關于人工煤氣磁翻板液位計作為天然氣備用氣源的實驗研究

摘 要：近年來隨著我國大型燃氣輸配工程的逐一實施，磁翻板液位計已經成為了大多數城市的主導氣源供應方式。而人工煤氣由于其價格低廉，制備工藝成熟等特點，仍然具備作為城市備用氣源的潛質。本文利用自制燃氣混配試驗臺，通過實驗方法研究天然氣和人工煤氣在不同摻混比例條件下對燃氣互換性的影響，同時基于 A. G. A 和 Weaver 燃氣互換性預測法，測定了適應摻混比例的混合氣與直接使用天然氣對相同燃燒器熱負荷造成的影響。近年來隨著我國以“西氣東輸”為主的燃氣長輸管線的逐步

建成，天然氣的年消耗量逐年快速增長 [1, 2] 。2018 年我國天然氣消耗量為 2830 億立方米，比 2017 年增長 18% [3] 。而且隨著俄羅斯西伯利亞天然氣磁翻板液位計進入中國東北項目的快速實施，越來越多的城市選擇采用天然氣作為磁翻板液位計燃氣的主導氣源 [4] 。而東北地區的一些老工業基地，如鞍山、沈陽、長春等，在建國前就已經開始了人工煤氣的廣泛使用 [5] 。這些城市在引入天然氣作為主導氣源的同時，如果能夠因地制宜，繼續使用制備工藝較為成熟，價格低廉的人工煤氣作為天然氣的補充氣源，當城市用氣緊張，輸氣管網出現明顯負荷時，利用天然氣摻混人工煤氣，及時進行補充，不但可以有效緩解用氣高峰造成的暫時性供氣緊張，同時也為人工煤氣的合理使用開拓了新途徑。眾所周知，天然氣摻混人工煤氣使用一定要考慮燃氣互換性問題，即摻混后得到的混合氣，在使用相同燃燒器時，必須達到與單獨使用天然氣相近的熱負荷和一次空氣系數 [6] 。因此必須通過實驗研究和理論計算，確定適宜的天然氣和人工煤氣的摻混比例。

1 燃氣混配實驗裝置

研究所選用的天然氣和人工煤氣的組分如表 1 所示。

依據《城鎮燃氣分類和基本特性》GB131611- 2006，經計算，天然氣和人工煤氣的理化參數如表 2 所示。由表 2 計算結果可知，本實驗采用的天然氣為 12T燃氣，人工煤氣為 7R 燃氣

燃氣混配實驗流程如圖 1 所示：實驗過程中，由鋼瓶裝載的天然氣經過濾、緩沖后，經調壓器調壓，流量計計量后進入引射器。磁翻板液位計人工煤氣經節流、計量后被以一定速度進入引射器的天然氣按照設定比例引射，吸入引射器，天然氣和人工煤氣通過引射器的混合和擴壓裝置混合充分，通過溫度壓力傳感器計量混氣前后的溫度及壓力等相關參數。

利用該裝置，通過調整天然氣和人工煤氣進入引射器的壓力，可以獲得天然氣含量在 0%- 90%范圍內的混合燃氣。混配燃氣的比例可以經氣囊取樣后，通過氣相色譜進行精確驗證。

2 天然氣摻混人工煤氣燃氣互換性預測

目前國際上燃氣互換性預測的方法較多，其中適合天然氣摻混人工煤氣互換性預測的為 A.G.A法和 Weaver 法[7]。由于燃氣互換性預測計算量較大，本研究以這兩種預測方法為依據，編制了計算程序，如圖 2 所示。該軟件可以根據燃氣組分，進行爆炸極限、華白數、燃燒勢和密度的計算，然后依據上述燃氣互換性預測法，根據不同種類的燃氣摻混比例，計算燃氣互換性。

經計算，當混配氣中天然氣含量在 80%- 98%時，經燃氣互換性預測法計算，該摻混氣都能滿足互換性要求，不會對燃氣置換后相同燃燒器條件下一次空氣系數和熱負荷造成影響，計算結果如表 3 所示。表 3 中單元格涂色部分表征符合互換性預測范圍要求。

對上述符合預測結果的人工煤氣和天然氣的摻混比例方案繼續進行實驗研究發現，在相同燃燒器上，使用上述混配方案的燃氣，能夠正常燃燒，達到與單獨使用天然氣相近的熱負荷(相對偏差 <5%) 和一次空氣系數。當天然氣摻混比例為 80%- 90%時，燃燒時能觀察到輕微的黃焰現象。

3 結論與展望

本研究從工程實際出發，研究利用制備工藝成熟，價格低廉的人工煤氣作為天然氣的后備氣源。首先以熱負荷和一次空氣系數為互換指標，選擇適宜的燃氣互換性預測法，編制計算軟件，對燃氣混配比例進行計算。再通過天然氣 - 人工煤氣混配實驗裝置對計算結果進行實驗驗證。發現當天然氣摻混比例為90%- 98%時，燃氣置換前后，使用相同燃具，與直接采用天然氣氣源相比，能夠得到相近的熱負荷和一次空氣系數，即當人工煤氣混配比例 <10%時，不會對作為主導氣源的天然氣造成影響。