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談?wù)勂拷M自然氣化集中供氣的供氣能力

字體: 放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2007-10-16  作者:rqb99  瀏覽次數(shù):1335

一、引 言

我國(高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范)(GBJ45—82)規(guī)定,高度為10層以上住宅建筑和高度超過24m以上的其它民用建筑和工業(yè) 建筑為高層建筑;在高層建筑內(nèi)使用可燃?xì)怏w時,應(yīng)采用管道供氣。在剛剛通過的《廣東省燃?xì)夤芾項l例》中又明確規(guī)定:十層以上房屋建筑的燃?xì)夤艿涝O(shè)施,應(yīng)當(dāng)與主體工程同時設(shè)計、同時施工、同時交付使用;尚未安裝燃?xì)夤艿赖某擎?zhèn),十層以上房屋建筑應(yīng)當(dāng)鱗集中供氣系統(tǒng)。該條例再次強(qiáng)調(diào)了高層建筑實行燃?xì)夤艿拦?yīng)的必要性。

在我省的絕大部分城鎮(zhèn),液化石油氣小區(qū)管道供氣處在剛剛起步階段,尚未達(dá)到小區(qū)供氣的區(qū)域,甚至還未開始搞小區(qū)供氣的城鎮(zhèn)大量存在。這些城鎮(zhèn)和這些區(qū)域的高層建筑集中供氣的設(shè)計,首先應(yīng)考慮氣源。城鎮(zhèn)管網(wǎng)化是燃?xì)獍l(fā)展的總趨勢,所以,作為要被城鎮(zhèn)管網(wǎng)取代的臨時供氣系統(tǒng),在用戶數(shù)量不多的情況下,僅為房屋的報建而花大量資金建設(shè)一個氣化站,顯然是不切實際的。如果采用瓶組集中供氣,方式用兩種,一是強(qiáng)制氣化,二是自然氣化。強(qiáng)制氣化不僅其設(shè)備昂貴,按照規(guī)范來建造瓶組間和氣化間,還要絕對保證電源、熱源的供應(yīng)。相比之下,最簡單、最方便、最經(jīng)濟(jì)的便是自然氣化了。

(城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范)(CB50028—93)規(guī)定,瓶組的氣瓶總體積不超過1m3時,可將其設(shè)在建筑物附屬的瓶組間或?qū)S梅块g內(nèi),總體積超過1m3應(yīng)將其設(shè)置在高度不低于2.2米的獨(dú)立瓶組間。而且獨(dú)立瓶組間與其他建、構(gòu)筑物要有足夠的防火距離。也就是說,在房屋建筑規(guī)劃的同時,要劃出足夠面積的地來建獨(dú)立瓶組間。據(jù)調(diào)查,一般瓶組采用的都是50Kg的鋼瓶,體積不超過1m3,則氣瓶總數(shù)不多于8個,那么8個50Kg鋼瓶的供氣能力滿足多少戶呢?這就涉及自然氣化能力問題了。


二、單瓶自然氣化能力的計算

(一)氣化原理

自然氣化是指容器中,液態(tài)的液化石油氣依靠自身顯熱和吸收外界環(huán)境熱量而氣化的過程。

容器尚未導(dǎo)出氣體時,液化石油氣的壓力為液溫與氣溫同為,時的飽和蒸氣壓P0。開始從容器導(dǎo)出氣體后,壓力下降,相對應(yīng)的液體溫度也同時下降。如圖1所示的實踐,經(jīng)過S時間后,液溫達(dá)t0'并保持不變,此時壓力為t0'時的蒸汽壓P0',容器內(nèi)的氣化速度為V0',氣化將繼續(xù)下去。從開始導(dǎo)出氣體到S時間內(nèi),利用顯熱的氣化速度和原有氣體的導(dǎo)出速度的總和從v0'減少到零;相反,靠傳熱的氣化速度由零變?yōu)関0'。經(jīng)過S時間后全靠傳熱氣化。

實際上,容器內(nèi)導(dǎo)出的氣體壓力要滿足調(diào)壓器入口最低允許壓力Ps的要求,也就是說,液溫必須在不低于Ps時的溫度ts的范圍內(nèi)氣化,速度為V0。

(二)自然氣化能力的計算公式

在以t0為最低允許液溫時,S時間內(nèi)容器的氣化量為
G=G1十G2+G3 (1)

式中
G——S時間內(nèi)總氣化量(Kg)
G1——S時間內(nèi)依靠自身顯熱的氣化量(Kg)
G2——S時間內(nèi)原有氣體向外導(dǎo)出量(Kg)
G3——S時間內(nèi)依靠傳熱的氣化量(Kg)

上述三部分氣化量分別為:
G1=1/VG'Cpm(t-t0) (2)
G2=(V—G'V)(P—P0) (3)
G3=1/VKF(t-t0)*S*1/2 (4)

式中
V——?dú)饣瘽摕?KJ/Kg)
G'——容器內(nèi)的液量(Kg)
t0———最低允許的液溫(℃)
t——空氣溫度(℃)
Cpm——t~t0液化石油氣的平均比熱(KJ/Kg·K)
V——容器的內(nèi)體積(m3)
v——t—t0液化石油氣的平均比容(m3/Kg)
P——?dú)鈶B(tài)液化石油氣空化前的密度(Kg/m3)
p0——?dú)鈶B(tài)液化石油氣t0時的密度(Kg/m3)
K——總傳熱系數(shù)(KJ/m2·S·K)
F——容器液化石油氣的濕表面積(m2)

(三)影響因素和設(shè)計條件的確定

 

由上述的公式可以看出,影響氣化能力計算結(jié)果的因素有剩液量、液化石油氣的組分、調(diào)壓器的進(jìn)口壓力、容器的種類等等,這里只談?wù)劚容^難確定設(shè)計條件的主要幾個因素:

1.液量 沒有液量就沒有氣化而言。如果鋼瓶用到不能滿足用戶需要時的液量(即剩液量)過多,會給換瓶帶來困難,換瓶次數(shù)會因此增加。剩液量少,則濕表面積減少,傳熱氣化年度也相減少;導(dǎo)致設(shè)計氣瓶總數(shù)增多。我們認(rèn)為,櫨釁?遄遠(yuǎn)?謝蛔爸檬鋇氖R毫課?渥傲康?0%,設(shè)時為30%。

2.組分 液化石油氣為烴類的混合物,成分以丙烷、丁烷為主,組分比例由4:1~1:2不等。由于這樣大的變化,計算時只能根據(jù)當(dāng)?shù)厮?yīng)液化石油氣的組分取近似值,這就給計算結(jié)果帶來一定的偏差。而在氣化過程中,沸點(diǎn)低、蒸汽壓高的組分氣化能力大,因此,在氣液量不斷減少的同時其組分也隨著氣化過程發(fā)生變化。也就是說,隨著液量的減少,丙烷的比例越來越小,丁烷的比例越來越大,氣化能力也就越來越小。同時液化石油氣的比熱、氣化浴熱、沸點(diǎn)、密度熱恒等性質(zhì)也起較大的變化。由這種變化對氣化能力計算結(jié)果的影響是絕不能忽視的。而剩液量中的組分及其性質(zhì)在設(shè)計中的變化是很難確定的。

3.環(huán)境溫度、設(shè)計壓力和最低液溫設(shè)計的環(huán)境溫度在理論上應(yīng)當(dāng)是30—50年本地區(qū)的歷史最低溫度。但是,瓶組自然氣化只是作為過渡氣源的方式,沒有必要按此框框來設(shè)定,而應(yīng)當(dāng)根據(jù)本地區(qū)的氣溫情況和供氣情況,適當(dāng)調(diào)整。

設(shè)計壓力就是氣化的最低壓力。正在氣化中的液溫隨壓力變化,壓力越低,液溫也越低,溫差就會增大。從式(4)中可看出傳熱氣化量與溫差成正比的。我們認(rèn)為,設(shè)計的最低壓力就是調(diào)壓器的進(jìn)口壓力Ps,一級調(diào)壓系統(tǒng)0.17mPa(絕),二級調(diào)壓系統(tǒng)為0.20mPa。

最低液溫就是液化石油氣達(dá)到最低設(shè)計壓力時的液體溫度。此溫度雖然可以根據(jù)相平衡的圖表來計算(如《燃?xì)廨斉洹贰ⅰ度細(xì)庖?guī)劃》中的相關(guān)圖表),但由于最低壓力過小,計算所得到結(jié)果往往在一個較大的范圍。加上液化石油氣組分的偏差,剩液量中組分及性質(zhì)的變化,常常會導(dǎo)致與實際情況不相符的結(jié)論。

4.總傳熱系數(shù)在眾多影響氣化能力的因素中,最難確定的便是總傳熱系數(shù)。

鋼瓶自然氣化的傳熱過程主要包括液化石油氣自身沸騰的對流換熱,液化石油氣與鋼瓶內(nèi)壁換熱,通過壁厚、漆層的導(dǎo)熱,外壁面與空氣的傳熱等。因此總傳系數(shù)與環(huán)境溫度、液化石油組分、沸點(diǎn)、熱容、比熱、導(dǎo)出氣量,與鋼瓶的壁厚、漆厚及環(huán)境氣溫、空氣流動情況等等因素有較大關(guān)系。由于這些因素的多變性,要從理論上用傳熱學(xué)原理計算出總傳熱系數(shù)確是很艱難的。

既然通過計算的方法得不出結(jié)果,那么就應(yīng)當(dāng)由眾多實驗中取得。對于一般工程技術(shù)人員,受到眾多條件的限制,要完成這些實驗取得數(shù)據(jù),就有很大的困難。并且,國內(nèi)也沒有這方面的詳細(xì)數(shù)據(jù)。在一些專業(yè)資料中,所給的值都是較大的一個范圍,并相差很遠(yuǎn)。如《燃?xì)廨斉洹分姓J(rèn)為,在地上容器可取K=41~62KJ/m2.S.K,對于地下容器可取K=10-20KJ/m2.S.K;《燃?xì)夤こ淌謨浴穭t認(rèn)為,對地上50Kg鋼瓶,在無風(fēng)狀態(tài)可取K=7~8.2w/m2℃,在空氣少許流動時可取11~17.5w/m2.℃當(dāng)氣化過程中由于液溫使容器外表面結(jié)露或結(jié)冰時,K值為正常情況的三分之一,對地下容器可取3~6w/m2℃。單位換算后,兩者相差數(shù)百倍。這種差別使設(shè)計人員無所適從。

綜上所述,在利用公式計算單瓶的自然氣化能力時,由于眾多因素的影響,設(shè)計用的數(shù)據(jù)很難取定,給計算帶來重重阻力。所以在一般的設(shè)計計算中,這種計算方法很難達(dá)到目的。

三、自然氣化能力表

自然氣化表是采用實驗數(shù)據(jù)制成的計算圖表。國內(nèi)尚未這方面的詳細(xì)資料,一些專業(yè)設(shè)計手冊也只略為介紹幾個日本50Kg鋼瓶的氣化能力表。下表便是從接近現(xiàn)實條件從中選取的一些數(shù)據(jù)。

50Kg鋼瓶高峰負(fù)荷時的氣化能力(Kg/h) 溫度(℃) 5 0 不帶氣體自動切換閥 0.79 0.37 帶氣體自動切換閥 1.50 0.99

 

使用條件是丙烷占60%,丁烷占40%,高峰負(fù)荷時間為2小時。

四、供氣能力

根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》的要求,如果總瓶數(shù)為8個,則應(yīng)當(dāng)一半是工作的,另一半為備用的。4個50Kg鋼瓶在5℃;高峰負(fù)荷時間為2h,丙烷占60%(充裝時的比例)的狀況下,帶自動切換閥和不帶自動切換閥的總氣化能力為6.0Kg/h和3.16Kg/h。以每戶居民用戶都有一個雙眼灶和一個熱水器為熱負(fù)荷的計算依據(jù),由燃?xì)獾牡蜔嶂岛拖鄳?yīng)的同時工作系數(shù)可計算出供氣能力分別為36戶和16戶。

五、環(huán)境溫度對供氣能力的影響

前面談到,瓶組集中供氣作過渡性的氣源供應(yīng),其設(shè)定的環(huán)境溫度應(yīng)當(dāng)視實際情況而定。

在我省的大部分城市,持續(xù)低溫天氣的時間很短。一年當(dāng)中溫度在10℃以下的時間,一般在10天左右。這樣,在考慮把氣瓶設(shè)置在建筑附屬的瓶組間或?qū)S梅块g時,就應(yīng)當(dāng)充分利用這個溫度的氣化裕量,而在低溫時則對其加強(qiáng)管理,應(yīng)當(dāng)是可行的。

如果把環(huán)境溫度定在10℃,情況會怎樣?

首先,從計算公式(1)、(4)可知,利用顯熱和傳熱氣化的氣化量與溫差成正比。也就是說,在其他設(shè)計條件不變的前提下,把環(huán)境溫度由5℃提高10℃,液化石油氣氣化中的G1和G3會增加一倍。G2保持不變,但在G中只占很少一部分。故此總的氣化能力增大將近1倍,瓶組的供氣能力也差本多翻一番,由原來的36戶和16戶增加到72戶和32戶。

其次,當(dāng)溫度低于100C的時間內(nèi),就會出現(xiàn)剩液量增多的現(xiàn)象,這種情況可以通過防爆風(fēng)扇等設(shè)施,來增加瓶組間內(nèi)的空氣流動而得到一些改善。也可以在設(shè)計工藝時,在氣體自動切換閥前加裝旁通閥門來改善,因為在氣瓶總數(shù)不變,把工作瓶定為6個,備用瓶為2個,其相同的氣化能力會增加50%。

在相同條件下,當(dāng)設(shè)計獨(dú)立瓶組間,氣瓶總數(shù)達(dá)到40個時,瓶組自然氣化集中供氣的供氣能力可達(dá)370戶。

總之,只要在低溫天氣時,采用一定的措施,改善系統(tǒng)和工藝,加強(qiáng)管理,瓶組自然氣化的裕量就可得到充分的利用,也就是說可以把環(huán)境溫度適當(dāng)提高。

六、結(jié)束語

實現(xiàn)管網(wǎng)供氣是燃?xì)獍l(fā)展的總趨勢。瓶組自然氣化集中供氣作為過渡性的供應(yīng)氣源是解決高層建筑使用燃?xì)?、小范圍區(qū)域管道供氣,最終實現(xiàn)管網(wǎng)供應(yīng)的有效途徑。在我省的大部分城市的瓶組自然氣化,視其情況可以把環(huán)境溫度提高到10℃,充分利用氣化能力裕量,應(yīng)當(dāng)是可行的。總而言之,居民用戶72戶以下的氣源供應(yīng),在未實現(xiàn)小區(qū)供氣和網(wǎng)管供氣之前,應(yīng)首先考慮瓶組自然氣化集中供氣,并設(shè)置在房屋建筑附屬的瓶組間或?qū)S梅块g內(nèi);72戶以上,400戶以下可以考慮建獨(dú)立瓶組間并采用自然氣化,400戶以上的就應(yīng)當(dāng)采用強(qiáng)制氣化的方式。

主要參考文獻(xiàn):

 

1.《廣東省煤氣管理條例》廣東省人大常委會辦公廳印。
2.《燃?xì)廨斉洹返诙?,中國建筑工業(yè)出版社,哈爾濱建筑工程學(xué)院等編。
3.《煤氣工程技術(shù)手冊》同濟(jì)大學(xué)出版社,姜正侯主編。
4.《燃?xì)庠O(shè)計標(biāo)準(zhǔn)匯編》今日城市煤氣協(xié)會編,中國建筑王業(yè)出版社。

 
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