淺談一座液化石油氣混合站的建設

近幾年來，在我國液化氣混空氣的技術發(fā)展較快，在一些經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)例如海南、深圳、蘇州等城市相相繼建成了幾座混氣站。1997年底，陜京天然氣長輸管線將向北京供氣，目前北京市許多區(qū)域已列入或將列入天然氣供氣范圍，這些區(qū)域內(nèi)現(xiàn)在急需用氣于暫時還不能接通大天然氣形成了矛盾。為了滿足用戶當前的用氣要求，同時又兼顧到大天燃氣進京，我們采用液化石油氣混空氣代替天然氣的辦法解決現(xiàn)階段用氣，將來天然氣到達該地區(qū)之后，再置換成天然氣，而管網(wǎng)和戶內(nèi)設備無需更改，使一次投資到位。北京天環(huán)燃氣有限公司完成的北京市順義開發(fā)區(qū)混氣站工程就是一例。

一、液化石油氣摻混合氣的理論準備

   液化石油氣（英文縮寫LPG，下同）強制氣化本世紀40年代在美國已有應用。到了50、60年代，由于北美天然氣的大量開發(fā)利用，LPG混合氣作為一種備用調峰氣源迅速得到了推廣，經(jīng)過30多年的發(fā)展，混氣技術已相當成熟。在我國混氣技術開始于60年代，燃氣工程師為了滿足工業(yè)用戶的需求，自行研制成功了文丘里式混氣設備。但混氣技術在中國的真正發(fā)展是在90年代。我們在承接這一混氣站的粗期進行了一些理論準備：

1.關于燃氣互換性的討論

   用不同的制氣方法所獲得的燃氣，其成分、熱值、密度和燃燒特性等都不相同，而任何一種燃具都是按一定的燃氣成份設計的。當燃氣成份發(fā)生變化時，燃具的燃燒工況就會改變，但只要兩種燃氣的華白數(shù)相等，就能在同一燃氣壓下和同一燃具上獲得同一熱負荷，即具有互換性。一般規(guī)定，兩種燃氣互換時，華白數(shù)的變化范圍不大于5%──10%。

   當然，考慮兩種燃氣能否互換，華白數(shù)指標不是唯一的，燃燒勢也是反映燃氣燃燒火焰所產(chǎn)生離焰、黃焰、回火和不完全燃燒傾向的一項反映燃氣燃燒穩(wěn)定狀況的綜合指標，用Cp表示。按我國燃氣分類，液化石油氣混空氣為6他，燃燒特性接近天然氣，其燃燒勢為29。

2.液化石油氣混空氣替代天然氣使用的試驗

   為了獲得液化石油氣混空氣在天然氣灶具燃燒的實際工況，在經(jīng)過理論計算之后，我們還做了實驗。

北京市天然氣公司提供的天然氣參數(shù)：
低熱值：hl=39.8MJ/m3
相對密度：S=0.7
華白數(shù)：W天=47.5MJ/m3
實驗實測液化氣參數(shù)如下：
低熱值：Hl=180.8MJ/m3
相對密度：S=1.72
華白數(shù)：W液=198.2MJ/m3

A:當混合氣與天然氣華白指數(shù)相同時，W混=W天=47.5MJ/m3,混合氣中液化石油氣組分為y液=51%，混合氣中空氣組分為y空=49%；

B:當燃具以W混=W天=47.5MJ/m3調整好后，不作任何調整可正常燃燒的混氣比波動范圍（實測值）：

上限：y液=55.6% y空=44.4%，相應華白數(shù)為W混=51.1MJ/m3。
下限：y液=43.5% y空=56.5%，相應華白指數(shù)為W混=41.3MJ/m3。
C：混合氣華白數(shù)在±10%范圍內(nèi)波動時，即：
W+10混=1.1 W天=52.3MJ/m3；
W-10混=0.9 W天=42.8MJ/m3時：
W混=52.3MJ/m3,y液=57.1%,y空=42.9%
W混=42.8MJ/m3,y液=45.1%,y空=54.9%

在以上三種情況下，實驗中得出以下結論：

A：混合氣與天然氣華白指數(shù)相同時，混合氣在天然氣灶上能正常燃燒。
B：按結論A調整好的灶具，不再做任何調整，可以正常燃燒的混氣比的范圍是：
上限：y液=55.6% ，相應華白數(shù)為W混=51.1MJ/m3
y空=44.4%
下限：y液=43.5% ，相應華白指數(shù)為W混=41.3MJ/m3
y空=56.5%。
C：混合氣的華白指數(shù)在±10%內(nèi)波動時，欲使燃具燃燒穩(wěn)定，需開大風門，以消除火焰頂部的黃焰尖。

3.混氣與天然氣再混合使用的討論

   正如我們大家所想象的一樣，在天然氣規(guī)劃區(qū)內(nèi)我們暫時使用混氣，當天然氣接通后我們再用天然氣將混氣置換掉或將其作為備用氣源。在該氣站的理論準備階段，有些工程師提出混氣與天然氣再混合后由于空氣的存在是否會出現(xiàn)爆炸的危險，氧含量是否應該控制？為了解決這一混氣中再摻混天然氣是否存在危險的疑問，筆者進行了一些計算：（見數(shù)據(jù)表1和圖1）
根據(jù)數(shù)據(jù)圖表，我們選擇兩組數(shù)據(jù)進行一下華白數(shù)的計算：
① YCH4=20%, YC3H8=20%, YC4H10=20%, Y空=40%,S=1.24, H=55MJ/m3, W=49.55MJ/m3
②YCH4=50%, YC3H8=12.5%, YC4H10=12.5%, Y空=25%, S=0.98, H=49.32MJ/m3, W=49.7MJ/m3
此結果說明摻入天然氣后，華白數(shù)基本不變，混氣中再以任何比例混入天然氣不僅不會發(fā)生任何危險而且還完全可以在天然氣灶具上正常燃燒。
注：以上計算，均設定天然氣為純甲烷，液化氣為丙烷和丁烷。

混氣中摻入天然氣組分變化及爆炸極限表表1

說明：可燃氣體含量從開始摻入甲烷起，就遠在爆炸極限之外，所以不會發(fā)生危險。

二·進口液化石油氣氣化設備的選擇說明

液化石油氣強制氣化方式分：直接電加熱氣化，電加熱水溶氣化，熱水或蒸汽循環(huán)氣化，明火式加熱在我國已不允許使用了。

混氣方式從原理上可分為：文丘里自然吸入空氣混合；高壓比例混合。文丘里自然吸入式設備及運行成本較低，缺點是輸出混氣壓力低，混氣熱值只能在現(xiàn)場做窄幅度調整；高壓比例式混氣壓力可以提高，但由于要附加空氣壓縮干燥系統(tǒng)，較復雜的調壓系統(tǒng)，精密的比例閥，所以造價，運行成本高，適用于大型混氣廠。

有沒有介于這兩種傳統(tǒng)方式之間的新方法呢？不久前，美國A──TECH設備有限公司研制出一種介于兩種混氣方式之間的新方法，即文丘里空氣助推式。這種混氣設備的原理是將文丘里自然吸入式稍加改動，用鼓風機增加吸入空氣的壓力，用PLC（可編程序控制器）根據(jù)熱值儀的反饋信號控制助推空氣量，這樣稍加投資就可以提高混氣壓力。這種空氣助推式在我國也有理論上的研究，中國市政華北設計院嚴銘卿教授對空氣助推文丘里式做過試驗，這里我們借用一些數(shù)據(jù)進行分析：

Py Pk Ph
第一組1.0 0.1 0.1395 Py-液化石油氣噴射壓力
1.5 0.1 0.1435 Pk-空氣壓力

第二組1.0 0.12 0.165 Ph-混氣壓力
0.8 0.13 0.1726 單位：MPa
0.9 0.16 0.1902

從第一組數(shù)據(jù)分析：Py提高50%，Pk不變，Ph提高2.87%。
從第二組數(shù)據(jù)分析：Py降低50%，Pk提高33.3%，Ph提高15.27%：
Py降低20%，Pk提高8.3%，Ph提高4.61%。

這表明，文丘里式混合，如果只增加液化石油氣的噴射壓力，對混氣壓力的提高是很有限的，反而會影響混氣的熱值。如果用某種方法對空氣的壓力稍加提高，就會顯著增加混氣壓力，并保證熱值的精度。所以，文丘里空氣助推式混合器是一種成本低，壓力有保證，熱值穩(wěn)定的新方式，必將被廣泛采用。

三· 該站的設計特點和施工質量保證

該混氣站別墅日供氣量2250m3/d, 公福日供氣量1350m3/d, 總計3600m3/d。為了滿足附近居民瓶裝氣供應需求，該站還具備每月3000戶灌瓶功能。

混氣站的施工包括土建，液化石油氣設備工藝管道，控制電，動力電，弱電，供暖，消防水系統(tǒng)等。施工的種類繁多，技術復雜，質量要求高。合理組織，交叉配合是十分重要的。我們本著先土建，后工藝，先室外，后市內(nèi)，先地下，后地上，設備材料提前訂購，集中指揮的原則，整個現(xiàn)場施工井然有序，忙而不亂，保證了工期。

施工過程中實行全面質量管理，全部焊口均要氬弧焊打底，上崗焊工都竟現(xiàn)場實操考核合格后上崗。全部固定焊口100%射線探傷，合格率達95%，三通焊口100%磁粉探傷，未見相關磁痕。在最后的試壓中，22.5kg水壓試驗穩(wěn)壓1h無變形，滲漏，18kg氣密性試驗穩(wěn)定24h，經(jīng)刷漏無滲漏發(fā)生，竟計算壓力降在允許范圍之內(nèi)。工程總體驗收一次性合格。

四· 結束語

液化石油氣混空氣是一種熱值穩(wěn)定，干凈無毒的新型氣源，混氣站的建設投資省，周期短，見效快，氣源不受過多限制，供氣能力適應與從小區(qū)至大中城市的供氣要求。目前，我國許多中小城市或鄉(xiāng)鎮(zhèn)將混氣站供氣列為****，相信隨著城市基礎設施投資的增加，混氣技術將會得到更廣泛的應用