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第一章 城市燃气概论第一节 燃气的分类 城市天然气和工业用燃气是由几种气体组成的混合气体，其中含有可燃气体和不可燃气体。可燃气体有碳氢化合物、氢和一氧化碳，不可燃气体有二氧化碳、氮和氧等。燃气的种类很多，主要有天然气、人工燃气、液化石油气和沼气。一.天然气天然气一般可分为四种，从气井开采出来的气田气或称纯天然气；伴随石油一起开采出来的石油气，也称石油伴生气；含石油轻质馏分的凝析气田气；从井下煤层抽出的煤矿矿井气。 纯天然气（简称天然气）的组成以甲烷为主，还含有少量的二氧化碳、硫化氢、氮和微量的氦、氖、氩等气体。我国四川天然气中甲烷含量一般不少于90，发热值为3480036000kj/nm3。我国大港地区的天然气为石油伴生气，甲烷含量约为80，乙烷、丙烷和丁烷等含量约为15，发热值约为41900kj/nm3。凝析气田气除含有大量甲烷外，还含有25戊烷及戊烷以上的碳氢化合物。矿井气的主要可燃组分是甲烷，其含量随采气方式而改变。二.人工燃气1. 固体燃料干馏煤气 利用焦炉、连续式直立炭化炉和立箱炉等对煤进行干馏所获得的煤气称为干馏煤气。用干馏方式生产煤气每吨可产煤气300400m3。这类煤气中甲烷和氢的含量较高，低发热值一般在16700 kj/nm3左右。干馏煤气的生产历史最长，是我国目前城市燃气的重要气源之一。2. 固体燃料气化煤气 压力气化煤气、水煤气、发生炉煤气等均属此类。在2.03.0mpa的压力下，以煤作原材料采用纯氧和水蒸气为气化剂，和获得高压蒸气氧鼓风煤气，也叫高压气化煤气。其主要组分为氢及含量较高的甲烷，发热值在15100 kj/nm3左右。若城市附近有褐煤或长焰煤资源，可采用鲁奇炉生产压力气化煤气，这套装置可建立在煤矿附近（一般称为坑口煤气），不需另外设置压送设备，用管道可直接将燃气输送至较远城镇作为城市燃气使用。 水煤气和发生炉煤气的主要组分为一氧化碳和氢。水煤气的发热值为10500 kj/nm3左右，发生炉煤气的发热值为5400 kj/nm3左右。由于这两种燃气的发热值低，而且毒性大，不可以单独作为城市燃气的气源，但可用来加热焦炉和连续式直立炭化炉，以顶替出发热值较高的干馏煤气，增加供应城市的气量，也可以和干馏煤气、重油蓄热裂解气掺混，调节供气量和调整燃气发热值，作为城市燃气的调度气源。发生炉煤气还可作工厂及燃气轮机的燃料。3. 油制气 我国一些城市，利用重油（炼油厂提取汽油、煤油和柴油之后所剩的油品）制取城市燃气。 按制取方法不同，可分为重油蓄热热裂解气和重油蓄热催化裂解气两种。重油蓄热裂解气以甲烷、乙烯和丙稀为主要组分，发热值约为41900 kj/nm3。每吨重油的产气量为500550m3。重油蓄热催化裂解气中氢的含量最多，也含有甲烷和一氧化碳，发热值在1760020900 kj/nm3左右，利用三筒炉催化裂解装置，每吨重油的产气量约为12001300m3。 生产油制气的装置简单，投资省，占地少，建设速度快，管理人员少，启动、停炉灵活，即可作城市燃气的基本气源，也可作城市燃气的调度气源。 国外不少中、小燃气厂多数是以石脑油（粗汽油）作为制气原料，因与重油相比，石脑油有如下优点：含硫少，不生成焦油，烟尘及污水等公害问题少，气化效率高，而且石脑油催化裂解制气转换一氧化碳也比较简单。4. 高炉煤气 高炉煤气是冶金工厂炼铁时的副产品，主要组分时一氧化碳和氮气，发热值约为38004200kj/nm3。 高炉煤气可用作炼焦炉的加热煤气，以取代焦炉煤气，供应城市。高炉煤气也常用作锅炉的燃料或与焦炉煤气掺混用于冶金工厂的加热工艺。三.液化石油气 液化石油气是开采和炼制石油过程中，作为副产品而获得的一部分碳氢化合物。 目前我国供应的液化石油气主要来自炼油厂的催化裂化装置。液化石油气产量通常约占催化裂化装置处理量的78。液化石油气的主要成分是丙烷（c3h8）、丙烯（c3h6）、丁烷（c4h8）和丁烯（c4h6）。习惯上又称c3、c4，即只用烃的碳原子（c）数表示。这些碳氢化合物在常温、常压下呈气态，当压力升高或温度降低时，很容易转变为液态。从气态转变为液态，其体积约缩小250倍。气态液化石油气的发热值约为92100121400 kj/nm3。液态液化石油气的发热值约为4520046100 kj/kg。 液化石油气烯烃部分可作为化工原料，而其烷烃部分可用作燃料。近年来，国外不少城市还有它作为汽车燃料。由于在燃气事业中，发展液化石油气投资省、设备简单、供应方式灵活、建设速度快，所以液化石油气供应事业发展很快。四.沼气 各种有机物质，如蛋白质、纤维素、脂肪、淀粉等，在隔绝空气的条件下发酵，并在微生物的作用下产生的可燃气体，叫作沼气。发酵的原料是取之不尽、用之不竭的粪便、垃圾、杂草和落叶等有机物质。沼气的组分中甲烷的含量约为60，二氧化碳约为35，此外，还含有少量的氢、一氧化碳等气体。发热值约为20900 kj/nm3。 确定城市输配系统的压力级制、管径、燃气管网构筑物及防护和管理措施，都与所使用燃气的种类有关。城市燃气在管道中输送的距离较长，管道的造价及金属用量在输配系统中所占的比重很大。显然，输送高发热值燃气对输配系统的经济性是有利的。我国城市燃气设计规范规定，作为城市燃气的人工燃气，其低发热值应大于14700 kj/nm3。由于用气设备是按确定的燃气组分设计的，所以城市燃气的组分必须维持稳定。为保证原有的用气设备是按确定的燃气组分设计的，所以城市燃气的组分必须维持稳定。为保证原有的用气设备热负荷的稳定，所供燃气的华白指数（）波动范围应不超过5。当所输配的燃气被另一种燃烧特性差别较大的燃气所取代，除了华白指数以外，还必须考虑不产生离焰、黄焰、回火、不完全燃烧等火焰特性。第二节 燃气的基本性质 燃气组成中常见的低级烃和某些单一基本性质分别列于表21和表22。这里主要介绍混合气体和混合液体的基本特性。某些低级烃的基本性质273.15k、101325pa 表21气 体甲 烷乙 烷乙 烯丙 烷丙 烯正丁烷已丁烷正戊烷分子式ch4c2h6c2h4c3h8c3h6c4h10c4h8c5h12分子量m16.043030.070028.054044.097042.081058.124058.124072.1510摩尔容积vm（nm3/kmol）22.362122.187222.256721.936221.99021.503621.597720.891密度（kg/nm3）0.71741.35531.26052.01021.91362.70302.69123.4537气体常数r（kj/kgk）517.1273.7294.3184.5193.8137.2137.8107.3临界参数临界温度tc（k）191.05305.45282.95368.85364.75425.95407.15470.35临界压力pc（mpa）4.64074.88395.33984.39754.76233.61733.65783.3437临界密度c（kg/nm3）162210220226232225221232发热值高发热值hs（mj/ nm3）39.84270.35163.438101.26693.667133.886133.048169.377低发热值hi（mj/ nm3）35.90264.39759.47793.24087.667123.649122.853156.733爆炸极限爆炸下限ls（体积）5.02.92.72.12.01.51.81.4爆炸上限li（体积）15.013.034.09.511.78.58.58.3粘度动力粘度106（pas）10.3958.6009.3167.5027.6496.8356.355运动粘度106（m2/s）14.506.417.463.813.992.531.85无因次系数c164252225278321377368383某些气体的基本性质273.15k、101325pa 表22气 体一氧化碳氢氮氧二氧化碳硫化氢空气水蒸气分子式coh2n2o2co2h2sh2o分子量m28.01042.016028.013431.998844.009834.07628.96618.0154摩尔容积vm（nm3/kmol）22.398422.42722.40322.392322.260122.180222.400321.629密度（kg/nm3）1.25060.08991.25041.42911.97711.53631.29310.833气体常数r（kj/kgk）296.63412.664296.66259.585188.74241.45286.867445.357临界参数临界温度tc（k）133.033.30126.2154.8304.2132.5647.3临界压力pc（mpa）3.49571.29703.39445.07647.38663.766322.1193临界密度c（kg/nm3）300.8631.015310.91430.09468.19320.07321.70发热值高发热值hs（mj/ nm3）12.63612.74525.348低发热值hi（mj/ nm3）12.63610.78623.368爆炸极限爆炸下限ls（体积）12.54.04.3爆炸上限li（体积）74.275.945.5粘度动力粘度106（pas）16.5738.35516.67119.41714.02311.67017.1628.434运动粘度106（m2/s）13.3093.013.3013.607.097.6313.4010.12无因次系数c10481.7112131266122一. 混合气体及混合液体的平均分子量平均密度和相对密度1. 平均分子量混合气体的平均分子量可按下式计算： （21）式中 m混合气体平均分子量； y1、y2 yn各单一气体容积成分（）； m1 、m2 mn各单一气体分子量。混合液体平均分子量可按下式计算： （22）式中 m混合液体平均分子量； x1、x2 xn各单一液体容积成分（）； m1 、m2 mn各单一液体分子量。2. 平均密度和相对密度混合气体平均密度和相对密度按下式计算：（23）（24）式中 混合气体平均密度（kg/nm3）；混合气体平均摩尔容积（nm3/kmol）； s混合气体相对密度（空气为1）； 1.293标准状态下空气的密度（kg/nm3）。对于由双原子气体和甲烷组成的混合气体，标准状态下的可取22.4 nm3/kmol，而对于由其它碳氢化合物组成的混合气体，则取22 nm3/kmol。若要精确计算，可采用下式： （25）式中vm1、vm2vm3各单一气体摩尔容积（nm3/kmol）。混合气体平均密度还可以根据单一气体密度及容积成分可按下式计算： （26）式中 1、2n标准状态下各单一气体密度（kg/nm3）。燃气通常含有水蒸汽，则湿燃气密度可按下式计算： （27）式中 湿燃气密度（kg/nm3）；干燃气密度（kg/nm3）；d水蒸气含量（kg/nm3干燃气）； 0.833水蒸汽密度（kg/nm3）。干、湿燃气容积成分按下式换算： （28）式中 湿燃气容积成分（）； yi干燃气容积成分（）；k换算系数，k=0.833/0.833+d。天然气、焦炉煤气都比空气轻，而气态液化石油气约比空气重一倍。混合液体平均密度与101325pa、277k时水的密度之比称为混合液体相对密度。因为水在101325pa、277k时的密度等于1，所以混合液体相对密度和密度在数值上是相等的。在常温下，液态液化石油气的密度是500kg/m3左右，约为水的一半。二. 临界参数及实际气体状态方程1. 临界参数 温度不超过某一数值，对气体进行加压，可以使气体液化，而在该温度以上，无论加多大压力都不能使气体液化，这个温度就叫该气体的临界温度。在临界温度下，使气体液化所必须的压力叫作临界压力。 气体的临界温度越高，越易液化。天然气主要成分甲烷的临界温度低，故较难液化；而组成液化石油气的碳氢化合物的临界温度较高，故较易液化。 气体温度比临界温度越低，则液化所需压力越小。如20时使丙烷液化的绝对压力为0.846mpa,而当温度为-20时，在0.248mpa绝对压力下即可液化。 混合气体的平均临界压力和平均临界温度按下式计算： （29） （210）式中pm.c、tm.c混合气体的平均临界压力和平均临界温度；pc1、pc2pcn各组分的临界压力；tc1、tc2tcn各组分的临界温度；y1、y2yn各组分的容积成分（）。2.实际气体状态方程 当燃气压力低于1mpa和温度在1020时，在工程上还可当作理想气体。当压力很高（如在天然气的长输管线中）、温度很低时，用理想气体状态方程进行计算所引起的误差将很大。实际工程中，在理想气体状态方程中引入考虑气体压缩性的压缩因子z，可以得到实际气体状态方程 pvzrt （211）式中 p气体的绝对压力（pa）； v气体的比容（m3/kg）； z压缩因子； r气体常数（j/kgk）； t气体的热力学温度（k）。压缩因子z是随温度和压力而变化。所谓对比温度tr就是工作温度t与临界温度tc的比值，而对比压力pr就是工作压力p与临界压力pc的比值。此处温度为热力学温度，压力为绝对压力。（212）三.粘度混合气体的动力粘度可以近似地按下式计算： （213）式中 混合气体在0时地动力粘度（pas）； g1、g2 gn各组分的重要成分； 12n相应各组分在0时的动力粘度（pas）。混合气体的动力粘度和单一气体一样，也是随压力的升高而增大的，在绝对压力小于1mpa的情况下，压力的变化对粘度的影响较小，可不考虑。至于温度的影响，却不容许忽略。若仍然以表示0时的混合气体的动力粘度，则t时混合气体的动力粘度按下式计算： （214）式中 tt混合气体的动力粘度（pas）； t混合气体的热力学温度（k）；c混合气体的无因次实验系数，可用混合法则求得。液态碳氢化合物的动力粘度随分子量的增大，随温度的上升而急剧减小。气态碳氢化合物的动力粘度则正相反，分子量越大，动力粘度越小，温度越上升，动力粘度越增大，这对于一般的气体都适用。混合液体的动力粘度可以近似的按下式计算： （215）式中 x1、x2xn各组分的分子成分； 12n各组分的动力粘度（pas）； 混合气体或混合液体的密度（kg/m3）。混合气体和混合液体的运动粘度为： （216）式中 v混合气体或混合液体的运动粘度（m2/s）； 相应的动力粘度（pas）； 混合气体或混合液体的密度（kg/m3）。四.饱和蒸气压及相平衡常数1. 饱和蒸气压与温度的关系液态烃的饱和蒸气，简称蒸气压，就是在一定温度下密闭容器中的液体及其蒸气处于动态平衡时蒸气所表示的绝对压力。蒸气压与密闭容器的大小及液量无关，仅取决于温度。温度升高时，蒸气压增大。2. 混合液体的蒸气压根据道尔顿定律，混合液体的蒸气压等于各组分蒸气分压之和。根据拉乌尔定律，在一定温度下，当液体与蒸气处于平衡状态时，混合液体上方各组分的蒸气分压等于此纯组分在该温度下的蒸气压乘以其在混合液体中的分子成分。综上所述，混合液体的蒸气压可由下式计算： （217）式中 p混合液体的蒸气压；pi混合液体任一组分的蒸气分压；xi混合液体中该组分的分子成分pi该纯组分在同温度下的蒸气量。3. 相平衡常数如前所述，当混合液体与其蒸气处于平衡状态时，各组分的蒸气压为根据混合气体分压定律，各组分的蒸气分压为由上两式得到：&a, mp;a, mp;a, mp;a, mp;n, bsp; （118）式中 ki相平衡常数；pi混合液体任一组分饱和蒸气压；p混合液体的蒸气压；yi该组分在气相中的分子成分（等于容积成分）；xi该组分在液相中的分子成分。相平衡常数表示在一定温度下，一定组成的气液平衡系统中，某一组分在该温度下的饱和蒸气压pi与混合液体蒸气压p的比值是一个常数ki。并且，在一定温度和压力下，气液两相达到平衡状态时，气相中某一组分的分子成分yi与其液相中的分子成分xi的比值，同样是一个常数ki。液化石油气的气相和液相组成之间的换算还可以按下列公式计算：1. 当已知液相分子组分，需确定气相组成时，先按式（217）计算系统的压力p，然后确定各组分的分子成分，即当已知气相分子组分，需确定液相组成时，也是先确定系统的压力，由式（218）可得:由上式可得：各组分在液相中的分子成分为 五.沸点和露点1. 沸点通常所说的沸点是指101325pa压力下液体沸腾时的温度。一些低级烃的沸点见下表。一 些 低 级 烃 的 沸 点 （）气体名称甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷正戊烷异戊烷新戊烷乙烯丙烯101325pa时的沸点-162.6-88.5-42.1-0.5-10.236.227.859.5-103.7-472. 露点饱和蒸气经冷却或加压，立即处于过饱和状态，当遇到接触面或凝结核便液化成露，这时的温度称为露点。（一） 碳氢化合物混合气体的露点 碳氢化合物混合气体的露点与混合气体的组成及其总压力有关。在混合物中，由于各组分在气相或液相中的分子成分之和都等于1，所以在气液平衡时必须满足下列关系： （222） （223）上两式中的符号意义和（118）中相同。当已知混合物气相组成时，可按（122）、（123），通过计算的方法来确定在某一定压力下的混合气体露点。具体计算步骤为先假设一露点温度，根据假设的露点和给定的压力，由图查出各组分在相应温度、压力下的相平衡常数ki，并计算出平衡液相的分子成分xi。当xi1时，则假设的露点温度正确如果xi不等于1，必须再假设一露点进行计算，直到满足xi1为止。（二） 液化石油气掺混空气前后露点的比较在实际的液化石油气供应中，有时采用含有空气的非爆炸性混合气体。由于碳氢化合物蒸气分压力降低，因而露点也降低了。露点随着混合气体的压力及各组分的容积成分而变化，混合气体的压力增大，露点升高。当用管道输送气体碳氢化合物时，必须保持其温度在露点以上，以防凝结，阻碍输气。六. 液化石油气的气化潜热气化潜热就是单位质量（1kg）的液体变成与其处于平衡状态的蒸气所要吸收的热量。混合液体气化潜热可按下式计算：r=g1r1+g2r2+.gnrn （224）式中 r混合液体气化潜热（kj/kg）；g1、g2gn混合液体组分的重要成分；r1、r2rn相应各组分的气化潜热（kj/kg）。气化潜热因气化时的压力和温度而异，气化潜热与温度的关系可用下式表示： （225）式中 r1温度为t1时的气化潜热（kj/kg）； r2温度为t2时的气化潜热（kj/kg）； tc临界温度（）。七.容积膨胀1. 容积膨胀系数液态碳氢化合物的容积膨胀系数很大，约比水大十六倍，在罐装容器时必须考虑温度变化引起的容积增大，留出必需的气体空间容积。2. 液态碳氢化合物的容积膨胀液态碳氢化合物的容积膨胀可根据容积膨胀系数按下式计算：对于单一液体 （226） 式中 v1温度为t1时的液体体积； v2温度为t2时的液体体积； t1至t2温度范围内的容积膨胀系数平均值。对于混合液体 （227）式中温度为t1、t2时混合液体的容积； k1、k2kn温度为t1时混合液体各组分的容积成分； 各组分由t1至t2温度范围内的容积膨胀系数平均值。八. 爆炸极限可燃气体和空气的混合物遇明火而引起爆炸时的可燃气体浓度范围称为爆炸极限。在这种混合物中当可燃气体的含量减少到不能形成爆炸混合物时的那一含量，称为可燃气体的爆炸下限，而当可燃气体的含量一直增加到不能形成爆炸混合物时的含量，称为可燃气体的爆炸上限。1. 只含有可燃气体的混合气体的爆炸极限只含有可燃气体的混合气体的爆炸极限可按下式计算：（228）式中 l混合气体的爆炸下（上）限（体积）； l1、l2ln混合气体中各可燃气体的爆炸下（上）限； y1、y2yn混合气体中各可燃气体的容积成分（）。2. 含有惰性气体的混合气体的爆炸极限当混合气体中含有惰性气体时，可将某一惰性气体成分与某一可燃气体组合起来视为混合气体中的一种成分，其容积成分为二者之和。可按下式计算这种燃气的爆炸极限：（229）式中 l含有惰性气体的燃气爆炸极限（体积）； 由某一可燃气体成分与某一惰性气体成分组成的混合组分在混合气体中的容积成分（）； 由某一可燃气体成分与某一惰性气体成分组成的混合组分在该混合比时的爆炸极限（体积）； y1、y2yn未与惰性气体组合的可燃气体成分组成的混合组分在该混合比时的容积成分 l1、l2ln未与惰性气体组合的可燃气体成分的爆炸极限（体积）。随着惰性气体含量的增加，混合气体的爆炸极限范围将缩小。3. 含有氧气的混合气体爆炸极限当混合气体中含有氧时，则可认为混入了空气。因此，应先扣除含氧量以及按空气的氧氮比例求得含氧量，并重新调整混合气体中各组分的容积成分，再按（229）计算该混合气体的爆炸极限。九. 水化物1. 水化物及其生成条件 如果碳氢化合物中的水分超过一定含量，在一定温度压力条件下，水能与液体相和气相的c1、c2、c3和c4生成结晶水化物cmhnxh2o。水化物在聚集状态下是白色的结晶状，或带铁锈色。依据它的生成条件，一般水化物类似于冰或致密的雪。水化物是不稳定的结合物，在低压或高温的条件下易分解为气体和水。在湿气中形成水化物的主要温度是压力及温度。在湿空气中形成水化物的次要条件是：含有杂质、高速、脉动，急剧转弯等因素。如果气体被水蒸气饱和，既输气管的温度等于湿气的露点，则水化物即可形成。因为混合物中水蒸气分压超过水合物的蒸气压，则水化物以就不存在了。高压输送天然气并且管道中含有足够水分时，会遇到生成水化物的问题，此外，丙烷在容器内急速蒸发时也会形成水化物。2. 水化物的防止水化物的生成，会缩小管道的流通断面，甚至堵塞管线，阀件和设备。为防止水化物的形成或分解已形成的水化物有两种方法：（一） 用降低压力、升高温度、加入可以使水化物分解的反应剂（防冻剂）。最常用来作为分解水化物结晶的反应剂是甲醇，还有乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇作为反应剂。醇类之所以能用来分解或预防水化物的产生，是因为它的蒸气与水蒸气可形成溶液，水蒸气变为凝析水，降低形成水化物的临界点。醇类水溶液的冰点比水的冰点低得多，吸收了气体中的水蒸气，因而使气体的露点降低很多。在使用醇类的地方，一般装有排水装置，将输气管中的液体排出。（二） 脱水，使气体中水含量降低到不致形成水化物的程度。为此要使露点降低到大约低于输气管道工作温度57度，这样就使得在输气管道的最低温度下，气体的相对湿度接近于60。 液化石油气脱水常用沉淀法，容器装满液化石油气后，净置一段时间，使水分沉淀。实践证明，即使沉淀工作安排的很细致，液化石油气管道也会出现水合物。所以，特别是冬季，必须加防冻剂。醇类注入量为所运输送液化石油气体积的0.10.15。第三节 城市燃气的质量要求一. 人工燃气及天然气中的主要杂质及允许含量指标1. 焦油和灰尘 人工燃气中通常含有焦油和灰尘，其危害主要是堵塞管道和用气设备。天然气中的灰尘是氧化铁尘粒，是由管道腐蚀而产生的。输送天然气过程中由于灰尘所引起的故障，多发生在远离气源的用户端。干馏煤气中焦油和灰尘含量较高时，所引起的故障多发生在煤气内部或离煤气厂不远的管道里。我国城市煤气设计规范规定每标立方米中所含焦油和灰尘小于10mg。2. 萘 人工燃气特别是干馏煤气中含萘较多。来自燃气厂的燃气在管道中的温度逐渐下降。当燃气中的含萘量大于燃气温度相应的饱和含萘量时，过饱和部分的气态萘以结晶状态析出，积于管内而使管道流通截面减小，甚至堵塞，造成供气中断。萘的堵塞又因焦油和灰尘的存在而加剧。规范规定对于低压输送的城市燃气，每标立方米燃气中的允许含萘量，冬季应小于50mg，夏季应小于100mg，在燃气干管埋设处的最低月平均地温大于10的地区，含萘量的指标还可适当放宽。以中压以上的压力输送燃气时，含萘量冬季应小于50/p mg，夏季应小于100/p mg（p为输气管网起点绝对压力，105pa）。3. 硫化物 燃气中的硫化物分为无机硫和有机硫。无机硫指硫化氢，有机硫有二氧化硫、硫氧化碳、硫醇、噻吩、硫醚等。燃气中的硫化物有9095为无机硫。硫化氢及其氧化所形成的二氧化硫，都具有强烈的刺鼻气味，对眼粘膜和呼吸道有损坏作用。空气中硫化氢浓度大于910mg/m3时，人呼吸一小时，就会严重中毒。当空气中含有0.05（体积比）二氧化硫时，呼吸短时间生命就有危险。 硫化氢又是一种活性腐蚀剂。在高压、高温以及在燃气中含有含有水份时，腐蚀作用会更加剧。燃气中的二氧化碳及氧也是腐蚀剂，当它们与硫化氢同时存在，对管道和设备更为有害。燃气输配系统中硫化氢的腐蚀作用分两种，一种是硫化氢和氧在干燥的钢管内壁发生缓慢的腐蚀作用。另一种是除硫化氢和氧以外，还在管内壁上形成一层水膜，这种腐蚀是危险的，即使硫化氢含量不大，金属的腐蚀速度也很高，而硫化氢和氧的浓度越高，腐蚀就加剧。硫化氢的燃烧产物二氧化硫也具有腐蚀性。 有机硫对燃气灶具的腐蚀有两种情况，一种是燃气在燃具内部和高温金属表面接触后，有机硫分解生成硫化氢造成腐蚀，另一种是燃气燃烧后生成二氧化硫和三氧化硫造成腐蚀。前者常发生在点火器、火孔等高温部件，由于腐蚀物的堵塞引起点火不良等故障。后者因二氧化硫溶于燃烧产物中的水分，并在设备低温部位的金属表面上冷凝下来，而发生腐蚀。 规范规定每标立方米人工燃气中硫化氢含量小于20mg。4. 氨 高温干馏煤气中含有氨气。氨对燃气管道、设备及燃具能起腐蚀作用。燃烧产生no、no2等有害物质，影响人体健康，并污染环境。氨能对硫化氢产生的酸类物质起中和作用，所以城市燃气输配系统中含有微量的氨，是有利于保护金属的。 规范规定每标立方米人工燃气中氨的含量应小于50mg。5. 一氧化碳 一氧化碳是无色、无臭、有剧毒的气体。在人工燃气中特别是发生炉煤气中，含有一氧化碳。如空气中含有0.1（体积比）的一氧化碳，呼吸一小时，会引起头痛和呕吐，含量达0.5（体积比）时，经2030分钟。将危及生命。 虽然一氧化碳是可燃成分，但因它具有毒性，故一般要求城市燃气中一氧化碳含量应小于10。 6. 氧化氮 氧化氮的燃烧产物对人体有害，空气中含有0.01体积的氧化氮时，短时间呼吸后，支气管将受刺激，长时间呼吸会危及生命。 燃气中一氧化氮与氧生成二氧化氮，后者与燃气中的二烯烃、特别是丁二烯烃及环戊二烯等具有共轭双键的烃类反应，再经聚合而形成气态胶质，因此也称为no胶质，易沉积于流速及流向变化的地方，或附着于输气设备及燃具，引起各种故障。自燃气厂输出的燃气中即使只有0.114g/m3的no胶质，在管道末端也会出现胶质的沉积现象。如每立方立燃气中胶质达数十毫克时，将沉积在压缩机的叶轮和中间冷却器的管壁上，使压送能力急剧下降，而且经很短时间就要拆卸清洗。如胶质附着在调压器内，将使调压器动作失灵，造成不良后果。二.对液化石油气的质量要求1. 硫分 液化石油气中如含有硫化氢和有机硫，会造成运输。储存和蒸发设备的腐蚀。硫化氢的燃烧产物so2，也是强腐蚀气体。 一般硫化氢在100m3气体中的含量应小于5g，液态液化石油气中总硫分应小于0.00150.02（重量比）。2. 水分 水和水蒸气能与液态和气态的c2、c3和c4生成晶水化物。水化物能缩小管道的流通断面，甚至堵塞管道、阀门以及保证容器安全工作的仪表和设备，如安全阀、液面计和调压器等。此时沉降到容器最低点的液态水分，当温度降低而生成水化物时，很易冻成普通的冰，使容器与吹扫管、排液管及测量液化石油气液位的管道隔断。 水蒸气还能加剧o2、h2s和so2与管道、阀门及燃气用具的金属之间的化学反应，造成管道腐蚀。特别是水蒸气冷凝，并在管道和管件内表面形成水膜时腐蚀更严重。由于水分具有上述危害，故通常要求液化石油气中不含水分。3. 二烯烃 从炼油厂获得的液化石油气中，可能含有二烯烃，它能聚合成分子量高达400000的橡胶状固体聚合物。在气体中，当温度大于6075即开始强烈的聚合。在碳氢化合物液体中丁二烯的强烈聚合反应在4060时就开始了。 当含有二烯烃的液化石油气气化时，在气体装置的加热面上，可能生成固体聚合物，使气化装置在很短时间内就不能进行工作。 一般丁二烯在液化石油气中的分子成分不大于2。4. 乙烷和乙烯 由于乙烷和乙烯的饱和蒸气压总是高于丙烷和丙烯的饱和蒸气压，而液化石油气的容器多是按纯丙烷设计的，若乙烯和乙烷含量过多，容易发生事故。 一般液化石油气中乙烷和乙烯的含量不大于6（质量比）。5. 残液 c5和c5以上的组分沸点较高，在常温下不能气化，而留在容器内，故称为残液。 残液量大会增加用户更换气瓶的次数，增加运输量，因而对其含量应加以限制，要求残液量在20条件下不大于2（体积比）。三.城市燃气的发展 城市燃气是具有一定毒性的爆炸性气体，又是在压力下输送和使用的。由于管道及设备材质和施工方面存在的问题和使用不当，容易造成漏气，有时引起爆炸、着火和人身中毒的危险。因此，当发生；漏气时能及时被人们发现进而消除漏气是很必要的。要求对没有臭味的燃气加臭，对于减少灾害，是必不可少的措施。 作为城市燃气的气源，如干馏煤气、水煤气、油制气、天然气和液化石油气多数含有硫化物，因此其本身都具有臭味。仅部分地区使用的天然气有时不含有硫化氢，一般都要求经过加臭后才进行输配使用。 在城市燃气的可燃成分中，最具有毒性而含量较多的是一氧化碳。故把一氧化碳的燃气视为“有毒气体”而规定了对有毒而又无臭味的燃气应加臭。使有毒燃气在达到允许有害浓度之前，应能察觉。对无毒燃气在相当于爆炸下限20的浓度时，应能察觉。使有毒燃气在达到允许有害浓度之前，应能察觉。对无毒燃气在相当于爆炸下限20的浓度时，应能察觉。第四节 燃气的长距离输气系统一.长距离输气系统的构成 大量的纯天然气通常经输气管线送至远离气田的城镇和工业区。产量巨大的油田气及人工燃气也可通过长距离管线送至较远的用气区。 长距离输气系统通常由集输管网、气体净化设备、起点站、输气干线、输气支线、中间调压计量站、压气站、燃气分配站、管理维修站、通讯与遥控设备、阴极保护站（或其它电保护装置）等组成。由于气源的种类、压力、气质及输送距离等不同，长输系统的场站设置也有差异。在按单井进行处理的集气管网中，每口井具有自己完整的预处理设备。由气井开采的天然气在井场装置中经节流后，在分离器中清除油、游离水及机械杂质等，计量后经过集气站或者直接通过气田的总站输送到天然气净化厂或输气干线。在成组型集气管网中，天然气的预处理和计量在各集气站进行。通过气田内部的集气干线连接各集气站，然后经过一个或几个气田总站将天然气输送到净化厂或输气干。 在气田开采后期（或低压气田），当地层压力不能满足输送要求时，需设置矿场压气站，将低压天然气增压至规定的压力，然后输送到天然气处理厂或输气干线。 当天然气中硫化氢、二氧化碳、凝析油的含量和含水量超过管道输气规定的标准时，需设置天然气处理厂进行净化处理。来自集气管线或天然气净化厂的天然气进入起点站，在这里进行除尘、调压、计量后进入长距离输气管线。如果天然气的压力低，不能满足输送要求时，则需设置起点压力站。 油田产生的石油伴生气经油气分离后进入集气支管和集气总管，由于石油伴生气压力较低，故在起点站要进行加压及脱轻质油和脱水等净化处理，再经计算后送入输气干线。 为了远距离输气，通常每隔一段距离需设置中间压气站，使燃气压力由2.55mpa升高到58mpa。 在长输管线中间，根据需要设中间调压计量站、清管球收发站、阴极保护站、阀室等。 为向城市、居民点和工业区供应燃气，输气干管及其支管的终端设有燃气分配站，这种站亦称为城市门站。在燃气分配站将燃气压力降至城镇或工业区供应系统所需压力。通常在城市周围建立外层高压环或半环，从这个高压环通过若干个燃气分配站向城市管网供应燃气。 输气管线起点站的主要任务是保持输气压力平稳，对燃气压力进行自动调节，计量燃气流量以及除去燃气中的液滴和机械杂质。 当输气管线采用清管工艺时，为便于集中，在站内设置清管球发射装置。 来自净化处理厂的天然气，由进气管1进入汇气管2，在汇气管2、6之间由三组设备，其中一组备用。由汇气管2分别进入分离器3，清除气体中的游离水及固体悬浮物，经调压器4和流量孔板5进入汇气管6，沿输出管线8进入输气干线。当清扫管线时，利用清管球发送装置11完成发球作业。 当进气压力超过操作压力时安全阀14自动泄压，电接点式压力表19报警。在汇气管2及出站管线上装有压力表，以观测进气和输气压力。清管球发送装置上的压力表，是为了清管作业时观测压力变化之用。 站内设备如发生故障或定期检修时，可切换操作备用的一组设备。只有当站上发生故障不能切换操作或需要动用明火进行扩建时，可将进去管线1和输出管线8的阀门关闭。燃气暂时改由站外旁通管12进入输气干线进行越站输气。站内设备及管组中的剩余燃气可由分离器排污管13和放空阀排污管13和放空阀20排调，然后进行修理。 输气干线的中间压气站数目及最经济管径要通过技术经济计算确定。通常两个压气站间的距离为100150km左右。压气站是一个综合构筑物，其组成包括压送车间，发电站或变电所，压缩机组和动力机组的供水和冷却系统，除尘器和脱水器，润滑油系统，锅炉房及其它附属建筑物。 在压气站中可设置电动或燃气动力的压缩机组。压缩机可采用往复式，亦可用离心式。目前在国外多采用燃气透平驱动的大流量大功率的离心式压缩机。压气站内必须设有备用压缩机组。线路的附属设备和阴极保护站、遥控中心站、中继站、清管球收发站等，也可与压气站联合设置。 管线末端压力要根据储气设备的种类以及城市管网的压力要求决定。如地下储气，则应根据储气构造及储气量要求，将气体净化、加压后储入地下贮气库。 燃气分配站是长距离输气干线或支线的终点站，亦称终点调压计量站，是城镇、工业区分配管网的气源站，其任务是接受长输管线输送来的燃气，经过除尘，将燃气压气调至城市高压环网或用户所需的压力，计量和加臭后送入城镇或工业区的管网。贮气罐站可单独设置，亦可与燃气分配站合并设置。 各种场站的站址选择，应遵守安全防火距离的规定，并应考虑地形、地质条件及场站对当地卫生条件的影响、附近企业对场站的影响。所选站址交通应方便，水电来源充足，有利于污水处理。在安全防火的允许范围内，场站应尽可能靠近城市居民点，并位于下风向。用于站场的站址，应有足够的面积，并为扩建留有必要的余地。站址选择一般应作几个方案进行比较后确定。 为了便于发现漏气，保证输送和使用的安全，常在无味的燃气中注入加臭剂。 对加臭剂的要求是：气味要强烈，独特，由刺激性，又具有持久性并且不会被其它气味所掩盖；加臭剂及其燃烧产物对人体无害；不腐蚀管线及设备；沸点不高、易于挥发、在运行条件下有足够的蒸气压；其蒸气不溶于水和凝析液，不与燃气组分发生反应，不易被土壤吸附；廉价而不稀缺。 经常使用的加臭剂是乙硫醇（c2h5sh）。它与金属氧化物起反应生成硫酸盐类，这是在输气管线中使加臭剂失效的主要原因之一。当输气管内壁上有大量氧化物（铁锈）时，加臭的燃气有沿输气管长度逐渐失去气味的现象，因此，在燃气加味的起初阶段，通常需要提高加臭剂的单位耗量。 此外，也有的国家采用四氢噻吩（tht），三丁基硫醇（tbm）等作为加臭剂。 使用较为广泛的还有专门配制的或由含硫石油的馏分中得到的混合加臭剂。其中除含有硫酸外，还包括硫醚，二甲硫，二乙基硫化物及其它硫化物和二硫化物等。 当用乙硫醇作天然气的加臭剂时，其用量约为1620mg/nm3。对于含20co的工业用有毒燃气其用量约为230 mg/nm3。上述数值系指全年平均耗量。由于人们对气味感受程度随温度