城市燃气互换性理论及应用

王英姿

摘 要：随着社会经济的不断发展，人们对燃气资源的需求越来越大，尤其是城市燃气工程取得了巨大的突破。而针对城市燃气的研究也具有越来越重要的意义。鉴于此，本文介绍了与互换性相关的燃气类型，针对燃气互换性方法分类展开研究，并对基于互换性原理的燃气配气技术进行了介绍，以供参考。

关键词：城市燃气；互换性理论；应用

一、与互换性相关的燃气类型

燃气在分类与互换计算的过程中，往往需要对以下几种类型加以应用，例如界限气、调节气、置换气以及基准气等等。其中基准气英文为reference gas，即参考气的意思，根据《城镇燃气术语》中的解释可知，基准气指的是代表某种燃气的标准气体；基准气并不属于某种成分固定的燃气，而是为了方便对燃气的标定与分类，实际上并不一定存在。界限气英文为limit gas，翻译为极限燃气，它是在燃气允许波动范围内配制的标准气体。调节气的英文为adjustment gas，翻译为调节燃气，调节气在燃气具燃烧器初次机械调整的过程中起到参考作用，在一些地区的应用非常广泛，并且目前已经准备将其作为长期使用的燃气，对于燃气工作而言，调节气起到了重要的基础作用。

二、燃气互换性方法分类研究

关于燃气的互换性问题，目前全球范围内对其的定义与理解各有不同。美国对一种指数计算的方法有着广泛应用；而欧洲则主要采用图形法对燃气的互换性进行预测，有的专家提出了互换图采用的不同数值。例如1951年法国德尔布对在燃烧器孔口流速系数校正的华白数加以运用，并对某一地区的互换性进行了定义。1957年，英国吉尔伯特与波利格则对韦弗火焰速度指数与华白指数加以运用，基于德尔布互换图提出了英国的燃气互换判定图。现阶段采用的图形法依然是基于该图形发来修正部分数轴值与极限线。早先日本在试验中提出，各类燃气的华白数w、燃烧势CP在允许的波动范围内，那么燃气的互换就可以实现，之后又基于华白数w、燃烧速度MCP，划分了燃气分类标准。由于国家与地区的差异，互换性指数往往存在一定的不同。美国对华白数与AGA多元指数的应用最为广泛，有的组织与机构对韦弗指数的应用也比较多，而有的地区的输配公司提出了近似于达顿方法的图形法。欧洲采用的方法有很多种，例如德尔布法在法国应用比较广泛，而达顿法则在英国有着广泛应用。

三、基于互换性原理的燃气配气技术

基于互换性原理的燃气配气技术指的是以燃气燃烧特性指标为依据，对燃气燃烧特性产生影响的重要控制指标进行选取，进行试验配气设计与计算。通常采用的方法为对部分密切联系燃气燃烧性能的主要参数进行选取，例如华白数、燃烧势等等，采用甲烷、氮气、氢气或者丙烷、氢气与氮气等，进行实验配气、其中燃气的热负荷能力由华白数表示，其表征燃气的能源热效率；燃气的燃烧性能、火焰工况以及燃烧速度则通过燃烧势参数阐释。

按照GB/T13611-2006《城市燃气分类和基本特性》国家标准，城市燃气分为人工煤气、天然气以及液化石油三类，每一类别又分为很多种。燃气的特性在于能够稳定燃烧，也就是说，某种燃气具对某种燃气具有一定的适应性，那么这种燃气具上能够稳定的燃烧适应标准范围内的该类燃气的各种气。受到城市气源多样性与复杂性的影响，燃气供应涉及到的环节非常复杂，具体有燃气供应与应用、燃气具生产、燃气燃烧测试等内容，具备各种城市燃气气源显然不现实的，因此采用替代燃气是一种行之有效的方法。为了确保替代燃气与原基准燃气的化学性质以及热工性能指标具有一致性，就必须控制好多组分气体的配气环节，并针对配气方法展开研究与设计。鉴于此，与燃气工程相关的企业应严格按照国家标准规范，采用集中单一气体对相同于城市气源性质的试验气的配制。如此燃气用具生产企业以及检查站等用气单位才能够对配气技术加以利用，并实现不同基准气源试验气的获取。

四、燃气配气中对互换性理论的应用

在配气过程中如果存在多组分原料气参与的情况，那么采用两个指数公式显然是无法实现对各组分原料气比例的计算的，为了计算多组分配气，就必须进行相应控制公式的增加。此外，受到气源条件的变化的影响，新的气源可能会取代原有气源。针对多组分的燃气置换气与原基准气的等效互换问题，以往是以“华白数、燃烧势”等两个指标相等为依据来进行燃气互换的判断。然而，在实际运用中，黄焰与不完全燃烧现象的发生率仍然比较高。因此，必须对新的控制性指标加以应用于推到，如此才能够使多指标对两种燃气互换效果的有效监控得以实现。

目前，现有技术仍然存在一定的缺陷，为了解决这些问题，相关研究人员展开了一系列实验与研究，结果表明，现提供一种以燃气燃烧特性指标对燃气配气或燃气间互换的控制方法，通过这一方法，能够使多种原料气组分得到有效控制，并按照不同的比例完成混合配比，进而实现原料气的混合气的配制，并与基准气的燃烧、热工性能标准相符合，实现等效于原基准气燃烧特性的燃气的获取。

在配气计算中，首先对原基准气的燃烧特性指标进行计算，然后对公式加以运用，将由多种料气混合的配制气的燃烧特性指标表示出来，最后对配制气的燃烧特性指标以及原来基准气的燃烧特性指标相等的特性加以利用，从中实现对配气原料气的各组分体积比例的计算。燃烧特性指标主要对华白数、燃烧势以及黄焰指数加以运用，此外还可以对另外一些具有代表性的可控性能指标加以运用。上述配制气的原料气的选择有很多种，具体有甲烷、氢气、氮气、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、液化石油气、空气等等，可以对上述原料气加以运用，并实现配制气的混配。

参考文献：

[1]李猷嘉.美国燃气协会燃气互换性公式评述（第一部分）[J].城市燃气，2012（7）：4-9.

[2]高文学.城市燃气互换性理论及应用研究[D].天津大学，2010.

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