羅艷

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

淺談某廠LPG混空氣作為天然氣備用氣的可行性

羅艷

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

利用燃?xì)饣Q性判別方法分析了LPG混空氣作為天然氣緊急備用氣源的可行性，提出了LPG混空氣作為天然氣緊急備用氣源的合適比例。

緊急備用氣源；LPG混空氣；互換性

0 引言

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工廠生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，國家對(duì)工業(yè)環(huán)保要求也越來越高，尤其是這幾年對(duì)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格限制，環(huán)保、清潔生產(chǎn)是工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，天然氣作為工業(yè)燃料在環(huán)保清潔生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。某冶煉廠從上世紀(jì)80年代新建到后面的擴(kuò)產(chǎn)改造，由于受各種能源條件影響，目前廠區(qū)各種冶金爐窯、干燥爐窯、鍋爐等生產(chǎn)設(shè)備使用的燃料有煤、重油、LPG、柴油等，造成煙氣中的煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度高，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境。因此該冶煉廠決定將天然氣作為現(xiàn)有設(shè)備燃料以替代原使用的煤、重油、LPG和柴油等燃料，從而不僅達(dá)到環(huán)保清潔生產(chǎn)、大大減少大氣污染物排放的目的，還可以降低目前廠區(qū)使用多種燃料產(chǎn)生的各環(huán)節(jié)、各工序人力、財(cái)力成本及管理成本。

1 改造概況

據(jù)統(tǒng)計(jì)，將原有設(shè)備消耗的燃料按照工藝要求換算成天然氣燃料后，全廠天然氣平均小時(shí)耗量約為32 000 Nm3，年消耗量約為1.171 3×108Nm3。天然氣氣源由省投公司供應(yīng)，天然氣成分及熱值見表1。

表1 天然氣成分及熱值

省投公司供應(yīng)的天然氣采用管道輸送至廠區(qū)。由于省投公司在廠區(qū)附近沒有應(yīng)急的天然氣氣源，因此在外部天然氣管道故障檢修時(shí)，不能向廠區(qū)連續(xù)供氣。但是廠區(qū)的某些冶金爐在氣源突然停止供應(yīng)后，會(huì)造成極大的安全隱患及財(cái)產(chǎn)損失，因此對(duì)這類設(shè)備必須保證24 h連續(xù)供氣。在管輸天然氣不能滿足連續(xù)供應(yīng)的情況下，只能用儲(chǔ)罐儲(chǔ)存一定量的燃料保證應(yīng)急供氣。燃料儲(chǔ)存的方式目前有壓縮天然氣、液化天然氣、LPG等。由于該廠區(qū)目前有一個(gè)LPG的儲(chǔ)備站，儲(chǔ)罐總?cè)莘e有2 400 m3；因此可以考慮利用現(xiàn)有的設(shè)備儲(chǔ)備LPG作為天然氣的應(yīng)急備用氣源。LPG成分及熱值見表2。

表2 LPG成分及熱值

根據(jù)該冶煉廠的天然氣年耗量，換算成LPG的耗量，現(xiàn)有的LPG站總儲(chǔ)量能滿足全廠使用5天的量，這一儲(chǔ)存規(guī)模根據(jù)當(dāng)?shù)氐腖PG采購渠道能滿足要求。由于LPG和天然氣不能直接互換，但是可以考慮混合一部分空氣進(jìn)行互換。本文將探討LPG混空氣與天然氣的互換性，以分析混合氣作為緊急備用氣源的可行性[1-2]。

2 燃?xì)饣Q性判別方法

在討論燃?xì)饣Q性時(shí)，應(yīng)考慮到燃具的適應(yīng)性?；Q性是對(duì)燃?xì)馄焚|(zhì)的要求，適應(yīng)性則是對(duì)燃燒器性能的要求。所謂燃具適應(yīng)性，是指燃具對(duì)于燃?xì)庑再|(zhì)變化的適應(yīng)能力，如果燃具能在燃?xì)庑再|(zhì)變化范圍較大的情況下正常工作，就稱為適應(yīng)性大；反之，就稱為適應(yīng)性小。由于影響燃?xì)饣Q性的因素十分復(fù)雜，因此迄今為止尚未從理論上推導(dǎo)出一個(gè)能完全判別互換性的計(jì)算公式。目前國際上有很多種燃?xì)饣Q性判別方法，但是各國對(duì)燃?xì)饣Q條件的要求卻不同，有些限制較嚴(yán)，有些限制較寬。各國所進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的對(duì)象和深度、廣度也不同，有些針對(duì)熱值低的燃?xì)?，有些針?duì)熱值高的燃?xì)猓行┲豢紤]回火因素，有些只考慮離焰因素，因而每個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式都有其局限性。本文將以燃?xì)馊A白數(shù)和燃燒勢(shì)來判別燃?xì)獾幕Q性。

華白數(shù)是代表燃?xì)馓匦缘囊粋€(gè)參數(shù)，又稱為熱負(fù)荷指數(shù)，與燃?xì)鉄嶂礖成正比，與燃?xì)庀鄬?duì)密度的平方根成反比，即華白數(shù)

華白數(shù)是控制燃具熱負(fù)荷穩(wěn)定狀況的指標(biāo)，當(dāng)兩種燃?xì)饣Q時(shí)，首先考慮燃具熱負(fù)荷的要求，因此置換氣與基準(zhǔn)氣的華白數(shù)偏差應(yīng)控制在±(5%～10%)。燃燒勢(shì)Cp是反映燃燒穩(wěn)定狀態(tài)的參數(shù)，即反映燃燒火焰產(chǎn)生離焰、黃焰、回火和不完全燃燒的傾向性參數(shù)。德爾布經(jīng)過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理，確定燃燒勢(shì)的函數(shù)形式如下：

式中：Cp為燃燒勢(shì)；H2、CO、CH4、CmHn分別為燃?xì)庵袣?、一氧化碳、甲烷和碳?xì)浠衔铮ǔ淄橥猓┑捏w積成分；a、b、c、d為相應(yīng)的系數(shù)，其中有一個(gè)可以任選；S為燃?xì)庀鄬?duì)密度。

我國城市燃?xì)夥诸悩?biāo)準(zhǔn)中燃燒勢(shì)Cp按式（3）計(jì)算。

式中：K為燃?xì)庵泻趿啃拚禂?shù)，K=1+0.005 1O22，其中O2為燃?xì)庵醒鹾浚w積分?jǐn)?shù)，%）。

兩種燃?xì)馊裟芑Q，其燃燒勢(shì)應(yīng)在一定范圍之內(nèi)波動(dòng)。日本通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為各類城市燃?xì)獾娜紵齽?shì)只要在表3所列的波動(dòng)范圍之內(nèi)就可以互換，并且置換氣的燃燒勢(shì)應(yīng)盡量接近基準(zhǔn)氣的燃燒勢(shì)[3]。

表3 日本互換性判別對(duì)燃燒勢(shì)的要求

3 燃?xì)饣Q性判別計(jì)算

在計(jì)算中，LPG混空氣作為置換氣，基準(zhǔn)氣取省投公司提供的天然氣。

3.1 華白數(shù)偏差判別

天燃?xì)獾母邿嶂等A白數(shù)：

LPG混空氣的高熱值華白數(shù)按（4）式[4]計(jì)算。

式中 ：W為LPG混空氣高熱值華白數(shù)，MJ/m3；ΦLPG為混合氣中LPG的體積分?jǐn)?shù)；QLPG為LPG高位熱值，MJ/m3；dLPG為LPG相對(duì)密度；da為空氣相對(duì)密度，da=1。

LPG和空氣按不同的比例混合，其華白數(shù)計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 LPG混空氣與天然氣的華白數(shù)偏差

3.2 燃燒勢(shì)偏差判別

按式（3）計(jì)算的置換氣和基準(zhǔn)氣燃燒勢(shì)結(jié)果見表5。

表5 LPG混空氣與天然氣的燃燒勢(shì)對(duì)照

根據(jù)日本從試驗(yàn)中提出的互換性判別對(duì)燃燒勢(shì)的要求，即滿足互換性要求燃燒勢(shì)的波動(dòng)范圍為39.42～92.64，LPG與空氣的體積比在50：50以后，燃燒勢(shì)在合理的波動(dòng)范圍之內(nèi)?？紤]到華白數(shù)偏差應(yīng)在±10%以內(nèi)，并且置換氣燃燒勢(shì)應(yīng)盡量與基準(zhǔn)氣靠近以及經(jīng)濟(jì)上的合理性，判定最佳比例點(diǎn)為LPG與空氣的體積比取50:50。

4 對(duì)其他問題的考慮

4.1 爆炸極限

《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028-2006中3.2.2條規(guī)定，LPG與空氣的混合氣做主氣源時(shí)，LPG的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)高于其爆炸上限的2倍。本文采用混合氣作為備用氣源，其爆炸極限為1.847%～8.972%。因此混合氣中LPG的體積分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其爆炸上限的2倍，符合規(guī)范要求。

4.2 結(jié)露

《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028-2006中3.2.2條規(guī)定，LPG與空氣的混合氣做主氣源時(shí)，混合氣的露點(diǎn)應(yīng)低于管道外壁溫度5℃。當(dāng)天然氣不足時(shí)，混合氣作為緊急備用氣源由0.2 MPa的城市中壓管網(wǎng)供氣，其露點(diǎn)約為-4℃。因此，以混合氣作為備用氣源，當(dāng)管網(wǎng)輸送壓為0.2 MPa時(shí)，一般適用于環(huán)境溫度高于1℃的地區(qū)。

5 優(yōu)勢(shì)對(duì)比

上述從理論上論證計(jì)算LPG混空氣可以代替天然氣作為備用氣，則該廠利用現(xiàn)有的LPG站儲(chǔ)存LPG做備用氣源，與新建LPG站或LNG站相比，其經(jīng)濟(jì)效益體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）可節(jié)約主要設(shè)備及站內(nèi)管線投資，節(jié)省綜合投資約500萬元。2）LPG從附近的煉油化工廠采購，其采購運(yùn)輸成本也得到了一定的控制。3)LNG需低溫儲(chǔ)存，日蒸發(fā)量約為千分之三，每隔一段時(shí)間需要補(bǔ)灌一定的氣量，儲(chǔ)存的LNG在一年之內(nèi)基本會(huì)全部蒸發(fā)損失，每年經(jīng)濟(jì)損失約400萬元，而儲(chǔ)存LPG不存在蒸發(fā)損失這一問題。4）國內(nèi)的LNG供應(yīng)點(diǎn)主要分布在新疆、河南以及中國的沿海地區(qū)。離該廠最近的LNG供應(yīng)點(diǎn)為福建沿海和浙江沿海地區(qū)，運(yùn)輸距離在800 km以外，供應(yīng)不便，運(yùn)輸費(fèi)用也高。

6 結(jié)束語

以天然氣作為燃料代替現(xiàn)廠區(qū)的多種復(fù)雜燃料，存在極大的環(huán)保效益。通過上述的理論計(jì)算論證，LPG混空氣在合理確定液化石油和空氣的比例后，可以作為天然氣的緊急備用氣源，LPG與空氣的最佳體積比為50:50。利用廠區(qū)LPG站現(xiàn)有的儲(chǔ)罐儲(chǔ)存LPG，氣化后和適當(dāng)比例空氣混合作為天然氣的緊急備用氣源，在控制投資和運(yùn)行成本上有很大的經(jīng)濟(jì)效益，因此建議該廠盡快改造實(shí)施。

[1]劉 濤,劉萬勇，李阿妮.液化石油氣摻混技術(shù)在城市氣的應(yīng)用[J].煤氣與熱力，2002，22(4)：329–330.

[2]車立新.液化石油氣混空氣替代天然氣的可行性研究[J].煤氣與熱力，1997，17(2)：26–28.

[3]煤氣設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.煤氣設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1981.

[4]嚴(yán)銘卿，廉樂明.天然氣輸配工程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

Brief Discussion on Feasibility of Using LPG Air Mixture as Standby Natural Gas in a Certain Plant

LUO Yan
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Flue gas interchange ability distinguishing method is used to analyze the feasibility of using LPG air mixture as emergency standby gas source of natural gas,the paper puts forward the appropriate proportion of using LPG air mixture as emergency standby gas source of natural gas.

emergency standby gas source;LPG air mixture;interchange ability

TF055

B

1004-4345（2014）01-0022-03

2013-04-16

羅艷（1981—），女，工程師，主要從事熱能與動(dòng)力工程設(shè)計(jì)工作。