摘　要：對管道液化石油氣轉換天然氣后戶內調壓器的實際流量進行分析，進行實驗驗證，提出具體實施的工程改造方案。

關鍵詞：天然氣；  管道液化石油氣；  戶內調壓器；  臨界壓力比

Research on Indoor Regulator after Conversion from Pipeline LPG to Natural Gas

Abstract：The actual flow rate of indoor regulator after the conversion from pipeline LPG to natural gas is analyzed，and the experimental verification is performed．The project reconstruction scheme to be concretely implemented is put forward．

Keywords：natural gas；pipeline liquefied petroleum gas(LPG)；indoor regulator；critical pressure ratio

1　概述

隨著西氣東輸、中俄天然氣合同的簽訂，天然氣作為清潔能源，將會在能源領域占舉足輕重的地位。隨著我國天然氣工程的全面實施，一些城市的氣源將由管道液化石油氣逐漸向天然氣轉變，如何經(jīng)濟合理地利用原有資源，又能安全迅速地實現(xiàn)管道液化石油氣向天然氣轉換，是目前面臨的關鍵問題。這對原有管道液化石油氣的供應系統(tǒng)，包括管網(wǎng)、調壓器、計量表具及燃具相關設施的改造提出了技術要求。

本文著重對不同介質下戶內調壓器的進、出口壓力進行分析，在不更換戶內調壓器的情況下通過改變進、出口壓力的方法實現(xiàn)天然氣與管道液化石油氣的轉換。

天然氣與管道液化石油氣的氣體組成和物理化學特性存在較大的差異，故需要對管網(wǎng)、調壓器、計量表具及燃具相關設施進行改造。

2　調壓裝置的分析與計算

①調壓裝置分析

由于中－中壓調壓站的進出口壓力較高，且調壓站設計時確定的使用介質已包括天然氣、管道液化石油氣，無須改造。戶內調壓器的進口壓力為中壓，出口壓力為低壓，因此，主要研究此類調壓器的適應性以及改造的方法。當前廣泛使用的調壓器為日本IT0燃氣調壓器，型號為H5－EX(S)。

②調壓器計算

標準狀態(tài)下(101325Pa，273.15K)，液化石油氣密度為2.28kg／m3，調壓器進出口壓力分別為20kPa、2960Pa，額定質量流量為6.0kg／h。標準狀態(tài)下，天然氣密度為0.717kg／m3，調壓器出口壓力為2000Pa，額定流量為2.5m3／h。

以12T天然氣為例，一般按每戶配備一臺雙眼燃氣灶和一臺8L／min燃氣熱水器進行計算，應保證2.5m3／h的天然氣用量。

a．計算說明

設燃氣進口溫度不變，若調壓器處于臨界狀態(tài)，體積流量與進口絕對壓力成正比；若調壓器處于亞臨界狀態(tài)，體積流量取決于進出口的絕對壓力[1]。因此，首先應判斷氣體通過調壓器的流動狀態(tài)，假設轉換天然氣之后的流動過程屬于亞臨界流動狀態(tài)，通過計算調壓器的入口壓力，分析出口壓力與進口壓力的絕對壓力比，校核天然氣通過調壓器的流動狀態(tài)。

b．理論計算

調壓器的工作流量，可根據(jù)廠家提供的對某種氣體介質按標準進行性能檢測后獲得的參數(shù)轉換得到，即根據(jù)樣氣在一定的進出口壓力下對應的額定流量進行計算。本計算中將原管道液化石油氣的參數(shù)作為樣氣參數(shù)，根據(jù)流量的計算公式，計算轉換為天然氣介質后的調壓器的進口壓力。

當氣體轉換時，亞臨界流動狀態(tài)可采用以下公式進行計算[2]：

式中qng——標準狀態(tài)下天然氣流量，m3／h，取2.5m3／h

q1pg——標準狀態(tài)下管道液化石油氣流量，m3／h，取2.63m3／h

Dpng——天然氣通過調壓器的壓力降，Pa

png——天然氣調壓器出口壓力，Pa，取2000Pa

p0——標準狀態(tài)大氣壓力，Pa，取101325Pa

r1pg——標準狀態(tài)下液化石油氣的密度，kg／m3，取2.28kg／m3

Dp1pg——液化石油氣通過調壓器的壓力降，Pa，取17040Pa

p1pg——液化石油氣調壓器出口壓力，Pa，取2960Pa

rng——標準狀態(tài)下天然氣的密度，kg／m3，取0.717kg／m3

通過計算，得出天然氣通過調壓器的壓力降Dpng為4878Pa，則天然氣調壓器額定進口壓力大于6878Pa時，可保證額定流量為2.5m3／h的天然氣用量。

c．流動狀態(tài)校核

轉換天然氣調壓器進口壓力為6878Pa，出口壓力為2000Pa，調壓器出口與進口的絕對壓力比為0.955>0.5(臨界壓力比的近似值)，由此判斷天然氣的流動狀態(tài)為亞臨界流動，前文假設合理。

d．實驗驗證

由于通過調壓器前后的氣體狀態(tài)變化比較復雜，在實際工程中調壓器流通能力及調節(jié)特性還需進一步用實驗來確定。實驗中通過改變調壓器的進口壓力，測定出口壓力，施加熱負荷，單獨和同時開啟單眼、雙眼燃氣灶，觀察燃燒狀態(tài)并記錄壓力波動情況。采用天然氣作為工作介質的調壓器實驗試據(jù)見表1。

當設定進口壓力較大(工況1)時，能保證正常燃燒，且壓力波動較?。划斣O定進口壓力為3000Pa(工況3)時，單眼灶和雙眼灶單獨開啟均能正常燃燒，但兩者同時開啟時壓力下降較大，降至1600Pa；當設定進口壓力為2600Pa(工況4)時，兩灶同時開啟時出口壓力降至1500Pa，處于燃具穩(wěn)定燃燒所需最小壓力；當進口壓力繼續(xù)降低(工況5)，單眼灶能保證正常燃燒，但不能滿足兩灶同時使用。

由此可知，理論計算值與實驗工況基本吻合，調壓器進口壓力越高，在保證正常燃燒情況下燃具實際出口壓力變化越小，而進口壓力越小，出口壓力越低，進出口壓力差越小。

3　改造實施方案

在改造工程中擬定了兩套實施方案：

方案1：參照杭州市濱江區(qū)管道液化石油氣轉換天然氣的改造方案，轉換天然氣后小區(qū)內設區(qū)域調壓站，出口壓力統(tǒng)一設置為大于2000Pa，拆除戶內調壓器，用管道連接。

方案2：為了減少拆除和改造的工作量，戶內調壓器全部保留。轉換天然氣后小區(qū)內設區(qū)域調壓站，出口壓力大于6878Pa，調整控制調壓器出口壓力的彈簧，可保證戶內調壓器額定出口壓力為2000Pa。

因方案1實施會破壞高檔住宅的裝修，代價高，最終選擇方案2作為實施方案，順利完成了該小區(qū)的天然氣轉換。至今管網(wǎng)安全運行已逾一年，未發(fā)現(xiàn)任何影響正常使用的情況。

4　結語

①將原有戶內調壓器的使用介質由管道液化石油氣改用為天然氣時，當調壓器的進口壓力不低于所需的限定值時，調壓器可以正常使用。

②管道液化石油氣的戶內調壓器應用天然氣為介質時，在進口壓力大于6878Pa時，可保證2.5m3／h的天然氣流量，滿足雙眼燃氣灶和8L/min熱水器的熱負荷。

參考文獻：

[1]金志剛，孟紅．調壓器流量計算公式[J]．煤氣與熱力，2011，31(8)：B09-B13．

[2]段常貴．燃氣輸配[M]．第4版．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011：162-168．

本文作者：胡裕民

作者單位：杭州市燃氣集團有限公司