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谈谈瓶组自然气化集中供气的供气能力
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内容提示：我国（高层民用建筑设计防火规范）（GBJ45—82）规定，高度为10层以上住宅建筑和高度超过24m以上的其它民用建筑和工业 建筑为高层建筑；在高层建筑内使用可燃气体时，应采用管道供气。在刚刚通过的《广东省燃气管理条例》中又明确规定十层以上房屋建筑的燃气管道设施，应当与主体工程同时设计、同时施工、同时交付使用；尚未安装燃气管道的城镇，十层以上房屋建筑应当鳞集中供气系统。该条例再次强调了高层建筑实行
一、引 言
我国（高层民用建筑设计防火规范）（GBJ45—82）规定，高度为10层以上住宅建筑和高度超过24m以上的其它民用建筑和工业 建筑为高层建筑；在高层建筑内使用可燃气体时，应采用管道供气。在刚刚通过的《广东省燃气管理条例》中又明确规定：十层以上房屋建筑的燃气管道设施，应当与主体工程同时设计、同时施工、同时交付使用；尚未安装燃气管道的城镇，十层以上房屋建筑应当鳞集中供气系统。该条例再次强调了高层建筑实行燃气管道供应的必要性。（参考《建筑中文网》）
在我省的绝大部分城镇，液化石油气小区管道供气处在刚刚起步阶段，尚未达到小区供气的区域，甚至还未开始搞小区供气的城镇大量存在。这些城镇和这些区域的高层建筑集中供气的设计，首先应考虑气源。城镇管网化是燃气发展的总趋势，所以，作为要被城镇管网取代的临时供气系统，在用户数量不多的情况下，仅为房屋的报建而花大量资金建设一个气化站，显然是不切实际的。如果采用瓶组集中供气，方式用两种，一是强制气化，二是自然气化。强制气化不仅其设备昂贵，按照规范来建造瓶组间和气化间，还要绝对保证电源、热源的供应。相比之下，最简单、最方便、最经济的便是自然气化了。
（城镇燃气设计规范）（CB50028—93）规定，瓶组的气瓶总体积不超过1m3时，可将其设在建筑物附属的瓶组间或专用房间内，总体积超过1m3应将其设置在高度不低于2.2米的独立瓶组间。而且独立瓶组间与其他建、构筑物要有足够的防火距离。也就是说，在房屋建筑规划的同时，要划出足够面积的地来建独立瓶组间。据调查，一般瓶组采用的都是50Kg的钢瓶，体积不超过1m3，则气瓶总数不多于8个，那么8个50Kg钢瓶的供气能力满足多少户呢？这就涉及自然气化能力问题了。
二、单瓶自然气化能力的计算
（一）气化原理
自然气化是指容器中，液态的液化石油气依靠自身显热和吸收外界环境热量而气化的过程。
容器尚未导出气体时，液化石油气的压力为液温与气温同为，时的饱和蒸气压P0.开始从容器导出气体后，压力下降，相对应的液体温度也同时下降。如图1所示的实践，经过S时间后，液温达t0'并保持不变，此时压力为t0'时的蒸汽压P0'，容器内的气化速度为V0'，气化将继续下去。从开始导出气体到S时间内，利用显热的气化速度和原有气体的导出速度的总和从v0'减少到零；相反，靠传热的气化速度由零变为v0'.经过S时间后全靠传热气化。
实际上，容器内导出的气体压力要满足调压器入口最低允许压力Ps的要求，也就是说，液温必须在不低于Ps时的温度ts的范围内气化，速度为V0.
（二）自然气化能力的计算公式
在以t0为最低允许液温时，S时间内容器的气化量为G＝G1十G2 G3 （1）
式中G—S时间内总气化量（Kg）
G1—S时间内依靠自身显热的气化量（Kg）
G2—S时间内原有气体向外导出量（Kg）
G3—S时间内依靠传热的气化量（Kg）
上述三部分气化量分别为：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—气化潜热（KJ／Kg）
G'—容器内的液量（Kg）
t0—最低允许的液温（℃）
t—空气温度（℃）
Cpm—t～t0液化石油气的平均比热（KJ／Kg.K）
V—容器的内体积（m3）
v—t—t0液化石油气的平均比容（m3/Kg）
P—气态液化石油气空化前的密度（Kg/m3）
p0—气态液化石油气t0时的密度（Kg/m3）
K—总传热系数（KJ／m2.S.K）
F—容器液化石油气的湿表面积（m2）
（三）影响因素和设计条件的确定
由上述的公式可以看出，影响气化能力计算结果的因素有剩液量、液化石油气的组分、调压器的进口压力、容器的种类等等，这里只谈谈比较难确定设计条件的主要几个因素：
1.液量 没有液量就没有气化而言。如果钢瓶用到不能满足用户需要时的液量（即剩液量）过多，会给换瓶带来困难，换瓶次数会因此增加。剩液量少，则湿表面积减少，传热气化年度也相减少；导致设计气瓶总数增多。我们认为，设有气体自动切换装置时的剩液量为充装量的50%，设时为30%。
2.组分 液化石油气为烃类的混合物，成分以丙烷、丁烷为主，组分比例由4：1～1：2不等。由于这样大的变化，计算时只能根据当地所供应液化石油气的组分取近似值，这就给计算结果带来一定的偏差。而在气化过程中，沸点低、蒸汽压高的组分气化能力大，因此，在气液量不断减少的同时其组分也随着气化过程发生变化。也就是说，随着液量的减少，丙烷的比例越来越小，丁烷的比例越来越大，气化能力也就越来越小。同时液化石油气的比热、气化浴热、沸点、密度热恒等性质也起较大的变化。由这种变化对气化能力计算结果的影响是绝不能忽视的。而剩液量中的组分及其性质在设计中的变化是很难确定的。
3.环境温度、设计压力和最低液温设计的环境温度在理论上应当是30—50年本地区的历史最低温度。但是，瓶组自然气化只是作为过渡气源的方式，没有必要按此框框来设定，而应当根据本地区的气温情况和供气情况，适当调整。
设计压力就是气化的最低压力。正在气化中的液温随压力变化，压力越低，液温也越低，温差就会增大。从式（4）中可看出传热气化量与温差成正比的。我们认为，设计的最低压力就是调压器的进口压力Ps，一级调压系统0.17mPa（绝），二级调压系统为0.20mPa.
最低液温就是液化石油气达到最低设计压力时的液体温度。此温度虽然可以根据相平衡的图表来计算（如《燃气输配》、《燃气规划》中的相关图表），但由于最低压力过小，计算所得到结果往往在一个较大的范围。加上液化石油气组分的偏差，剩液量中组分及性质的变化，常常会导致与实际情况不相符的结论。
4.总传热系数在众多影响气化能力的因素中，最难确定的便是总传热系数。
钢瓶自然气化的传热过程主要包括液化石油气自身沸腾的对流换热，液化石油气与钢瓶内壁换热，通过壁厚、漆层的导热，外壁面与空气的传热等。因此总传系数与环境温度、液化石油组分、沸点、热容、比热、导出气量，与钢瓶的壁厚、漆厚及环境气温、空气流动情况等等因素有较大关系。由于这些因素的多变性，要从理论上用传热学原理计算出总传热系数确是很艰难的。
既然通过计算的方法得不出结果，那么就应当由众多实验中取得。对于一般工程技术人员，受到众多条件的限制，要完成这些实验取得数据，就有很大的困难。并且，国内也没有这方面的详细数据。在一些专业资料中，所给的值都是较大的一个范围，并相差很远。如《燃气输配》中认为，在地上容器可取K＝41～62KJ／m2.S.K，对于地下容器可取K=10-20KJ／m2.S.K；《燃气工程手册》则认为，对地上50Kg钢瓶，在无风状态可取K＝7～8.2w／m2℃，在空气少许流动时可取11～17.5w／m2.℃当气化过程中由于液温使容器外表面结露或结冰时，K值为正常情况的三分之一，对地下容器可取3～6w／m2℃。单位换算后，两者相差数百倍。这种差别使设计人员无所适从。
综上所述，在利用公式计算单瓶的自然气化能力时，由于众多因素的影响，设计用的数据很难取定，给计算带来重重阻力。所以在一般的设计计算中，这种计算方法很难达到目的。
三、自然气化能力表
自然气化表是采用实验数据制成的计算图表。国内尚未这方面的详细资料，一些专业设计手册也只略为介绍几个日本50Kg钢瓶的气化能力表。下表便是从接近现实条件从中选取的一些数据。
四、供气能力
根据《城镇燃气设计规范》的要求，如果总瓶数为8个，则应当一半是工作的，另一半为备用的。4个50Kg钢瓶在5℃；高峰负荷时间为2h，丙烷占60%（充装时的比例）的状况下，带自动切换阀和不带自动切换阀的总气化能力为6.0Kg/h和3.16Kg/h.以每户居民用户都有一个双眼灶和一个热水器为热负荷的计算依据，由燃气的低热值和相应的同时工作系数可计算出供气能力分别为36户和16户。
五、环境温度对供气能力的影响
前面谈到，瓶组集中供气作过渡性的气源供应，其设定的环境温度应当视实际情况而定。
在我省的大部分城市，持续低温天气的时间很短。一年当中温度在10℃以下的时间，一般在10天左右。这样，在考虑把气瓶设置在建筑附属的瓶组间或专用房间时，就应当充分利用这个温度的气化裕量，而在低温时则对其加强管理，应当是可行的。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200809/11813.htm
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