海拔對燃氣用具熱負荷影響的對策研究

摘 要

摘要：海拔對燃具熱負荷存在不可忽視的影響，分析了現有解決方法存在的問題，提出提高燃具前供氣壓力的方法來消除此影響，分析了注意事項。關鍵詞：燃具；海拔；大氣壓力；熱負荷；灶前壓力Co
摘要：海拔對燃具熱負荷存在不可忽視的影響，分析了現有解決方法存在的問題，提出提高燃具前供氣壓力的方法來消除此影響，分析了注意事項。
關鍵詞：燃具；海拔；大氣壓力；熱負荷；灶前壓力
Countermeasure Research on Influence of Altitude on Heat Load of Gas Appliance
WANG Qi，NIU Xiao-mei，GA0 Yong，ZHA0 Li-jun
Abstract：The altitude has a non-negligible effect on heat load of gas appliance. The problems with current solutions are analyzed，it is put forward that the effect is eliminated by increasing the gas supply pressure upstream of gas appliance，and the matters needing attention are analyzed.
Key words：gas appliance；altitude；atmospheric pressure；heat load；pressure upstream of hotplate
    中國地域遼闊，環境差異非常大，溫度、濕度、海拔均對燃氣用具(以下簡稱燃具)的燃燒工況有較大的影響。關于溫度和濕度的影響已經有了成熟的結論，這里不再贅述。關于海拔對燃具性能的影響，特別是對燃具熱負荷的影響，已有不少學者作過研究，并有了較好的結論，但沒有很好的統一的解決方法。多年來燃具的生產企業在實踐中發現一些規律，針對不同海拔、不同地區設計成不同的燃燒器噴嘴，以此來調整、消除海拔對燃具熱負荷的影響。這一方法在實際運行中取得了較好的效果，但仍存在一些問題，本文對此進行研究，提出更為經濟合理的方案。
1 現有方法存在的問題
    20世紀80年代，有一些燃氣技術工作者發現，同一臺灶具在不同地區，測試的熱負荷有較大的差異，經過認真地分析研究，找出了癥結所在，就是海拔不同，大氣壓力不同，導致了灶具的熱負荷不同。GB 16410—2007《家用燃氣灶具》給出了不同海拔灶具熱負荷的修正計算公式[1]。
    很多燃具生產企業也在長期的生產實踐中找到了這一規律，在設計時考慮其影響，對同樣的燃具或者同一型號的燃具，當使用地區的海拔不同時，噴嘴直徑有所不同，這樣基本解決了海拔的影響。但我國燃具生產企業的水平參差不齊，仍有不少企業并不了解這一問題，存在高海拔地區的燃具熱負荷偏小的現象，產品質量因此而不合格。表1給出不同海拔條件下的熱負荷修正系數[2]。通過這種方法雖然在一定程度上能夠解決海拔對熱負荷的影響，但是也存在以下問題。
    ①給各個燃具生產企業的設計帶來了很大的麻煩，設計時需要針對不同地區、不同海拔設計不同的噴嘴，況且還有不少的技術人員對此并不了解或者忽視了這一問題，常常出現燃具熱負荷不達標，造成產品質量問題。
    ② 給燃具生產企業的管理帶來了很大的麻煩，企業要增加很多的產品型號，例如，一個規格的產品，由于使用地的海拔不同就要有不同的型號，全國的城市海拔從0m到5000m，如果每1000m用1個型號，就需要6個型號。由于一般的居民用戶對海拔并不是太了解，因此，燃具生產企業只好在產品的包裝上標明使用地的名稱，企業的包裝類型又要增加很多，這樣需要大量的樣品庫存。
表1 海拔與燃具熱負荷的關系
海拔/m
大氣溫度/℃
大氣壓力/kPa
熱負荷修正系數
0
15.0
101.3
1.0000
500
11.8
95.4
0.9761
1000
8.5
89.8
0.9525
1500
5.3
84.6
0.9299
2000
2.0
79.7
0.9078
2500
-1.3
74.8
0.8846
3000
-4.5
70.1
0.8616
3500
-7.8
65.7
0.8393
4000
-11.O
61.4
0.8166
4500
-14.3
57.6
0.7955
5000
-17.5
54.0
0.7750
6000
-24.0
47.0
0.7330
7000
-30.5
40.9
0.6926
8000
-37.O
35.9
0.6572
9000
-43.5
30.7
0.6163
    同樣，燃具的零部件也要隨著產品型號的變化而增多，零部件的庫存也相應地增加，管理上更為復雜。
    ③ 給燃具生產企業經濟上造成很大的浪費。由于產品的型號品種劇增，成品的庫存量和零部件庫存量增加，需要占用的流動資金就要增加。由于零部件型號增多，同型號的部件批量減少，平均每個零部件的成本要有所增加。
    ④ 由于海拔造成的地域性限制，產品不能互相替換，不利于產品的統一調撥，影響企業在產品銷售時的靈活調度和產品供應。
2 改變供氣壓力及其注意事項
    為解決以上問題，我們可以采用提高灶前壓力的方法，針對不同海拔，執行不同的供氣壓力級制。海拔與灶前額定供氣壓力的關系見表2。各城市按照自己所處的海拔確定灶前額定供氣壓力。不同海拔的城市，可參照表3給出的灶前額定供氣壓力值，使得燃具的熱負荷通過供氣壓力的增加，消除海拔對燃具熱負荷的影響。這樣，燃氣用具的生產可以全國統一。
表2 海拔與灶前額定供氣壓力的關系
海拔
灶前額定供氣壓力/kPa
/m
人工煤氣
天然氣
液化石油氣
0
1.0
2.0
2.8
500
1.1
2.1
2.9
1000
1.1
2.2
3.1
1500
1.2
2.3
3.2
2000
1.2
2.4
3.4
2500
1.3
2.6
3.6
3000
1.3
2.7
3.8
3500
1.4
2.8
4.0
4000
1.5
3.0
4.2
4500
1.6
3.2
4.4
5000
1.7
3.3
4.7
6000
1.9
3.7
5.2
7000
2.1
4.2
5.8
8000
2.3
4.6
6.5
9000
2.6
5.3
7.4
表3 中國海拔為100m以上的主要城市的灶前額定供氣壓力
序號
城市名稱
海拔/m
大氣壓力/kPa
灶前額定供氣壓力/kPa
人工煤氣
天然氣
液化石油氣
1
拉薩
3658.0
65.1
1.4
2.8
4.0
2
西寧
2261.2
77.4
1.3
2.5
3.5
3
昆明
1891.4
81.0
1.2
2.4
3.3
4
蘭州
1517.2
85.9
1.2
2.3
3.2
5
銀川
1111.5
88.9
1.1
2.2
3.1
6
貴陽
1071.2
89.2
1.1
2.2
3.1
7
呼和浩特
1063.0
89.5
1.1
2.2
3.1
8
烏魯木齊
800.0
92.0
1.1
2.2
3.0
9
太原
777.9
92.6
1.1
2.2
3.0
10
成都
505.9
95.5
1.1
2.1
2.9
11
西安
396.9
96.8
1.1
2.1
2.9
12
重慶
259.1
98.2
1.0
2.0
2.8
13
長春
236.8
98.5
1.0
2.0
2.8
14
哈爾濱
171.7
99.3
1.0
2.0
2.8
15
鄭州
110.4
100.2
1.0
2.0
2.8
注：大氣壓力為冬、夏季的平均值。
   用提高燃具前額定供氣壓力的辦法提高燃具熱負荷，在美國、歐洲國家也采用[2、3]。但應注意以下幾點。
    ① 給生產調壓器的企業帶來麻煩。生產調壓器的企業要根據使用地的海拔，確定調壓器的出口壓力，這一點對于生產城鎮燃氣調壓器的企業并不難，因為調壓器在安裝后一般都要進行現場調試。在現場調試時按照當地的海拔確定調壓器的出口壓力。但對于瓶裝液化石油氣調壓器的生產企業就有一定的難度，要針對不同地區設定不同的出口壓力，存在與燃具相似的問題。
    ② 設計單位要考慮海拔與灶前額定供氣壓力的關系，提高區域調壓器或樓棟調壓器的出口壓力。根據《城鎮燃氣設計規范》GB 50028—2006的規定，燃氣調壓站或調壓箱的出口壓力可按下式計算[4]：
    p=1.5psup+150Pa
式中p——調壓站的出口壓力，Pa
    psup——不同海拔下的灶前額定供氣壓力，Pa
    ③ 檢測單位(主要是高海拔地區的檢測單位)要根據當地海拔所對應的灶前額定供氣壓力作為檢測時的額定壓力。這一額定壓力要在標準或者地方法規中作出明確的規定，否則會引起不必要的爭議。
    ④ 對于燃氣公司，只要灶前額定供氣壓力確定后，運行時與常規完全一樣。但要求燃氣公司的技術人員和管理人員對此應有所了解。
    ⑤ 對燃具燃燒穩定性的影響。由于燃具燃燒器火孔面積不變，提高了灶前壓力，相當于增大了燃氣流量，雖然熱負荷沒有增加，但火孔出I=I流速增加，而燃燒速度變化不會太大。這樣燃具會有脫火的趨勢，但對燃具的抗回火性能會更好，這就要求在設計燃具燃燒器時盡量考慮到這一點，以保證穩定燃燒。
    ⑥ 對燃具CO排放量、熱效率的影響等問題，還未作更深入的研究，有待于進行實驗研究。
    ⑦ 對于以上第⑤、⑥項，可以作一對比，將現行的方法和改變供氣壓力的方法的燃燒工況進行對比。
3 結論與建議
    ① 可以采用提高灶前供氣壓力的方法來消除海拔對燃具熱負荷的影響。對于該方法出現的新問題，應在今后的工作實踐中逐步加以解決。
    ② 關于海拔對燃燒工況、煙氣排放、燃具熱效率的影響等相關問題，希望有識之士作更進一步的深入研究。
    ③ 應在《城鎮燃氣設計規范》中引入供氣壓力隨海拔變化這一新概念，提高燃氣供應系統的設計水平。
參考文獻：
[1] GB 16410—2007，家用燃氣灶具[S].
[2] ANSI Z 223.1—2002，NFPA 54—2002，美國國家燃氣規范[S].
[3] EN 437—2003，測試燃氣、測試壓力及燃氣用具類型[S].
[4] GB 50028—2006，城鎮燃氣設計規范[S].
 
(本文作者：王啟1 牛曉梅1 高勇2 趙力軍3 1.中國市政工程華北設計研究總院 天津 300074；2.國家燃氣用具質量監督檢驗中心 天津 300384；3.中國石油天然氣管道工程有限公司東北分公司 吉林長春 130000)