关于人工煤气磁翻板液位计作为天然气备用气源的实验研究

摘 要：近年来随着我国大型燃气输配工程的逐一实施，磁翻板液位计已经成为了大多数城市的主导气源供应方式。而人工煤气由于其价格低廉，制备工艺成熟等特点，仍然具备作为城市备用气源的潜质。本文利用自制燃气混配试验台，通过实验方法研究天然气和人工煤气在不同掺混比例条件下对燃气互换性的影响，同时基于 A. G. A 和 Weaver 燃气互换性预测法，测定了适应掺混比例的混合气与直接使用天然气对相同燃烧器热负荷造成的影响。近年来随着我国以“西气东输”为主的燃气长输管线的逐步

建成，天然气的年消耗量逐年快速增长 [1, 2] 。2018 年我国天然气消耗量为 2830 亿立方米，比 2017 年增长 18% [3] 。而且随着俄罗斯西伯利亚天然气磁翻板液位计进入中国东北项目的快速实施，越来越多的城市选择采用天然气作为磁翻板液位计燃气的主导气源 [4] 。而东北地区的一些老工业基地，如鞍山、沈阳、长春等，在建国前就已经开始了人工煤气的广泛使用 [5] 。这些城市在引入天然气作为主导气源的同时，如果能够因地制宜，继续使用制备工艺较为成熟，价格低廉的人工煤气作为天然气的补充气源，当城市用气紧张，输气管网出现明显负荷时，利用天然气掺混人工煤气，及时进行补充，不但可以有效缓解用气高峰造成的暂时性供气紧张，同时也为人工煤气的合理使用开拓了新途径。众所周知，天然气掺混人工煤气使用一定要考虑燃气互换性问题，即掺混后得到的混合气，在使用相同燃烧器时，必须达到与单独使用天然气相近的热负荷和一次空气系数 [6] 。因此必须通过实验研究和理论计算，确定适宜的天然气和人工煤气的掺混比例。

1 燃气混配实验装置

研究所选用的天然气和人工煤气的组分如表 1 所示。

依据《城镇燃气分类和基本特性》GB131611- 2006，经计算，天然气和人工煤气的理化参数如表 2 所示。由表 2 计算结果可知，本实验采用的天然气为 12T燃气，人工煤气为 7R 燃气

燃气混配实验流程如图 1 所示：实验过程中，由钢瓶装载的天然气经过滤、缓冲后，经调压器调压，流量计计量后进入引射器。磁翻板液位计人工煤气经节流、计量后被以一定速度进入引射器的天然气按照设定比例引射，吸入引射器，天然气和人工煤气通过引射器的混合和扩压装置混合充分，通过温度压力传感器计量混气前后的温度及压力等相关参数。

利用该装置，通过调整天然气和人工煤气进入引射器的压力，可以获得天然气含量在 0%- 90%范围内的混合燃气。混配燃气的比例可以经气囊取样后，通过气相色谱进行精确验证。

2 天然气掺混人工煤气燃气互换性预测

目前国际上燃气互换性预测的方法较多，其中适合天然气掺混人工煤气互换性预测的为 A.G.A法和 Weaver 法[7]。由于燃气互换性预测计算量较大，本研究以这两种预测方法为依据，编制了计算程序，如图 2 所示。该软件可以根据燃气组分，进行爆炸极限、华白数、燃烧势和密度的计算，然后依据上述燃气互换性预测法，根据不同种类的燃气掺混比例，计算燃气互换性。

经计算，当混配气中天然气含量在 80%- 98%时，经燃气互换性预测法计算，该掺混气都能满足互换性要求，不会对燃气置换后相同燃烧器条件下一次空气系数和热负荷造成影响，计算结果如表 3 所示。表 3 中单元格涂色部分表征符合互换性预测范围要求。

对上述符合预测结果的人工煤气和天然气的掺混比例方案继续进行实验研究发现，在相同燃烧器上，使用上述混配方案的燃气，能够正常燃烧，达到与单独使用天然气相近的热负荷(相对偏差 <5%) 和一次空气系数。当天然气掺混比例为 80%- 90%时，燃烧时能观察到轻微的黄焰现象。

3 结论与展望

本研究从工程实际出发，研究利用制备工艺成熟，价格低廉的人工煤气作为天然气的后备气源。首先以热负荷和一次空气系数为互换指标，选择适宜的燃气互换性预测法，编制计算软件，对燃气混配比例进行计算。再通过天然气 - 人工煤气混配实验装置对计算结果进行实验验证。发现当天然气掺混比例为90%- 98%时，燃气置换前后，使用相同燃具，与直接采用天然气气源相比，能够得到相近的热负荷和一次空气系数，即当人工煤气混配比例 <10%时，不会对作为主导气源的天然气造成影响。