我国天然气互换性判别软件的研究及开发.pdf

第 4 2卷第 4期 石油 与 天 然 气 化工 CHEMI C AL ENGI NEERI NG OF OI L ＆ GAS 3 6 5 我国天然气互换性判别软件的研究及开发 张倩倩 李 1 ． 中 国石 油 大学 北京 振 林 2 ．中 国石 罗 勤 周 油 西 南油 气田公 司天然 气研 究院 摘 要 为 了更好地 判 断两种 不 同组分 和燃 烧特 性 的燃 气是 否 可 以互 换 ， 分析 了 国外 天然 气 互换性 方 法和 国 内燃 气的特性 ， 阐述 了各 国判 别 方 法的 理论 研 究 ， 根 据 沃 泊指 数 法 、 美 国燃 气协 会 A． G． A 法、 韦 弗法 、 德 尔布 法 、 达 顿 法的理 论 原理 编 写 了程 序 ， 介 绍 了天 然 气互换 性判 别 软件 的 特 点 和功 能 ， 由此证 明 了开发 相应 判 别软件 的 重要 性 。另 外 ， 运 用 图形 法编 写 了逻 辑 图， 聚 集我 国 各种 燃 气源 ， 通 过 该方 法归 纳总 结 出我 国天然 气的 互换性 判别 方 法 ， 并展 望 了软 件在 实际应 用 中的 前景 。 关 键 词 天然 气 互换性 判 别软 件 热值 模 块 指数 中图 分类 号 TE 6 4 2 文献标 志码 A D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 7 3 4 2 6 ． 2 0 1 3 ． 0 4 ． 0 0 8 Re s e a r c h a n d d e v e l o p me n t o f Ch i n a s n a t u r a l g a s i n t e r c h a n g e a b i J i t y i d e n t i f i c a t i o n s o f t wa r e Z h a n g Qi a n q i a n ，Li Zh e n l i n ，L u o Qi n ，Z h o u Li 1 ． C h i n a U n i v e r s i t y o f Pe t r o l e u m ， Be i j i n g 1 0 2 2 4 9 ， C h i n a ； 2 ． Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Na t u r a l G a s T e c h n o l o g y， P e t r o C h i n a S o u t h we s t Oi l Ga e l d Co mpa n y，Ch e n gd u 6 1 0 2 1 3， S i c h u a n， Ch i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o b e t t e r j u d g e t h e i n t e r c h a n g e a b i t y o f t WO d i f f e r e n t g a s e s wi t h d i f f e r e n t c o m p on e n t s a nd c o m bu s t i on c ha r a c t e r i s t i c s，t h e pa pe r a na l y s e s t he m e t ho d o f f o r e i gn ga s i n t e r c h a ng e a b i l i t y a nd t he c h a r a c t e r i s t i c s o f t he d o m e s t i c g a s，a nd e l a b o r a t e s t he i de nt i f i c a t i on me t h o d o f t he or e t i c a l r e s e a r c h ． Ac c or d i ng t o t he t h e o r y pr i nc i pl e o f t h e s e m e t ho ds ， s uc h a s W o bbe i n de x，Am e r i c a n g a s a s s oc i a t i on A．G．A ，W e a ve r，De l ba u r g La w a nd Du t t o n，t he p r o gr a m i s c o m p l i e d ． Th e f e a t ur e s a nd f unc t i on s o f g a s i n t e r c ha n ge a bi l i t y i d e n t i f i c a t i o n s o f t wa r e a r e i nt r o du c e d，wh i c h p r ov e s t he i mpo r t a nc e o f d e v e l o pi n g c or r e s po n di n g i d e n t i f i c a t i on s of t wa r e ．I n a dd i t i o n，t h e g r a p h i c a l me t h o d i s u s e d t o c o mp i l e a l o g i c d i a g r a m a n d g a t h e r a l l k i n d s o f g a s s o u r c e ， by whi c h t he i d e n t i f i c a t i o n m e t ho d o f na t u r a l ga s i n t e r c ha n ge a bi l i t y c a n b e s umm a r i z e d． Th e pr a c t i c a l a pp l i c a t i o n pr os p e c t s o f t he s o f t wa r e a r e a l s o f o r e c a s t e d． Ke y wo r d sn a t u r a l ga s ， i nt e r c ha n ge a bni t y，i d e n t i f i c a t i o n s o f t wa r e，c a l o r i f i c v al u e，m o du l e， j n de x 美国早在 2 O世纪 3 O年代天然气发展 的初期就 了当时的需求 。欧洲 2 0世纪 5 0年代开始发展天然 开 展 了燃 气 互 换性 研 究 ， 发 展 了美 国燃 气 协 会 A． 气 ， 随之也 进 行 了互 换 性 研 究 ， 相 继 发 展 了德 尔 布 G ． A 判定法和韦弗 We a v e r 判定 法， 较好地满足 D e l b a u r g 法 法 国 ， 吉 尔伯特一 普 里格 Gi l b e r t 基金项 目 中国石油天然气股份有限公司项 目“ 天然气 互换性及标准研究” A 2 0 1 1 0 3 。 作者简介 张倩 倩 1 9 8 6 一 ， 女 ， 硕 士研 究生 。研究 方 向是流体 机械理论 研究 ， 主要从 事天然气 燃烧 和特性研究 。地址 1 0 2 2 4 9 北京市 昌平区府学路 1 8号中国石 油大学 北京 。E ma i l z h a n g ． q i a n ． 0 2 1 6 3 ． c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 6 6 张倩倩 等我 国天然气互换性判 别软件的研究及开发 p r i g g 法 英 国 ， 达顿 D u t t o n 法 英 国 等判定方 法 ， 也较 好地 满足 了 当时的实 用要求 。 中国从 2 0世 纪 6 0年代起 才对 国外燃气 互换 性 的研究 有所关 注 。不过 近几 年来在 此方 面的著 作和 标 准也 日益增 加 。 在 天然气 气质 规格 和互换 性方 面相关 的标 准主 要有 G B 1 7 8 2 0 2 0 1 2 { 天 然 气 ， 规定 了气 质 指 标 高位 发热量 、 总硫 、 硫化 氢 、 二氧化碳 含量 。此 外 ， 还有关 于 L N G 的 G B ／ T I 9 2 0 4 2 0 0 3 { 液 化 天然 气 的一般特性 。借用欧洲对燃具适用类别的分类标 准 E N 4 3 7 2 0 0 3 { 试验 气 、 试验 压 力 和器 具 分类 [ 和 E N 3 0 1 1 2 0 0 { 家 用 燃 气灶 具 得 出 了 GB ／ T 1 3 6 1 1 2 0 0 6 城镇 燃 气 分类 和 基 本 特性 的燃 气 分 类 。 1 互换性判别软件的理论依据 1 ． 1沃泊 Wo b b e 指 数 法 1 9 2 6年 ， 意大 利 工 程 师 Wo b b e提 出 了反 映 热 值和 相对 密度两 个 因素 的沃泊 指 数 ， 并 以它 作 为控 制燃气 质量 的参数 。沃泊指 数体 现 了燃 气热 负荷 的特性 ， 我 们通 常认 为 具有 相 同或 相 近 的沃 泊 指数 的燃 气在燃 具 中有相 同的热 负荷 l_ 7 ] 。沃泊 指 数 W 可 以表示 为式 1 r r W 一 _ 1 - 1 o 1 ,／ d 式 中 H。为燃 气 的高位 发热量 ， MJ ／ m。 ； d为燃 气 的相对 密度 l 8 ] 。 世界 各 国规定 的沃泊 指数允 许波 动范 围各不 相 同 ， NGC 建 议 的 沃 泊 指 数 范 围为 4 4 ． 6 4 ～ 5 2 ． 0 MJ ／ m。 【 ， 作为 燃 具 输 入 热 量 的基 础 指 数 ， 一 般 其 变 化范 围在 5 左 右_ 7 ] 。 1 ． 2 美国燃 气协会 A ． G ． A 法 A． G． A 法 的 3个燃烧 指数 如下 1 离 焰指 数 飘 K aK s - lg 瓦 J 2 式 中 K 为离 焰极 限 常数 ， K一 ； 下标 “ a ” 表示基准气 ， 下标“ S ” 表示代替气 ， 下同； S 为各燃气 组分的相对密度 ； S ⋯为混合气体 的相对密度 为 单 一燃 气组 分在 混合 气 体 中 的容 积 分 数 ， ； ．厂为 广 j 一 次空 气 因数 ， - 厂 3 9 ． 9 3 4 - ff “； H 为燃 气 高 热 值 ， 』』 MJ ／ m。 ； a为 释放 3 ． 9 9 3 k J热 量 的燃 气完 全 燃烧 所 消耗 的理论 空气 量 ， m。 。 2 回火指数 I 一 3 式中 Q 为燃气高热值 ， MJ ／ m。 。 3 黄 焰指数 ， ， f 一 4 J a n s a y A． G． A 法 的判 断标 准 见 表 A。 G． A 指 数法 对 于各种 天然气 的互换 极 限 ] 。 1 ． 3 韦弗法 韦 弗 We a v e r 提 出 了火 焰 传播 速度 指 数 S是 由燃气 各组 分 的 火焰 传 播 速 度 系 数 B 和 理 论 空 气 量 。 所决 定 的 。 韦 弗法 中的 6个燃烧 指数 分别是 空气 需要量 指 数 、 黄 焰指数 、 回火 指数 、 不完 全燃烧 指数 、 热负荷 指 数、 脱火指数 ， 韦弗法的判断依据见文献[ 1 1 ] 。 1 ． 4法 国德 尔布 法 法 国燃 气公 司经过 大量试 验 ， 把校正 华 白数 W 和燃烧 势 C P 作为判 定 的两个 指数 。 德尔布的判断标准见城市燃气的类别及特性指 标[ 。 1 ． 5英 国的达 顿法 达顿 法 是一 种 根据 燃 气组 分 进行 预 测 的方 法 。 达顿 法认 为 任 何 一 种 实 际 的燃 气 可 看 作 由 4种 组 分 甲烷 、 其 他 烃 类 、 氢 和 惰 性 气 体 构 成口 ， 其 他 烃 类可 用 当量丙烷 和 甲烷 表示 ，它 的每个 分 子与 所代 表的燃气具有相 同的理想体积和平均碳原子数 ， 详 情可 见 当量系数 表I 1 。 1 ． 6逻 辑 图法 互 换性 逻 辑 框 最 早 在 美 国使 用 ， 2 0 0 5年 美 国 天然气 可互换 性 及 非 燃 烧 应 用 白皮 书 [ 1 中也 应 用 了互 换性逻 辑框 的概念 ， 图中纵坐标 用华 白数 ， 横 坐标用 补充 的指标 ， 如热 值 ] 。我们 就 使用 这 种逻 、 _ 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张倩倩 等 我国天然气互换性判别软件的研 究及 开发 可 以成功互 换 另一种燃 气 。但这 样 的计 算涉 及 的理 论较多、 计算较复杂， 而且有 的需要 画图得出结论 。 为 了使其达 到实 用化 的程度 ， 同时方便使 用 者 ， 本 软 件有 以下 的特点 1 理论 的科学 性 。本软 件 的理论 原 理包 括 沃 泊指 数法 、 美 国燃 气协 会 A． G． A 法 、 韦弗 法 、 德 尔 布法 、 达顿 法 ， 其 中包 括公 式 和 判 断 图形 ， 这 些 都 是 天然 气互 换性研 究 学 者多 年 的研究 成 果 ， 具 有 理 论 说服 性 。 2 操 作 简 便 。本 软 件 的 界 面采 用 Wi n d o ws 标准 界 面 ， 使用 过 Wi n d o ws 操 作 系统 的人员 可 以很 快掌 握本 软件 的使 用 方法 ， 在使 用 时 只要 给 出两 种 燃气 的组 分值 便 _口 』 以进 行 计 算 ， 组 分 的输 入 通 过 输 入 框来 完成 ， 点 击按 钮软 件可 自动 给出判 别结果 。 3 图形判 断法 。本软件 中的达 顿 法通 过 已给 的互 换性 区域 判 断代 替气 是否 在 互换 性 区域 内， 最 终 -f 0 断代 替气 是否 可以互 换基 准气 。 4 归 纳 新 的互 换 性 方 法 。在 逻 辑 图法 中 ， 输 入成百上千个燃气 的组分 ， 然后这些燃气以点 的形 式储 存 到逻辑 图 中 ， 并 累加储存 ， 而且 不 同类 型 的燃 气 用不 同 的颜 色 表示 ， 最 后 归 纳 出我 国燃 气 的落 入 点 区域 ， 得 出适 合 我 国天 然气互 换性 区域 ， 即新 的天 然 气互 换性方 法 。 5 容 错 性 强 。在 软 件 的使 用 过 程 中 ， 输 入 的 系统数值的正确性和计算参数的合理性直接影响到 计 算 的成功 与否 。本软 件能 自动识 别使用 者输 入数 值的正确性和合理性 ， 如发现不合理数值则提醒使 用者那 个数 值不 合理 并 指 出 其原 因 ， 从 而 使 使用 者 可 以及 时修 改数值 。 4蜀南气矿李市配气站与 隆昌 C N G站的天 然气 互换性判 断 为 了进 一步 判断天 然气互 换性 判别 软件 的实用 性 ， 选 取西南 油气 田公 司蜀 南 气 矿李 市 配 气 站 与隆 昌 C NG 站 的 天然 气 成 分 数 据 ， 以蜀 南 气 矿李 市 配 气站 的天然气为基准气 ， 隆昌 C NG站的天然气 为 代替气， 分别用沃泊指数法 、 美国燃气协会 A． G． A 法 、 韦弗 法 、 德 尔布 法 、 达 顿法 5种方 法来 进 行 软 件测 试 ， 均 显示 可 以互 换 。 5 结 论 天然气 互换 性判 别软件 为基 准气 和代替气 是 否 可互换 问题 的研 究 和 判断 提 供 了方 便 的途径 ， 由于 本软 件操作 简单 ， 使 原 本 复杂 的理 论 及数 值 计 算 变 得 方便容 易 。本 软件 下一 步的 任务就 是用逻 辑 图法 对 我 国天 然 气 气 源 本 国 的 管 道 气 、 L NG 和 进 口 I NG 进行判 断 ， 总结 出我 国的互换 性 区域 图。 参 考 文 献 [ 1 ]张扬竣 ， 秦朝葵 ， 消利涛． AGA和 We a v e r 指 数法的适用性 研究 [ J ] ． 石油与天然气化工 ， 2 O l 3 ， 4 2 1 3 0 3 6 ． E 2 ]郭开华 ， 王冠培 ， 皇甫立霞 ， 等． 中国天然气气质规格 及互换 性标 准问题[ J ] ． 天然气工业 ， 2 o 1 1 ， 3 1 3 9 7 1 o 1 ． [ 3 ]中华人 民共和国国家标 准．GB 1 7 8 2 0 2 0 1 2天然气[ s ] ． 北京 中国标准 出版社 ， 2 O l 2 ，9 3 - 4 ． [ 4 ]Eu r o p e a n s t a n d a r d E N4 3 7 ．E n g l i s h v e r s i o n T e s l g a s e s Te s t p r e s s u r e Ap p l i a n c e c a t e g o r i e s [ S ] ． Ma y ， 2 0 0 3 ． [ 5 ]中华人 民共和国 国家标 准．G B ／ T 1 3 6 1 1 2 0 0 6城 市燃气 分类 和基本特性[ s ] ． 北京 中国标准出版社 ， 2 0 0 6 ， 8 4 ． [ 6 ]李欣．浅析上海市 天然气互换性[ J ] ． 上海煤气 ． 2 0 0 7 ， 5 2 3 ． [ 7 ]陈赓 良．天然气的互换性及其 标准化 [ J ] ．天然气 ] _ 业 ， l 9 9 【 j ． 3 7 2 - 3 ． [ 8 ]中华人 民共和 国国家标准．GB ／ T 1 1 0 6 2 一 l 9 9 8天然气发热量 、 密度 、 相对密度和沃泊指数的计算方法I s ] ． 北京 中国标准 出版 社 ， 1 99 8 3 - 5， 9 - 1 2 ． [ 9 ]李猷嘉． 正确处理天然气质量 中的燃气互换性 问题 第 一部分 [ J ] ．城市燃气 ， 2 0 0 8 ， 3 9 7 3 6 1 0 ． [ 1 O ]杨 庆泉， 苏杰飞．液化气混空气燃气与天然气 的互换性[ J ] ． j 海 煤气 ， 2 0 0 3 ，3 2 6 2 7 ． [ 1 1 ]李献嘉． 论液化天然气与管道天然气 的互换性 [ J ] ．城市燃气 ， 2 0 0 9 ， 41 2 6 3 一 l 4 ． [ 1 2 ]Vi r g i n ia ．UTI I I Z ATI NVo l u me V， B o o k U l R e s i j c n t i a 1 ／ C o mme r c i a l [ M] ．T h e Ame r i c a n Ga s As s o c i a t i o n ， 1 9 9 4 5 6 - 5 8 ． [ 1 3 ]N c I n t e r c h a n g e a b i l i t y Wo r k Gr o u p ．Wh i t e P a p e r o n N a t u r a l Ga s I n t e r c h a n g e a b mt y a n d No n C o mb u s t io n E n d Us e [ S ] ． 2 0 0 5． [ 1 4 ]李猷嘉． 燃气互换 性 与燃 气分类 的关系 [ J ] ．城 市燃气 ， 2 0 O 8 ， 4 0 3 9 ． 3 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 4 0 4 ； 编 辑 康 莉 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m