浅谈某厂LPG混空气作为天然气备用气的可行性

罗艳

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

浅谈某厂LPG混空气作为天然气备用气的可行性

罗艳

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

利用燃气互换性判别方法分析了LPG混空气作为天然气紧急备用气源的可行性，提出了LPG混空气作为天然气紧急备用气源的合适比例。

紧急备用气源；LPG混空气；互换性

0 引言

随着工业经济的发展，工厂生产规模的扩大，国家对工业环保要求也越来越高，尤其是这几年对大气污染物排放标准严格限制，环保、清洁生产是工业发展的趋势，天然气作为工业燃料在环保清洁生产中发挥着重要的作用。某冶炼厂从上世纪80年代新建到后面的扩产改造，由于受各种能源条件影响，目前厂区各种冶金炉窑、干燥炉窑、锅炉等生产设备使用的燃料有煤、重油、LPG、柴油等，造成烟气中的烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度高，严重污染大气环境。因此该冶炼厂决定将天然气作为现有设备燃料以替代原使用的煤、重油、LPG和柴油等燃料，从而不仅达到环保清洁生产、大大减少大气污染物排放的目的，还可以降低目前厂区使用多种燃料产生的各环节、各工序人力、财力成本及管理成本。

1 改造概况

据统计，将原有设备消耗的燃料按照工艺要求换算成天然气燃料后，全厂天然气平均小时耗量约为32 000 Nm3，年消耗量约为1.171 3×108Nm3。天然气气源由省投公司供应，天然气成分及热值见表1。

表1 天然气成分及热值

省投公司供应的天然气采用管道输送至厂区。由于省投公司在厂区附近没有应急的天然气气源，因此在外部天然气管道故障检修时，不能向厂区连续供气。但是厂区的某些冶金炉在气源突然停止供应后，会造成极大的安全隐患及财产损失，因此对这类设备必须保证24 h连续供气。在管输天然气不能满足连续供应的情况下，只能用储罐储存一定量的燃料保证应急供气。燃料储存的方式目前有压缩天然气、液化天然气、LPG等。由于该厂区目前有一个LPG的储备站，储罐总容积有2 400 m3；因此可以考虑利用现有的设备储备LPG作为天然气的应急备用气源。LPG成分及热值见表2。

表2 LPG成分及热值

根据该冶炼厂的天然气年耗量，换算成LPG的耗量，现有的LPG站总储量能满足全厂使用5天的量，这一储存规模根据当地的LPG采购渠道能满足要求。由于LPG和天然气不能直接互换，但是可以考虑混合一部分空气进行互换。本文将探讨LPG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[1-2]。

2 燃气互换性判别方法

在讨论燃气互换性时，应考虑到燃具的适应性。互换性是对燃气品质的要求，适应性则是对燃烧器性能的要求。所谓燃具适应性，是指燃具对于燃气性质变化的适应能力，如果燃具能在燃气性质变化范围较大的情况下正常工作，就称为适应性大；反之，就称为适应性小。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。本文将以燃气华白数和燃烧势来判别燃气的互换性。

华白数是代表燃气特性的一个参数，又称为热负荷指数，与燃气热值H成正比，与燃气相对密度的平方根成反比，即华白数

华白数是控制燃具热负荷稳定状况的指标，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±(5%～10%)。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。德尔布经过大量试验数据的整理，确定燃烧势的函数形式如下：

式中：Cp为燃烧势；H2、CO、CH4、CmHn分别为燃气中氢、一氧化碳、甲烷和碳氢化合物（除甲烷外）的体积成分；a、b、c、d为相应的系数，其中有一个可以任选；S为燃气相对密度。

我国城市燃气分类标准中燃烧势Cp按式（3）计算。

式中：K为燃气中含氧量修正系数，K=1+0.005 1O22，其中O2为燃气中氧含量（体积分数，%）。

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[3]。

表3 日本互换性判别对燃烧势的要求

3 燃气互换性判别计算

在计算中，LPG混空气作为置换气，基准气取省投公司提供的天然气。

3.1 华白数偏差判别

天燃气的高热值华白数：

LPG混空气的高热值华白数按（4）式[4]计算。

式中 ：W为LPG混空气高热值华白数，MJ/m3；ΦLPG为混合气中LPG的体积分数；QLPG为LPG高位热值，MJ/m3；dLPG为LPG相对密度；da为空气相对密度，da=1。

LPG和空气按不同的比例混合，其华白数计算结果见表4。

表4 LPG混空气与天然气的华白数偏差

3.2 燃烧势偏差判别

按式（3）计算的置换气和基准气燃烧势结果见表5。

表5 LPG混空气与天然气的燃烧势对照

根据日本从试验中提出的互换性判别对燃烧势的要求，即满足互换性要求燃烧势的波动范围为39.42～92.64，LPG与空气的体积比在50：50以后，燃烧势在合理的波动范围之内。考虑到华白数偏差应在±10%以内，并且置换气燃烧势应尽量与基准气靠近以及经济上的合理性，判定最佳比例点为LPG与空气的体积比取50:50。

4 对其他问题的考虑

4.1 爆炸极限

《城镇燃气设计规范》GB 50028-2006中3.2.2条规定，LPG与空气的混合气做主气源时，LPG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1.847%～8.972%。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。

4.2 结露

《城镇燃气设计规范》GB 50028-2006中3.2.2条规定，LPG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由0.2 MPa的城市中压管网供气，其露点约为-4℃。因此，以混合气作为备用气源，当管网输送压为0.2 MPa时，一般适用于环境温度高于1℃的地区。

5 优势对比

上述从理论上论证计算LPG混空气可以代替天然气作为备用气，则该厂利用现有的LPG站储存LPG做备用气源，与新建LPG站或LNG站相比，其经济效益体现在以下几个方面：1）可节约主要设备及站内管线投资，节省综合投资约500万元。2）LPG从附近的炼油化工厂采购，其采购运输成本也得到了一定的控制。3)LNG需低温储存，日蒸发量约为千分之三，每隔一段时间需要补灌一定的气量，储存的LNG在一年之内基本会全部蒸发损失，每年经济损失约400万元，而储存LPG不存在蒸发损失这一问题。4）国内的LNG供应点主要分布在新疆、河南以及中国的沿海地区。离该厂最近的LNG供应点为福建沿海和浙江沿海地区，运输距离在800 km以外，供应不便，运输费用也高。

6 结束语

以天然气作为燃料代替现厂区的多种复杂燃料，存在极大的环保效益。通过上述的理论计算论证，LPG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，LPG与空气的最佳体积比为50:50。利用厂区LPG站现有的储罐储存LPG，气化后和适当比例空气混合作为天然气的紧急备用气源，在控制投资和运行成本上有很大的经济效益，因此建议该厂尽快改造实施。

[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)：329–330.

[2]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)：26–28.

[3]煤气设计手册编写组.煤气设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1981.

[4]严铭卿，廉乐明.天然气输配工程[M].北京：中国建筑工业出版社，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

罗艳（1981—），女，工程师，主要从事热能与动力工程设计工作。