浅析燃气设备的应用及发展

周自军蒋锋岳晟

1.常德市鼎城九申管道燃气有限公司 湖南常德 415101；2.常德市鼎城瑞兴燃气有限责任公司 湖南常德 415101；3.湖南省欣平特种设备检验有限公司 湖南常德 415101

天然气作为优质气体燃料，进入21世纪后得到广泛使用，给人们的生产生活带来了质的飞跃。近年来通过不断的研究发展，新技术、新设备竞相涌现，以天然气为基础的燃气技术和应用设备，不仅价格实惠，而且不会污染空气，能够有效改善地球的温室效应。到今天，除了燃气灶、快速热水器、蒸柜、壁挂炉等常见燃气具之外，还有天然气锅炉、熔炉、加热炉、烘烤线、空调、天然气汽车、分布式能源站和天然气发电用燃气轮机、船舶燃气轮机、燃气压缩式空气源热泵等，燃气应用设备多种多样，例如本文将阐述的燃气轮机、燃气压缩式空气源热泵等，不仅能给人们的物质生活带来方便，还能为构造绿色健康的生态环境做出贡献。

1 天然气的基本概念

天然气是以甲烷为主的气态化石燃料，主要存在于油田、天然气田中，也有少量存在于煤层中。作为燃料是天然气的主要用途，此外天然气也被用来制造合成氨、炭黑、化学药品和液化石油气等，由天然气所生产的丙烷、丁烷是现代工业应用中的重要原料。天然气因其无色无味无毒、热值高、燃烧稳定、洁净环保等特点，被作为21世纪广泛应用的绿色优质能源。

2 燃气应用设备中的燃气轮机

2.1 燃气轮机的基本概念

燃气轮机是利用燃气为驱动能源，将燃气高温燃烧时释放的热量，转变为有用机械功的动力装置。大中型燃气轮机是天然气发电、分布式能源站的核心设备，小型燃气轮机输出功率在十至数百千瓦，所以，燃气轮机具有广泛的应用前景。以燃气轮机作为船舶动力装置，在军事舰艇和海洋运输中，得到了充分应用和快速发展。

随着我国船舶制造业的飞速发展，燃气轮机在船舶动力装置中发挥了极其重要的作用。我国对于燃气轮机的研究已有多年历史，随着科学技术的创新，船舶燃气轮机技术得到了极大的提升，使燃气轮机在多种不同的船舶中广泛应用，特别是对于海军舰船的动力提升发挥了重要作用。

船舶动力装置中的燃气轮机，以LNG（液化天然气）或其他燃气为燃料，依靠燃气高温燃烧时释放的热量，使机械的做功性能到明显提高，满足了动力方面的需要。燃气轮机是一种连续回转的内燃、叶轮机械式的新型热机，主要由压气机、燃烧室和燃气涡轮（透平）三大部件组成。工作过程是压气机连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的天然气混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀做功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转，实现了气体燃料的化学能转化为机械功；燃气透平所发出的功一部分用于带动压气机工作，剩余的功作为燃气轮机的输出功。

2.2 燃气轮机的应用优点

与其他推进设备相比较，燃气轮机具有结构简单、体积小、重量轻、启动快、功率密度极大的特点，在相同功率下，燃气轮机的体积比柴油机和蒸汽轮机的体积小，只有柴油机三分之一到五分之一，蒸汽轮机五分之一到十分之一。此外，燃气轮机能在短时间内迅速启动，在起动机的帮助下，2分钟内燃气轮机就可以达到最快的转速，而柴油机和蒸汽轮机则要花费至少1小时的时间才能够提高输出功率。在噪声控制方面，燃气轮机也有着明显的优势。相比其他的推进设备，燃气轮机的功率较大而重量较轻，使用寿命以及工作时间都相对较长，排放量较低，具有显著优势。作为一种回转式的热力发电机，燃气轮机并不需要通过手柄来进行工作，取而代之的是只通过少量的零件，就可以维持正常运行，与此同时其转速较高，而它的机械结构轻巧且紧密，不会为整体的机械结构带来过多的负担，在对其进行管理时也比较便利。

燃气轮机在稳定性方面有着显著的优势，从大量的实际调查结果中可以得知，绝大多数在船舶动力装置中运行多年的燃气轮机并不需要专门进行开缸检查。

2.3 燃气轮机的发展

在对燃气轮机应用进行深入分析和研究后发现，在应用过程中还存在着许多的问题，例如，燃气轮机对于热力和油量的高需求，使燃料品质必须要符合实际需要；由于燃气轮机需要长时间保持良好的运行状态，同时受材料的性能等多方面的影响，其工作时机体温度过高，限制了热效率空间的扩展，当运行状态不佳时，就会对燃气轮机的经济性提升产生制约；另外，当温度出现变化时，船舶燃气轮机的使用时间也会受到影响。现如今，燃气轮机已经广泛运用到船舶业之中，为了更好推动船舶业的发展，使燃气轮机的应用更广泛、更完美，以上问题是必须要解决的首要问题，只有对其不足进行改进和优化，才能消除制约燃气轮机发展的因素，才能使燃气轮机在船舶动力系统中得到有效的应用。

3 燃气设备应用中的燃气压缩式空气源热泵

3.1 燃气压缩式空气源热泵的基本概念

随着经济的发展，环保成为发展中首要关注的问题，天然气作为一种新型的清洁能源，近年来在城市的供热系统中也发挥着重要作用，传统的燃气锅炉以及直燃机组受功能和结构形式的限制，已经不能跟上时代的脚步，无法完全满足用户的需求，燃气热泵技术的发现，成为了人们近些年来主要关注的新能源技术。它不同于人们熟知的传统机械泵，热泵在工作时，其本身消耗一部分能量，再把环境介质例如自然界的空气、水或土壤中贮存的能量加以挖掘，通过传热工质循环系统提高其温度，再加以利用。因此，整个燃气热泵装置仅消耗了输出功率一小部分，大量节约了高品位能源。

按照能量来源的不同，热泵技术可以分为空气源热泵、土壤源热泵以及水源热泵等。空气源热泵技术按照工作原理的不同，可以分为两种，一种是吸收式热泵，一般由发生器、蒸发器、冷凝器、吸收器和热交换器五个部分组成；另一种是压缩式热泵，一般由压缩机、蒸发器、冷凝器以及膨胀阀组成。

3.2 燃气压缩式空气源热泵的应用优点

燃气压缩空气源热泵制热效率高，适用范围广，可在-20-43℃的环境下温度运行，且保持稳定的性能，不受环境影响，能一年四季全天候运行，可以良好适应外部环境，并可持续制冷或加热。机体的占地面积小，适用于各类型的建筑物。

燃气压缩式空气源热泵的安全性能好，可将多组燃气压缩式空气源热泵机组灵活并联使用，能满足不同的需求，且系统运行能够实现自动化，无需人工干预。其使用寿命长、维护费用低，使用寿命长达15年以上。

燃气压缩式空气源热泵的运行成本低，且拥有良好的节能效果，可以节省百分之七十的能源，并且能够极大地降低运行费用，无任何污染，且不会对人体造成损害。

3.3 燃气压缩式空气源热泵的发展

天然气作为清洁可靠的新能源，在未来城市供暖系统中将会占有极高的比例，而燃气压缩式空气源热泵作为一种新型节能技术，拥有高效低成本、环保舒适的特点，将会在未来的城市供暖系统中占据主导地位。

4 燃气应用设备的发展

4.1 燃气应用设备存在的问题

改革开放以来，在我国有关节能减排政策的引导下，燃气行业发展迅速。但因燃气具有易燃、易爆特征，一旦设施损坏而发生泄漏，极易发生爆炸、火灾等不良事件。通过实际分析及总结，以下是一些比较常见的燃气设备问题：第一，燃气机械设备的质量不高。市面上很多燃气机械设备的型号和规格通常不一致，再加上设备未根据施工指导安装等，都会导致设备质量大打折扣，甚至引发严重的安全问题。第二，缺乏合理的规划布局，例如燃气调压器、燃气表等设备与其周围空间间距不合格，防雷防静电装置设置不合理，燃气管道安装不规范等。第三，安装燃气设备施工不规范，例如燃气管道未严格按照规定布置，保护设备没有安装在规定位置上，有关保护设备不完整等。第四，缺少严格的竣工验收标准，例如没有严格按照标准对竣工的燃气设备及管路进行严格检测，或没有对调压器等设备进行防雷、防静电检测。

4.2 解决燃气设备存在问题的有效措施

要加大科研投入，创新产品结构性能，实现产品全部国产化，并不但改进完善。同时，加速燃气应用设备技术标准化，统一规范设计、制造、安装、验收及使用各环节技术要求，不断提高产品质量。再就是提高燃气应用设备安全技术水平，从设备制造到安装使用的全过程实行智能化监控管理，保障设备安全使用。

增加设备维护管理的重要认知，要做到企业主要负责人定期参加上级监管部门组织的安全资格证培训，从根源上提高安全意识，从源头上防范安全事故。其次，要定期组织设备管理人员开展业务学习，在设备日常维护工作中做到管好、用好、修好设备。即“四会”，会使用、会保养、会检查、会排除故障。对于维修操作工，企业应针对不同设备维修特点及涉及的危险作业类别，制定相应设备安全操作规程，并开展安全专项培训，使员工明确设备维修中的危险有害因素及应急防范措施，防范安全事故的发生。并且对于维修作业中涉及的登高、焊接、入罐等危险作业，必须要特别注意特殊工种作业人员的培训，实行特殊工种人员必须持证上岗的管理制度。

其次，要想提高燃气设备的维修和管理，就要全面提高燃气设备相关工作人员的专业技能。提高技术人员的业务知识和技术能力是极为重要的一个关键所在，只有不断提高他们的能力和水平，才能保证燃气设备技术的不断改进和发展，才能使得燃气设备维护管理更加管理化、规范化、科学化。首先企业应加强自学、深造、集中培训考试、现场培训、典型事故教育等活动，通过这些活动，可以不断提高相关人员的知识能力。

在燃气设备的维护过程中，还要实现燃气设备的标准化维护管理，只有进行燃气设备的整体运行标准化管理，才能有效防止燃气设备发生事故。要实现燃气设备的标准性管理，首先，要建立标准化的设备维护过程，以保证设备能够进行定量维护。其次，建立标准可以有效地指导燃气设备的技术人员确实开展相关工作。相关人员必须制订设备维护的表格，确保维护人员可以根据表格内容来进行相应的工作。适当的人员必须在规定的时间验证表格，以便实际进行设备的维护管理，从而消除设备隐患。

燃气设备包含广泛，且结构繁杂，对环境和技术的要求都比较高，要想保证燃气设备安全、稳固的运营，需要对机械设备工程方面、户内燃气设备隐患、燃气设备安全的监管和维护、燃气市场等影响燃气设备安全的要素做到足够重视，并确保每个环节都不出纰漏，才能给广大用户提供一个优质、安全的燃气应用环境。

4.3 燃气设备的发展

天然气作为清洁环保的新型能源，近年来应用到社会发展的各个领域中，在未来，我国将持续高速发展的同时，仍然将生态健康放在首要位置。目前我国现有的燃气设备问题已经在逐步得到改善，随着燃气设备短板的补齐，燃气设备的应用将会更加全面，届时燃气设备会在人们的日常生活中扮演更加重要的角色，而燃气应用技术也将会变得更加高效、节能、清洁、环保，将会在更加节省能源的情况下满足人们的日常物质需求。现今的燃气设备仍有许多问题需要解决，但不可否认的是燃气应用技术和燃气应用设备仍拥有极其光明的前景。

5 结语

由本文上述可知，天然气已经应用到我国生产生活的方方面面，拥有极其广泛的应用，例如在船舶中的燃气轮机技术，给船舶动力装置带来了稳定高效的优点。而运用在供暖技术中的燃气压缩式空气源热泵，拥有节能环保的特点，可以被广泛应用在北方供暖系统中。运用在城市中的燃气应用设备，成本较低且使用广泛，证明了燃气设备拥有广泛的前景。而大力发展燃气技术，推广燃气设备的使用，关键在于如何解决当下已有问题，和如何继续对燃气设备进行研究和发展。只有将存在问题一一解决，对现有燃气设备进行科技创新，实行标准化，提高产品质量和安全管理水平，不断研究和完善，才能确保燃气设备拥有更广阔的发展平台。