城市燃氣互換性理論及應用

王英姿

摘 要：隨著社會經濟的不斷發展，人們對燃氣資源的需求越來越大，尤其是城市燃氣工程取得了巨大的突破。而針對城市燃氣的研究也具有越來越重要的意義。鑒于此，本文介紹了與互換性相關的燃氣類型，針對燃氣互換性方法分類展開研究，并對基于互換性原理的燃氣配氣技術進行了介紹，以供參考。

關鍵詞：城市燃氣；互換性理論；應用

一、與互換性相關的燃氣類型

燃氣在分類與互換計算的過程中，往往需要對以下幾種類型加以應用，例如界限氣、調節氣、置換氣以及基準氣等等。其中基準氣英文為reference gas，即參考氣的意思，根據《城鎮燃氣術語》中的解釋可知，基準氣指的是代表某種燃氣的標準氣體；基準氣并不屬于某種成分固定的燃氣，而是為了方便對燃氣的標定與分類，實際上并不一定存在。界限氣英文為limit gas，翻譯為極限燃氣，它是在燃氣允許波動范圍內配制的標準氣體。調節氣的英文為adjustment gas，翻譯為調節燃氣，調節氣在燃氣具燃燒器初次機械調整的過程中起到參考作用，在一些地區的應用非常廣泛，并且目前已經準備將其作為長期使用的燃氣，對于燃氣工作而言，調節氣起到了重要的基礎作用。

二、燃氣互換性方法分類研究

關于燃氣的互換性問題，目前全球范圍內對其的定義與理解各有不同。美國對一種指數計算的方法有著廣泛應用；而歐洲則主要采用圖形法對燃氣的互換性進行預測，有的專家提出了互換圖采用的不同數值。例如1951年法國德爾布對在燃燒器孔口流速系數校正的華白數加以運用，并對某一地區的互換性進行了定義。1957年，英國吉爾伯特與波利格則對韋弗火焰速度指數與華白指數加以運用，基于德爾布互換圖提出了英國的燃氣互換判定圖。現階段采用的圖形法依然是基于該圖形發來修正部分數軸值與極限線。早先日本在試驗中提出，各類燃氣的華白數w、燃燒勢CP在允許的波動范圍內，那么燃氣的互換就可以實現，之后又基于華白數w、燃燒速度MCP，劃分了燃氣分類標準。由于國家與地區的差異，互換性指數往往存在一定的不同。美國對華白數與AGA多元指數的應用最為廣泛，有的組織與機構對韋弗指數的應用也比較多，而有的地區的輸配公司提出了近似于達頓方法的圖形法。歐洲采用的方法有很多種，例如德爾布法在法國應用比較廣泛，而達頓法則在英國有著廣泛應用。

三、基于互換性原理的燃氣配氣技術

基于互換性原理的燃氣配氣技術指的是以燃氣燃燒特性指標為依據，對燃氣燃燒特性產生影響的重要控制指標進行選取，進行試驗配氣設計與計算。通常采用的方法為對部分密切聯系燃氣燃燒性能的主要參數進行選取，例如華白數、燃燒勢等等，采用甲烷、氮氣、氫氣或者丙烷、氫氣與氮氣等，進行實驗配氣、其中燃氣的熱負荷能力由華白數表示，其表征燃氣的能源熱效率；燃氣的燃燒性能、火焰工況以及燃燒速度則通過燃燒勢參數闡釋。

按照GB/T13611-2006《城市燃氣分類和基本特性》國家標準，城市燃氣分為人工煤氣、天然氣以及液化石油三類，每一類別又分為很多種。燃氣的特性在于能夠穩定燃燒，也就是說，某種燃氣具對某種燃氣具有一定的適應性，那么這種燃氣具上能夠穩定的燃燒適應標準范圍內的該類燃氣的各種氣。受到城市氣源多樣性與復雜性的影響，燃氣供應涉及到的環節非常復雜，具體有燃氣供應與應用、燃氣具生產、燃氣燃燒測試等內容，具備各種城市燃氣氣源顯然不現實的，因此采用替代燃氣是一種行之有效的方法。為了確保替代燃氣與原基準燃氣的化學性質以及熱工性能指標具有一致性，就必須控制好多組分氣體的配氣環節，并針對配氣方法展開研究與設計。鑒于此，與燃氣工程相關的企業應嚴格按照國家標準規范，采用集中單一氣體對相同于城市氣源性質的試驗氣的配制。如此燃氣用具生產企業以及檢查站等用氣單位才能夠對配氣技術加以利用，并實現不同基準氣源試驗氣的獲取。

四、燃氣配氣中對互換性理論的應用

在配氣過程中如果存在多組分原料氣參與的情況，那么采用兩個指數公式顯然是無法實現對各組分原料氣比例的計算的，為了計算多組分配氣，就必須進行相應控制公式的增加。此外，受到氣源條件的變化的影響，新的氣源可能會取代原有氣源。針對多組分的燃氣置換氣與原基準氣的等效互換問題，以往是以“華白數、燃燒勢”等兩個指標相等為依據來進行燃氣互換的判斷。然而，在實際運用中，黃焰與不完全燃燒現象的發生率仍然比較高。因此，必須對新的控制性指標加以應用于推到，如此才能夠使多指標對兩種燃氣互換效果的有效監控得以實現。

目前，現有技術仍然存在一定的缺陷，為了解決這些問題，相關研究人員展開了一系列實驗與研究，結果表明，現提供一種以燃氣燃燒特性指標對燃氣配氣或燃氣間互換的控制方法，通過這一方法，能夠使多種原料氣組分得到有效控制，并按照不同的比例完成混合配比，進而實現原料氣的混合氣的配制，并與基準氣的燃燒、熱工性能標準相符合，實現等效于原基準氣燃燒特性的燃氣的獲取。

在配氣計算中，首先對原基準氣的燃燒特性指標進行計算，然后對公式加以運用，將由多種料氣混合的配制氣的燃燒特性指標表示出來，最后對配制氣的燃燒特性指標以及原來基準氣的燃燒特性指標相等的特性加以利用，從中實現對配氣原料氣的各組分體積比例的計算。燃燒特性指標主要對華白數、燃燒勢以及黃焰指數加以運用，此外還可以對另外一些具有代表性的可控性能指標加以運用。上述配制氣的原料氣的選擇有很多種，具體有甲烷、氫氣、氮氣、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、液化石油氣、空氣等等，可以對上述原料氣加以運用，并實現配制氣的混配。

參考文獻：

[1]李猷嘉.美國燃氣協會燃氣互換性公式評述（第一部分）[J].城市燃氣，2012（7）：4-9.

[2]高文學.城市燃氣互換性理論及應用研究[D].天津大學，2010.

[3]高文學，王啟，趙自軍等.燃氣互換性方法研究與評述[C].中國土木工程學會城市燃氣分會應用專業委員會2008年會論文集，2008： 48-58.