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燃氣作為燃料的應用
發表時間:2018-09-18發表人:cqyaoyang瀏覽次數:

    

    液化天然氣(杜瓦瓶組)供應系統

 

 



 

液化氣供氣系統


《液化石油氣二甲醚復合燃料》

編制說明

一、標準編制的目的

(一)標準編制符合本市現狀

目前,廣東省液化石油氣二甲醚復合燃料暫無國家標準、行業標準和地方標準的情況,遠遠不能滿足安全應用和市場規范。近幾年在國家替代能源產業政策的鼓勵和推動下,二甲醚在國內的生產突飛猛進,如廣東及周邊地區,繼久泰能源(廣州)能源有限公司2007年9月年產20萬噸二甲醚投產之后(正在擴建120萬噸/年二甲醚),先后有東莞市九豐化工有限公司15萬噸/年,海豐華城能源10萬噸/年,及周邊福建連潤昭安10萬噸/年,富港10萬噸/年,龍巖連潤5萬噸/年。甲醚摻混液化石油氣使用,雖然顯示出作為液化石油氣的補充和替代的優越性,特別是在2010年初由于上游能源供應緊張,春運運輸運力不及,液化石油氣價格瘋漲,顯現出了二甲醚應急作用和補充作用。但由于復合燃料經營市場管理法規滯后,造成廣東省的部分液化石油氣儲配(充裝)站將二甲醚摻混在液化石油氣中,冒充純液化石油氣銷售,除嚴重損害消費者利益外,還因在液化石油氣中大量摻混二甲醚引起氣瓶瓶閥密封件腐蝕存在安全隱患?;诎踩珣煤褪袌鲆幏兑约氨Wo消費者利益,制定液化石油氣二甲醚復合燃料的地方標準,規范液化石油氣摻混二甲醚的生產銷售行為的條件已經具備,且非常必要。為此廣東省兩會期間,省政協委員提交了《大力支持和發展煤基醇醚燃料新型能源產業、盡快建立新型能源使用標準作保障》的提案。同時省委主要領導在政協委員“直通車”信件上批示,并交由相關部門落實。

二)標準編制的作用

廣東省是中國第一能源消耗大省,能源需求嚴重不足。目前,依然是以液化石油氣為主,天然氣等其他燃料為輔。液化石油氣每年廣東的銷量約在500萬噸,銷售金額約250億元,如果在液化石油氣中摻入20%的二甲醚將會為廣大城鎮用戶減少50億元左右的燃料成本,液化石油氣摻混二甲醚后,不僅是符合國家替代能源的產業政策,起到一定的節能作用,而且由于二甲醚對液化石油氣重組分具有親和作用,能將液化石油氣普遍燃燒不盡的重組分帶出燒盡,從根本上解決了液化石油氣在使用后殘留物(碳五)常被用戶傾倒而經常發生事故的安全隱患。液化石油氣摻混二甲醚燃燒后的空氣質量,經檢測各項有害氣體指數均比純液化石油氣低,對加強城市環保,減少有害氣體排放,建設宜居城市,促進人類健康和經濟發展,具有重要意義。

二、標準編制過程

一)國家產業政策支持

1、二甲醚是理想的石油能源的替代和補充,2005年國家將醇醚燃料生產列入產業結構調整指導目錄。2006年6月15日,為實施石油能源替代戰略,國家發改委在京召開了二甲醚產業發展座談會。會后印發的《二甲醚產業發展座談會會議紀要》(發改辦工業[2006]1404號)中指出:“實施替代能源戰略是抑制高油價挑戰的重要措施”、 “發展二甲醚等煤基醇醚燃料有利于迅速緩解石油供應短缺矛盾,是近期替代工作的重點” “為了規范二甲醚生產與使用,應緊急制訂相關標準” 。2007年8月國家建設部發布了《城鎮燃氣用二甲醚》城鎮建設行業標準CJ/T259-2007。此行業標準為我們編制液化石油氣二甲醚復合燃料地方標準有了前置和基礎。

2、財政部 國家稅務總局財稅〔2008〕72號“為促進二甲醚的推廣使用,經國務院批準,現將二甲醚適用增值稅稅率由17%降為13%的增值稅稅率征收增值稅”。

3、2007年4月13日國家發改委發布了《二甲醚化工行業》標準。

4、2007年8月21日建設部發布了《城鎮燃氣用二甲醚》標準。

5、2008年5月18日農業部發布了《二甲醚民用燃料》標準。

6、工信部2009年公布了《新能源汽車生產企業及產品準入管理規則》,新能源汽車包括二甲醚汽車。

7、2009年5月12日住房和建設部辦公廳發布的《關于二甲醚復合燃料用作城鎮燃氣有關問題的復函》。

二)黨和國家領導人多次批示支持醇醚燃料發展

1、2009年11月19日王茂林、何光遠、譚光州、彭致圭等4位同志呈報的《關于煤基醇醚燃料推動不力的情況反映》上,胡錦濤、溫家寶、李克強都作了重要指示,要求國家發改委認真研究,提出意見。

2、2005年12月6日胡錦濤在何光遠、王茂林等7位同志呈報的“關于推廣煤基醇醚燃料以替代汽油、柴油的建議”上批示:“培炎并馬凱同志,請發改委對替代能源問題進行科學論證,從總體上提出開發方向和重點”。12月17日,曾培炎同志批示:“請發改委認真落實錦濤同志的重要批示。要抓緊組織有關方面和專家進行論證,提出發展替代能源的意見,并列入‘十一五’規劃?!?/span>

3、2004年7月2日王茂林呈報的《發展煤基醇醚燃料是我國替代石油的根本出路》一文,溫家寶、曾培炎、陳至立、馬凱作了重要批示。

(三)液化石油氣配制二甲醚的技術成熟

1、2007年,山東省建設廳、山東省質量技術監督局、山東省公安廳聯合發文(魯建安監字[2007]17號)同意山東久泰能源公司在以丙、丁烷為主的液化石油氣中摻混20%以下的二甲醚作為城鎮燃料。

2、2008年7月25日重慶市人民代表大會常務委員會將《重慶市液化石油氣經營管理條例》第二條修改為:"本條例所稱液化石油氣(以下簡稱液化氣),是指作為燃料使用的以丙烷、丁烷為主要成分的液態石油氣體,包括液化石油氣與二甲醚等混合形成的復合燃料"。

3、2009年10月1日重慶市質量技術監督局發布了《液化石油氣二甲醚復合燃料》標準,已經于2009年12月1日開始在重慶施行。

4、貴州省建設廳2006年2月28日《關于同意將二甲醚作為民用新型燃料進行試點的批復》。

5、2010年3月3日云南省住房和城鄉廳、質量的技術監督局6廳局發布了《關于對二甲醚作為城鎮燃氣推廣使用的意見》。

6、重慶市內引燃料有限責任公司早在2001年就開始深入系統的研究液化石油氣中摻混二甲醚的課題,并取得了使用戊烷保持燃燒熱值穩定不下降和兩者的摻混比例與環境溫度諸多相關條件的實驗數據,于2003年和2004年先后向國家知識產權局申請了ZL 2003 10104155.1和ZL 200410022507.3兩項發明專利。2006年6月該公司在全國率先制定了兩種混合介質的《二甲醚復合燃料》的企業標準,該公司儲配站通過了氣瓶充裝評審,并委托江蘇玉華容器有限公司設計制造了二甲醚和液化石油氣混合介質的專用鋼瓶。廣東作為能源消耗大省,編制適合廣東的《液化石油氣二甲醚復合燃料》地方標準,具有更為廣泛的應用實踐作用。

(三)液化石油氣二甲醚復合燃料的應用已有相應的理論基礎和技術成果

通過國內外科研人員對二甲醚基本性能的研究,已經掌握二甲醚作為燃料使用的基本特性。中國市政工程華北設計研究院、山東久泰能源有限公司、廣東九豐集團有限公司、北京新奧集團股份有限公司等國內科研、生產單位對二甲醚的應用技術進行了多年研究。其中中國市政工程華北設計研究院已經完成住房與城鄉建設部“二甲醚城市燃氣儲配技術與設施研究”的課題,并在國家科技支撐計劃課題“城市燃氣氣源儲配及應用技術”中列入了二甲醚研究課題。目前國內研究已經取得的一系列成果:

1、利用火焰高度法(本生火焰法)測定了二甲醚的火焰傳播速度為0.5 m/s。

2、在現有城市燃氣熱值測定標準的基礎上修改為采用非濕式流量測定,建立了二甲醚熱值測定方法,并實測得二甲醚的氣態高熱值為63.4 MJ/m3。

3、根據實測的二甲醚火焰傳播速度和熱值,借鑒德爾布的燃燒勢計算式,得出二甲醚的燃燒勢為62。

4、研究成功帶可調噴嘴的二甲醚通用民用灶具。

5、根據燃氣互換性理論、試驗研究和動態數值模擬研究得出在液化石油氣灶具上使用液化石油氣與二甲醚的混合燃氣,二甲醚的質量分數應小于20%。使用GB16410-2007家用燃氣灶具對液化石油氣配制20%以下二甲醚具有適配性。

6、根據現有資料和大量試驗研究,初步確定三元乙丙橡膠可以耐二甲醚的溶解腐蝕,丁腈橡膠耐液化石油氣的腐蝕,氟硅橡膠可以耐液化石油氣與二甲醚混合介質的溶解腐蝕。

總之,通過基礎研究以及應用實踐,對二甲醚的性能已經掌握(二甲醚及其相關物質的性能見表1)。由表可知,二甲醚的沸點、臨界溫度、氣化潛熱與液化石油氣相近,而飽和蒸氣壓介于液化石油氣之下(見附件4)。在常溫加壓下為液態,常溫常壓下為氣態。我國液化石油氣是丙、丁烷等的混合物,從物理性質上講二甲醚與國內液化石油氣基本接近。

1 二甲醚及相關燃氣的物化性能與燃燒特性

 

二甲醚

液化石油氣

(丙、丁烷)

天然氣

相對分子質量

46.069

51.1105

16.043

沸點/℃

-24.9

-21.3

-161.5

凝固點/℃

-141.4

-163.05

-182.5

臨界溫度/℃

126.8

124.35

-82.6

臨界壓力/MPa

5.37

4.025

4.60

20 ℃蒸氣壓/MPa

O.53

0.52

超臨界狀態

沸點汽化潛熱/(kJ/kg)

466.9

405.45

509.9

液態低熱值/(MJ/kg)

28.44

47.255

液態高熱值/(MJ/kg)

31.09

51.285

標況氣態低熱值/(MJ/m3)

58.50

107.85

35.89

標況氣態高熱值/(MJ/m3)

63.16

117.02

39.85

15℃氣態低熱值/(MJ/m3)

55.46

102.24

34.02

15℃氣態高熱值/(MJ/m3)

59.87

110.93

37.78

相對密度

1.592

1.815

0.554

15℃華白數/(MJ/m3)

47.45

82.18

50.76

火焰傳播速度(m/s)

0.50

0.4

0.38

燃燒勢

62.0

44.9

40.3

爆炸下限(體積分數)/%

3.4

1.8

5.0

爆炸上限(體積分數)/%

26.7

9

15.O

理論空氣量/(m3/m3)

14.28

27.37

9.52

理論燃燒溫度/℃

2250

2055

2043

理論煙氣量/(m3/m3)

16.28

29.62

10.52

自燃溫度/℃

235

412.5

540

動量擴散系數/(m2/s)

11.00

3.17

14.50

熱量擴散系數/(m2/s)

6.01

4.375

19.57

空氣中質量擴散系數/(m2/s)

11.00

8.15

19.60

(四)二甲醚的火災危險性分析

二甲醚作為化學品與液化石油氣、天然氣一樣,都屬于危險化學品。GB50016《建筑設計防火規范》中根據儲存物品的性質和儲存物品的可燃數量等因素,把儲存物品分為甲、乙、丙、丁、戊類。根據規范對儲存物品火災危險性特征描述,二甲醚、液化石油氣、天然氣火災危險分類見表2。由表可以得出,二甲醚的爆炸危險性介于液化石油氣和天然氣之間,二甲醚、液化石油氣與天然氣的火災類別相同。

2 儲存物火災危險性分類

物質名稱

閃點/

空氣中的爆炸極限/%

自燃溫度/

火災危險性類別

下限

上限

二甲醚

-41

3.4

27.0

235

甲類

液化石油氣

-82

1.8

9

412.5

甲類

天然氣

-190

5.0

15.0

540

甲類

從上面的論述,我們可以看出液化石油氣和二甲醚都是進入國家名錄的化學危險品, GB 13690《常用危險化學品的分類及標志》、GB 15603《常用化學危險品貯存通則》,在工程設計上符合執行GB50016《建筑設計防火規范》或GB50028《城鎮燃氣設計規范》中關于液化石油氣的設計規范條款。

三、標準編制中主要分歧及處理

(一)關于摻混比例問題

本標準確定的液化石油氣二甲醚復合燃料中的二甲醚質量分數不大于20%,主要是依據GB/T13611《城鎮燃氣分類和基本特性》關于液化石油氣高華白數WS/(MJ/m3)應符合72.86——87.53的范圍,以及燃燒勢CP應符合41.6——49.4范圍的指標,考慮到產品質量對消費者燃燒熱值使用與液化石油氣差別不大,類別仍在城鎮燃氣液化石油氣的指示范圍內,保持不另換儲存設備和燃器具的通用性,否定了比例較高的摻混指標。

(二)關于液化石油氣二甲醚復合燃料對常用橡膠的腐蝕性問題

近幾年來,我市在液化石油氣摻混二甲醚瓶裝供應市場的過程中,發生液化石油氣二甲醚混合介質對現行鋼瓶角閥膠墊腐蝕的現象非常普遍。這種現象的出現并非偶然,因為二甲醚分子中含有氧鍵,它是一種極性物質。液化石油氣是烴類化合物,屬非極性物質。根據相似相溶的原理,耐液化石油氣腐蝕的材質不適應對二甲醚的溶解腐蝕。目前液化石油氣的使用是采用的非金屬材料,多為丁晴橡膠;對于二甲醚介質采用三元乙丙橡膠。對純二甲醚作為城鎮燃料的使用已編制完成了二甲醚專用角閥、專用氣瓶的國家標準,正待發布。因二甲醚與液化石油氣的腐蝕性能具有差異,二甲醚對耐液化石油氣的丁晴橡膠具有嚴重腐蝕性,而耐二甲醚腐蝕的材質,抗液化石油氣的腐蝕又不足,所以在起草本標準中成為主要分歧之一。

據《橡膠品種與性能手冊》(張玉龍、孫敏主編,化學工業出版社,2006年)介紹,氟橡膠主鏈或側鏈的碳原子上含有氟原子的一種合成高分子彈性體。氟橡膠具有很高的耐熱、耐氧和耐化學藥品。有很高的熱穩定性和化學惰性,具有高度耐腐蝕的特點。一般說來,它對有機液體(各種油類、燃料、溶劑、液壓液體等),濃酸(硝酸、硫酸、鹽酸),高濃度過氧化氫和其他強氧化劑作用的穩定性方面,優于其他各種橡膠。因此,氟橡膠是耐液化石油氣二甲醚混合介質的良好材質。國家有關部門及科研單位對密封橡膠圈進行了大量的檢測與研究,也發現有的橡膠制品有著較好的耐液化石油氣和二甲醚混合介質的腐蝕能力。

經過一段時間的研究和實驗,能同時耐液化石油氣和二甲醚溶解腐蝕的材料已被發現,而且有關廠家正在進行批量生產。重慶市內引燃料有限責任公司使用的液化石油氣和二甲醚復合介質的角閥膠墊是河北省棗強縣豪強液化氣配件廠生產的液化石油氣二甲醚復合燃料專用膠墊和專用卸車不銹鋼軟管。該膠墊和不銹鋼軟管在實踐使用中均具有很強的耐液化石油氣與二甲醚介質腐蝕的良好性能,兩年來一直未發生被腐蝕泄漏現象。中國市政工程華北設計研究院用來自3個不同企業的橡膠制品,組成有代表性的3組數據進行了試驗(見表3)。從試驗結果上看,新研發的橡膠制品已經具備了同時耐兩種介質的良好性能。應用到燃氣系統中,其可靠性會大幅度提高。為液化石油氣二甲醚復合燃料拒腐蝕而耐用的密封件提供了技術保障,可在氣瓶更換角閥膠墊中采用。

3  新材質浸泡72小時后在空氣中放置24小時的質量變化率 (%)

 

新材質1

新材質2

新材質3

液態正戊烷

0.205

0

0.205

20%二甲醚和80%丙烷混和液

-0.2

-2.4

1.4

50%二甲醚和50%丙烷混和液

-0.5

-1.3

1.4

液態二甲醚

-0.08

-8.58

-0.07

 

關于液化石油氣和二甲醚混合介質的腐蝕性測定,GB/T 50《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐液體試驗方法》、CJ 1690 《瓶裝液化石油氣調壓器》中規定了調壓器中橡膠件腐蝕性的試驗要求,GB 7512 《液化石油氣瓶閥調壓器》中規定了其中橡膠件腐蝕性的試驗要求對液化石油氣二甲醚復合燃料介質腐蝕性的測定有很好的借鑒價值。

基于上述技術文件的支持,就其現在使用的橡膠材質條件是能達到介質腐蝕要求的,對于液化石油二甲醚復合燃料的密封件材質宜采用三元乙丙橡膠、氟橡膠或性能更好的材料。所以我們在本標準中制訂了6.4條款:“液化石油二甲醚復合燃料鋼瓶瓶閥、汽車罐體、儲罐附件、管線法蘭的密封材料應能耐液化石油氣二甲醚混合介質的溶解腐蝕”。

(三)儲罐及鋼瓶設計制造

假定二甲醚的組分為100%,液化石油氣的組分按100%丙烷計,則不同溫度下二甲醚與液化石油氣的計算飽和蒸氣壓力見表4。

表4 不同溫度下二甲醚與液化石油氣的計算飽和蒸氣壓力           單位:MPa

 

0℃

10℃

20℃

30℃

40℃

50℃

60℃

70℃

80℃

二甲醚

0.27

0.37

0.53

0.68

0.89

1.15

1.45

1.81

2.23

液化石油氣

0.47

0.64

0.84

1.08

1.37

1.72

2.12

2.59

3.13

二甲醚儲罐設計時,其設計溫度、設計壓力按現行標準《鋼制壓力容器》GB150、《鋼制球形容器》GB12337和國家現行《壓力容器安全技術監察規程》規定執行。設計溫度系指球罐在正常操作情況,在相應設計壓力下,設定的受壓元件的金屬溫度,其值不得低于元件金屬可能達到的最高金屬溫度。設計壓力系指在相應設計溫度下用以確定儲罐厚度的壓力,即標注在銘牌上的儲罐設計壓力,其值不得小于最高工作壓力。一般取最高工作壓力的1.0~1.1倍。

二甲醚,設計溫度取50 ℃,最高工作壓力為1.15 MPa,則二甲醚儲罐的設計壓力為1.26 MPa。液化石油氣設計溫度與二甲醚相同。液化石油氣的最高工作壓力為1.72 MPa;實際工程使用時,液化石油氣的儲罐設計壓力為1.77 MPa,二者相比同等溫度的壓力,二甲醚低于液化石油氣設計壓力的1.4倍;二甲醚的工作壓力為1.45MPa,液化石油氣的工作壓力為2.1 MPa。液化石油氣充裝站在現有設備不變,經過使用用途變更,技術改造為液化石油氣儲罐用于儲存二甲醚或二甲醚液化石油氣混合介質是可行的。

綜上所述,二甲醚的飽和蒸氣壓力比液化石油氣低。液化石油氣二甲醚復合燃料罐體儲存、運輸的壓力設計參數執行液化石油氣標準,就其現有的固定式和移動式液化石油氣儲罐完全能滿足液化石油氣二甲醚復合燃料的設計制造強度。

由于國家質量監督檢驗檢疫總局多年來一再重申液化石油氣、二甲醚等燃氣一定要使用“專氣專瓶”,強調嚴格執行《氣瓶安全監察規程》中“氣瓶必須專用,只允許充裝與鋼印標記一致的介質,不得改裝使用”的規定,在符合《氣瓶安全監察規定》第十一條:“在符合氣瓶安全技術規范和國家標準的要求下,氣瓶制造單位可按氣瓶充裝單位的要求,生產專用標識氣瓶”。我們選擇了GB5842《液化石油氣氣瓶》的安全技術標準,作為液化石油氣二甲醚復合燃料氣瓶設計制造的標準,在5.2的條款中編制了“充裝包裝物應為液化石油氣二甲醚混合介質的專用氣瓶,參照GB5842設計制造”,不等于準許液化石油氣鋼瓶充裝液化石油氣與二甲醚的混合介質。為了嚴格執行國家“專氣專瓶”的相關規定,我們在6.1條專門規定了包裝物——鋼瓶應有“液化石油氣二甲醚鋼瓶”字樣,顏色應符合GB7144的規定,充裝介質應符合“LPG+DME”鋼印標記。

四、本標準與國家現行法律、法規和強制性國家標準、行業標準無矛盾

五、貫徹本標準的實施意見

本標準是廣東省行政區域范圍內液化石油氣二甲醚復合燃料的產品技術標準,是我省各儲配(充裝)站在液化石油氣中摻混二甲醚應遵守的技術質量規章。

(一)現行的液化石油氣儲罐應經由設計資質的單位進行強度計算,出具滿足液化石油氣二甲醚混合介質或二甲醚原料介質強度的結論,在所在地區、縣質量技術監督局辦理特種設備(儲罐)使用登記的用途變更。

(二)將現有的液化石油氣儲配(充裝)站的工藝管線進行技術改造安裝流量計,準確地把握二甲醚進入液化石油氣儲罐摻混的體積比例,嚴格控制二甲醚摻混液化石油氣的比例不大于20%。

(三)應具有5000只以上的液化石油氣二甲醚自有產權專用鋼瓶,按TS4001《氣瓶充裝許可規則》的程序向市特種設備安全監察處申請,經市特種設備檢測中心對氣站平面布置、設備、工藝評審合格,取得液化石油氣二甲醚復合燃料氣瓶充裝許可證。

(四)新建或技術改造現有液化石油氣充裝站,充裝、銷售液化石油氣二甲醚復合燃料按規定辦理手續;省安監部門、消防部門、交通管理部門、城市建設管理部門,另有規定的,從其規定。

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