作者:刘建海
摘 要:目前,某市管道主供气源为中石油陕京线系统天然气,到2020年,将形成由中石油陕京线系统天然气、进口液化天然气(LNG)及国产煤制天然气(SNG)等多气源联供的供气格局。应有针对性的对气源转换后居民灶具所涉及的气源互换性问题展开研究探讨及实验,并提出一定解决措施。
关键词:天然气 气源 LNG SNG 灶具 互换性
1、概述:
2013年,某市管道天然气消费总量约为33亿立方米,气源主要由中石油陕京线系统(港清线、港清复线、永唐秦线宝坻支线)、大港油田及中海油渤海油田供应。规划到2020年,该市管道天然气供应将形成由中石油陕京线系统天然气、进口液化天然气(LNG)及煤制天然气(SNG)三主气源联供的供气格局[1],规划年天然气消耗量将突破200亿立方米,居民管道天然气用户总规模也将从目前的约320万户,突破500万户,将对该市燃气市场的发展起到深远影响。
目前,该市居民用户使用的天然气灶具主要是针对中石油陕京线系统天然气进行设计,但到2020年,随天津市多气源联供格局的形成,各气源的热值、组分、物理特性、燃烧特性等可能存在差异,有关单位应提前着手对引进多气源后居民灶具互换性问题开展系统性质研究及实验,并提出相应措施,避免可能出现的高昂成本转换问题。
2、规划气源性质:
参考相关气源规划资料,预测2020年中石油陕京线系统天然气、进口LNG、国产SNG及中海油渤海油田天然气等各气源的统筹用组分及主要物性参数见下表1、表2。
表1 各气源的组分
表二各气源物性参数及相对2012年陕京系统气的华白数波动情况
注:在15℃,101.325Pa,干气条件下。
上述6个气源组分均满足《天然气》(GB 17820-2012)中民用二类气要求及《城镇燃气分类和基本特性》(GB/T 13611-2006)中12T类别,均可以向下游市场实施供应。
3、天然气灶具互换性:
任何灶具都是按照一定的燃气组分设计的,当燃气组分发生变化而导致其热值、密度和相关燃烧特性发生变化时,燃具燃烧器的热负荷、一次空气系数、燃烧稳定性、火焰结构、烟气一氧化碳含量等燃烧工况就会发生改变。如果燃烧器可以更换,或者可调部分可以重新调整,那么可以使燃烧器适应新的燃气,但在燃气供应系统中这样做几乎是不可能的,因此以一种燃气替代另一种燃气,必须要考虑灶具的互换性问题,参照《家用燃气灶具》(GB 16410-2007)标准要求进行燃烧实验,对于燃气灶具互换性问题,重点关注燃气互换后燃具火焰稳定性(包括回火、离焰、熄火等)、热效率、干烟气中一氧化碳浓度等是否发生显著变化。
在互换性问题产生的初期,由于置换气和基准气的化学、物理性质相差不大,气源单一,燃烧特性比较接近,华白数成为互换性判定主要指标,一般规定在两种燃气互换时华白数的变化不大于±5%(还有说±5%~10%)即认为可以互换[2],首先是应保证燃具热负荷在互换前后不发生大的变化,保证炊事用火力。但随着气源多源化及人民生活质量的提高,在把华白数作为初始判据的同时,还必须要进行大量的现场燃烧试验,通过所取得的一系列综合指标,才能有效验证是否可以互换,但这也往往都伴随着较高的实验费用。
参考表1、表2,与2012年陕气比较,其它5类气源中除进口LNG华白数的波动超过±5%外,其它气源华白数波动均在±5%以内,如采用初始互换性评价方法,其它5类气源均可与2012年陕气灶具互换,但
这样评价并不严谨,仍需通过燃烧实验验证。
4、互换性实验:
与某灶具生产厂家合作,利用一些基本实验测试条件,针对6种气源,对居民灶具的互换性进行实际燃烧实验。
(1)实验设计
首先采用采用氢气、氮气、甲烷3种单一气体,分别配出上述6类气源的替代实验气,并保证所配制试验气华白数与各气源的华白数误差在±2%范围内。
以2012年陕气实验气作为基准气,对5台样本台式灶(3台自商场随机购买,2台为自产)进行初始状态调节,使得5台样本灶在基准气情况下达到最佳燃烧工况,即认为其处于最佳燃烧工况。之后保持一次风门不变,依次接入其它5种气实验气,主要对燃气互换后灶具的火焰稳定性(包括回火、离焰和熄火)、热效率、燃烧噪声、干烟气中一氧化碳浓度4项主要指标进行对比测试,下表3为《家用燃气灶具》(GB 16410-2007)中规定的相应达标要求。
实验场所及使用的热水锅具、噪声测试仪、红外烟气分析仪等配置均符合《家用燃气灶具》(GB16410-2007)中基本要求。
表3 灶具燃烧工况及使用性能部分要求
(2)实验成果
实验取得的成果数据见下表4。
表4 实验结果数据表
说明:数据为5台样本灶的加权平均数。
(3)结果分析
依表3数据,2020年陕京系统气及国产SNG可与2012年陕京系统气实现较好的互换,国产SNG燃烧噪音较高的主要原因是组分中的氢气含量高,火焰传播速度大;进口LNG气(富组分)及中海油海气(富组分)均出现烟气CO超标及回火等问题,不可与2012年陕京系统气直接互换,主要原因是两气源组分中重烃、二氧化碳等含量高,造成燃烧不充分及火焰传播速度慢等原因,同时导致加热效率不良。
针对进口LNG(富组分)及中海油海气(富组分)部分燃烧指标不达标问题,仅通过调整灶具一次风门改善燃烧工况条件下,进口LNG(富组分)干烟气中CO值指标基本达标,但热效率仍不达标,燃烧噪音略增加;中海油海气(富组分)干烟气中CO值及热效率仍均不合格,燃烧噪音略加大。
表5 调整后的实验结果数据表
5、结论与建议
尽管受到灶具生产厂家实验条件及所用灶具样本数量偏少的局限,但是实验结果初步表明,当气源发生变化时,可能会导致现有民用灶具排放超标等互换性问题,更要指出,文中的测试是在灶具调试到较佳状态下进行的,实际用户的影响可能更严重些。
该市市政高压天然气气源管网实行“一张网”供气模式[1],各类气源实行混合供应,随着不同气源的大规模接入,气质组分复杂,管道天然气的互换性问题将日益显现。该市有必要组织科研单位和政府机构进行系统的天然气互换性研究,成立天然气气源管理检测机构,针对该市燃具特点提出切实可行的互换性预测方法和天然气气质管理规范,并对各气源质量进行控制,以期在最大程度地利用现有资源的同时,降低出现大规模互换性问题的可能性。在有条件、可操作的区域建议采取独立专线、分气源、分区域供气的方案,同时加强社会宣传,普及燃气具使用知识,积极引进对互换性自适应能力强的燃具产品,把可能出现的一些问题在用户端消除。【END】
参考文献:
1 付兴美.天津市天然气输配系统规划[J].煤气与热力,2013,年月33(9):B01-B04.
2 同济大学 重庆建筑工程学院等.燃气燃烧与应用[M].中国建筑工业出版社,1996.
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作者: 2021-01-11 09:59:41 来源: