1  背景

    天然气已被世界各国所公认优质清洁能源。为了满足经济发展需要、提高人民生活水平和保护环境，我国正在大力推广使用天然气。“西气东输”、“俄气南供”及“海气登陆大鹏“、“煤层气开发利用”等项目的计划和实施，为许多城市能够用上天然气创造了条件。

    在管输天然气到达使用城市前，通过LPG混空站、液化天然气卫星站、CNG站等形式向城市供应燃气，开发用户为迎接管输气到来后的快速接驳做好准备。有管输的城市在供气高峰季节和突发事件发生时，选择槽运LNG、CNG等可替代气源作为城市的调峰应急气源。这些气源与西气东输管网天然气相比，组分、华白数和热值等参数存在较大差别，如何做好过渡气源与管输气源之间的互换，确保用户的燃气设备始终在良好的工况下工作，消除可能产生的燃烧效率差、安全、排放等方面的问题，将成为城镇气源利用中普遍存在的技术问题。本文依据国家相关规范和技术标准，就不同产地LNG与西气东输天然气(见附表1)[1]互换过程中开展热值稳定技术问题进行探讨。

表1 国内西气东输天然气与LNG气源的气质差异

    2.1 互换性概念

    燃具是按照一定的燃气组分开发设计的，也能适应燃气组分的某些改变。当燃气组分变化不大时，即使燃具不做调整，燃具燃烧工况虽有改变，但尚能满足燃具的原有设计要求，那么这种变化是允许的；但燃气成分变化过大时，燃烧工况的改变使得燃具不能正常工作，这种变化就不允许了[2]。设某燃具以a燃气为基准进行设计，由于某种原因要以s燃气替换a燃气.如果燃烧器此时不加任何调整而能保证燃具正常工作，则表示s燃气与a燃气可互换，或称s燃气对a燃气而言具有“互换性”。a燃气称为“基准气”，s燃气称为“置换气”。反之，如果燃具不能正常工作，则称s燃气对a燃气而言没有互换性。

    2.2 互换性指标

    我国《城镇燃气设计规范》(GB 50028-2006)3.2.1条[3]规定城镇燃气质量指标应符合以下要求：(1) 城镇燃气(应按基准气分类)的发热量和组分的波动应符合城镇燃气互换的要求；(为强制性条文，必须严格执行)(2) 城镇燃气偏离基准气的波动范围宜按现行的国家标准《城镇燃气分类和基本特性》GB/T 13611-2006的规定采用，并应适当留有余地。

    3 燃气的互换性判定

    3.1 燃气相关参数

    本文采用的LNG以新疆LNG与现西气东输管网的天然气进行分析，其组分、相对密度、高热值、华白数见表1。

    3.2 互换性判定

    3.2.1 常用的互换性判定方法

    目前国内外燃气互换性的判定方法主要有以下6种：(1) 华白数判定法[4]；(2) 用燃具燃烧特性曲线图来判定互换性；(3) 德尔布(Delbourg)互换性判定法；(4) 美国燃气协会(A.G.A)法；(5) 韦弗指数法；(6) 英国气体当量法(Dutton判定法)。

    现在应用比较广泛又方便的是华白数判定法和美国燃气协会(A.G.A)法，本文利用这两种方法计算判断。

    3.2.2 华白数的判定

    华白数是在互换性问题产生初期所使用的一个互换性判定指数。由于互换性问题产生初期，置换气和基准气的化学、物理性质相差不大，燃烧特性比较接近，因此用华白数这个简单的指标就足以控制燃气互换性。如果两种燃气的华白数差值不超过表3的规定，则认为两种燃气可以互换。

    3.2.2 美国燃气协会(A.G.A)法

    美国燃气协会(A.G.A)指数判定法有“C”因数法和“I”指数法，前者适用于热值小于29.3MJ/Nm3的人工燃气，不适用于天然气；后者可适用于天然气等热值高的燃气，对热值低的燃气也有一定的适应性。

    A.G.A对一些代表性的燃烧器以29.3MJ/Nm3以上的各种燃气进行大量互换性试验后，得出的主要指标有三类：离焰指数IL、回火指数IF、黄焰指数 搬IY。按照A.G.A法的实验数据三个互换性指数的判定标准，据此来确定基准气是否可置换。

    3.3 LNG混空气互换

    任何来源的天然气均以CH4为主要组分，影响热值大小的主要因素是C2以上重组分含量。天然气密度越大，热值就越高，其华白指数也越大。换句话说，天然气热值大小基本上反映华白数大小。因此，规定天然气热值指标，从某种意义上讲是限定了华白数范围，是判定气源互换性的一个重要参数。

    所以我们可以采取一套技术方案，向LNG掺混空气或氮气，使混合气体的热值与现用管网NG的热值相近，可以使混合气体华白数的波动控制在1.46%~7.41%之间，满足燃具对燃气华白数在-5%~5%之间波动的要求，达到互换的目的。