淺析燃氣設備的應用及發(fā)展

周自軍蔣鋒岳晟

1.常德市鼎城九申管道燃氣有限公司 湖南常德 415101；2.常德市鼎城瑞興燃氣有限責任公司 湖南常德 415101；3.湖南省欣平特種設備檢驗有限公司 湖南常德 415101

天然氣作為優(yōu)質(zhì)氣體燃料，進入21世紀后得到廣泛使用，給人們的生產(chǎn)生活帶來了質(zhì)的飛躍。近年來通過不斷的研究發(fā)展，新技術、新設備競相涌現(xiàn)，以天然氣為基礎的燃氣技術和應用設備，不僅價格實惠，而且不會污染空氣，能夠有效改善地球的溫室效應。到今天，除了燃氣灶、快速熱水器、蒸柜、壁掛爐等常見燃氣具之外，還有天然氣鍋爐、熔爐、加熱爐、烘烤線、空調(diào)、天然氣汽車、分布式能源站和天然氣發(fā)電用燃氣輪機、船舶燃氣輪機、燃氣壓縮式空氣源熱泵等，燃氣應用設備多種多樣，例如本文將闡述的燃氣輪機、燃氣壓縮式空氣源熱泵等，不僅能給人們的物質(zhì)生活帶來方便，還能為構造綠色健康的生態(tài)環(huán)境做出貢獻。

1 天然氣的基本概念

天然氣是以甲烷為主的氣態(tài)化石燃料，主要存在于油田、天然氣田中，也有少量存在于煤層中。作為燃料是天然氣的主要用途，此外天然氣也被用來制造合成氨、炭黑、化學藥品和液化石油氣等，由天然氣所生產(chǎn)的丙烷、丁烷是現(xiàn)代工業(yè)應用中的重要原料。天然氣因其無色無味無毒、熱值高、燃燒穩(wěn)定、潔凈環(huán)保等特點，被作為21世紀廣泛應用的綠色優(yōu)質(zhì)能源。

2 燃氣應用設備中的燃氣輪機

2.1 燃氣輪機的基本概念

燃氣輪機是利用燃氣為驅動能源，將燃氣高溫燃燒時釋放的熱量，轉變?yōu)橛杏脵C械功的動力裝置。大中型燃氣輪機是天然氣發(fā)電、分布式能源站的核心設備，小型燃氣輪機輸出功率在十至數(shù)百千瓦，所以，燃氣輪機具有廣泛的應用前景。以燃氣輪機作為船舶動力裝置，在軍事艦艇和海洋運輸中，得到了充分應用和快速發(fā)展。

隨著我國船舶制造業(yè)的飛速發(fā)展，燃氣輪機在船舶動力裝置中發(fā)揮了極其重要的作用。我國對于燃氣輪機的研究已有多年歷史，隨著科學技術的創(chuàng)新，船舶燃氣輪機技術得到了極大的提升，使燃氣輪機在多種不同的船舶中廣泛應用，特別是對于海軍艦船的動力提升發(fā)揮了重要作用。

船舶動力裝置中的燃氣輪機，以LNG（液化天然氣）或其他燃氣為燃料，依靠燃氣高溫燃燒時釋放的熱量，使機械的做功性能到明顯提高，滿足了動力方面的需要。燃氣輪機是一種連續(xù)回轉的內(nèi)燃、葉輪機械式的新型熱機，主要由壓氣機、燃燒室和燃氣渦輪（透平）三大部件組成。工作過程是壓氣機連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進入燃燒室，與噴入的天然氣混合后燃燒，成為高溫燃氣，隨即流入燃氣透平中膨脹做功，推動透平葉輪帶著壓氣機葉輪一起旋轉，實現(xiàn)了氣體燃料的化學能轉化為機械功；燃氣透平所發(fā)出的功一部分用于帶動壓氣機工作，剩余的功作為燃氣輪機的輸出功。

2.2 燃氣輪機的應用優(yōu)點

與其他推進設備相比較，燃氣輪機具有結構簡單、體積小、重量輕、啟動快、功率密度極大的特點，在相同功率下，燃氣輪機的體積比柴油機和蒸汽輪機的體積小，只有柴油機三分之一到五分之一，蒸汽輪機五分之一到十分之一。此外，燃氣輪機能在短時間內(nèi)迅速啟動，在起動機的幫助下，2分鐘內(nèi)燃氣輪機就可以達到最快的轉速，而柴油機和蒸汽輪機則要花費至少1小時的時間才能夠提高輸出功率。在噪聲控制方面，燃氣輪機也有著明顯的優(yōu)勢。相比其他的推進設備，燃氣輪機的功率較大而重量較輕，使用壽命以及工作時間都相對較長，排放量較低，具有顯著優(yōu)勢。作為一種回轉式的熱力發(fā)電機，燃氣輪機并不需要通過手柄來進行工作，取而代之的是只通過少量的零件，就可以維持正常運行，與此同時其轉速較高，而它的機械結構輕巧且緊密，不會為整體的機械結構帶來過多的負擔，在對其進行管理時也比較便利。

燃氣輪機在穩(wěn)定性方面有著顯著的優(yōu)勢，從大量的實際調(diào)查結果中可以得知，絕大多數(shù)在船舶動力裝置中運行多年的燃氣輪機并不需要專門進行開缸檢查。

2.3 燃氣輪機的發(fā)展

在對燃氣輪機應用進行深入分析和研究后發(fā)現(xiàn)，在應用過程中還存在著許多的問題，例如，燃氣輪機對于熱力和油量的高需求，使燃料品質(zhì)必須要符合實際需要；由于燃氣輪機需要長時間保持良好的運行狀態(tài)，同時受材料的性能等多方面的影響，其工作時機體溫度過高，限制了熱效率空間的擴展，當運行狀態(tài)不佳時，就會對燃氣輪機的經(jīng)濟性提升產(chǎn)生制約；另外，當溫度出現(xiàn)變化時，船舶燃氣輪機的使用時間也會受到影響?，F(xiàn)如今，燃氣輪機已經(jīng)廣泛運用到船舶業(yè)之中，為了更好推動船舶業(yè)的發(fā)展，使燃氣輪機的應用更廣泛、更完美，以上問題是必須要解決的首要問題，只有對其不足進行改進和優(yōu)化，才能消除制約燃氣輪機發(fā)展的因素，才能使燃氣輪機在船舶動力系統(tǒng)中得到有效的應用。

3 燃氣設備應用中的燃氣壓縮式空氣源熱泵

3.1 燃氣壓縮式空氣源熱泵的基本概念

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)保成為發(fā)展中首要關注的問題，天然氣作為一種新型的清潔能源，近年來在城市的供熱系統(tǒng)中也發(fā)揮著重要作用，傳統(tǒng)的燃氣鍋爐以及直燃機組受功能和結構形式的限制，已經(jīng)不能跟上時代的腳步，無法完全滿足用戶的需求，燃氣熱泵技術的發(fā)現(xiàn)，成為了人們近些年來主要關注的新能源技術。它不同于人們熟知的傳統(tǒng)機械泵，熱泵在工作時，其本身消耗一部分能量，再把環(huán)境介質(zhì)例如自然界的空氣、水或土壤中貯存的能量加以挖掘，通過傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)提高其溫度，再加以利用。因此，整個燃氣熱泵裝置僅消耗了輸出功率一小部分，大量節(jié)約了高品位能源。

按照能量來源的不同，熱泵技術可以分為空氣源熱泵、土壤源熱泵以及水源熱泵等。空氣源熱泵技術按照工作原理的不同，可以分為兩種，一種是吸收式熱泵，一般由發(fā)生器、蒸發(fā)器、冷凝器、吸收器和熱交換器五個部分組成；另一種是壓縮式熱泵，一般由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器以及膨脹閥組成。

3.2 燃氣壓縮式空氣源熱泵的應用優(yōu)點

燃氣壓縮空氣源熱泵制熱效率高，適用范圍廣，可在-20-43℃的環(huán)境下溫度運行，且保持穩(wěn)定的性能，不受環(huán)境影響，能一年四季全天候運行，可以良好適應外部環(huán)境，并可持續(xù)制冷或加熱。機體的占地面積小，適用于各類型的建筑物。

燃氣壓縮式空氣源熱泵的安全性能好，可將多組燃氣壓縮式空氣源熱泵機組靈活并聯(lián)使用，能滿足不同的需求，且系統(tǒng)運行能夠實現(xiàn)自動化，無需人工干預。其使用壽命長、維護費用低，使用壽命長達15年以上。

燃氣壓縮式空氣源熱泵的運行成本低，且擁有良好的節(jié)能效果，可以節(jié)省百分之七十的能源，并且能夠極大地降低運行費用，無任何污染，且不會對人體造成損害。

3.3 燃氣壓縮式空氣源熱泵的發(fā)展

天然氣作為清潔可靠的新能源，在未來城市供暖系統(tǒng)中將會占有極高的比例，而燃氣壓縮式空氣源熱泵作為一種新型節(jié)能技術，擁有高效低成本、環(huán)保舒適的特點，將會在未來的城市供暖系統(tǒng)中占據(jù)主導地位。

4 燃氣應用設備的發(fā)展

4.1 燃氣應用設備存在的問題

改革開放以來，在我國有關節(jié)能減排政策的引導下，燃氣行業(yè)發(fā)展迅速。但因燃氣具有易燃、易爆特征，一旦設施損壞而發(fā)生泄漏，極易發(fā)生爆炸、火災等不良事件。通過實際分析及總結，以下是一些比較常見的燃氣設備問題：第一，燃氣機械設備的質(zhì)量不高。市面上很多燃氣機械設備的型號和規(guī)格通常不一致，再加上設備未根據(jù)施工指導安裝等，都會導致設備質(zhì)量大打折扣，甚至引發(fā)嚴重的安全問題。第二，缺乏合理的規(guī)劃布局，例如燃氣調(diào)壓器、燃氣表等設備與其周圍空間間距不合格，防雷防靜電裝置設置不合理，燃氣管道安裝不規(guī)范等。第三，安裝燃氣設備施工不規(guī)范，例如燃氣管道未嚴格按照規(guī)定布置，保護設備沒有安裝在規(guī)定位置上，有關保護設備不完整等。第四，缺少嚴格的竣工驗收標準，例如沒有嚴格按照標準對竣工的燃氣設備及管路進行嚴格檢測，或沒有對調(diào)壓器等設備進行防雷、防靜電檢測。

4.2 解決燃氣設備存在問題的有效措施

要加大科研投入，創(chuàng)新產(chǎn)品結構性能，實現(xiàn)產(chǎn)品全部國產(chǎn)化，并不但改進完善。同時，加速燃氣應用設備技術標準化，統(tǒng)一規(guī)范設計、制造、安裝、驗收及使用各環(huán)節(jié)技術要求，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量。再就是提高燃氣應用設備安全技術水平，從設備制造到安裝使用的全過程實行智能化監(jiān)控管理，保障設備安全使用。

增加設備維護管理的重要認知，要做到企業(yè)主要負責人定期參加上級監(jiān)管部門組織的安全資格證培訓，從根源上提高安全意識，從源頭上防范安全事故。其次，要定期組織設備管理人員開展業(yè)務學習，在設備日常維護工作中做到管好、用好、修好設備。即“四會”，會使用、會保養(yǎng)、會檢查、會排除故障。對于維修操作工，企業(yè)應針對不同設備維修特點及涉及的危險作業(yè)類別，制定相應設備安全操作規(guī)程，并開展安全專項培訓，使員工明確設備維修中的危險有害因素及應急防范措施，防范安全事故的發(fā)生。并且對于維修作業(yè)中涉及的登高、焊接、入罐等危險作業(yè)，必須要特別注意特殊工種作業(yè)人員的培訓，實行特殊工種人員必須持證上崗的管理制度。

其次，要想提高燃氣設備的維修和管理，就要全面提高燃氣設備相關工作人員的專業(yè)技能。提高技術人員的業(yè)務知識和技術能力是極為重要的一個關鍵所在，只有不斷提高他們的能力和水平，才能保證燃氣設備技術的不斷改進和發(fā)展，才能使得燃氣設備維護管理更加管理化、規(guī)范化、科學化。首先企業(yè)應加強自學、深造、集中培訓考試、現(xiàn)場培訓、典型事故教育等活動，通過這些活動，可以不斷提高相關人員的知識能力。

在燃氣設備的維護過程中，還要實現(xiàn)燃氣設備的標準化維護管理，只有進行燃氣設備的整體運行標準化管理，才能有效防止燃氣設備發(fā)生事故。要實現(xiàn)燃氣設備的標準性管理，首先，要建立標準化的設備維護過程，以保證設備能夠進行定量維護。其次，建立標準可以有效地指導燃氣設備的技術人員確實開展相關工作。相關人員必須制訂設備維護的表格，確保維護人員可以根據(jù)表格內(nèi)容來進行相應的工作。適當?shù)娜藛T必須在規(guī)定的時間驗證表格，以便實際進行設備的維護管理，從而消除設備隱患。

燃氣設備包含廣泛，且結構繁雜，對環(huán)境和技術的要求都比較高，要想保證燃氣設備安全、穩(wěn)固的運營，需要對機械設備工程方面、戶內(nèi)燃氣設備隱患、燃氣設備安全的監(jiān)管和維護、燃氣市場等影響燃氣設備安全的要素做到足夠重視，并確保每個環(huán)節(jié)都不出紕漏，才能給廣大用戶提供一個優(yōu)質(zhì)、安全的燃氣應用環(huán)境。

4.3 燃氣設備的發(fā)展

天然氣作為清潔環(huán)保的新型能源，近年來應用到社會發(fā)展的各個領域中，在未來，我國將持續(xù)高速發(fā)展的同時，仍然將生態(tài)健康放在首要位置。目前我國現(xiàn)有的燃氣設備問題已經(jīng)在逐步得到改善，隨著燃氣設備短板的補齊，燃氣設備的應用將會更加全面，屆時燃氣設備會在人們的日常生活中扮演更加重要的角色，而燃氣應用技術也將會變得更加高效、節(jié)能、清潔、環(huán)保，將會在更加節(jié)省能源的情況下滿足人們的日常物質(zhì)需求。現(xiàn)今的燃氣設備仍有許多問題需要解決，但不可否認的是燃氣應用技術和燃氣應用設備仍擁有極其光明的前景。

5 結語

由本文上述可知，天然氣已經(jīng)應用到我國生產(chǎn)生活的方方面面，擁有極其廣泛的應用，例如在船舶中的燃氣輪機技術，給船舶動力裝置帶來了穩(wěn)定高效的優(yōu)點。而運用在供暖技術中的燃氣壓縮式空氣源熱泵，擁有節(jié)能環(huán)保的特點，可以被廣泛應用在北方供暖系統(tǒng)中。運用在城市中的燃氣應用設備，成本較低且使用廣泛，證明了燃氣設備擁有廣泛的前景。而大力發(fā)展燃氣技術，推廣燃氣設備的使用，關鍵在于如何解決當下已有問題，和如何繼續(xù)對燃氣設備進行研究和發(fā)展。只有將存在問題一一解決，對現(xiàn)有燃氣設備進行科技創(chuàng)新，實行標準化，提高產(chǎn)品質(zhì)量和安全管理水平，不斷研究和完善，才能確保燃氣設備擁有更廣闊的發(fā)展平臺。