1 引言
目前我國有許多城市已開始采用液化石油氣(以下簡稱液化氣)氣化后管道輸送的供氣方式，也有少數(shù)城市已采用液化氣混空氣后管道輸送的供氣方式，上述管道液化氣的發(fā)展正方興未艾。盡管如此，從總體上說仍不能扭轉液化氣供應以瓶裝為主的局面。以南京為例，從1966年8月開始供應瓶裝液化氣，30年來共發(fā)展瓶裝液化氣約50萬戶(合社會辦氣約10萬戶);而管道液化氣始于1994年8月，雖相繼建成清江花苑、港寧園、中興新村等供氣小區(qū)，總的供氣規(guī)模僅一千多戶。由于國內各煉油廠供應的液化氣大多數(shù)為C3、C4以及少量C5、C2等組成的混合物，在冬季使用時不能完全氣化，常有10-20％的殘液留在鋼瓶里，不能燒盡，因此各種殘液燒盡(或利用)裝置被研制出來。在八十年代，最早開發(fā)出來的是在鋼瓶外部加熱的裝置，該加熱器放置在鋼瓶底部，利用電加熱水得到蒸汽或給電熱帶通電等方式產生的熱量，通過瓶底傳給液化氣戎液使之在瓶內強制氣化。這種給液化氣鋼瓶直接加熱的方式，把鋼瓶變成氣化器，是《城市燃氣安全管理規(guī)定》明令禁止的，它不僅存在不安全因素，而且易損壞鋼瓶的涂層以及消耗電能，所以未能推廣應用，觀已銷聲匿跡。到八十年代末，其它形式的殘液燒盡裝置又相繼出現(xiàn)，有兩種裝置具有代表性：一種是將液化氣液相從鋼瓶內引出后，經加熱氣化的強制氣化式，另一種是在瓶內液化氣氣相導出的同時，亦帶出部分霧化液相的液相霧化式。這兩種裝置的效果如何?適用范圍多廣?還存在哪些問題?是否還有其它解決液化氣殘液問題的途徑?這些問題值得我們探討。
2 強制氣化式殘液燒盡裝置
2.1 基本原理
N型殘液燒盡裝置由液化氣鋼瓶，瓶內插管、瓶外導管、氣化器、截止閥，調壓器、燃燒器等組成。瓶內插管的上端固定在角閥的下端，氣化器的金屬盤管繞在燃燒器的周圍。鋼瓶內的液化氣液相利用自身的蒸汽壓力通過瓶內插管和瓶外導管壓出，在氣化器內被加熱氣化，再經調壓器調壓后進入燃燒器燃燒。
原先的液化氣燃燒裝置是采用自然氣化的方式。因鋼瓶里液化氣的氣相和液相的組分有差別，輕組份在氣相中的含量大于在液相中的含量，故在自然氣化過程中，輕組分先行氣化導出，余下液相里重組分的含量越來越大，鋼瓶內的蒸氣壓越來越小，直到無法維持正常燃燒，最終殘留在鋼瓶里。而該裝置采用強制氣化的方式，改從鋼瓶內氣相導出為液相導出，并在鋼瓶外的氣化器中完全氣化，自始至終鋼瓶內的液相組分均不發(fā)生變化，蒸氣壓力亦不會逐漸降低，故液化氣能全部用完，不留殘液。
2.2 效果檢驗
1988年11月，研制小組為檢驗其效果，采用摻20％殘液的樣品A和正常液化氣樣品B(對照樣品)進行燃燒試驗(見表1)。先用未經改造的液化氣燃具試驗，燃燒后A樣的殘液量為32％，新增加12％;B樣的殘液量為9％。后用經改造裝有燒盡裝置的液化氣燃具試驗，A、B兩樣均全部燃盡，不留殘液。兩次試驗均未對燃燒特性進行測試。
表1 試驗用液化氣樣品的組分(％)
注①樣品A摻有20％的殘液，樣品B為正常液化氣（對照樣）。
1990年3月在T市選擇16戶進行擴大試驗。目測燃燒工況正常，不留殘液，每瓶液化氣多用1-4天，但因氣化器采用紫銅管，不僅安裝不便、易腐蝕穿孔，而且腐蝕生成的剝離物還會堵塞調壓器造成供氣中斷。此外，截止閥亦易漏氣。后來研制組又對原裝置作了一些改進，將紫銅盤管改為鑄鐵預熱器(即氣化器) 與燃燒器合為一體，將連接銅管改為尼龍管，重新設計截止閥，解決了上述問題。
2.3 存在問題
該套裝置存在的主要問題如下：
a因調壓器的位置移至氣化器的后面，角閥到調壓器的連接管段均處于高壓區(qū)，如果管道斷裂，腐蝕穿孔、或更換鋼瓶時，管內液化氣液相將會泄漏，增加了不安全因素。
b由于液化氣相是靠燃燒器正常燃燒時產生的熱量才能完全氣化，故在剛點火時可能會出觀不完全燃燒的工況。
c鋼瓶內增加了內插管，灌裝時阻力增加，影響了灌裝速度。
d調壓器靠近燃燒器，受幅射熱多，將影響其使用壽命。
e燃燒器和預熱器合二為一，使鑄件結構復雜，加工難度增加，燃具成本提高。
3 液相霧化式殘液利用器
3.1 基本原理
J型殘液利用器是一頂部帶"活塞"的金屬管。將角閥的手輪、壓緊螺帽、活門等拆下，即可將殘液利用器插入鋼瓶，再裝上活門等部件，此時殘液利用器即被活門壓緊、固定在鋼瓶里。
當角閥打開、燃具投入使用時，鋼瓶里的液化氣氣相經角閥內腔和殘液利用器上部的"活塞"之間間隙導出的同時，少量液化氣液相從殘液利用器下部小孔吸入，從頂部小孔噴出并霧化與氣相均勻混合，調壓后進入燃燒器燃燒。
由于在使用的過程中，始終有少量液化氣液相從瓶底連續(xù)不斷地被吸出、霧化，隨氣相一道燒盡，所以能夠大大地減少鋼瓶里的殘液量。
3.2 效果檢驗
為檢驗液化氣殘液的利用效果和燃具的燃燒工況以及對鋼瓶灌裝速度的影響情況，我們于94年3月挑選了四只15公斤的鋼瓶灌裝后做燃燒試驗。試驗情況見表2。
表2 J型液化氣殘液利用器的試驗情況
注①燃燒試驗選用蘭梅牌JZy2-881B型液化氣灶四臺。
注②煙氣中CO和O2含量的測定采用9003煙氣分析儀。
注③試驗期間室內溫度為6.8～11℃。
從表2可知：
a未裝J型殘液利用器的鋼瓶在燃燒試驗后瓶內新增加殘液量0.39～0.7Kg；而安裝J型殘液利用器的鋼瓶在燃燒試驗后瓶內殘液量與原先差不多，變化范圍為-0.03～0.11Kg，未留下新的殘液，說明安裝J型殘液利用器后是有效果的，但不太明顯。據研制人員解釋，如安裝時改變配合尺寸，可使殘液利用效果更好。
b燃具的燃燒工況正常，煙氣中的CO含量未超過國標中規(guī)定的0.05%，說明氣相中均勻混有少量霧化的液相不影響正常燃燒。
c由于J型利用器的上端在角閥的內腔內，灌裝時局部阻力增加，對灌裝速度有一定程度的影響，每個鋼瓶的灌裝時間延長2.1～4.6秒。按當時我公司一灌廠共有16臺灌裝秤，每天要灌裝6700瓶計算，每臺秤每天灌418瓶共需延長灌裝時間13～32分鐘。
1994年1～5月，某液化氣供應站在一千戶居民家安裝了J型殘液利用器，90％的用戶均有明顯效果，10％的用戶效果較差,15Kg的鋼瓶中(實裝液化氣13Kg)仍有2～3Kg殘液。該站用戶以往擔心供氣站不倒殘，經常自己亂倒殘液。在安裝J型殘液利用器后，未發(fā)生亂倒殘液的現(xiàn)象。
3.3 存在問題
J型殘液利用器存在的主要問題有：
a仍有10％的用戶使用效果較差，維修工作量將會很大。效果較差的主要原因是：①安裝時配合尺寸不合適；②角閥不標準，內腔口徑太大、不圓或有凸臺，均不適合安裝，如未發(fā)現(xiàn)裝上必然效果差；③如瓶內殘液較臟，液中殘渣或鐵銹會堵塞吸液口或噴霧口，致使殘液無法利用；④用戶使用不當，如角閥開度太大將不起作用。
b如安裝不當，亦會使液相帶出量過大，在調壓器處氣化，致使局部過冷結霜，影響調壓器的使用壽命。
c灌裝速度較慢、灌裝時間延長。
4 評價與思考
從對上述兩種殘液燒盡(或利用)裝置的效果驗證和問題分析可知，N型殘液燒盡裝置雖然能將殘液全部燒盡，但因改變了原先角閥和調壓器的正常連接方式，在它們中間增加了高壓燃氣連接管、氣化器和截止閥等零部件，加大了不安全的因素，此外，該套裝置較復雜，故障率較高，維修量大。因上述致命缺限，難以做到安全和保供，故推廣前景暗淡。
J型殘液利用器雖然使用效果不十分理想，但它既不改變角閥和調壓器原先的連接方式，又無需改造角閥，在安全性能方面遠遠優(yōu)于N型殘液燒盡裝置。只要把好安裝質量關，并加強對用戶的宣傳、使他們能正確使用，將會進一步提高殘液燒盡的效果。J型殘液利用器在小范圍里應用已有成功的經驗，但由于它對安裝的技術要求較嚴格，且灌裝速度較慢，故在大范圍里推廣應用的難度較大。
推廣應用J型殘液利用器的好處是：①減少因用戶亂倒殘液造成的環(huán)境污染和火災隱患;②延長了每瓶氣的使用時間，不僅有利于節(jié)能，而且減少了例殘液量和氣瓶的運輸量，有利于降低生產成本。
J型殘液利用器雖然能使分散在每個液化氣用戶家中鋼瓶里的殘液量減少，但這與在灌瓶廠倒殘后集中處理殘液(如賣給工廠作燃料)沒有本質的差別，均是治標不治本的辦法。如果從源頭抓起，去除液化氣中C5組分，在使用中就能充分燃燒，不產生或少產生殘液，這才是治本的辦法，比較簡便。東北某市，已在冬季最冷時供應純丙烷。上海石化已與美方合資組建金地公司生產、銷售60萬噸以上商質量民用及工業(yè)用液化氣，該產品不留殘液。
從長遠觀點看，由于大、中城市的高層和多層建筑越來越多，用戶使用瓶裝液化氣感到很不方便，所以采用管道供應的燃氣必然取代瓶裝液化氣。輕油制氣裝置亦可采用液化氣作原料生產人工煤氣或代用天然氣，空混裝置可生產液化氣和空氣的混合氣(以下簡稱空混氣)，此外，液化氣還可以在氣化站強制氣化后通過管道供應用戶。盡管取代的途徑有多條，但在取代的過程中可將液化氣轉化成其它種類的燃氣或僅改變供氣方式使之重新得到充分的利用，并使一直困撓我們的殘液問題迎刃而解。
綜上所述，N型殘液燒盡裝置由于存在不安全的隱患，不宜推廣。J型殘液利用器結構筒單，安全、有效，可在小范圍內推廣應用。只有生產、供應不產生殘液的優(yōu)質液化氣，才能從根本上解決殘液問題。將液化氣改制或強制氣化后采用管道供氣方式時，瓶裝供氣方式所帶來的殘液問題亦冰消瓦解。
目前我國有許多城市已開始采用液化石油氣(以下簡稱液化氣)氣化后管道輸送的供氣方式，也有少數(shù)城市已采用液化氣混空氣后管道輸送的供氣方式，上述管道液化氣的發(fā)展正方興未艾。盡管如此，從總體上說仍不能扭轉液化氣供應以瓶裝為主的局面。以南京為例，從1966年8月開始供應瓶裝液化氣，30年來共發(fā)展瓶裝液化氣約50萬戶(合社會辦氣約10萬戶);而管道液化氣始于1994年8月，雖相繼建成清江花苑、港寧園、中興新村等供氣小區(qū)，總的供氣規(guī)模僅一千多戶。由于國內各煉油廠供應的液化氣大多數(shù)為C3、C4以及少量C5、C2等組成的混合物，在冬季使用時不能完全氣化，常有10-20％的殘液留在鋼瓶里，不能燒盡，因此各種殘液燒盡(或利用)裝置被研制出來。在八十年代，最早開發(fā)出來的是在鋼瓶外部加熱的裝置，該加熱器放置在鋼瓶底部，利用電加熱水得到蒸汽或給電熱帶通電等方式產生的熱量，通過瓶底傳給液化氣戎液使之在瓶內強制氣化。這種給液化氣鋼瓶直接加熱的方式，把鋼瓶變成氣化器，是《城市燃氣安全管理規(guī)定》明令禁止的，它不僅存在不安全因素，而且易損壞鋼瓶的涂層以及消耗電能，所以未能推廣應用，觀已銷聲匿跡。到八十年代末，其它形式的殘液燒盡裝置又相繼出現(xiàn)，有兩種裝置具有代表性：一種是將液化氣液相從鋼瓶內引出后，經加熱氣化的強制氣化式，另一種是在瓶內液化氣氣相導出的同時，亦帶出部分霧化液相的液相霧化式。這兩種裝置的效果如何?適用范圍多廣?還存在哪些問題?是否還有其它解決液化氣殘液問題的途徑?這些問題值得我們探討。
2 強制氣化式殘液燒盡裝置
2.1 基本原理
N型殘液燒盡裝置由液化氣鋼瓶，瓶內插管、瓶外導管、氣化器、截止閥，調壓器、燃燒器等組成。瓶內插管的上端固定在角閥的下端，氣化器的金屬盤管繞在燃燒器的周圍。鋼瓶內的液化氣液相利用自身的蒸汽壓力通過瓶內插管和瓶外導管壓出，在氣化器內被加熱氣化，再經調壓器調壓后進入燃燒器燃燒。
原先的液化氣燃燒裝置是采用自然氣化的方式。因鋼瓶里液化氣的氣相和液相的組分有差別，輕組份在氣相中的含量大于在液相中的含量，故在自然氣化過程中，輕組分先行氣化導出，余下液相里重組分的含量越來越大，鋼瓶內的蒸氣壓越來越小，直到無法維持正常燃燒，最終殘留在鋼瓶里。而該裝置采用強制氣化的方式，改從鋼瓶內氣相導出為液相導出，并在鋼瓶外的氣化器中完全氣化，自始至終鋼瓶內的液相組分均不發(fā)生變化，蒸氣壓力亦不會逐漸降低，故液化氣能全部用完，不留殘液。
2.2 效果檢驗
1988年11月，研制小組為檢驗其效果，采用摻20％殘液的樣品A和正常液化氣樣品B(對照樣品)進行燃燒試驗(見表1)。先用未經改造的液化氣燃具試驗，燃燒后A樣的殘液量為32％，新增加12％;B樣的殘液量為9％。后用經改造裝有燒盡裝置的液化氣燃具試驗，A、B兩樣均全部燃盡，不留殘液。兩次試驗均未對燃燒特性進行測試。
表1 試驗用液化氣樣品的組分(％)
注①樣品A摻有20％的殘液，樣品B為正常液化氣（對照樣）。
1990年3月在T市選擇16戶進行擴大試驗。目測燃燒工況正常，不留殘液，每瓶液化氣多用1-4天，但因氣化器采用紫銅管，不僅安裝不便、易腐蝕穿孔，而且腐蝕生成的剝離物還會堵塞調壓器造成供氣中斷。此外，截止閥亦易漏氣。后來研制組又對原裝置作了一些改進，將紫銅盤管改為鑄鐵預熱器(即氣化器) 與燃燒器合為一體，將連接銅管改為尼龍管，重新設計截止閥，解決了上述問題。
2.3 存在問題
該套裝置存在的主要問題如下：
a因調壓器的位置移至氣化器的后面，角閥到調壓器的連接管段均處于高壓區(qū)，如果管道斷裂，腐蝕穿孔、或更換鋼瓶時，管內液化氣液相將會泄漏，增加了不安全因素。
b由于液化氣相是靠燃燒器正常燃燒時產生的熱量才能完全氣化，故在剛點火時可能會出觀不完全燃燒的工況。
c鋼瓶內增加了內插管，灌裝時阻力增加，影響了灌裝速度。
d調壓器靠近燃燒器，受幅射熱多，將影響其使用壽命。
e燃燒器和預熱器合二為一，使鑄件結構復雜，加工難度增加，燃具成本提高。
3 液相霧化式殘液利用器
3.1 基本原理
J型殘液利用器是一頂部帶"活塞"的金屬管。將角閥的手輪、壓緊螺帽、活門等拆下，即可將殘液利用器插入鋼瓶，再裝上活門等部件，此時殘液利用器即被活門壓緊、固定在鋼瓶里。
當角閥打開、燃具投入使用時，鋼瓶里的液化氣氣相經角閥內腔和殘液利用器上部的"活塞"之間間隙導出的同時，少量液化氣液相從殘液利用器下部小孔吸入，從頂部小孔噴出并霧化與氣相均勻混合，調壓后進入燃燒器燃燒。
由于在使用的過程中，始終有少量液化氣液相從瓶底連續(xù)不斷地被吸出、霧化，隨氣相一道燒盡，所以能夠大大地減少鋼瓶里的殘液量。
3.2 效果檢驗
為檢驗液化氣殘液的利用效果和燃具的燃燒工況以及對鋼瓶灌裝速度的影響情況，我們于94年3月挑選了四只15公斤的鋼瓶灌裝后做燃燒試驗。試驗情況見表2。
表2 J型液化氣殘液利用器的試驗情況
注①燃燒試驗選用蘭梅牌JZy2-881B型液化氣灶四臺。
注②煙氣中CO和O2含量的測定采用9003煙氣分析儀。
注③試驗期間室內溫度為6.8～11℃。
從表2可知：
a未裝J型殘液利用器的鋼瓶在燃燒試驗后瓶內新增加殘液量0.39～0.7Kg；而安裝J型殘液利用器的鋼瓶在燃燒試驗后瓶內殘液量與原先差不多，變化范圍為-0.03～0.11Kg，未留下新的殘液，說明安裝J型殘液利用器后是有效果的，但不太明顯。據研制人員解釋，如安裝時改變配合尺寸，可使殘液利用效果更好。
b燃具的燃燒工況正常，煙氣中的CO含量未超過國標中規(guī)定的0.05%，說明氣相中均勻混有少量霧化的液相不影響正常燃燒。
c由于J型利用器的上端在角閥的內腔內，灌裝時局部阻力增加，對灌裝速度有一定程度的影響，每個鋼瓶的灌裝時間延長2.1～4.6秒。按當時我公司一灌廠共有16臺灌裝秤，每天要灌裝6700瓶計算，每臺秤每天灌418瓶共需延長灌裝時間13～32分鐘。
1994年1～5月，某液化氣供應站在一千戶居民家安裝了J型殘液利用器，90％的用戶均有明顯效果，10％的用戶效果較差,15Kg的鋼瓶中(實裝液化氣13Kg)仍有2～3Kg殘液。該站用戶以往擔心供氣站不倒殘，經常自己亂倒殘液。在安裝J型殘液利用器后，未發(fā)生亂倒殘液的現(xiàn)象。
3.3 存在問題
J型殘液利用器存在的主要問題有：
a仍有10％的用戶使用效果較差，維修工作量將會很大。效果較差的主要原因是：①安裝時配合尺寸不合適；②角閥不標準，內腔口徑太大、不圓或有凸臺，均不適合安裝，如未發(fā)現(xiàn)裝上必然效果差；③如瓶內殘液較臟，液中殘渣或鐵銹會堵塞吸液口或噴霧口，致使殘液無法利用；④用戶使用不當，如角閥開度太大將不起作用。
b如安裝不當，亦會使液相帶出量過大，在調壓器處氣化，致使局部過冷結霜，影響調壓器的使用壽命。
c灌裝速度較慢、灌裝時間延長。
4 評價與思考
從對上述兩種殘液燒盡(或利用)裝置的效果驗證和問題分析可知，N型殘液燒盡裝置雖然能將殘液全部燒盡，但因改變了原先角閥和調壓器的正常連接方式，在它們中間增加了高壓燃氣連接管、氣化器和截止閥等零部件，加大了不安全的因素，此外，該套裝置較復雜，故障率較高，維修量大。因上述致命缺限，難以做到安全和保供，故推廣前景暗淡。
J型殘液利用器雖然使用效果不十分理想，但它既不改變角閥和調壓器原先的連接方式，又無需改造角閥，在安全性能方面遠遠優(yōu)于N型殘液燒盡裝置。只要把好安裝質量關，并加強對用戶的宣傳、使他們能正確使用，將會進一步提高殘液燒盡的效果。J型殘液利用器在小范圍里應用已有成功的經驗，但由于它對安裝的技術要求較嚴格，且灌裝速度較慢，故在大范圍里推廣應用的難度較大。
推廣應用J型殘液利用器的好處是：①減少因用戶亂倒殘液造成的環(huán)境污染和火災隱患;②延長了每瓶氣的使用時間，不僅有利于節(jié)能，而且減少了例殘液量和氣瓶的運輸量，有利于降低生產成本。
J型殘液利用器雖然能使分散在每個液化氣用戶家中鋼瓶里的殘液量減少，但這與在灌瓶廠倒殘后集中處理殘液(如賣給工廠作燃料)沒有本質的差別，均是治標不治本的辦法。如果從源頭抓起，去除液化氣中C5組分，在使用中就能充分燃燒，不產生或少產生殘液，這才是治本的辦法，比較簡便。東北某市，已在冬季最冷時供應純丙烷。上海石化已與美方合資組建金地公司生產、銷售60萬噸以上商質量民用及工業(yè)用液化氣，該產品不留殘液。
從長遠觀點看，由于大、中城市的高層和多層建筑越來越多，用戶使用瓶裝液化氣感到很不方便，所以采用管道供應的燃氣必然取代瓶裝液化氣。輕油制氣裝置亦可采用液化氣作原料生產人工煤氣或代用天然氣，空混裝置可生產液化氣和空氣的混合氣(以下簡稱空混氣)，此外，液化氣還可以在氣化站強制氣化后通過管道供應用戶。盡管取代的途徑有多條，但在取代的過程中可將液化氣轉化成其它種類的燃氣或僅改變供氣方式使之重新得到充分的利用，并使一直困撓我們的殘液問題迎刃而解。
綜上所述，N型殘液燒盡裝置由于存在不安全的隱患，不宜推廣。J型殘液利用器結構筒單，安全、有效，可在小范圍內推廣應用。只有生產、供應不產生殘液的優(yōu)質液化氣，才能從根本上解決殘液問題。將液化氣改制或強制氣化后采用管道供氣方式時，瓶裝供氣方式所帶來的殘液問題亦冰消瓦解。
