淺談一座液化石油氣混合站的建設(shè)

近幾年來(lái)，在我國(guó)液化氣混空氣的技術(shù)發(fā)展較快，在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)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(zhǎng)輸管線將向北京供氣，目前北京市許多區(qū)域已列入或?qū)⒘腥胩烊粴夤�氣范圍，這些區(qū)域內(nèi)現(xiàn)在急需用氣于暫時(shí)還不能接通大天然氣形成了矛盾。為了滿足用戶當(dāng)前的用氣要求，同時(shí)又兼顧到大天燃?xì)膺M(jìn)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(lái)天然氣到達(dá)該地區(qū)之后，再置換成天然氣，而管網(wǎng)和戶內(nèi)設(shè)備無(wú)需更改，使一次投資到位。北京天環(huán)燃?xì)庥邢薰�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(zhǔn)備

   液化石油氣（英文縮寫LPG，下同）強(qiáng)制氣化本世紀(jì)40年代在美國(guó)已有應(yīng)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(diào)峰氣源迅速得到了推廣，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，混氣技術(shù)已相當(dāng)成熟。在我國(guó)混氣技術(shù)開始于60年代，燃?xì)夤こ處煘榱藵M足工業(yè)用戶的需求，自行研制成功了文丘里式混氣設(shè)備。但混氣技術(shù)在中國(guó)的真正發(fā)展是在90年代。我們?cè)诔薪舆@一混氣站的粗期進(jìn)行了一些理論準(zhǔn)備：

1.關(guān)于燃?xì)饣�換性的討論

   用不同的制氣方法所獲得的燃?xì)�，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?xì)獬煞菰O(shè)計(jì)的。當(dāng)燃?xì)獬煞莅l(fā)生變化時(shí)，燃具的燃燒工況就會(huì)改變，但只要兩種燃?xì)獾娜A白數(shù)相等，就能在同一燃?xì)鈮合潞屯�一燃具上獲得同一熱負(fù)荷，即具有互換性。一般規(guī)定，兩種燃?xì)饣�換時(shí)，華白數(shù)的變化范圍不大于5%──10%。

   當(dāng)然，考慮兩種燃?xì)饽芊窕�換，華白數(shù)指標(biāo)不是唯一的，燃燒勢(shì)也是反映燃?xì)馊紵�火焰所產(chǎn)生離焰、黃焰、回火和不完全燃燒傾向的一項(xiàng)反映燃?xì)馊紵�穩(wěn)定狀況的綜合指標(biāo)，用Cp表示。按我國(guó)燃?xì)夥诸�，液化石油氣混空氣�?他，燃燒特性接近天然氣，其燃燒勢(shì)為29。

2.液化石油氣混空氣替代天然氣使用的試驗(yàn)

   為了獲得液化石油氣混空氣在天然氣灶具燃燒的實(shí)際工況，在經(jīng)過(guò)理論計(jì)算之后，我們還做了實(shí)驗(yàn)。

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(duì)密度：S=0.7
華白數(shù)：W天=47.5MJ/m3
實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)液化氣參數(shù)如下：
低熱值：Hl=180.8MJ/m3
相對(duì)密度：S=1.72
華白數(shù)：W液=198.2MJ/m3

A:當(dāng)混合氣與天然氣華白指數(shù)相同時(shí)，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(dāng)燃具以W混=W天=47.5MJ/m3調(diào)整好后，不作任何調(diào)整可正常燃燒的混氣比波動(dòng)范圍（實(shí)測(cè)值）：

上限：y液=55.6% y空=44.4%，相應(yīng)華白數(shù)為W混=51.1MJ/m3。
下限：y液=43.5% y空=56.5%，相應(yīng)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(dòng)時(shí)，即：
W+10混=1.1 W天=52.3MJ/m3；
W-10混=0.9 W天=42.8MJ/m3時(shí)：
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(shí)驗(yàn)中得出以下結(jié)論：

A：混合氣與天然氣華白指數(shù)相同時(shí)，混合氣在天然氣灶上能正常燃燒。
B：按結(jié)論A調(diào)整好的灶具，不再做任何調(diào)整，可以正常燃燒的混氣比的范圍是：
上限：y液=55.6% ，相應(yīng)華白數(shù)為W混=51.1MJ/m3
y空=44.4%
下限：y液=43.5% ，相應(yīng)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(dòng)時(shí)，欲使燃具燃燒穩(wěn)定，需開大風(fēng)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(shí)使用混氣，當(dāng)天然氣接通后我們?cè)儆锰烊粴鈱⒒鞖庵脫Q掉或?qū)⑵渥鳛閭溆脷庠�。在該氣站的理論�?zhǔn)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(huì)出現(xiàn)爆炸的危險(xiǎn)，氧含量是否應(yīng)該控制？為了解決這一混氣中再摻混天然氣是否存在危險(xiǎn)的疑問(wèn)，筆者進(jìn)行了一些計(jì)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(jìn)行一下華白數(shù)的計(jì)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(jié)果說(shuō)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(huì)發(fā)生任何危險(xiǎn)而且還完全可以在天然氣灶具上正常燃燒。
注：以上計(jì)算，均設(shè)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(shuō)明：可燃?xì)怏w含量從開始摻入甲烷起，就遠(yuǎn)在爆炸極限之外，所以不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。

二·進(jìn)口液化石油氣氣化設(shè)備的選擇說(shuō)明

液化石油氣強(qiáng)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(guó)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(shè)備及運(yùn)行成本較低，缺點(diǎn)是輸出混氣壓力低，混氣熱值只能在現(xiàn)場(chǎng)做窄幅度調(diào)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(fù)雜的調(diào)壓系統(tǒng)，精密的比例閥，所以造價(jià)，運(yùn)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(guó)A──TECH設(shè)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(shè)備的原理是將文丘里自然吸入式稍加改動(dòng)，用鼓風(fēng)機(jī)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(hào)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(guó)也有理論上的研究，中國(guó)市政華北設(shè)計(jì)院嚴(yán)銘卿教授對(duì)空氣助推文丘里式做過(guò)試驗(yàn)，這里我們借用一些數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)混氣壓力的提高是很有限的，反而會(huì)影響混氣的熱值。如果用某種方法對(duì)空氣的壓力稍加提高，就會(huì)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(shè)計(jì)特點(diǎn)和施工質(zhì)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(jì)3600m3/d。為了滿足附近居民瓶裝氣供應(yīng)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(shè)備工藝管道，控制電，動(dòng)力電，弱電，供暖，消防水系統(tǒng)等。施工的種類繁多，技術(shù)復(fù)雜，質(zhì)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(shè)備材料提前訂購(gòu)，集中指揮的原則，整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)施工井然有序，忙而不亂，保證了工期。

施工過(guò)程中實(shí)行全面質(zhì)量管理，全部焊口均要?dú)寤『复虻�，上崗焊工都竟現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操考核合格后上崗。全部固定焊口100%射線探傷，合格率達(dá)95%，三通焊口100%磁粉探傷，未見相關(guān)磁痕。在最后的試壓中，22.5kg水壓試驗(yàn)穩(wěn)壓1h無(wú)變形，滲漏，18kg氣密性試驗(yàn)穩(wěn)定24h，經(jīng)刷漏無(wú)滲漏發(fā)生，竟計(jì)算壓力降在允許范圍之內(nèi)。工程總體驗(yàn)收一次性合格。

四· 結(jié)束語(yǔ)

液化石油氣混空氣是一種熱值穩(wěn)定，干凈無(wú)毒的新型氣源，混氣站的建設(shè)投資省，周期短，見效快，氣源不受過(guò)多限制，供氣能力適應(yīng)與從小區(qū)至大中城市的供氣要求。目前，我國(guó)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(chǔ)設(shè)施投資的增加，混氣技術(shù)將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用