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液化石油氣混空氣與礦井氣摻混的可行性

文檔作者：李振軍付建華文檔來(lái)源： 1．中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究院 2．陽(yáng)泉市煤氣公司，		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月05日
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第23卷第6期
2003年6月
煤氣與熱力
Gas&amp;amp; Heat
vo1．23 No．6
Jun．砌
文章編號(hào)：1000—4416(2003)06—0358—03
液化石油氣混空氣與礦井氣摻混的可行性
李振軍 ，付建華
(1．中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究院，天津300074；2．陽(yáng)泉市煤氣公司，山西陽(yáng)泉045000)
摘要：對(duì)液化石油氣混空氣與礦井氣的互換性進(jìn)行分析計(jì)算，液化石油氣混空氣作為礦井氣補(bǔ)充替
代氣源是可行 的，提出了運(yùn)行實(shí)踐中存在的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：液化石油氣混空氣；礦井氣；互換性；安全性
中圖分類號(hào)：TU996 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
Feasibility of Mixing of LPG-air Mixture and Mine Drainage Gas
LI Zhen-jun ．FU Jian_hu
(1．North Ch／na腦 Eng／neer／ng／~s／gn and Reseawh lnst／mte，Thmfin 300074，Ch／na；
2．Yangquan C,as Company， 045000，China)
AbI mct：The interchangeability of LPG-air mixture and mine drainage gas is analyzed and calculated．That
LPG-air mixture is used as substitute gas of mine drainage gas is feasible，an d 8on'le problems existing in prac—
tice are put forward．
Key words：LrV．-air mixture；mi ne drainage gas；interchangeability；safety
1 引 言
陽(yáng)泉市從1983年開(kāi)始利用陽(yáng)泉礦務(wù)局礦井氣
作為城市燃?xì)獾臍庠?。隨著城市的發(fā)展，用氣規(guī)模
不斷擴(kuò)大，單一氣源已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了城市用氣的需
要，尤其是春節(jié)期間，供需矛盾更為突出。由于受氣
溫的影響，冬季礦井氣涌出量變小，抽放量也隨之減
少，而春節(jié)期間用氣量卻成倍增加。近幾年來(lái)，每年
春節(jié)前后均出現(xiàn)供氣嚴(yán)重不足的現(xiàn)象。為解決這一
問(wèn)題，用液化石油氣混空氣(簡(jiǎn)稱LpG混空氣)做為
調(diào)峰氣源，當(dāng)城市氣源不足時(shí)，給予及時(shí)補(bǔ)充，以滿
足用戶的使用要求。若礦井氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障，LpG
混空氣可做為礦井氣的替代氣源，單獨(dú)供應(yīng)城市。
LpG混空氣作為城市補(bǔ)充氣源有很多優(yōu)點(diǎn)：與
純液化石油氣相比，露點(diǎn)大大降低，如丙烷一丁烷與
空氣的混合氣中，丙烷一丁烷的體積分?jǐn)?shù)為17％左
右，運(yùn)行壓力為0．05 MPa時(shí)，其露點(diǎn)為一35℃ 左
右?。這樣，即使在嚴(yán)寒的冬季，也不存在氣相冷凝
問(wèn)題，可以全年供氣。下面討論將LpG混空氣與礦
井氣摻混的可行性問(wèn)題。
2 LPG混空氣與礦井氣摻混的可行性
2．1 與礦井氣的互換性
若LpG混空氣與礦井氣滿足互換性，則LpG混
空氣與礦井氣摻混形成的混合氣與礦井氣必定滿足
互換性。下面討論LpG混空氣與礦井氣的互換性。
為了保證燃具熱負(fù)荷在兩種燃?xì)饣Q前后不發(fā)
生大的改變，必須保證華白數(shù)基本不變。除了保證
熱負(fù)荷基本相同，還必須對(duì)兩種燃?xì)獾幕鹧嫣匦赃M(jìn)
★ 收稿日期：2002—11—10
作者筒介：李振軍(1963一)，男，天津人，高級(jí)工程師，大學(xué)，從事城市燃?xì)夤こ痰脑O(shè)計(jì)與研究工作。
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第6期 李振軍等：液化石油氣混空氣與礦井氣摻混的可行性 ·359·
行考慮，以保證兩種燃?xì)饣Q時(shí)燃具具有穩(wěn)定的、完
全燃燒的火焰。到目前為止，國(guó)內(nèi)對(duì)火焰特性的判
定還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的方法lL2J。對(duì)于火焰特性的判定
可參照國(guó)外的方法，而韋弗(Weavar)法是一種比較
符合實(shí)際的方法 J。
2．2 礦井氣及液化石油氣性質(zhì)
礦井氣中CH4，02以及N2的體積分?jǐn)?shù)分別為
40．78％ ，11．94％ ，42．28％ ，液化石油氣中C3 H8，
C4H．。的體積分?jǐn)?shù)分別為50％ ，50％ ，性質(zhì)見(jiàn)表1。
表1 礦井氣與液化石油氣性質(zhì)
礦井氣 液化石油氣
低熱值h，(Ⅲ ·mI3) 14．65 lo7．94
密度，(kg·m ) 1．05 2．35
爆炸極限，％ 上限l5．2：下限5．6 上限7．9；下限2．0
2．3 火焰特性的判定(韋弗法)
(1)為了使同一灶具獲得相同的熱負(fù)荷，應(yīng)使
混合氣與礦井氣的華白數(shù)相等，即熱負(fù)荷指數(shù)-， 滿
足下式
Jn=
式中：h ，h —— 基準(zhǔn)氣(礦井氣)與置換氣(LPG混
空氣)的熱值；
d ，d?！?礦井氣與LPG混空氣的相對(duì)密度。
由此式可計(jì)算出1 rn3液化石油氣與5．27 rn3的
空氣混合，LPG混空氣中C3 H8，C4H。。，02，N2的體積
分?jǐn)?shù)分別為7．97％ ，7．9r7％ ，17．65％ ，66．41％。
(2)空氣指數(shù)
， 。~／d
“ 一
n 。V U 。
式中：A ，A —— 基準(zhǔn)氣與置換氣完全燃燒所需的
理論空氣量。
經(jīng)計(jì)算得：A =3．18 rn3／rn3，
A =3．52 rn3／rn3，
d =0．814，
d =1．13。
(3)脫火指數(shù)-，
-，， ， ．s (100一Q )
一
式中：S ，S。—— 基準(zhǔn)氣與置換氣火焰速度系數(shù)；
Q ，Q?！?基準(zhǔn)氣與置換氣中氧的體積分
數(shù)，％ 。
經(jīng)計(jì)算得：S =14．04，S。=13．5
為保證互換，必須JL I>0．64。由于JL=0．822
>0．64，由此可知，LPG混空氣替換礦井氣，發(fā)生脫
火的傾向很小。
(4)回火指數(shù)-，
-，F(xiàn)= - C。一1．4 +0．4=0．047
為保證互換，必須JF≤0．08。由于J =0．047
≤0．08，由此可知，LPG混空氣替換礦井氣，發(fā)生回
火的傾向也很小。
(5)黃焰指數(shù)-，
¨ 一1：-0．061
』v—— 由燃?xì)庵?00個(gè)分子中烴的碳數(shù)減去飽
和烴碳數(shù)(CH4，C2 H6?)所得的數(shù)值。
為了能保證互換，必須J ≤0．14。由于J =
一0．061<0．14，由此可知，LPG混空氣替換礦井氣，
發(fā)生黃焰的傾向很小。
(6)不完全燃燒指數(shù)-，．
JI= J^一0．366R。IR 一0．634
R = 燃?xì)庵腥繗湓訑?shù)
不含CO =0．O59
R = 2．6 R。= 4．0
為保證互換，必須-，?！?，燃燒產(chǎn)生的CO才大
致相等。由于J．=0．069>0，由此可知，LPG混空氣
替換礦井氣，燃燒產(chǎn)生的CO濃度有增高的傾向。
由以上的計(jì)算可知，用與礦井氣華白數(shù)相等的
LPG混空氣替換礦井氣，離焰、回火及黃焰的傾向性
很小，基本不會(huì)產(chǎn)生離焰、回火及黃焰，灶具能夠穩(wěn)
定燃燒。由于LpG混空氣中可燃的碳原子多于礦
井氣中的碳原子，因此燃燒產(chǎn)生的CO有增高的傾
向，但經(jīng)測(cè)試，其CO含量在國(guó)家規(guī)定的允許范圍
內(nèi)。
2．4 與礦井氣摻混后的安全性
與礦井氣互換，除了考慮熱負(fù)荷指標(biāo)及火焰特
性外，還必須符合安全要求 J。規(guī)范規(guī)定，液化石油
氣與空氣摻混時(shí)，液化石油氣的體積百分含量必須
高于其爆炸上限的1．5倍。與礦井氣華白數(shù)相等
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· 360· 煤氣與熱力 2003年
時(shí)，液化石油氣的體積分?jǐn)?shù)為15．9％，為爆炸上限
的2．01倍。按這一比例的LPG混空氣是能夠滿足
安全要求的。
當(dāng)與礦井氣進(jìn)行互換時(shí)，LPG混空氣與礦井氣
在管道內(nèi)有可能以各種比例混合。這時(shí)，可燃?xì)怏w
的體積含量同樣必須在爆炸上限的1．5倍以上，以
滿足安全要求 ．6]。當(dāng)與礦井氣混合時(shí)LPG混空氣
從0％ ～100％變化時(shí)，礦井氣相應(yīng)從100％ 0％變
化，在各種混氣比例情況下，可計(jì)算出可燃?xì)怏w含量
及可燃?xì)獗ㄉ舷?。由?jì)算可知，混合氣中可燃?xì)?
體的含量均超過(guò)爆炸上限的1．5倍。因此，礦井氣
與LPG混空氣以各種比例摻混能夠滿足安全要求。
2．5 運(yùn)行實(shí)踐
根據(jù)理論計(jì)算的結(jié)果，1996年陽(yáng)泉市煤氣公司
委托中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究院對(duì)LPG混空氣
作為陽(yáng)泉市城市燃?xì)獾难a(bǔ)充氣源問(wèn)題進(jìn)行了進(jìn)一步
論證，LPG混空氣既可單獨(dú)供氣又可與礦井氣摻混
供氣，并在此基礎(chǔ)上對(duì)液化石油氣混空氣工程進(jìn)行
設(shè)計(jì)和施工。全部工程于1997年投入試運(yùn)行，2000
年通過(guò)全面驗(yàn)收。
陽(yáng)泉市液化石油氣混空氣工程設(shè)計(jì)規(guī)模為混氣
量10萬(wàn)m3／d(相當(dāng)于熱值為14．65刪Il13的燃?xì)?，
采用比例流量式混氣方式。幾年的運(yùn)行實(shí)踐表明，
液化石油氣混空氣作為陽(yáng)泉市礦井氣的補(bǔ)充氣源，
為全市正常供氣起到了不可替代的作用。
3 結(jié) 論
(1)LPG混空氣的華白數(shù)與礦井氣的華白數(shù)相
等時(shí)不脫火，不回火，沒(méi)有黃焰產(chǎn)生，煙氣中CO含
量增高，但在國(guó)家規(guī)定的范圍內(nèi)。
(2)液化石油氣與空氣按1：5．27的比例混合
時(shí)，能滿足安全要求，得到的混合氣可與礦井瓦斯氣
任意比例摻混。
(3)用液化石油氣混空氣作為礦井氣的補(bǔ)充
氣源是在技術(shù)上是可行的。
(4)在實(shí)際運(yùn)行中，由于國(guó)產(chǎn)液化石油氣組成
不統(tǒng)一，對(duì)摻混比需要經(jīng)常調(diào)整。
(5)若國(guó)產(chǎn)液化石油氣Q 以上可燃組分較多，
在保證安全的前提下，混合氣的熱值較高，在使用中
可能有黃焰的發(fā)生，可考慮用煙氣摻混，降低混合氣
的熱值，消除黃焰。
參考文獻(xiàn)：
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