个文本 。为 了符合 《 导则 》的要

试验压力 用来检验燃烧用具运行特性 的气 体压力 。包括额定压力和界 限压力 。 气体压力用毫 巴表 示

求 , 文本规定 了试验气和压力的定义 。 标准中将燃 气分为三族 , 其 中第二族为天然气 。

额定压 力 用 于在 额定状 态下运 行 的燃 具 , 且对应

于所供 的基准气 。

界 限压力 分最大压 力 和最小压 力 蠕 。

为了判定燃具在试验中是否符合 《 导则 》 的要

求 , 在试验 中需采用一种或多种类 型的试验燃气 ,

按相关 的试验标准 , 在不 同的压力下进行试验 , 合

代表燃具供气的极端变化条件 。

格后 , 根据所采用 的燃气系列和压力 , 在燃具上贴 上专用 的标记

燃具 上 使用 。

, 它表示这类燃气可以在相应 的

成对压力 由于原供燃气 在 同族或 同类燃气中其沃泊指数有很大的差别 , 则

结合两种特定 的配气压力进行测试

— 较高 的压力值相应于低 沃泊指数 的燃 气 。

标 准 的作 用 和意 义 是 十分 明

显 的 。我 国 《 城镇燃气分类 和基本特性 》 一 标准就参考 了这一标准对城镇燃气 进行 了分类 , 但又未说 明它是为燃具贴上专用标记

服务 的 , 且 我 国并未采用 欧洲 的 检测标准 。笔者手头有 作 为燃具 的 ’ 标准 的两个版本 ,

— 较低 的压力值相应于高沃泊指数的燃气 。 如果把上述说 明和我 国的标准 理 相 比可见其差别之大 。 标准 的适用范

围十分明确 , 是为欧洲的燃具 《 导则 》 服务的 包

括压力在 内的燃气分类适用 于燃具 检测 和贴标 签

一是 年 月 , 另一 是 年 月 的版 ,各 有 洋洋大观 的近 页 。 看其适用范 围和术语定 义 试

标准 中见不到燃烧势

互换性 界 限气 中的

值 的指标 , 也未提燃气 的

代表不完全燃烧 和析

部分

结 碳 , 并不包括黄焰 欧洲互换性方法 中均取不

网上投稿

城市燃气

汉

完全燃烧和结碳指标 , 黄焰指数则另行计算 , 两者

并没有混在一起 — 笔者按

关于界限气的定义

仅限于本生式燃烧器 大气式 , 其他类型 的燃 烧 器 , 如诱 导 式 或 机 力通 风 的动 力 燃 烧 器

, 预混

和我 国的上述标准相 比 , 更有天壤之别 。凡此种种

以及标准 中涉及的深层次问题均值得深人研究 , 在 此不再展开 。 诚然 , 如果能有一个类似于适用各国

系统式

一

和脉冲燃烧 系统

情况的 《 导则 》 标准 , 且能按 《 导则 》 的要求 , 每

一种燃具均按照试验气和试验压力等检测后再贴上 燃具的适用范围标签 , 也是可 以作为燃气互换的一 个依据 , 因此 , 各国对为燃具贴标签进行的燃具标

等不在内 。 热负荷值 人力 常用沃泊指数表示 , 因 此 , 替代气和原供气对燃具的供气压力相同 。 包括风门在内的燃烧器各个部分不能有任 何变动 。 ’ 原供气与替代气代表两个时间段 , 有先后 的关 系 , 是不可逆 的 。 燃烧特性的准则可以有不同的表达方式 。

为什么要做预测评估 在接受购进燃气的委托书之前 , 购气方必须确

准建设都十分重视 , 日 、 本 美国根据本国的

情况也

有相应的标准 。但是 , 范围的规定导致许可证发放

的议程 印

十分复杂 。 燃气研究院

的规定

的

。

研究认为 , 不想对这样多的质量范 围实行 的可能性

进行评论 , 可 自己参考和研究 要 回答

能否与管道 天然气互换 的问题 ,

认所供燃气是可以互换的 , 否则就要有补救处理的

必须分两个阶段进行工作 , 一是前期论证 , 即选择 较好 的互换性方法进行预测 , 先确定其能否互换 。 如结果不能互换 , 再进行第二阶段 的后期处理 , 如 采用何种处理方法等 , 并对工业用户等采取相应的

措施 。

方法和评价成本的增加值 。因此要有一个预测的方

法 , 预测这类燃气 的燃烧特性是否会影响或制约配

气的适用性

。当一种燃

气与原供燃气可 以互换且确实能满足法定的责任要 求 , 则 这 类 燃 气 可 以定 义 为 可 独 立 使 用 的燃 气

前期论证 — 互换性预测

虽然燃具的检测标准各 国难 以统一 , 但燃气互

换性 的定义是一致 的 , 各种方法之间的差异可在 同

一

。 这类燃气可直接向用户配气而

毋须再混合其他气体 , 且合同中有可保证供气年限 的要求 。一种燃气如必须混配其他燃气后才能符合 规定 , 则供气的安全性较小 。预测的 目的就是判定 替代气是否是一种可独立使用的燃气 , 其依据是所 提供 的燃气组分 。

燃具 的试验规定 前期论证 阶段还应考虑 到燃具在运行 中的适应

一个基础上进行 比较 。 英国在燃气互换性方面做过 多年的研究 , 也应用 了试验气的概念 , 从 中可以进

一步理解互换范围与试验气之间的差异 , 澄清许多 问题 。 标题为 《 当量燃气系统 , 互换性方法卷 》 的

英 国燃 气 公 司 文 件

, 经仔 细审 阅后 又重新 发展 , 可作研究 的参

性

一

。为 了给 燃 具 贴 上 一

标 要

识 , 确定燃具对燃气 的适 用范 围 , 产生 了必 须进行

考 〕 。

燃 气互换性 的导言 定义 适 于 向用 户配气使用 的燃气 , 必须满足一些重

运 行 的适 应 性 试 验

求 。首先 , 按历史上 已形成 的燃气类别分成三族 , 但每族 中燃气组分 的差别也很 大 , 燃具不进行调节 也不能适应 , 于是在每族 中又分成次一级 的类别 ,

如 第 二 族 中可分 为 两 个 类 别 欧洲 的 类是基于 类则 荷兰 的天然气 和沃泊数较低 的部 分天然气

要准则 燃气

的要求 。在 比较原供燃气 和替代 时 , 必须为用户保证提供一

个规定 的热量 人力 值 , 良好 的火焰稳定性 , 可

靠 的点火 和完全 的燃烧 。对燃烧器毋须再 做任 何 的 调节就应达到这些要求 。如能满足 , 则替代燃 气与

包 括 沃泊 指 数较 高 的部 分 天然 气 如英 国 的天 然 气 , 年欧洲又提 出了一个 类气

。 在每类燃气 中 , 所供燃气组分 的允许范 围决定

于燃 具 对 燃 气 质 量 变 化 的容 忍 度 。国际 燃 气 联 盟

原供燃气 “ 可以互换 ” “

” 。

根据互换性 的定义 , 要 明确 的共 同基础是

曾建议对

类和

类天然气 的参照气或基准

、

城市燃气

份

气

和调节气或核定气

定义所规定 沃泊指数就增大 , 而一次空气引人量 不变 大气式燃烧器的 自动调节性能所决定 , 完

全燃烧所需的空气量增大了 , 因而一次空气系数下 降 , 在火焰的扩散区需要进人更多的空气才能完成 燃烧过程 , 由于火焰的拉长 , 更多的冲击和接触冷 态的加热表面 , 抑制了伸展的火焰 , 导致 了更多 的产生 。 实验工作表 明

,沃泊指数与

的定义为 它代表的是这类天然气组分的平 均值 , 燃具的设计人员在优化性能时常用此值 。 在

英 国 , 当一 个 新 的燃 具 申请 英 国标 准 化 机 构

一简称 批准时 , 应 对典型的样品进行试验 , 目的是校核设计的新燃具

,

在实践中能否得到安全和满意的结果 。 参照气或调 节气用来评估燃具的一般性能 。 在英国标准化机构

生成

,

量有直接的关系 , 沃泊指数增加

何

批准试验气时 发证试验 , 燃具对所供燃气组分

变化的允许值是已经确定了的 。 至于试验中欧洲标 准对界限气 而 的选择通常是为了保护特 饰 嗯

, 所以通常选

, 的生成量会增加 倍 。如果沃泊指数减小 过大 , 首先就减少 了燃具 的热 负荷 , 进 一 步 的减

小 , 又会 引发火焰 的稳定 问题 。 工业上讨论互换性时 , 一般对设备能力 的影 响

殊类型燃具的工作失灵

择单项性能 的最恶劣条件

或

, 也即

常按原值的士

, 大于土

来考虑 , 但在燃气工业 中则常取土

是不能采用 的 , 两者之 间的状况必

极端危险界限

标准 中定义的燃气特性极端变化值 面 。 , 这与置换气为 独立燃气 的互换性要求完全不 同 , 充其量是反映燃

具在可调情况下对适应极端恶劣条件的一种能力 。 值得注意 的是 为

北海天然气 的沃泊数 为

须通过实验和调查数据确定

。 例如美 国 、俄罗斯

, 对加热设

等 国均规定沃泊数 的变化值应小于土

备而言 , 热负荷值长期相差太大 , 用户不会满意 ,

除非更换设备 已不属于互换性 的范畴 。这也是

历史上长期以来 以沃泊数或其衍生式作为单一指数 判定互换性 的原 因 。直 到 当今 , 仍 有持这 一 观点

标准 中以甲烷 干 作

, 而纯 甲烷在饱

类天然气 的参 照气 基准气 。英 国鉴于早期 砰 , 且 因在

的 , 如 德 国 的索 姆 一 尔 燃 气 公 司 法 鲁

卜

和水蒸 汽状态下 真 沃泊数 为

实验室操作 中用的均是湿式气表 , 因此 “ ”甲烷 湿 被英 国采用为参照

气 , 其他试验气也应用 “ ” 湿 状

态 , 以此表示与

预测方法

一简称 法, , 特别适用于德国在 当今使用 的高隋性天然气 中补充供应高热值天然气

的‘ 清况 , 。

的区别 。

其他指数 主要介绍达顿 图解法 如上所述 , 涉及不同互换性方法 的其他参数很 多 。笔者在 《 城市燃气 》

曾介绍过美 国的 顿 图解法

沃泊指数

, 华 白数

、

和

期上

沃泊指数是预测 中的主要参数 , 不论何种互换 性方法均认定它为主要指数 。近 种互换性方法 韦弗火焰速 的差别主要反映在第二个参数上 , 如

公告法 , 韦弗法 和法 国 。这种方 法 和美 国的方

标准中

德尔布法的计算示例和算表 。这里再介绍英 国的达

度指数 、 燃烧势

、当量燃气组分 、 火焰 内锥

法均有现成的计算机软件可用 。 从这一方法中还可

看 出可互换 范 围与作 为燃具试 验 的

错误理解 。

高度特性指数或临界边界速度梯度等 。

沃泊指数 常称为热负荷指数 不仅反映热负 荷 热人力 的特性 , 也是表达燃烧特性的一种好

方法 。例如 如果城市配气系统原来使用 的调节气 或核定气是一种高 甲烷含量的天然气 , 在使用 中多

年来 的燃烧情况令人十分满意 , 燃具 的火焰状况 良 好 , 的生成量极低 , 但后来 的置换气是在这种 燃气 中添加 了乙烷和丙烷 的高热值天然气 , 在燃具

所用界限气概念之间的差异 , 以澄清在我 国的一些 英 国对第一族燃气互换性的预测 图由吉尔伯特 和普里格 即 作为代表 , 〕 。 最初 , 也

采用它对第二族燃气互换性 的预测 。图中的坐标用 沃泊指数和韦弗火焰速度常数表示 。英 国的评论指

出川 这一预测 图在应用 于天然气 时有 明显 的限制 ,

的进 口压力不变和不作任何调节 的情况下 互换性

因为燃烧 速度 主要 受含

量 的影 响 , 而 天然气 中

网上投稿

城市燃气

汉

又通常不含

韦弗火焰速度 常数对燃气组分 的

燃气相等 。

变化 十分敏感 , 但对 甲烷 、乙烷 和丙烷 又 十分类

似 , 以此用 于天然气 , 实 际上 又可能 回到根据 沃 泊指数变化进行预测的趋势 , 因而提 出了一种根据

应用当量燃气这一概念 , 被评估的燃气 置换 气 在三维图上可用一个点来表示 。三维图的坐标 为沃泊数与当量丙烷值和氮 公和沃泊数与

含量 的关 系 。由实验得 到 的燃具性能和组分关

燃气 组分进 行 预测 的方法 达顿 图 。研 究认 为

燃烧 的完全性 和析 结 碳之间有复杂的函数关

系 , 不仅决定于燃具的设计 , 也与火焰速度常数和 沃泊指数 以外的常数有关 , 仅用上述两个常数表示

的图表在预测 中常出现不满意 的情况 。要解决这一

系的数据可在图上表明 即图中表明

了界限气的位 置 。天然气 中一般不含

消 , 三维 图也就成 了图

, 所以

坐标可以取

所示 的二维 图 。图中所示

的可接受互换范围 , 即在此范围内的置换气适用于 配气使用 。 这一 以燃气组分为基础的系统可 以准确的预测 任何以烃为基本含量的燃气特性 。 也可用来确定采 用一定 的处理方法后 , 可使置换气能适 于配气使

用。

难点 , 必须研究涉及到大量燃具受燃气组分变化所 引起的火焰现象究竟有多大的范围 。以燃气组分为 基础 的预测 系统 由英 国华 特 生屋研 究 站 做 了一系列的测定工作 。 任何一种实 际的燃气可看作 由 种组分 甲 烷、 其他烃类 、 氢和惰性气体的构成 。其他烃类可 用当量丙烷和甲烷表示 , 它的每个分子与所代表的

特别应注意的是 , 图中所示数据均为湿态 , 如

给定的原始资料为干燃气 , 则应先换算后再进行预 测计算 见示例

燃气具有相同的理想体积

原子数 , 例如

二

和平均碳

预测计算示例

体积 壮 体积 为 了对 和管道天然气 的互换性进行预测 计算 , 应先对两种天然气 的组分做一些分析 。

我国天然气 的质最标准

体积 户 碳原子数

沮 一

体积 碳原子数 详见表 。

砰 ,

一 一

我 国天然气 的 国家标准 正在修 订 中

, 在天然气的技术指标 中 , 对天然气按

高热值 分 成 两类

表 烃的当 系数

一类 为

, 二类 为

,。 均无上限规定 。 从 中国石油 年一 年被抽检 的

当 量

尹。

个天 个

气

甲烷 乙烷

体

玩

玩

然气样 品的高热值 分布看 ,

个样 品中只有

样品的高热值小于

, 是标准征求意见稿编

制说 明 。从输气 总量来看 , 高热值低 于

拿大等 国的要求相仿 。

砰

丙烷 尹 。 丁烷 担 ,。

戊烷 尹。

的天然气所 占的 比例更低 。这一指标与俄罗斯 、加

一

问题在 于各 国所采用 的状态标 准不 同 。我 国与 俄 罗斯相 同 , 采用 ℃, 下 的干 气 为

已烷 尹 丙烯 几

一

标准

科

规定为

℃,

烯

一

干 也有按 。 , ℃ 的 , 如欧洲 的 。 欧洲 国 比利 时 、丹麦 、法 国 、德 国 、意 大利 、 荷 兰 、西 班 牙 、英 国

的 当量 值 表 同 。我 国

中 , 各 国采 用 的标 准 也 不

惰性 气体包括

和

, 可用

个 气 田可 供 天 然 气 的 组 分 按 巧 ℃ ,

示 , 其值等于惰性气体与原始燃气 即调节气或核 定气 所有非惰性成分混合后 , 其沃泊数应与原始

干 的标准可得 的数据如表 。

,

城市燃气 印

表

我国

个天然气气田供气组分

℃,

干

出口国的典型组分 非合同值 见表 。

表 的典型组分数据 ℃ 千

来源 根据 按 ℃,

即液化天然气进 口商国际集团 伽 甘 干 算出结果

。

以” 资料 ,

计算示例

换气 。如用上述两

种燃气 以不 同的比例混合后 的混 合气作为置换气 , 其计算方法是相同的 。

在上述表 和表 中 , 选择澳大利亚 和我国塔里木管道气作为互换性预测计算的基础 。

计 算 原则 是 以塔 里木 天然气 作 为调 节 气 或 核定气

,以澳大利亚

互换性的预测方法 , 采用 目前广为各 国所 接受 的达顿 图 , 即当量组 成 系统

法 和美 国的 号公 告及 韦弗 法 。美 国的方

作为替代气或置

网上投稿 八 刀

城市燃气

洲

法虽可 回溯到上世纪

年代末 , 但在上世纪

年

沃泊指数 为

时 , 也未证 明其状 态 , 计 算 ℃

, , 沃泊指数

代 , 得到燃气研究院财政支持的工作人员又做 了许

工作必须把状态先确定后才能进行 。按计算

多研究工作 包括基础理论和实践研究 ,

年

时 为

的高热值 干 为

,

月 发表的研究结果 ,使 美国的研究人员强烈的感 到 , 上述方法仍然是美 国对互换性预测的最有效工 具和方法 。结论是 在韦弗指数的计算 中 , 如应用 更准确 的火焰速度值可以同样得到相类似的互换性

预 测 结 果 , 因 而 文 献 中至 今 仍 认 为 是 美 国最 新

℃时

的高热值

干

为

,按

一

, , 沃泊指数为

,。现假设 甲

烷 湿 中含水 ℃,

为

, 则纯 甲烷含量为

标准计算 二

则甲烷 湿 的热值 ,, 相对密度为

一

一

的方法 。

其 中水 蒸 气 的相 对 密 度 为

, 得 甲烷 湿 的沃泊指数为 可

文献也指示 ,上述两种方法虽然计算较复 杂 , 混合配 比计算时可能感到乏味和易于出错 , 但 已有计算机软件可以利用 。 ’ 达顿图解法 达顿 图 中采用 了欧洲标 准

中基 准气 与

二 , 近于上述北海天然气和纯 甲烷在饱 接 和水蒸气状态下 的沃泊数值 , 与表 和表 中所采

界限气 的概念和定义 , 界限气是指规定指标 的极端 危险值 ,不能表明互换的范围 ,但在图上可看 出两者 之间的关系 ,其 区别是英 国采用 的是湿气 。文献指 出

,湿气 中水蒸气 的含量一般约为

用的状态相同 通过计算可知 , 相当于干气中水蒸

气的含量为

留 勺 。两种天然气含水蒸气

。结果列于

后其组分 、热值 、密度和沃泊数也发生变化 。 同时也可算 出新组分 的当量值

一

, 但

未指 明状态标准 。而从前述英 国北海天然气 的沃泊

表

计算过程从略 。

指数为

耐 , 纯 甲烷在饱 和水蒸气状态下 的

表 计算结果

组 体 分 积

执 塔里木天然气 气 澳大利亚

注 因两种燃气均仅含

塔里木气 的当量

, 无其他惰性气体 , 因此

, 因此

高值 热

担 切 。 凡

相 对

密度 度

庆 指 仁砂扩 镇 敬 妇班

犷耐

‘

八

担

山 钾

的当量值 即表 中的

即

含量 。

挤

,因此

澳大利亚 研

的当量

二

二

即

。

当量的计算过程从

略

根 据达顿 图 图

可知

塔气

在

的上 限为

湿 的互换范 围内 , 而澳气 有不完 全燃烧 和结碳 。

▲ 在互换 范 围外 ,

回火 指数 声

,澳 大利 舌

,

天俪 丁 、

号公告法和韦弗法

已知塔里木气 为调节气或核定气

不 回火

为替代气或置换气 。 按干气组分将各参数 的 计算结果汇总在表 中 。 号公告法计算结果

黄 指 , 辱鬓 焰 数 八 肚 生。

韦弗法 的计算结果

隋黄 产 焰 生

比较 上述互换性 预测 的结果后 , 不难根据独立

脱 指 厄下五 万 火 数 鲁卫肚子 各 又

、”一。 ’ 一

‘脱 不火

使用燃气作为置换气 的要求做 出互换性 的判定 。

城市燃气

, 极危坚 端 咤卫

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‘ 』 ,

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湿

一 一

图

二维互换 性 图

表

计算结果的汇总值 计算过程从略

脱火 极限

气

。 气

每

气

一 空 数 次 气系

的空气需要量

燃 热 烧

黄 极限 焰

・ 万霉了二 丁 侧和 甲

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高 值 热

二

长 二

游离 原子数 数 火焰速度

几 二

氢 碳比 氧含量

正

一次空气需要量

厂

个燃气分子

护 汗

。 气

厂

庐

。

表

韦弗法的计算结果

项目

计算公式 式

判据 据

说明 明

空需量数 气要指

冬 。二 逗

户

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黄指 焰数

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几 完 燃 指 不 全 烧 数

热 负荷指数 数

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城市燃气

工业用户的问题

如上所述 , 所有关于互换性的研究至今都是针

速 , 遇到的问题也 日益增多 , 互换性问题仅是其 中

之一 。 从气田井 口到终端用户灶具表面的燃烧器是 一条燃气链 , 它由各个环节所组成 , 各个环节中存 在的问题也不同 , 常产生从各 自的观点来处理问题 的方法 , 需要从体制改革着手进行协调统一 , 其

中 , 终端用户的质量要求应是首位的 。近年来 , 国

对民用和商业用户的本生式燃烧器而言 , 不涉及其

他方法 , 其原 因是这类燃烧器量大而广 , 安全问题 突出 , 要一个个 的进行分散调节几乎是不可能的 。 工厂中燃气的互换性完全是另一类问题 。 随着天

际上不同国家间产生的争议也源于协调不足 , 各种 经验教训值得吸取 。

然气供气规模的扩大 , 以天然气为燃料的各类发动 机也渐多 , 许多新的互换问题不断出现 , 国际上的

研究成果也 日新月异 。

我国对燃气互换性问题的研究非常不足 , 由于体制的原因 , 实验室研究基本上没有开展 , 对

国外

的研究成果也消化吸收不够 , 研究力量不足 ,

许多民用燃具都是统一的

,

使用置换气后 , 火焰 的长度会有一些变化 , 火焰的

温度也不 同 。但对工业燃具而言 , 火焰 的长度是十

空 白很多 , 并经常产生误导 , 对此必须有充分 的认

识。

分重要的标准 。例如在医用安瓶的生产运行和印刷 品干燥 的应用 中 , 替代燃气的火焰特性就十分重 大

我国的燃气事业与发达国家相比 , 差距甚 习惯于粗放管理 , 对复杂的问题常希望简单化

要 。同样 , 在大气控制的炉窑中 , 置换燃气的空气

需要量和相对密度是十分重要的标准 。在燃气公司 的管理范 围内 , 这类工业只 占少数 , 且多数不采用

的处理 , 因此安全问题突出 , 事故屡见不鲜 , 值得

反思 。

本生火焰的燃烧方法 , 而是机械鼓风或其他的方法

较多 , 常用量身定做的方法解决 。 历史上对工业用户的燃气置换一般经历 个阶

段

’ 关于燃气互换性的研究 , 国外已有近百年 的历史 , 开展研究工作的仅少数发达国家 。研究 中

大量 的历史试验资料我们并不掌握 , 且至今仍在不 断的发展 中 。例如 , 受管 网压降的影响 , 又有 “ 压 降指数 ” 一 的提 出 , 。 因而

至今 尚没有 十分完善 的方法 。 学习国外 的研究成果 ,

由燃气公 司负责处理解决 。以美 国为例 , 早期 的燃气公 司要化大量 的工作和时间来帮助和培 训用户 , 怎样去完成 和克服存在的互换问题 。根据 现有的成熟技能 , 设计一个简单 的控制系统 , 在燃 气组分变化后对燃烧器进行调节 , 使火焰的特性或 火焰的温度保持为等值也并不困难 。

不能离开一个 国家的实际情况 , 了解其历史原 因后 才能获得 比较可靠和全面的认识 , 只有通过 自己的 实践 , 才能分辨出各种方法的差别 。

参考文献

“

由于工业燃具制造厂和工程技术人员的水 平不断提高 , 使用置换燃气后产生的问题开始转向

由燃具制造部 门来负责处理和解决 。

户”

》

《

对各种类型发动机所用的气体燃料 , 如处 理敲缸等问题 , 则需另设专题研究解决 , 从气质变

化和设备 的适应能力两方面人手 。至于作为原料用

的非燃烧型工业 , 涉及到生产工艺 的变化 , 更需统 一规划才能解决 。城市 的配气部 门一方 已无能为 力 , 互换性 的问题 已成为另类研究课题 。

叩

’

,

一

,

脚

, 《

》

叮

,

《

一

》

,

一

出

几点认识

本世纪 以来 , 我 国城市天然气利用发展迅

一

,

《

》

罗

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