PDF《燃气互换性综合实验系统的设计》

燃气互换性综合实验系统的设计 韩一学1 李汉勇2 1.

中国石油大学( 北京) 油气管道输送安全国家工程实验室/城市油气输配技术北京市重点实验室 2. 北京石油化工学院机械工程学院 摘要随着城镇燃气多气源供应格局的形成, 不同气源之间互换带来的问题日益凸显.针对民 用大气式燃烧器, 设计了一种用于实验室研究的燃气互换性综合实验系统, 包括动态配气系统和灶具性 能测试系统.该系统配气精度高、 响应速度快、 即配即用、 数字化灵活配气、 连续可调, 尤其在测定燃具 适应域时独具优势;

解决了现有系统占地面积大、 混气不均、 滞后性大、 排空浪费气源等问题. 关键词 燃气互换性 多组分动态配气 精度高 响应速度快 中图分类号: T E

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2 文献标志码: A D O I :

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7 Ad e s i g no f g a s i n t e r c h a n g e a b i l i t ye x p e r i m e n t a l s y s t e m H a nY i x u e

1 , L iH a n y o n g

2 ( 1. N a t i o n a lE n g i n e e r i n gL a b o r a t o r yf o rP i p e l i n eS a f e t y / B e i j i n gK e yL a b o r a t o r yo fU r b a nO i la n dG a s D i s t r i b u t i o nT e c h n o l o g y, C h i n aU n i v e r s i t yo fP e t r o l e u m - B e i j i n g, B e i j i n g1

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2 4 9, C h i n a;

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6 1 7, C h i n a) A b s t r a c t : I nv i e wo ft h ep a t t e r no fm u l t i p l eg a ss u p p l yi nc i t i e s , as e r i e so fp r o b l e m sa b o u tg a s i n t e r c h a n g e a b i l i t y a r e b r o u g h t t o o u r a t t e n t i o n .F o r a t m o s p h e r i c g a s b u r n e r ,i n t e g r a t e d g a s i n t e r c h a n g e a b i l i t ya n db l e n d i n gt e s t s y s t e mh a sb e e nd e s i g n e d f o r l a b o r a t o r yr e s e a r c h, w h i c h i n c l u d e s d y n a m i cg a s - m i x i n gs y s t e m a n dc o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fg a sa p p l i a n c e st e s t i n gs y s t e m.T h e d e v i c e sh a v et h ea d v a n t a g e so fs m a l la n da c c u r a t e m u l t i - g a sb l e n d i n g , f a s tr e s p o n ds p e e d , i n s t a n t b l e n d i n ga n du s e , d i g i t a ld i s p l a yi n s t r u m e n t , a n dc o n t i n u o u sg a sf l o w i n g .B e s i d e s , t h es y s t e m h a s h u g ea d v a n t a g e s i nd e t e r m i n i n g t h e f l e x i b l e r a n g eo f g a s a p p l i a n c e s t od i f f e r e n t g a s e s .M a n yp r o b l e m s h a v eb e e ns o l v e dp e r f e c t l yb yu s i n g t h i s s y s t e m, s u c ha s l a r g e s p a c eo c c u p a t i o n , t h eu n e v e n n e s s o f g a s m i x t u r e , l o n gt i m e l a g , a n dw a s t i n gg a s . K e yw o r d s : g a s i n t e r c h a n g e a b i l i t y ,m u l t i - g a sb l e n d i n g , h i g hp r e c i s i o n , f a s t r e s p o n ds p e e d 随着我国气源多元化、 供应网络化的供气格局逐 渐形成, 现存气源之间能否互换, 以及与已有燃气具是 否匹配的问题逐渐被提上日程.我国对燃气互换性的 研究工作刚刚起步, 目前尚无统一的燃气互换性理论 技术可借鉴.国外的燃气互换性判定方法究竟是否适 用于我国, 亦需大量实验工作来验证[ 1] .因此, 建立多 气源互换性测试及燃气具气质适应性测试实验平台, 通过大量实验来探索和总结我国的燃气互换性理论, 指导和完善我国燃气具的综合设计与技术升级, 对我 国实现燃气的顺利互换具有重大意义.

2 3 石油与天然气化工CHEM I C A LE NG I N E E R I NG O FO I L &

G A S

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1 6 基金项目: 北京市大学生科学研究与创业行动计划项目 北京多气源天然气互换性实验研究 (

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北京石油化工学 院优秀责任教授资助项目 基于工程教育专业认证理念的油气储运工程专业人才培养模式的研究与实践 ( B I P T - P O PME -

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1 5 ) . 作者简介: 韩一学(

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9 0-) , 女, 河北任丘人, 中国石油大学( 北京) 在读硕士, 导师: 宫敬教授.主要研究方向为城市燃气互换. E - m a i l : f r e e a i r h y x @1

6 3. c o m 燃气互换性综合实验系统作为燃气互换性实验的 基础, 其准确性、 可靠性直接决定了实验结果的可靠 性.纵观国内各燃气互换性研究单位所用的实验系统 发现, 配气精度虽能保证, 但常存在混气不均、 滞后性 大、 排空浪费燃气等问题, 不仅增加了实验成本, 还降 低了实验的准确性.针对此问题研发了燃气互换性综 合实验系统, 该系统能够在保证配气精度的基础上实 现混气均匀、 无滞后性、 节省燃气用量等优点, 与配气 软件、 燃气互换性判定软件共同构成了具有较强教学 实验功能及科研研究功能的综合实验系统.

1 实验系统介绍 燃气互换性问题不能脱离燃具而单独存在, 必须 从气质和燃具两方面同时进行研究.另外, 由于实验 室管道燃气不可能具备各种城市燃气气源的多样性和 复杂性, 需要自行配制替代燃气.因此, 该燃气互换性 综合实验系统包括两个子系统: 高精度动态配气系统 和灶具性能测试系统, 如图1所示.配气系统主要完 成各类燃气的配比、 混合以及压力调节等功能;

灶具性 能测试系统则为灶具的脱火、 回火、 C O 超标、 热负荷、 热效率等实验提供测试平台[ 2] .燃气以一定配比经配 气系统混合均匀调压后, 直接去灶具性能测试系统进 行燃烧.通过观察火焰燃烧现象来明确燃气的性质. 该系统可开展以下实验项目: ①多气源之间的互 换性测试;

②测定典型燃气具的燃烧特性和气质适应 性区间, 确定城市燃气的互换域;

③A. G. A 和Weaver指数法的适应性研究;

④燃烧势公式的研究;

⑤探索并 研究影响燃气互换的主要燃烧特性指标等等.该系统 既可以完成验证性实验, 又可以完成科研探索性实验, 且在科研探索性实验上独具优势.

2 实验系统原理 灶具性能测试系统通常按照国家标准搭建, 燃气 互换性系统的关键在于配气系统, 其准确性直接关系 到综合实验系统性能的高低.因此,重点介绍本系统 的动态配气子系统. 2.

1 动态配气子系统 该实验系统中的配气系统有四路通道( 可扩展) , 可实现三组分、 四组分的配气.使用高压干式瓶, 采用 质量流量控制器来控制各单一组分气体的比例, 无储 气设备[

3 ] .试验气各组分比例改变后不需进行吹扫排 放, 即配即用.且各单一组分气体的进气顺序不会影 响配制试验气的精度.进行实验时, 先打开高压气瓶 后的减 压阀, 将各减压阀调至同一压力, 然后通过MF C设定各气路的气量, 打开调压器前后阀门, 待灶 前压力稳定后, 灶具点火. 该动态配气系统由3部分组成: 流量控制部分、 混 气部分、 调压部分, 且整套系统结构具有防爆功能. 流量控制部分采用国外高精度质量流量控制器 ( MF C) 控制.由于 MF C控制的是气体实际的质量流 量, 而不是体积流量, 因此, 配气将不受环境温度和压 力变化的影响[ 4] .此外, 控制和显示装置为了便于配 气操作, 采用数字显示仪表, 其示数为转换后的体积流 量, 从而使输入更加直观, 操作调节更加方便.

3 3 第4 5卷第3期 韩一学 等 燃气互换性综合实验系统的设计 混气部分包括一级混气室、 二级混气室和混气管 路.两级混气室保证了配制气的混合均匀, 不受开气 顺序的影响.由于该配气子系统未设储气设备和缓冲 罐, 因此, 其供气量的大小完全取决于后面的灶具性能 测试系统, 整个系统的供气量与用气量总是处于一种 动态平衡、 即配即用的状态.这一特点也进一步促进 了配制气的混合均匀.而常规实验系统均设储气设 备, 切换配气方案时需要将储罐内的气体进行排空吹 扫, 不但浪费了燃气资源, 还大大增加了实验成本.此外, 不设储气设备还增加了实验调节的灵活性, 缩短了 配气方案切换时实验现象的响应时间, 从而使该综合 实验系统在........