燃气互换性、燃具适应性与燃气分类

摘 要

文章论述了城市燃气互换性与燃具适应性的定义和两者之间的关系。讨论了我国制定燃气分类标准的依据、燃烧势的物理意义,以及燃气分类对燃具适应性和燃气互换性的影响。根据目

文章论述了城市燃气互换性与燃具适应性的定义和两者之间的关系。讨论了我国制定燃气分类标准的依据、燃烧势的物理意义,以及燃气分类对燃具适应性和燃气互换性的影响。根据目前管道天然气和液化天然气成分的差异和多种天然气用户对气质的不同要求的新形势,提出对燃气互换性工作的看法与建议。
关键词:燃气互换性;燃具适应性;燃气分类;燃烧势
 
Abstract
 
This paper discussed the definitions and relationship of gas interchangeability and flexibility of gas appliance. The foundation of gas category standards, physical and property of combustion potential were investigated. The effect of gas classification on both gas appliance flexibility and gas interchangeability were studied. Based on the component difference between natural gas and liquid natural gas and also different requirements of various natural gas consumers, this paper proposed some suggestions on gas interchanging work in practice. 
 
Key Words: gas interchangeability, flexibility of gas appliance, Gas classification, combustion potential
 
     
燃气互换性是燃气事业关键技术之一。它与燃气源、输配系统、燃气设备有紧密联系。我国燃气界一直关注此问题。早在上个世纪中已有燃气互换性研究的阶段成果,一些大城市也作过关于燃气互换性的试验。可惜这些很好的工作没有得到应有的重视与支持,无奈停顿下来,使我国燃气事业落后于国际。近来有关专家传递了国外新信息,并引起协会领导的重视。在学习有关材料的基础上,回忆过去走过的道路,对此课题提出粗浅的观点。恳请燃气同仁批评指正。
. 燃具适应性与城市燃气互换性
()燃具适应性与适应域
1. 燃具适应性:开发燃具时,首先要决定使用某类燃气。根据某类燃气的基准气设计、生产后并按照基准气及界限试验气的要求(包括压力)调整检验出厂。如果供应的燃气就是基准气,此时燃具工作状态最好。当燃气性质(成分)发生变化时,其工作状态必然改变。如果燃气成分变化在某一界限范围内,它仍能保持正常工作。这就是燃具对燃气成分变化的适应能力,称其为燃具的适应性。所谓正常工作即 “当燃气性质有某些改变时燃具不加任何调整,其热负荷、一次空气系数和火焰特性的改变必须不超过某一极限,以保证燃具仍能保持令人满意的工作状态[1]。”
2. 燃具适应域:每个燃具都有一定的适应能力。量化这个适应能力,可以用燃具适应燃气成分变化的范围来表示。适应燃气成分变化的范围称其为燃具适应域。适应域的范围越宽,表示燃具的适应能力越强[3]
城镇中占绝对多数的民用燃具是大气式燃气用具。衡量大气式燃气用具正常工作的重要的指标是:不发生离焰、回火、黄焰、烟气中CO不超标和不结碳等。影响这些现象的燃气性质是华白数与燃烧速度,以及燃具的构造等。为了更具体显示燃具适应域,取一个以华白数W为纵坐标,以燃烧速度S为横坐标的坐标图。图上的每一个坐标点,都代表具有Wi与Si 性质的燃气。各种单一的气体(如CH4、H2、CO、N2)都可以在图上找到位置,当然基准气O也有一个坐标点,见图1。用一个燃具在不做任何调整的条件下,分别用基准气和CH4、H2及CO单一气体混合配气进行试验,可以求得CO超标曲线1、离焰曲线3及回火曲线2。图1中1、2、3曲线围成的范围就是该燃具的适应域。燃具的适应域是代表燃具性能的重要指标。严格地说燃具正常工作还包括不黄焰、不结碳等要求,需要用相应的指标来验证。但是一般来说,对于大气式燃具,只要CO 过关,就很少产生黄焰和结碳的现象。不过天然气中H2含量多时,需要关注析碳。液化石油气混空气要注意黄焰现象。
 
()城市燃气互换性与互换域
1. 城市燃气互换性:城市供应的主要气源是城市基准气。实际供给的燃气的成分不可能一成不变,尤其当城市燃气负荷达到高峰时,需要补充一些与基准气的性质不同的燃气。这种代替基准气的燃气被称为置换气。当置换气代替基准气时,“如果燃烧器(应该是燃具)不加任何调整而能保证城市各种燃具正常工作,则表示置换气对基准气而言有互换性”[1]所谓正常工作条件基本内容与上述相同,当置换气是暂时性的,可适当降低正常工作的要求,称为非正常工作界限。
2. 城市燃气互换域:一个城市有多种不同用途的燃具。每种燃具都有自己的燃具适应域。将这些适应域,集中在一个坐标图上(见图2),就可以得到中间斜线的燃气互换域。城市供应的燃气必须在这些燃具的适应域的范围内。可见燃气互换域是受燃具适应域制约的。其实互换性和适应性的目的都是保证燃具正常工作,是一个事物的两个方面。互换性是对城市燃气说的;适应性是对燃具说的。在讨论时不要混淆。
 
3. 传统互换性规定的燃具范围:一个城镇使用的燃具不止一种,应该规定几种有代表性的燃具,根据这些燃具的适应域,确定燃气互换域。传统确定互换域的做法,是只考虑大气式燃烧的燃具。因为城市中绝大部分燃具属于大气式燃具。工业中有其他类型燃具不宜考虑。因为工厂企业有技术力量,可以采取措施解决互换性。另一方面它们在城市中是少数,考虑工业燃具可能会缩小互换域,使供气操作困难并且不经济。例如法国的互换域,就是用9个热水器、9个灶具、8个采暖器和一个洗涤器进行试验得到的[2]。这些燃具属于大气式。
每个国家使用的燃具是不一样的;每个国家,甚至于每个城市都应有自己的燃气互换域。
() 燃具适应域和燃气互换域的关系
   燃具适应域和燃气互换域的目的相同,都是为了使燃具工况稳定,正常工作。彼此之间有密切的不可分割的关系。
1.       燃气互换域是根据燃具适应域确定的.各燃具的适应域中共同的燃气成分范围才可以满足供气范围中各种燃具要求。任何一种燃具的适应域,必须覆盖城市燃气互换域,否则燃具就进不去该燃气互换域的市场。
2.       燃气供应单位应掌握本地区的燃气互换域。拒绝使用不符合互换性要求的燃具。应该用互换域的边界检验燃具,合格后才允许进入市场。
3.       在设计与调试燃具时,生产厂家有很多技术措施拓宽燃具的适应域。适应域宽的燃具不仅可以扩大销路,还有利于城市供气的调节。
4.       假设一个小城镇(或某区)使用单一类型的燃具,这样就有可能使燃气互换域和燃具适应域重合。但是实际执行的互换域,还需要根据气源的条件确定。
5.       生产燃具的性能标准化(适应域标准化),有利于确定燃气互换域,两者配合好,将对整个燃气系统获得很大的经济效益与社会效益。
由此可见,燃具适应性是基础。使用适应域窄小的燃具,会限制燃气互换域,给供气混输带来麻烦。生产厂家在精心设计与调试的基础上可以拓宽燃具的适应域,从而加宽燃气互换性的范围。
以上是根据国内外传统的互换性的条件论述的 。
 
. 判定燃气互换性的方法
判定燃气互换性的方法很多,基本上有两大类:一为指标法;另一为图解法。
美国燃气协会(AGA)的判别法是典型的指标计算法而德尔布的作图法是最早被介绍到我国的方法。此外还有几种方法已经在不少的文章中论及,在此不再赘述。但是要强调一点的是各种方法都是根据本国燃具经过大量试验总结出来的。由于各国使用的燃具的结构与性能有所不同,因此这些方法只适用于本国的燃具。用国外判别式验证本国的燃气互换性不宜只靠计算,需要经过试验验证。
下面只讨论对燃烧势的理解和指标法及图解法的特点。
 
() 燃烧势
目前,对燃烧势(Combustion Potential)CP有不同的理解。最可靠的解释还应该以德尔布博士在同济大学讲课的内容为准。上个世纪同济大学请来德尔布先生来华讲学,还印发了讲课的讲义[2]。德尔布先生从大气式燃烧的稳定性讲起,最后介绍了燃烧势的产生过程。 德尔布的研究组,开始是使用的是以华白数为纵坐标,燃烧速度为横坐标的坐标图,经过试验在此坐标图上点出回火、离焰和CO/CO2超标曲线(简称CO曲线)。但是当气源发展到使用油制气后,以燃烧速度为横坐标的坐标图上得不到光滑的CO曲线,参见图3(a)。图中的a点没有落在曲线1上。这是由于燃烧速度不能全面反映CO曲线的结果。为此需要一个能反映离焰、回火及CO曲线的参数(或指数)来代替燃烧速度S。于是研究组通过大量试验整理出燃烧势CP的公式。将CP 代替S后,得到光滑曲线(具体做法参考[2]、[4])。在W’-CP的图3(b)中,a值落在曲线1上。说明燃烧势,不仅反映了离焰、回火,同时还反映了CO曲线。这就是燃烧势的物理背景[3]
 
因为燃烧速度对互换域中的离焰、回火曲线有密切的关系,但对燃具的CO曲线影响相对较小。
CO曲线除受华白数影响外,火焰高度对其影响很大。火焰高度受燃烧速度与孔口气流流速影响,气流速度受气流密度制约,即火焰高度=φ(燃烧速度,相对密度…) [2]。于是德尔布根据法国燃具的试验资料分析整理出一个与燃烧速度及火焰高度等因素有关的参数代替燃烧速度,并命名为燃烧势,用CP符号表示。
德尔布整理得CP 的计算式为,
 
式中:CmHn---重碳氢化合物中的C2H6、C4H10…等成分的体积百分数,%;
       uv、e---分别为各种校正系数,详见参考文献[2];
       d ---燃气相对密度;
       H2CH4CO---- 燃气中的成分的体积百分数,%。
德尔布的工作非常细致,试验的工作量也非常大。为了能确切反映燃烧工况,考虑了燃气黏度及成分对华白数的影响,最后用校正华白数W’做纵坐标。CP的计算公式除考虑多种影响燃烧势的因素u、v、e外,德尔布对CO前面的系数还有说明:当燃气中CO成分大于30%时取0.7;一般情况下取 0.6。
综上所述,对燃烧势的认识有以下几点 :
 
1.燃烧势(CP)是反映燃具燃烧状态的燃气特性参数。它既反映燃烧速度对离焰、回火的影响,同时还反映火焰高度对烟气中CO含量的影响。燃烧势不是燃烧速度。CP值与燃烧速度也不单纯呈比例关系。这样看来称其为燃烧速度指数不是非常合适,也容易与韦弗燃烧速度指数相混[3]
2.燃烧势公式中的燃气成分采用的单位不是百分比而是百分数。从量纲上看,它也不是燃烧速度。
3. 燃烧势不只与燃气的成分有关,还受燃具的结构影响。应该用我国使用的燃具来确定燃烧势公式中的各个系数。建议有关部门对理论性研究给以支持,做出适合我国的燃烧势公式、燃具适应域和燃气互换域,从而适应我国燃气事业的发展[3]  
() 指标法与作图法的特点
评价燃气互换性的指标法与作图法各有特点。
1.指标法
(1)指标法适用于直接判断某种燃气与基准气是否可以互换。
(2)指标法具有多个项目的互换指标。
(3)指标法是靠指标适应极限值来表示互换域或适应域。但比较局限,也不直观 。
(4)目前的指标法都是用本国典型燃具试验总结出来的公式,是在上个世纪完成的。是否适合近代的燃具(包括改进后的大气式燃具、全一次预混空气燃具)有待验证。
2.图解法
(1)图解法表示的适应域和互换域给出了不离焰、不回火、CO不超标的燃气成分变化范围,非常直观地反映燃气互换域和燃具适应域。在互换域中,只包括离焰、回火和CO超标,有必要时,还需用黄焰指标和结碳指标验证。
(2)利用德尔布图解法,可以根据城市具有的几种不同成分的燃气源的混输供气,保证供应的燃气既能满足互换域,同时还能控制燃气热值波动不大的限制。作者在学习德尔布讲座的基础上,做了一个人工燃气的例题,证明是可行的[5]
  除德尔布图解法外还有用华白数与韦弗燃烧速度指数S为坐标的图解法,以及用燃气成分代替S的三维图解法等[8]。判别方法很多,各有特点,也都有不足之处,这些方法仅适合其本国情况。这些整理出的互换域图也是上个世纪完成的。
 
 要特别注意,在使用国外判别式判定我国燃具时,必须通过验证.
. 燃气分类标准
为了尽快步入正题,只讨论天然气的分类。首先回顾国际制定天然气分类的过程。
()国际燃气联盟(IGU)的分类过程
1. 燃气分类方法的根据:燃气的华白数可以代表燃气性质对燃具的热负荷(或称热流量,注意热流量不是华白数)的影响,是单纯表示燃气性质的参数,并且与燃具结构没有关系。因此用华白数划分燃气类别是最合适的。但是为了检验燃气成分变化后,是否有离焰、回火及黄焰时,单靠华白数是不够的。国际上有不少互换性的判别方法,但是这些方法与公式只适应本国的燃具。为此世界燃气会议决定采用每个国家都可以使用的离焰、回火、不完全燃烧(CO超标)等界限试验气(简称界限气)的方法来确定燃气用具的分类。每类燃气都规定了自己的基准气和界限气,通过某类基准气和界限气检验的燃具才被认为适用此类燃气。燃具的铭牌上要标出适用于某族、某类燃气。
2. 最初把天然气定为一组:第十届国际燃气联盟(IGU)的世界燃气会议,将燃气分为人工气、天然气和液化石油气三族。当时对天然气认识不够,没有把天然气再进一步分成几类(或组)。只规定了基准气和几种为检验燃具的最不利的界限气。为了使试验统一,并且能在试验室内配制出各种界限气。为此规定的界限气是用几种单一气体按比例混合起来的。
3.把天然气分成两组:英国哈里斯(Harris)和罗佛雷斯(Lovelace)以华白数为纵坐标,韦弗燃烧速度指数SW为横坐标的坐标图上点出国际联盟第一次提出的基准气和界限气,并做了各种燃具的试验。结果是,没有一种天然气燃具在一个基准气的条件下能满足当时IGU提出的界限气要求。于是1970年,在莫斯科举行的第11届的世界燃气会议上,把天然气分为高热值H与低热值L两个组(有两个基准气),同时分别给出了不完全燃烧、离焰、回火等的界限气。IGU 提出天然气分类与各种界限气的成分,见表1[8]
IGU 燃气分类的基准气与界限气 表1
 
试验气
代号
CH4
(%)
C3H8
(%)
H2
(%)
N2
(%)
华白数
(MJ/m3干气)
备注
H组
基准气
不完全燃烧
回火
离焰
回焰、析碳及黄焰
 
 
 
G20
G21
G22
G23
G24B
G24A
 
 
100
 87
 65
 92.5
 68
CH4
 
 
13
 12
60
 
 
35
20
 
 
7.5
40(空气)
 
 
50.73
54.70
46.39
45.66
51.95
 
注:不同资料数据不同,注意体积的参比条件
当使用液化石油气混空气代替天然气时,需用G24A代替G21做不完全燃烧及黄焰试验。
G24B:在使用高碳氢物并含有H2的SNG时有回火析碳问题。G24B是其界限气
L组
基准气及回火
不完全燃烧
离焰
 
G25
 
G26
G27
 
86
 
80
82
 
 
7
 
 
 
14
 
13
18
 
41.5
 
44.77
39.05
 
 
国际燃气联盟规定每组天然气有一个基准试验气,它代表该组燃气范围内的燃烧工况最好的燃气,该组的界限试验气代表该组燃气成分范围内的最不利于燃烧的成分边界。
4. 各个地区与国家根据国情制定本国的分类标准:前苏联基本采用IGU的方法。欧共体成立后,根 据欧洲的情况,在IGU的基础上制定了欧共体的燃气分类标准,把天然气分为3组,对个别界限气略有修改。日本的燃气分类与IGU略有不同。日本先是根据华白数与燃烧势(后又改为MCP)对燃气进行分类,同时给出界限气和界限气的燃烧势。日本是使用LNG.最多的国家,采用的界限气与IGU略有不同。美国是使用天然气最早的国家,一直是用自己的分类标准和判别方法[11]
()我国的燃气分类
我国制定燃气分类标准有两次:
第一次制定标准
1989年我国初次制定标准。回忆审查会上主要讨论如下几个问题:
1. 根据哪些参数分类:代表燃气性质的关键参数是燃气热值与华白数,后者更有代表性,公认华白数是燃气分类第一个重要参数。把燃烧势作为燃气分类的另一个参数,是德尔布先生提出来的[2]。在德尔布讲义的第七讲中指出“第一族燃气的种类很多,在法国按华白数与燃烧势的范围又分为三组……”。用华白数和燃烧势分类,日本是参考了法国标准。我们也就接受了燃烧势。
2. 制定燃气分类标准的依据1989年我国还没有跨入天然气时代,人工燃气种类很多,需要划分得细一些。编制标准的大原则是靠国际标准或先进国家标准。IGU的分类中人工气的内容少,以为不适合国情。当时我国的各种燃具的标准,是参照日本标准制定的,我国的燃具基本与日本灶和热水器类似。基于以上原因我国分类标准基本上是套用日本标准,又不与IGU标准矛盾。与IGU天然气分类对比,我们的12T 相当IGU的G20;10T相当于G25,没有矛盾。只是根据国情把人工气划分得细一些。
3. 分类标准中的燃烧势
1)名称:把燃烧势称为燃烧速度指数也是抄日本的,例如参考文献16的日文书中就称燃烧势为燃烧速度指数(日文的汉字)。作者在学习德尔布的讲座后,已经提出用燃烧速度指数不妥,并且易与韦弗燃烧速度指数相混[3]。将两者计算对比也是没有意义的。日本称燃烧势为燃烧速度指数也不能说其完全无理。因为燃烧势与燃烧速度有很大关系,既然是燃烧速度指数就不能说它是燃烧速度,只能理解是与燃烧速度有关系的指数,并且也不是与燃烧速度成比例的关系,如果是比例关系,在燃烧速度前加一个比例常数即可,不必再提燃烧势。实际上燃烧势不只与燃烧速度有关,还与火焰高度等因素有关,所以只能说用燃烧速度指数表示燃烧势不全面,并且很容易使人误解为燃烧速度。如果说其就是燃烧速度,似乎是没有注意燃烧势的物理背景。重要的是正确认识燃烧势的实质,没有必要讨论给它命名。
2)计算公式:分类标准中燃烧势,采用的是日本提出的公式,
 
与德尔布公式(1)相比:K相当于U;H2与CH4前的系数相同;CO前的系数取0.6也符合德尔布的实验。当时我国人工气中CO含量高,但CO含量高,不符合煤制气质量的在安全方面要求,故取0.6 比较合适。再看CmHn前的系数,公式(2)就简单化了,不适合CnHn含量高的燃气。为此编制组作过对比计算,结论是对人工气与天然气(1)、(2)式相差较小,对液化石油气相差较大,故直接取C3H8 C4H10 、液化石油气混空气的CP值为48.2、41.5、46。这样看来,编制组采用公式(2)也是根据计算,经过分析确定的[9]。由于公式(2)比较简单易算。当时没有条件做实验验证工作,于是得到代表们的认同。
第二次制定标准
2005年我国修订了燃气分类标准。这时日本的燃气分类标准已经把燃烧势改为命名为燃烧速度的MCP。由于没有参加审查会,只从颁发的标准来看变化不大,仍采用W 和CP值分类。在征求意见稿,意见汇总中反映出有些专家不同意采用日本的燃烧速度MCP,认为虽说CP较粗,但已用多年。在天然气的分类和界限试验气,主要参照欧共体标准。这是考虑到本世纪燃具标准主要参照欧共体标准。
         . 燃气分类与燃具适应域和燃气互换性的关系
如果燃气分类是根据燃气燃烧性质来分,就不能说燃气分类与互换性没有关系,因为互换性是燃气燃烧的重要性质。
()日本的分类标准
   据日本文献,日本把燃气互换性与分类合并在一起了。图3 就说明此问题。日本在互换域(良好的燃烧范围)中,补充了红外线燃烧器的高限曲线5与红外燃烧器不够赤热曲线4[16],见图3。说明日本考虑了红外线燃具(欧美的家用燃具很少使用红外燃具)。在新的五边形的互换域中根据华白数与燃烧势的上下限作为某类燃气的成分的变化范围。此范围在互换域中,这就表明在燃气分类规定的范围属于互换范围,因为燃气分类的燃气范围在燃气互换范围之内。以上是根据日本文献来解释的。
 
  此外日本分类方法还有如下的特点,即基准气有两个指标,即华白数与燃烧势。有利于各地区实际运行的基准气换算。因为华白数相同的燃气,其燃烧性能可能有很大区别。
()IGU分类标准用试验气限定了各类燃具的适应域
作为世界组织不宜将燃气分类划分得过细,也不可能采用某一国家的互换性判别方法。只是给出各类燃气的基准气和各种界限气。各个国家可以根据自身的情况,用自己的判别方法参照国际标准的基准气和界限气确定燃气互换域。同时要求燃具必须在规定的压力下,用某类燃气界限气检验通过后,才能证明此燃具适用该类燃气。这实际上是对燃气用具的适应能力提出要求,限定了各类燃具的适应域。等于按照燃气分类的范围,确定燃具的适应域。为每类燃气,制定适合该类燃气的燃具。引导燃具走向标准化。我国燃具标准和燃气用具的通用试验方法都要求根据界限气检验燃具。国外有单独的燃具分类的标准,例如EN437按照欧共体的分类中的基准和界限试验气,在规定的压力下检验燃具,决定燃具属于哪类燃气。
 
界限气对燃气互换性的影响:IGU给出的界限气代表该组燃气成分变化的最不利的边界条件。实际上也只是给了燃气互换域的外轮廓范围。某个地区或国家可以根据本身的条件与判定互换性的方法确定适合本地情况的燃气互换域。哈里斯和罗佛雷斯以及达顿(Dutton)做的二维与三维互换图,都是把界限气作为互换域的边界点做出的[6]有的界限气甚至于远离互换域的边界。
所以天然气分类中的燃气范围不能代替燃气的互换性。燃气分类中的界限气给出该类燃具的适应域,同时给出了燃气互换域的外轮廓。实际上燃气互换域,还受供应范围内各种燃具的特性以及气源等其它因素影响。各个地区应该根据本地区具体情况和习惯用的互换性评判方法,来考虑燃气互换性,确定燃气互换域。
例如英国经过流动试验室对1200个天然气燃具进行试验,发现华白数每递增1.5MJ/m3,热水器与锅炉烟气中的CO含量大约增加1倍。因此决定燃气互换域的华白数上限为3%,下限为-5%。非正常的界限为:上限8%;下限-10%。英国使用SNG(代用天然气),需要用IGU的析碳界限气G24B检验。为了避免析碳,英国要求界限气中H2含量正常界限为10%,非正常界限为15%。同时利用W-SW燃气互换图表达了燃气互换域(见图4),已经把IGU规定的G24B和欧共体的G222排除在外。图4中的斜线为正常互换域。可见英国天然气的互换域小于IGU和欧共体的天然气分类的范围。如果考虑燃气热值不允许变化过大时,燃气互换域,还要进一步缩小。实际上,燃气互换域是根据燃具的适应域等因素决定的,当时英国燃具的抗析碳的能力差,缩小了互换域。以上是上个世纪英国使用含H2多的SNG(代用天然气)作为补充气源的情况[11]由此可见,界限气只是给出了互换域边界的轮廓不等于互换性已经解决。
总之,只要采用了用界限气检验合格的燃具,燃气互换域就不能超过界限气的限制。从国外的各种互换图上看,界限试验气都在非正常互换范围的边缘[8],有的界限气还在互换域边缘以外。同时也可以认为,如果在燃气供应区内使用的燃具适应域很窄小时,燃气互换域必将缩小,增加混输配气的困难,同时也给城市接受新气源制造障碍。
在第16届世界煤气会议的燃气互换性分会报告中也报道了各国根据IGU分类考虑本国燃气互换域的情况[10]。除日本、荷兰、英国外,大部分国家采用了IGU 的界限气。由这些材料可以看出,IGU只给出试验气,各个地方可以用根据各自的具体情况用自己的互换性判别方法确定燃气互换域。
()实践燃气互换性工作
  我国燃气分类标准给出各族、各族燃气成分的范围。其中心是基准气,是燃烧情况最好的成分,因此它是供气单位供气的基本成分,也是燃具设计的主要根据。周边的各种界限气是燃烧情况即将恶化的极限成分。国内外有关标准都要求用界限气检验燃具,以确定该燃具可以使用燃气的种类。在此基础上,我国各个城市应该根据各自的情况制定燃气的互换域。
1.对于具有多个气源的大城市在混输时,首先要把供气的基准气的成分应和燃气分类中某一组的基准气相对应。使用贴有该类燃气标签的燃具。这样互换域的大轮廓有了,但是,不能保证供应区内的各类燃具性能完全一样。因此还应根据实际情况和具体的条件,认真地确定正常和非正常条件下的燃气互换域。
  如果气源(包括补充气源)复杂,城市的基准气又不在分类的范围内,就不能使用已经通过各类燃气的界限气检验标准的燃具。只能使用非标的燃具,这样必然使燃气互换域复杂化,增加了投资与管理的费用。
2.对于使用单一气源的小城镇,气源比较单一,使用的燃具经界限气检验全部合格。这种情况有可能使燃气互换域和燃具适应域互相接近。就是在这种情况下,还是要根据具体情况确定燃气的互换域。例如:当气源成分稳定,互换域的范围可能很小(供应燃气成分变化很小)。这不是受燃具适应域的限制造成的,而是因为供气条件好,成份稳定,能使燃具处于良好的工作情况。相反气源成分不稳定时,供气的成分也不允许超过界限气的范围,并且根据当地特点确定具体的燃气互换域。
  我国幅员广大,燃气种类繁多。各省市无论在气源和用户等方面都有区别,因此各个城镇的互换域是不一样的。
3.在燃具方面,自从颁布燃气分类标准和家用燃气用具试验方法后,检测单位应该按照标准要求,用界限气检验各种燃具。根据过去对上海、北京和沈阳的灶具检测结果,初步认为,我国正规生产的家用燃气灶,多数可接受界限气的检验。也就是说基本上可以规范燃具的适应能力。食堂灶的使用效果不佳,需要关注。今后关键是必须严格执行检验标准,在执行工作中,不断改进,推行燃具标准化。
正确执行燃气分类标准,可以提高燃气事业的经济效益与社会效益。但是燃气互换域,还没有被供气单位足够的重视。检测单位检验燃具不够严格。如果不认真实践,只停留在文字上的讨论,不利于燃气事业的进步。
 
. 认真实践验证燃气分类标准
我国燃气发展的过程走过弯路。要指出的是:过去煤制气的供气单位不顾互换性问题任意掺混不是供气者无知而是无奈。因为煤制气是亏损的。制定规范工作中缺乏实验验证工作,也是因为条件所限。现在情况不同了,随着我国经济的发展,科技的进步,人民生活水平的提高,对环保、节能有更高的要求。燃气互换性工作直接影响燃气工程的环保和节能效果。在即将颁布的燃气管理条例和燃气技术规范[7]中对燃气质量、燃具性能以及互换性等都有要求,可见认真实践燃气分类标准做好燃气互换性工作已经是势在必行。
认真实践标准,总结经验,为修订标准积累数据。我国对燃气分类和互换性的研究和先进国家相比差距很远。目前制定的标准大部分是借鉴国际标准,根据国内各方面专家审定制定的。颁布以后的主要任务是认真实践,在实践过程中发现问题,总结经验,为今后修订标准做好技术准备。
1.验证CP公式。标准还给出了界限气和根据界限气的成分算出W 和CP值。这就要求在燃气成分不同,而W 和CP值相同的燃气的燃烧特性是一样的。为此需要通过实验验证才能得出结论。我们应该用我国典型的燃具,验证燃烧势公式中各个系数,总结出适合我国燃具的燃烧势公式。这项工作,并不复杂,关键是需要领导支持及组织,这正是我们工作缺欠的地方。
2. 严格执行试验气检验燃具工作。在工作中考验各类燃气用具的适应性。任何通不过试验气检验的燃具,责令厂家改进。
  对于已经使用天然气的大城市,因为目前主要气源是管道天然气,气源成分比较稳定。如果不重视用界限检验燃具,把一些经不起界限气检验的新型燃具引入用户。将来气源需要补充,在确定互换域时可能会造成很大麻烦。因此各城市不要降低检验燃具要求,还是应该严格按照界限气检验进入市场的燃具。
3. 燃具生产厂家要利用各种提高燃烧稳定性的技术措施,提高燃具的适应性。对本厂生产的燃具做出适应域。这样可以充分显示厂家的技术水平与产品的等级,不但可以扩充国内市场,还能将产品推销到国外。同时可以拓宽城市互换域,提高燃气事业的经济效益与社会效益。国外名牌燃气用具必须按照国际标准检验,并且符合国内要求。禁止不符合国际标准的国外燃具进入市场。
4. 我国地域宽广,燃气种类繁多。多气源的大型燃气供应单位在确定互换域时,要考虑发展。要关注天然气的分组。因为液化天然气的组分不断发展,煤层气、干冰等新气源以及煤制天然气将出现。今后天然气的分组情况有可能要变化。
  此外要关注工业用户、非燃烧类利用装置、化工生产等设施出现的问题。和厂家出现问题需要协商解决。研究对策,保证各类工业燃具正常工作。
5. 统一研究和实践的结果.以上各种工作是相辅相成的。具体工作并不复杂,但是需要成立一个固定成员的专题组织,综合国内各个单位的工作。同时还要关注与学习国际上有关燃气质量、互换性的信息[13]、[15]。认真学习“天然气可互换性和非燃烧最终利用白皮书[14]、[12]”。要发挥城市输配系统中的压力调节、储存、混输、分区供应等措施,提高城市接受各种燃气的能力。因为今后非再生能源越来越少,具有不同成分的新燃气源会不断出现。当气源短缺时,只要有燃气,成分有差异也得用。因此提高城市接受燃气的能力是今后重要的研究课题。尤其对于以进口天然气为主的城市,不仅关心气源,还要注意城市用气单位的特性,慎重采纳燃气用具。
6. 燃气事业安全第一。除了互换性以外,还有不少的安全和节能的问题需要关注。例如建筑不考虑热水器排烟造成的烟气中毒事故,胶管脱落和施工不当造成的爆炸事故等都迫切需要及时解决。希望在有关领导的支持下,有组织有目的地研究解决各项技术和技术管理课题,制止不应发生的事故。让燃气事业科学地安全地发展,做出应有的贡献,
 
参 考 文 献
1.燃气燃烧与应用          同济大学等       中国建筑工业出版社             2000 12
2.燃气火焰的稳定性与燃气互换性( 德尔布讲义)        同济大学             1981
3.燃气互换性发展沿革——初论燃烧势的物理背景 金志刚论文集GASSHOW.COM 2005
4. 燃烧势的各项校正系数——再论燃烧势的量化        金志刚论文集GASSHOW.COM 2005
5.合理配气保证供气质量------三论燃烧势应用于供气    金志刚论文集GASSHOW.COM 2005
6. 燃气工程技术手册       姜正侯主编                 同济大学出版社   1993 .5
7. GB50494- 2009                                  燃气技术规范        2009
8. 第15届世界煤气会议文件汇编        城市煤气情报网                  1983.7
9. “城市燃气分类”标准编制说明        中国市政工程华北设计院          1989.11
10.第16届世界煤气会议文件汇编       城市煤气协会                    1986
11. 天然气的分类及天然气的互换性               金志刚论文集GASSHOW.COM 2005
12.美国国家天然气委员会对于LNG和管道天然气可互换性的研究刘艳华 GASSHOW.COM 2007
13. 燃气质量中的互换性问题                  李猷嘉             GASSHOW.COM 2008.1
14.燃气互换性与燃气分类的关系           李猷嘉   城市燃气          2008.9
15.正确处理天然气质量中燃气互换性问题   李猷嘉   城市燃气          2008.3. 4
16ガス器具の知识(日文)             日本瓦斯协会                昭和52年11月
 
(本文作者:金志刚 天津大学)