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燃气作为燃料的应用
发表时间:2018-09-18发表人:cqyaoyang浏览次数:

    

    液化天然气(杜瓦瓶组)供应系统

 

 



 

液化气供气系统


《液化石油气二甲醚复合燃料》

编制说明

一、标准编制的目的

(一)标准编制符合本市现状

目前,广东省液化石油气二甲醚复合燃料暂无国家标准、行业标准和地方标准的情况,远远不能满足安全应用和市场规范。近几年在国家替代能源产业政策的鼓励和推动下,二甲醚在国内的生产突飞猛进,如广东及周边地区,继久泰能源(广州)能源有限公司2007年9月年产20万吨二甲醚投产之后(正在扩建120万吨/年二甲醚),先后有东莞市九丰化工有限公司15万吨/年,海丰华城能源10万吨/年,及周边福建连润昭安10万吨/年,富港10万吨/年,龙岩连润5万吨/年。甲醚掺混液化石油气使用,虽然显示出作为液化石油气的补充和替代的优越性,特别是在2010年初由于上游能源供应紧张,春运运输运力不及,液化石油气价格疯涨,显现出了二甲醚应急作用和补充作用。但由于复合燃料经营市场管理法规滞后,造成广东省的部分液化石油气储配(充装)站将二甲醚掺混在液化石油气中,冒充纯液化石油气销售,除严重损害消费者利益外,还因在液化石油气中大量掺混二甲醚引起气瓶瓶阀密封件腐蚀存在安全隐患。基于安全应用和市场规范以及保护消费者利益,制定液化石油气二甲醚复合燃料的地方标准,规范液化石油气掺混二甲醚的生产销售行为的条件已经具备,且非常必要。为此广东省两会期间,省政协委员提交了《大力支持和发展煤基醇醚燃料新型能源产业、尽快建立新型能源使用标准作保障》的提案。同时省委主要领导在政协委员“直通车”信件上批示,并交由相关部门落实。

二)标准编制的作用

广东省是中国第一能源消耗大省,能源需求严重不足。目前,依然是以液化石油气为主,天然气等其他燃料为辅。液化石油气每年广东的销量约在500万吨,销售金额约250亿元,如果在液化石油气中掺入20%的二甲醚将会为广大城镇用户减少50亿元左右的燃料成本,液化石油气掺混二甲醚后,不仅是符合国家替代能源的产业政策,起到一定的节能作用,而且由于二甲醚对液化石油气重组分具有亲和作用,能将液化石油气普遍燃烧不尽的重组分带出烧尽,从根本上解决了液化石油气在使用后残留物(碳五)常被用户倾倒而经常发生事故的安全隐患。液化石油气掺混二甲醚燃烧后的空气质量,经检测各项有害气体指数均比纯液化石油气低,对加强城市环保,减少有害气体排放,建设宜居城市,促进人类健康和经济发展,具有重要意义。

二、标准编制过程

一)国家产业政策支持

1、二甲醚是理想的石油能源的替代和补充,2005年国家将醇醚燃料生产列入产业结构调整指导目录。2006年6月15日,为实施石油能源替代战略,国家发改委在京召开了二甲醚产业发展座谈会。会后印发的《二甲醚产业发展座谈会会议纪要》(发改办工业[2006]1404号)中指出:“实施替代能源战略是抑制高油价挑战的重要措施”、 “发展二甲醚等煤基醇醚燃料有利于迅速缓解石油供应短缺矛盾,是近期替代工作的重点” “为了规范二甲醚生产与使用,应紧急制订相关标准” 。2007年8月国家建设部发布了《城镇燃气用二甲醚》城镇建设行业标准CJ/T259-2007。此行业标准为我们编制液化石油气二甲醚复合燃料地方标准有了前置和基础。

2、财政部 国家税务总局财税〔2008〕72号“为促进二甲醚的推广使用,经国务院批准,现将二甲醚适用增值税税率由17%降为13%的增值税税率征收增值税”。

3、2007年4月13日国家发改委发布了《二甲醚化工行业》标准。

4、2007年8月21日建设部发布了《城镇燃气用二甲醚》标准。

5、2008年5月18日农业部发布了《二甲醚民用燃料》标准。

6、工信部2009年公布了《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》,新能源汽车包括二甲醚汽车。

7、2009年5月12日住房和建设部办公厅发布的《关于二甲醚复合燃料用作城镇燃气有关问题的复函》。

二)党和国家领导人多次批示支持醇醚燃料发展

1、2009年11月19日王茂林、何光远、谭光州、彭致圭等4位同志呈报的《关于煤基醇醚燃料推动不力的情况反映》上,胡锦涛、温家宝、李克强都作了重要指示,要求国家发改委认真研究,提出意见。

2、2005年12月6日胡锦涛在何光远、王茂林等7位同志呈报的“关于推广煤基醇醚燃料以替代汽油、柴油的建议”上批示:“培炎并马凯同志,请发改委对替代能源问题进行科学论证,从总体上提出开发方向和重点”。12月17日,曾培炎同志批示:“请发改委认真落实锦涛同志的重要批示。要抓紧组织有关方面和专家进行论证,提出发展替代能源的意见,并列入‘十一五’规划。”

3、2004年7月2日王茂林呈报的《发展煤基醇醚燃料是我国替代石油的根本出路》一文,温家宝、曾培炎、陈至立、马凯作了重要批示。

(三)液化石油气配制二甲醚的技术成熟

1、2007年,山东省建设厅、山东省质量技术监督局、山东省公安厅联合发文(鲁建安监字[2007]17号)同意山东久泰能源公司在以丙、丁烷为主的液化石油气中掺混20%以下的二甲醚作为城镇燃料。

2、2008年7月25日重庆市人民代表大会常务委员会将《重庆市液化石油气经营管理条例》第二条修改为:"本条例所称液化石油气(以下简称液化气),是指作为燃料使用的以丙烷、丁烷为主要成分的液态石油气体,包括液化石油气与二甲醚等混合形成的复合燃料"。

3、2009年10月1日重庆市质量技术监督局发布了《液化石油气二甲醚复合燃料》标准,已经于2009年12月1日开始在重庆施行。

4、贵州省建设厅2006年2月28日《关于同意将二甲醚作为民用新型燃料进行试点的批复》。

5、2010年3月3日云南省住房和城乡厅、质量的技术监督局6厅局发布了《关于对二甲醚作为城镇燃气推广使用的意见》。

6、重庆市内引燃料有限责任公司早在2001年就开始深入系统的研究液化石油气中掺混二甲醚的课题,并取得了使用戊烷保持燃烧热值稳定不下降和两者的掺混比例与环境温度诸多相关条件的实验数据,于2003年和2004年先后向国家知识产权局申请了ZL 2003 10104155.1和ZL 200410022507.3两项发明专利。2006年6月该公司在全国率先制定了两种混合介质的《二甲醚复合燃料》的企业标准,该公司储配站通过了气瓶充装评审,并委托江苏玉华容器有限公司设计制造了二甲醚和液化石油气混合介质的专用钢瓶。广东作为能源消耗大省,编制适合广东的《液化石油气二甲醚复合燃料》地方标准,具有更为广泛的应用实践作用。

(三)液化石油气二甲醚复合燃料的应用已有相应的理论基础和技术成果

通过国内外科研人员对二甲醚基本性能的研究,已经掌握二甲醚作为燃料使用的基本特性。中国市政工程华北设计研究院、山东久泰能源有限公司、广东九丰集团有限公司、北京新奥集团股份有限公司等国内科研、生产单位对二甲醚的应用技术进行了多年研究。其中中国市政工程华北设计研究院已经完成住房与城乡建设部“二甲醚城市燃气储配技术与设施研究”的课题,并在国家科技支撑计划课题“城市燃气气源储配及应用技术”中列入了二甲醚研究课题。目前国内研究已经取得的一系列成果:

1、利用火焰高度法(本生火焰法)测定了二甲醚的火焰传播速度为0.5 m/s。

2、在现有城市燃气热值测定标准的基础上修改为采用非湿式流量测定,建立了二甲醚热值测定方法,并实测得二甲醚的气态高热值为63.4 MJ/m3。

3、根据实测的二甲醚火焰传播速度和热值,借鉴德尔布的燃烧势计算式,得出二甲醚的燃烧势为62。

4、研究成功带可调喷嘴的二甲醚通用民用灶具。

5、根据燃气互换性理论、试验研究和动态数值模拟研究得出在液化石油气灶具上使用液化石油气与二甲醚的混合燃气,二甲醚的质量分数应小于20%。使用GB16410-2007家用燃气灶具对液化石油气配制20%以下二甲醚具有适配性。

6、根据现有资料和大量试验研究,初步确定三元乙丙橡胶可以耐二甲醚的溶解腐蚀,丁腈橡胶耐液化石油气的腐蚀,氟硅橡胶可以耐液化石油气与二甲醚混合介质的溶解腐蚀。

总之,通过基础研究以及应用实践,对二甲醚的性能已经掌握(二甲醚及其相关物质的性能见表1)。由表可知,二甲醚的沸点、临界温度、气化潜热与液化石油气相近,而饱和蒸气压介于液化石油气之下(见附件4)。在常温加压下为液态,常温常压下为气态。我国液化石油气是丙、丁烷等的混合物,从物理性质上讲二甲醚与国内液化石油气基本接近。

1 二甲醚及相关燃气的物化性能与燃烧特性

 

二甲醚

液化石油气

(丙、丁烷)

天然气

相对分子质量

46.069

51.1105

16.043

沸点/℃

-24.9

-21.3

-161.5

凝固点/℃

-141.4

-163.05

-182.5

临界温度/℃

126.8

124.35

-82.6

临界压力/MPa

5.37

4.025

4.60

20 ℃蒸气压/MPa

O.53

0.52

超临界状态

沸点汽化潜热/(kJ/kg)

466.9

405.45

509.9

液态低热值/(MJ/kg)

28.44

47.255

液态高热值/(MJ/kg)

31.09

51.285

标况气态低热值/(MJ/m3)

58.50

107.85

35.89

标况气态高热值/(MJ/m3)

63.16

117.02

39.85

15℃气态低热值/(MJ/m3)

55.46

102.24

34.02

15℃气态高热值/(MJ/m3)

59.87

110.93

37.78

相对密度

1.592

1.815

0.554

15℃华白数/(MJ/m3)

47.45

82.18

50.76

火焰传播速度(m/s)

0.50

0.4

0.38

燃烧势

62.0

44.9

40.3

爆炸下限(体积分数)/%

3.4

1.8

5.0

爆炸上限(体积分数)/%

26.7

9

15.O

理论空气量/(m3/m3)

14.28

27.37

9.52

理论燃烧温度/℃

2250

2055

2043

理论烟气量/(m3/m3)

16.28

29.62

10.52

自燃温度/℃

235

412.5

540

动量扩散系数/(m2/s)

11.00

3.17

14.50

热量扩散系数/(m2/s)

6.01

4.375

19.57

空气中质量扩散系数/(m2/s)

11.00

8.15

19.60

(四)二甲醚的火灾危险性分析

二甲醚作为化学品与液化石油气、天然气一样,都属于危险化学品。GB50016《建筑设计防火规范》中根据储存物品的性质和储存物品的可燃数量等因素,把储存物品分为甲、乙、丙、丁、戊类。根据规范对储存物品火灾危险性特征描述,二甲醚、液化石油气、天然气火灾危险分类见表2。由表可以得出,二甲醚的爆炸危险性介于液化石油气和天然气之间,二甲醚、液化石油气与天然气的火灾类别相同。

2 储存物火灾危险性分类

物质名称

闪点/

空气中的爆炸极限/%

自燃温度/

火灾危险性类别

下限

上限

二甲醚

-41

3.4

27.0

235

甲类

液化石油气

-82

1.8

9

412.5

甲类

天然气

-190

5.0

15.0

540

甲类

从上面的论述,我们可以看出液化石油气和二甲醚都是进入国家名录的化学危险品, GB 13690《常用危险化学品的分类及标志》、GB 15603《常用化学危险品贮存通则》,在工程设计上符合执行GB50016《建筑设计防火规范》或GB50028《城镇燃气设计规范》中关于液化石油气的设计规范条款。

三、标准编制中主要分歧及处理

(一)关于掺混比例问题

本标准确定的液化石油气二甲醚复合燃料中的二甲醚质量分数不大于20%,主要是依据GB/T13611《城镇燃气分类和基本特性》关于液化石油气高华白数WS/(MJ/m3)应符合72.86——87.53的范围,以及燃烧势CP应符合41.6——49.4范围的指标,考虑到产品质量对消费者燃烧热值使用与液化石油气差别不大,类别仍在城镇燃气液化石油气的指示范围内,保持不另换储存设备和燃器具的通用性,否定了比例较高的掺混指标。

(二)关于液化石油气二甲醚复合燃料对常用橡胶的腐蚀性问题

近几年来,我市在液化石油气掺混二甲醚瓶装供应市场的过程中,发生液化石油气二甲醚混合介质对现行钢瓶角阀胶垫腐蚀的现象非常普遍。这种现象的出现并非偶然,因为二甲醚分子中含有氧键,它是一种极性物质。液化石油气是烃类化合物,属非极性物质。根据相似相溶的原理,耐液化石油气腐蚀的材质不适应对二甲醚的溶解腐蚀。目前液化石油气的使用是采用的非金属材料,多为丁晴橡胶;对于二甲醚介质采用三元乙丙橡胶。对纯二甲醚作为城镇燃料的使用已编制完成了二甲醚专用角阀、专用气瓶的国家标准,正待发布。因二甲醚与液化石油气的腐蚀性能具有差异,二甲醚对耐液化石油气的丁晴橡胶具有严重腐蚀性,而耐二甲醚腐蚀的材质,抗液化石油气的腐蚀又不足,所以在起草本标准中成为主要分歧之一。

据《橡胶品种与性能手册》(张玉龙、孙敏主编,化学工业出版社,2006年)介绍,氟橡胶主链或侧链的碳原子上含有氟原子的一种合成高分子弹性体。氟橡胶具有很高的耐热、耐氧和耐化学药品。有很高的热稳定性和化学惰性,具有高度耐腐蚀的特点。一般说来,它对有机液体(各种油类、燃料、溶剂、液压液体等),浓酸(硝酸、硫酸、盐酸),高浓度过氧化氢和其他强氧化剂作用的稳定性方面,优于其他各种橡胶。因此,氟橡胶是耐液化石油气二甲醚混合介质的良好材质。国家有关部门及科研单位对密封橡胶圈进行了大量的检测与研究,也发现有的橡胶制品有着较好的耐液化石油气和二甲醚混合介质的腐蚀能力。

经过一段时间的研究和实验,能同时耐液化石油气和二甲醚溶解腐蚀的材料已被发现,而且有关厂家正在进行批量生产。重庆市内引燃料有限责任公司使用的液化石油气和二甲醚复合介质的角阀胶垫是河北省枣强县豪强液化气配件厂生产的液化石油气二甲醚复合燃料专用胶垫和专用卸车不锈钢软管。该胶垫和不锈钢软管在实践使用中均具有很强的耐液化石油气与二甲醚介质腐蚀的良好性能,两年来一直未发生被腐蚀泄漏现象。中国市政工程华北设计研究院用来自3个不同企业的橡胶制品,组成有代表性的3组数据进行了试验(见表3)。从试验结果上看,新研发的橡胶制品已经具备了同时耐两种介质的良好性能。应用到燃气系统中,其可靠性会大幅度提高。为液化石油气二甲醚复合燃料拒腐蚀而耐用的密封件提供了技术保障,可在气瓶更换角阀胶垫中采用。

3  新材质浸泡72小时后在空气中放置24小时的质量变化率 (%)

 

新材质1

新材质2

新材质3

液态正戊烷

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

液态二甲醚

-0.08

-8.58

-0.07

 

关于液化石油气和二甲醚混合介质的腐蚀性测定,GB/T 50《硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法》、CJ 1690 《瓶装液化石油气调压器》中规定了调压器中橡胶件腐蚀性的试验要求,GB 7512 《液化石油气瓶阀调压器》中规定了其中橡胶件腐蚀性的试验要求对液化石油气二甲醚复合燃料介质腐蚀性的测定有很好的借鉴价值。

基于上述技术文件的支持,就其现在使用的橡胶材质条件是能达到介质腐蚀要求的,对于液化石油二甲醚复合燃料的密封件材质宜采用三元乙丙橡胶、氟橡胶或性能更好的材料。所以我们在本标准中制订了6.4条款:“液化石油二甲醚复合燃料钢瓶瓶阀、汽车罐体、储罐附件、管线法兰的密封材料应能耐液化石油气二甲醚混合介质的溶解腐蚀”。

(三)储罐及钢瓶设计制造

假定二甲醚的组分为100%,液化石油气的组分按100%丙烷计,则不同温度下二甲醚与液化石油气的计算饱和蒸气压力见表4。

表4 不同温度下二甲醚与液化石油气的计算饱和蒸气压力           单位: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

液化石油气

0.47

0.64

0.84

1.08

1.37

1.72

2.12

2.59

3.13

二甲醚储罐设计时,其设计温度、设计压力按现行标准《钢制压力容器》GB150、《钢制球形容器》GB12337和国家现行《压力容器安全技术监察规程》规定执行。设计温度系指球罐在正常操作情况,在相应设计压力下,设定的受压元件的金属温度,其值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度。设计压力系指在相应设计温度下用以确定储罐厚度的压力,即标注在铭牌上的储罐设计压力,其值不得小于最高工作压力。一般取最高工作压力的1.0~1.1倍。

二甲醚,设计温度取50 ℃,最高工作压力为1.15 MPa,则二甲醚储罐的设计压力为1.26 MPa。液化石油气设计温度与二甲醚相同。液化石油气的最高工作压力为1.72 MPa;实际工程使用时,液化石油气的储罐设计压力为1.77 MPa,二者相比同等温度的压力,二甲醚低于液化石油气设计压力的1.4倍;二甲醚的工作压力为1.45MPa,液化石油气的工作压力为2.1 MPa。液化石油气充装站在现有设备不变,经过使用用途变更,技术改造为液化石油气储罐用于储存二甲醚或二甲醚液化石油气混合介质是可行的。

综上所述,二甲醚的饱和蒸气压力比液化石油气低。液化石油气二甲醚复合燃料罐体储存、运输的压力设计参数执行液化石油气标准,就其现有的固定式和移动式液化石油气储罐完全能满足液化石油气二甲醚复合燃料的设计制造强度。

由于国家质量监督检验检疫总局多年来一再重申液化石油气、二甲醚等燃气一定要使用“专气专瓶”,强调严格执行《气瓶安全监察规程》中“气瓶必须专用,只允许充装与钢印标记一致的介质,不得改装使用”的规定,在符合《气瓶安全监察规定》第十一条:“在符合气瓶安全技术规范和国家标准的要求下,气瓶制造单位可按气瓶充装单位的要求,生产专用标识气瓶”。我们选择了GB5842《液化石油气气瓶》的安全技术标准,作为液化石油气二甲醚复合燃料气瓶设计制造的标准,在5.2的条款中编制了“充装包装物应为液化石油气二甲醚混合介质的专用气瓶,参照GB5842设计制造”,不等于准许液化石油气钢瓶充装液化石油气与二甲醚的混合介质。为了严格执行国家“专气专瓶”的相关规定,我们在6.1条专门规定了包装物——钢瓶应有“液化石油气二甲醚钢瓶”字样,颜色应符合GB7144的规定,充装介质应符合“LPG+DME”钢印标记。

四、本标准与国家现行法律、法规和强制性国家标准、行业标准无矛盾

五、贯彻本标准的实施意见

本标准是广东省行政区域范围内液化石油气二甲醚复合燃料的产品技术标准,是我省各储配(充装)站在液化石油气中掺混二甲醚应遵守的技术质量规章。

(一)现行的液化石油气储罐应经由设计资质的单位进行强度计算,出具满足液化石油气二甲醚混合介质或二甲醚原料介质强度的结论,在所在地区、县质量技术监督局办理特种设备(储罐)使用登记的用途变更。

(二)将现有的液化石油气储配(充装)站的工艺管线进行技术改造安装流量计,准确地把握二甲醚进入液化石油气储罐掺混的体积比例,严格控制二甲醚掺混液化石油气的比例不大于20%。

(三)应具有5000只以上的液化石油气二甲醚自有产权专用钢瓶,按TS4001《气瓶充装许可规则》的程序向市特种设备安全监察处申请,经市特种设备检测中心对气站平面布置、设备、工艺评审合格,取得液化石油气二甲醚复合燃料气瓶充装许可证。

(四)新建或技术改造现有液化石油气充装站,充装、销售液化石油气二甲醚复合燃料按规定办理手续;省安监部门、消防部门、交通管理部门、城市建设管理部门,另有规定的,从其规定。

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