摘要：  本文通过对天然气掺混空气工艺进行简要描述，在此基础上分析影响热值控制的因素，提出采取的措施与方法，从而确保燃气热值稳定。

关键字：  天然气、热值、控制、压缩空气

一、引言

天然气作为一种优质、环保、安全、经济的能源，主要成分是甲烷(CH₄)，燃烧后为二氧化碳(C0₂)和水(H₂O)，无硫化物、颗粒物排放，这将明显改善城市空气质量，具有良好的环境效益和社会效益。因此越来越多的城市已使用天然气作为城市供气气源，这其中有部分管道天然气生产企业采用的是天然气掺混空气工艺。采用这种工艺可以确保不同气种转换后用户燃气具的适应性和燃烧工况稳定性，也可以满足对于热值稳定要求高的用户用气要求(比如：食品加工、焊割、高精度温度控制设备等)。而在掺混过程中燃气热值调节是一个难点，有很多因素会影响热值控制。

二、天然气掺混空气工艺流程

工艺流程：液化天然气用槽车运来，在卸液台通过站内卸车增压器(或槽车自带增压器)给槽车增压，将LNG送入低温储罐储存。储罐内的LNG，利用压差被压入空温式气化器(当储罐内压力过低时，利用储罐增压器进行增压)，并在其中与气化器外的空气换热后变成气体，同时升高温度(当出口温度达不到5度时，再经水浴式加热器加热)，经过主调压器调压为0.150.30 Mpa后，与经过空气调压撬调压和流量控制的同等压力的压缩空气按设定的热值要求调制后，经静态混合器混合、计量检测、加臭后送入站外输配管道；为保证安全，储罐设有自力式压力调节阀(设定起跳压力为0.65Mpa)，可根据压力设定值自动排出BOG气体，另因卸车后回收的BOG气体分别通过BOG加热器升温，再调压后加入主管道静态混合器前；安全阀起跳和设备检修时放散的天然气集中通过EAG加热器后再从高空放散塔放散；

空气调压撬掺混所需的压缩空气由空气压缩机压缩到约0.5-0.7 Mpa，并经缓冲罐和调压器调压后供掺混使用。LNG水浴式加热器所需的热水由燃气热水炉和热水循环泵组成的热水系统提供。

三、掺混过程中影响热值控制的几个因素

1、液化天然气热值

(1)由于天然气气源产地不同，其热值不同。对不同气源的天然气，在调质时热值控制中空气的掺混比例也不同，原液的热值越高，空气的掺混比例越大，热值控制相对比较容易；原液的热值越低，空气的掺混比例越小，热值控制相对比较困难。我公司空气掺混系统是采用略高于天然气压力的压缩空气和天然气在静态混合器中进行调质。一般实际操作中空气压力略高于天然气压力0.01—0.02MP，从实际的调质情况来看，压缩空气的比例只占10％-20％之间。

(2)因天然气气源产地的不同，其气化率也不同，原液的气化率越高，调质就相对比较容易；原液的气化率越低，调质就相对比较困难；通过对进液过程中槽车增压器对槽车进行增压或储罐进行自增压进行比较，在同等储罐或槽车的气体BOG体积的容器中，气化率高的天然气在调质过程中热值控制比较容易。

2、调压器出口压力

(1)压缩空气与天然气在静态混合器中进行混合，分别经过各自的调压器，将压缩空气与天然气的压力调到接近等压，但是在实际中由于压力调节是动态的，随着出厂流量的变化，调压器出口压力会在一定范围内波动，因此很难将其两种气体的压力调到等压。压缩空气与天然气的压力越接近，热值控制就越容易；压缩空气与天然气的压力相差越大，热值控制就越困难。其中影响调压器后压力变化的原因主要有：

●调压器的控制精确度

不同结构的调压器，其进行调压后的压力精确度是不一样的，调压器的控制精确度越高，其进行调压后的压力波动就越小；调压器的控制精确度越低，其进行调压后的压力波动就越大。

●调压前的压力波动

调压器前压波动越大，其调压后的压力也会波动越大；调压器前压波动越小，其进行调压后的压力也会波动越小。

●流量

调压后的压力波动与经过调压器的流量也有关。不同的流量，流量不稳定，经过调压器后的压力会产生波动。而流量与生产量有直接的关系，如果用户的使用量相对比较稳定，没有用气高峰与低谷，那流量就相对稳定，调压器后的压力控制精度就高；如果用户的使用量不稳定，用气高峰与低谷明显，并变化的次数多，那流量就相对不稳定，调压器后的压力控制精度就低。

3、热值仪的测量

热值仪自动控制热值的原理：对静态混合器后的调质天然气进行取样，将样气在热值仪中进行燃烧，测量出调质后天然气的热值，并将测量出的热值与设定的热值进行比较。通过比较后的信号反馈给空气调压撬，通过调节空气调压撬的比例调节阀开启度，控制空气调压撬中空气的输出流量，从而改变天然气与压缩空气的比例，来到达控制调质天然气的热值。所以热值仪的反应速度将直接影响到热值的控制，反应速度越快，越及时对热值控制就越容易，调质出的天然气的热值精确度就越高；反映速度越慢，越延迟对热值控制就越困难，调质出的天然气的热值精确度就越低。影响热值仪的反映速度的因素有：

●取样管的取样位置，取样点离热值仪本身越近，热值仪燃烧的反映速度就越快，得到的热值越及时，从而控制出的热值越精确；取样点离热值仪本身越远，热值仪燃烧的反映速度就越慢，得到的热值越延迟，从而控制出的热值越偏差就大。

●取样后的取样管路压力，热值仪进口燃气压力是250mmH2o，取样后调质天然气必须要经过调压后，压力达到规定值后才能供热值仪使用，这样就产生了调压器安装的位置离热值仪越远，离取样口越近，这样热值仪反映的速度就越快；调压器安装的位置离热值仪越近，离取样口越远，这样热值仪反映的速度就越慢。

●热值仪本身的运算速度与运算的精度。通过在燃烧器中燃烧的膨胀系数与标定的样气热值进行比较，计算出调质的天然气热值，并将这个热值信号反馈给中央处理器，经过中央处理器计算处理后去控制空气调压撬的控制阀，改变压缩空气的出口流量，来达到热值的精确控制。

●热值仪对周围环境的要求。热值仪在工作时，对本身的环境温度有一定的影响，环境的温度越稳定，热值仪工作时偏差就越小，给热值仪提供一个相对恒定的环境温度就能减少热值的偏差。

4、瞬时流量变化的影响

(1)根据用户用气量的变化，城市燃气供应站区要及时调整出厂的瞬时流量，以此来确保用户用气的需要。

(2)在相同气源，在天然气与压缩空气的比例不变的情况下，瞬时流量的变化，天然气与压缩空气也要进行按同比例的增加或减少，这样需要重新调节空气调压撬控制阀的开启度，来确保天然气与压缩空气按同比例的增加或减少。而瞬时流量的变化次数越少，需要调节空气调压撬的次数的越少，这样热值就能稳定。

四、提高热值控制精度的措施与方法。

在我公司现有的生产设备情况下，根据生产的实际情况，要提高热值控制精度，可以采取的措施与方法有：

1、选择优质天然气气源，尽量选用热值高、气化率高的液化天然气作为城市燃气的气源。

2、提高天然气与压缩空气调压后压力的精度和稳定性，可以采用多级调压以保证调压前的压力相对稳定性，我公司目前各采用二级调压，来确保天然气与压缩空气在经过二级调压在供气过程中保持稳定。

3、对天然气气化站的设备安装采取更加合理的工艺，特别是热值仪与氧分仪的安装位置与取样位置。热值仪取样管的调压尽可能靠近出厂管网端，并其取样管路尽可能小一些。

4、充分了解与掌握用户的用气结构与用气的时间，减少瞬时流量变化的次数与瞬时流量变化时的稳定程度，从而减少调节空气调压撬控制阀开启度的次数，来达到热值的精度控制。

5、经常对热值仪与氧分仪进行校正，减少偏差。

参考文献：

GB/T13611-2006  城镇燃气分类与基本特性

GB50494-2009  城镇燃气技术规范

GB17905-2008  家用燃气燃烧器具安全管理规则  《舟山蓝焰燃气LNG站安全技术操作规范》

本文作者：滕利平