天然气甲烷值的计算方法及其标准化陈赓良中国石油西南油气田分公司天然气研究院(泸州646002)天然气用作发动机燃料时,其抗爆性是一项重要指标。目前国外表示天然气抗爆性的方法甚多广泛应用的只有两个方法,即甲烷值(MN)法和辛烷值(MON)。两者均以天然气的组成为计算依据,故相互间可建立换算的关联式。根据国内外的研究现状,提出了天然气甲烷值计算方法标准化的建议关键词天然气抗爆性甲烷值辛烷值标准化AbstractAntidetonatingqualityimportantindexnaturalgasusedenginefuel.manymethodshavebeenusedabroadantidetonatingqualitynataralgaswowidelyusedmethodshecompositionnaturalgas,soreductionformulacanestablishedbetweenhecurrentresearchabroad,somesuggestionsstandardizecalculatingmethodnaturalgasKeywordsnaturalgasantidetonatingqualitystandardization(Otto)循环往复式发动机的轴出功率在很大程度上是取决于压缩比和能量密度(bmep)个特定结构的发动机而言,压缩比和能量密度都将受燃料/空气混合物抗爆性能的制约。

通常天然气的抗爆性优于液体燃料,但迄今尚无国际通用的测与汽油类似,天然气在发动机气缸内燃烧时有以下种情况:正常燃烧、爆震燃烧和表面点火,而且运转非常平稳。表面点火大都是由于发动机的气缸盖或活塞顶部积炭过多所致,与燃料的抗爆性无关。爆震燃烧是指可燃气体混合物在气缸内被点燃后,部分未燃混合气因受正常火焰焰面的压缩和热幅射作用而生成大量不稳定的过氧化物在正常火焰焰面尚未传到之前,过氧化物就发生剧烈分解而自燃,形成一个或多个火焰中心向四面八方传播爆震燃烧对发动机的危害极大。它不仅导致发动机的功率急剧下降,燃料消耗量明显上升,严重时还会引起活塞和气门烧坏,轴瓦破裂等故障。天然气作为发动机燃料时,其抗爆性是一项重要指标20世纪80年代以来,天然气作为往复式发动机燃料不仅在汽车工业得到广泛使用,也大量应用于固定式的工业发动机。然而,产自不同气田的天然气其组成有很大区别,且不可能象汽油那样通过炼制与调配而控制其抗爆性(辛烷值),美国和西欧的有关研究机构与供气公司多年来开展了大量研究,试图以某种通用的测定和/或计算方法来表示天然气的抗爆性。目前已提出的方法甚多,主要有以下甲烷值(MN):此法是专门为测定天然气的抗爆性而设计的方法通过与特定的CH4/H2CH4/CO2混合标准气(标准燃料)的比较而测定天然气的抗爆性辛烷值(MON)此法是借鉴汽油辛烷值的测定和表示方法,通过天然气组分的然气中各组分的含量与其辛烷值之间的关联式进行计算正丁烷值(NBN),但选择甲烷/正丁烷标准混合气作为参比组分虽然NBN也可合理地换算为MN,然而由于适用范:此法是在确定的压缩比和点火时间的条件下基于气缸内燃料的能量密度TECHNOLOGYSUPERVISIONPETROLEUMINDUSTRY(bmep)与爆震性能的关系而建立的方法通过调节点火时间来改善燃料的抗爆性能种方法也称为能量密度当量法,本是为航空用燃料开发的计算方法,目前尚未见应用于气体燃料的报导。

对于第种方法而言,虽然点火提前角减小后爆震强度减弱,但实际上不可能为了避免发动机产生爆震燃烧而过多地减小点火提前,否则会降低发动机的动力性和经济性。因此种方法。例如我国国家标准《车用压缩天然气》(GB180472000)附录介绍的计算方法就是MN,以及两者相互的关联式测定用气缸规格气缸筒,mm冲程,mm压缩比ε备注小型12514522平板活塞大型32048051116平板活塞所示的数据表明,大型气缸要求比小型气缸更高的甲烷值。这是由于大型气缸的温度更高。但是,在两种气缸中甲烷值与压缩比的相应关系保持不变,即压缩比提高个单位时,甲烷值大致平均提高80个单位(AVL)对天然气甲烷值的测定进行了大量工作ASTM马达分数值即为该组成天然气的甲烷值。以此方法测定的各种纯气体的甲烷值如表纯气体的甲烷值燃料气甲烷乙烯乙烷丙烯丙烷正丁烷氢气甲烷值1001544193410当天然气的甲烷值超过100可采用甲烷/二氧化碳混合气体作为标准燃料并以二氧化碳在混合气体中的百分数值加上100来表示甲烷值与甲烷/二氧化碳体积比为90/10标准燃料的抗爆性相当的天然气其甲烷值为110。天然气中常见的惰性组分氮气也会使其甲烷值有所提高与甲烷/氮气体积比为94/标准燃料的抗爆性相当的天然气其甲烷值为102有关,也与气缸的尺寸有关。

AVL在试验过程中采用如表所示的两种气缸。以上表MN值的标准误差为115个单位在两种不同尺寸气缸中甲烷值与压缩比的关系辛烷值法美国的西南研究院SWRI)和气体工艺研究院GRI)也曾对测定天然气的辛烷值开展了广泛的研。其要点是以ASTM86(马达法测定液化石油气的抗爆性)规定的标准程序在标准型CFR发动机中测定天然气的辛烷值在燃料气进口处仍使用加热浴,保持温度为8212。当天然气的辛烷值超过100TEL)的方法。然而ASTM标准程序规定的TEL大加入量为6ml,对应的最高辛烷值为12013412种燃料气的组成如表所示;其测定结果如表TECHNOLOGYSUPERVISIONPETROLEUMINDUSTRY101112CH410095.C2H6C3H8C4H10101112MON127126.127RON127126.127118.MON为马达法辛烷值;RON为研究法辛烷值若干种试验用燃料气的辛烷值超过127ASTM标准规定的辛烷值上限即使外推也只能达到127。编号甲烷含量为8813测定值为12617号试验气体(甲烷含12612。甲烷含量较高的号试验气体的二氧化碳含量较高。由于测定的试验气体的辛烷值均很高在试验中也按ASTM88a(研究法测定马达燃料的辛烷值)的规定程序测定上述气体燃料RON,在测定中同样也使用进口气体加热浴测定汽油辛烷值的情况类似,由于研究法的测定条