第1章 燃气的分类及其性质.pdf

2013 10 23 1 第第1 1章章燃气的分类及其性质燃气的分类及其性质 1 1 燃气的分类及用途燃气的分类及用途 1 2 燃气的基本性质燃气的基本性质 1 3 城市燃气的质量要求城市燃气的质量要求 1 4 城市燃气的输配系统城市燃气的输配系统 1 1 1 1 燃气的分类及用途燃气的分类及用途 可燃气体可燃气体 combustible gas CmHn H2 CO 不可燃气体不可燃气体 incombustible gas CO2 N2 O2 燃气燃气 易燃易爆易燃易爆 按不同气源分类按不同气源分类 按燃气的热值分类按燃气的热值分类 按燃烧特性分类按燃烧特性分类 1 1 1 1 燃气的分类及用途燃气的分类及用途 一 按不同气源分类一 按不同气源分类 液化石油气液化石油气 燃气燃气 天然气天然气 人工燃气人工燃气 生物气生物气 沼沼 气气 固体燃料干馏煤气固体燃料干馏煤气 固体燃料气化煤气固体燃料气化煤气 油制气油制气 高炉煤气 炼铁 高炉煤气 炼铁 CO N2 3800 4200 3800 4200 kJ Nm3 石油伴生气 凝析气田气 炼厂石油气石油伴生气 凝析气田气 炼厂石油气 92 121 92 121 MJ Nm3 焦炉 连续直立炭化炉 焦炉 连续直立炭化炉 立箱炉对煤进行干馏立箱炉对煤进行干馏 压力气化煤气 水煤压力气化煤气 水煤 气和发生炉煤气气和发生炉煤气 CHCH4 460 60 COCO2 235 21 35 21 MJ Nm3 常规天然气常规天然气 非常规天然气非常规天然气 常规天然气根据来源分类常规天然气根据来源分类 凝析气田气凝析气田气 Condensed gas 石油伴生气石油伴生气 Associated gas 气田气 纯天然气 气田气 纯天然气 Natural gas CH4一般一般90 以上 以上 C2H6 C3H8 CO2 H2S等等 热值 热值 34 36 MJ Nm3 CH4含量含量80 90 热值热值42 MJ Nm3 除含大量除含大量CH4 还含 还含2 5 戊烷及以上戊烷及以上 热值 热值 46 MJ Nm3 几种天然气的组成几种天然气的组成 mol mol 产地产地 组分组分 塔里木塔里木靖边靖边榆林榆林 C198 196 32288 35 C20 510 6055 555 C30 040 0841 133 iC40 010 0120 152 nC40 010 0110 219 iC50 0110 0438 nC50 0030 061 C60 04 C7 0 01 N20 70 7231 131 CO20 582 1853 276 H2O28 ppm0 0050 0622 H20 0390 0165 H2S 20 mg Nm3 20 mg Nm3 20 mg Nm3 isomer normal 2013 10 23 2 干气 每一基方井口流出物中干气 每一基方井口流出物中C C5 5 含量低于含量低于1313 5 5cmcm3 3 湿气 每一基方井口流出物中湿气 每一基方井口流出物中C C5 5 含量超过含量超过1313 5 5cmcm3 3 富气 富气 每一基方井口流出物中每一基方井口流出物中C C 3 3 含量超过含量超过9494cmcm3 3 贫气 贫气 每一基方井口流出物中每一基方井口流出物中C C3 3 含量低于含量低于9494cmcm3 3 酸气 含有较多的酸气 含有较多的H H2 2S S和和COCO2 2等酸性气体 等酸性气体 洁气 洁气 H H2 2S S和和COCO2 2含量很少含量很少 天然气根据组分分类天然气根据组分分类 基方基方 Standard Cubic Meter Standard Cubic Meter 压力 压力101325 Pa101325 Pa 温度 温度20 标方标方 Normal Cubic Meter Normal Cubic Meter 压力 压力101325 Pa101325 Pa 温度 温度0 0 非常规天然气非常规天然气 非常规天然气是指由于目前技术经济条件的限制尚未非常规天然气是指由于目前技术经济条件的限制尚未 投入工业开采的天然气资源 投入工业开采的天然气资源 页岩气页岩气 Shale Gas 天然气水合物天然气水合物 Gas Hydrates 俗称可燃冰俗称可燃冰 煤层气 煤成气 煤层气 煤成气 矿井气矿井气 Coal bed gas 以吸附或游离状态存在于煤层及固岩中的自储式以吸附或游离状态存在于煤层及固岩中的自储式 天然气 成分以天然气 成分以CH4为主 含少量为主 含少量CO2 N2 H2等等 天然气与水在一定条件下形成的类冰固态化合物天然气与水在一定条件下形成的类冰固态化合物 以吸附或游离状态存在于暗色泥页岩或高碳泥以吸附或游离状态存在于暗色泥页岩或高碳泥 页岩中的天然气页岩中的天然气 固体燃料干馏煤气固体燃料干馏煤气 煤煤 加热 隔绝空气 加热 隔绝空气 挥发物挥发 焦油 苯 煤气挥发物挥发 焦油 苯 煤气 多孔焦炭多孔焦炭 终温不同 高温干馏终温不同 高温干馏 全焦煤气 焦炉全焦煤气 焦炉 焦炭 焦炭 中温干馏中温干馏 半焦煤气半焦煤气 炭化炉炭化炉 立箱炉立箱炉 半焦半焦 熟煤熟煤 CH4 H2 CO 热值17 MJ Nm3 300 500 Nm3 t 固体燃料气化煤气固体燃料气化煤气 煤煤 高温 气化剂 空气 或氧气 水蒸气 高温 气化剂 空气 或氧气 水蒸气 氧化 氧化 还原反应还原反应 压力气化煤气压力气化煤气 2 0 3 0MPa 气化剂 气化剂 纯氧和水蒸气纯氧和水蒸气 H2 CH415 MJ Nm3 混合发生炉煤气混合发生炉煤气 气化剂气化剂 空气空气 水蒸气水蒸气 CO 27 5 5410 kJ Nm3 水煤气水煤气 气化剂 气化剂 水蒸气 水蒸气 CO 38 H240 热值热值11000 kJ Nm3 后两种热值低 毒性大 不能单独作为城市气源 可配气后两种热值低 毒性大 不能单独作为城市气源 可配气 1 原料 原油 重油 石脑油 粗汽油 和柴油 原料 原油 重油 石脑油 粗汽油 和柴油 重油 直馏重油 重油 直馏重油 减压渣油减压渣油和裂化渣油和裂化渣油 石脑油 轻质和石脑油 轻质和重质重质 柴油 轻柴油 专用柴油 农用柴油和柴油 轻柴油 专用柴油 农用柴油和重质柴油重质柴油 2 原理 原理 降低原料的降低原料的C H比值 得到氢气 一氧化碳和甲烷为主的可燃气体比值 得到氢气 一氧化碳和甲烷为主的可燃气体 3 方法 方法 热裂解法热裂解法 800 900摄氏度摄氏度 催化裂解法催化裂解法750 900摄氏度摄氏度 部分氧化法部分氧化法 加氢裂解法加氢裂解法700 900摄氏度 摄氏度 2 6MPa 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 油制气油制气 二 二 按燃气热值分类按燃气热值分类 高热值高热值 1Nm3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度 燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度 而其中的水蒸汽以凝结水状态排出时所放出的热量而其中的水蒸汽以凝结水状态排出时所放出的热量 1 热值定义 热值定义 1Nm3的燃气完全燃烧所释放出的热量的燃气完全燃烧所释放出的热量 低热值低热值 1Nm3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度 燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度 但烟气中水蒸汽仍为蒸汽状态时所放出的热量但烟气中水蒸汽仍为蒸汽状态时所放出的热量 高 低热值之差为水蒸汽气化潜热 高 低热值之差为水蒸汽气化潜热 2 热值单位 热值单位 kJ Nm3 对于液化石油气 热值单位也可用对于液化石油气 热值单位也可用kJ kg 3 热值的分类 热值的分类 2013 10 23 3 高热值燃气高热值燃气 30 MJ Nm3 以上以上 天然气 液化石油气 部分油制气天然气 液化石油气 部分油制气 中热值燃气中热值燃气 20 MJ Nm3 左右左右 干馏煤气为代表干馏煤气为代表 低热值燃气低热值燃气 12 13 MJ Nm3 或更低一些或更低一些 气化煤气为代表气化煤气为代表 作为城市燃气的人工燃气 低发热值应大于作为城市燃气的人工燃气 低发热值应大于14 7 MJ Nm3 4 燃气按热值分类 燃气按热值分类三 三 按燃烧特性分类按燃烧特性分类 几个基本概念几个基本概念 按燃烧特性分类的原因按燃烧特性分类的原因 燃气的互换性燃气的互换性 按燃烧特性分类按燃烧特性分类 几个基本概念几个基本概念 燃烧燃烧 同时伴有发热发光的剧烈的氧化反应 同时伴有发热发光的剧烈的氧化反应 燃烧三要素燃烧三要素 可燃物 助燃物 着火源 可燃物 助燃物 着火源 燃烧产物燃烧产物 主要是 主要是H2O CO2 燃烧充分 无污染 被誉 燃烧充分 无污染 被誉 为绿色能源 是安全 洁净 经济的燃料 为绿色能源 是安全 洁净 经济的燃料 如果燃气燃烧不完全 将会产生大量的如果燃气燃烧不完全 将会产生大量的CO 对人体有剧 对人体有剧 毒 人们常说的煤气中毒就是毒 人们常说的煤气中毒就是CO中毒 中毒 化学爆炸化学爆炸 因物质本身起化学反应 产生大量气体和高温 因物质本身起化学反应 产生大量气体和高温 而发生的爆炸 如炸药的爆炸 而发生的爆炸 如炸药的爆炸 可燃气体 可燃气体 液体蒸气和粉尘与空气混合物的爆炸等液体蒸气和粉尘与空气混合物的爆炸等 物理爆炸物理爆炸 由于液体变成蒸汽或者气体迅速膨胀 压力急速 由于液体变成蒸汽或者气体迅速膨胀 压力急速 增加 并大大超过容器的极限压力而发生的爆炸 增加 并大大超过容器的极限压力而发生的爆炸 如蒸汽锅炉 液化气钢瓶等的爆炸如蒸汽锅炉 液化气钢瓶等的爆炸 爆炸极限爆炸极限 可燃气体 蒸汽或粉尘与空气混合后 可燃气体 蒸汽或粉尘与空气混合后 遇火产生爆炸的最高和最低浓度 遇火产生爆炸的最高和最低浓度 CH45 15 爆炸爆炸 由于物质急剧氧化或分解反应 使温度 压力急剧 由于物质急剧氧化或分解反应 使温度 压力急剧 增加或者使两者同时急剧增加的现象 增加或者使两者同时急剧增加的现象 城市燃气的种类在增多 组分也有很大的差异 从而引城市燃气的种类在增多 组分也有很大的差异 从而引 起燃烧特性的变化起燃烧特性的变化 每一燃具是按某一特定组分设计 制造和调整的 燃具每一燃具是按某一特定组分设计 制造和调整的 燃具 能够适应燃气组分在一定范围内变化 但总有限度能够适应燃气组分在一定范围内变化 但总有限度 为了使燃气输配企业和燃具制造厂都有一个共同遵守的为了使燃气输配企业和燃具制造厂都有一个共同遵守的 准则 必须将已有燃气按其有关燃烧特性进行分类准则 必须将已有燃气按其有关燃烧特性进行分类 按燃烧特性分类的原因按燃烧特性分类的原因 受燃具限制受燃具限制为什么要按燃烧特性分类 为什么要按燃烧特性分类 燃气的互换性燃气的互换性 具有多种气源的城市 常会遇到两种情况具有多种气源的城市 常会遇到两种情况 随着燃气供应规模的发展和制气方式的改变随着燃气供应规模的发展和制气方式的改变 某些地区原用燃气可能由其他一种性质不同的燃气某些地区原用燃气可能由其他一种性质不同的燃气代替代替 基本气源产生紧急事故 或在高峰负荷时基本气源产生紧急事故 或在高峰负荷时 需在供气系统中需在供气系统中掺入掺入性质与原来燃气不同的其他燃气性质与原来燃气不同的其他燃气 当燃气成分变化不大时当燃气成分变化不大时 燃具的燃烧工况虽有改变 尚能满足燃具的原有设计燃具的燃烧工况虽有改变 尚能满足燃具的原有设计 要求要求 当燃气成分变化过大时当燃气成分变化过大时 燃烧工况的改变使得燃具不能正常工作燃烧工况的改变使得燃具不能正常工作 2013 10 23 4 燃气的互换性燃气的互换性 设某一燃具以设某一燃具以a燃气为基准进行设计和调整 若以燃气为基准进行设计和调整 若以s燃气来燃气来 置换置换a燃气 如果燃具不加任何调整而能保证正常工作 则燃气 如果燃具不加任何调整而能保证正常工作 则 表示表示s燃气对燃气对a燃气具有 互换性 反之 如果燃具不能燃气具有 互换性 反之 如果燃具不能 正常工作 则称正常工作 则称s燃气对燃气对a燃气没有 互换性 燃气没有 互换性 燃气互换燃气互换 性不一定可逆 性不一定可逆 根据燃气互换性的要求 当气源厂供给用户的燃气性质发根据燃气互换性的要求 当气源厂供给用户的燃气性质发 生改变时 置换气必须对基准气具有互换性 否则就不能生改变时 置换气必须对基准气具有互换性 否则就不能 保证用户安全 满意和经济地用气 保证用户安全 满意和经济地用气 可见 燃气互换性是对燃气生产单位提出的要求 它限制可见 燃气互换性是对燃气生产单位提出的要求 它限制 了了 燃气性质的任意改变 燃气性质的任意改变 按燃烧特性分类按燃烧特性分类 影响燃烧特性的参数影响燃烧特性的参数 HS燃烧速度燃烧速度 火焰传播速火焰传播速 度度 华白指数华白指数W H 燃气的高热值燃气的高热值 MJ m3 S 燃气的比重燃气的比重 相对密度相对密度 W 设计和选用燃具的重要依据设计和选用燃具的重要依据 为保证用气设备热负荷的稳定 所供燃气为保证用气设备热负荷的稳定 所供燃气W波动范围不波动范围不 超过超过5 SH 燃烧势燃烧势CP 燃烧速度指数 燃烧速度指数 Combustion Potential 是是 反映燃烧稳定状态的参数 即反映燃烧火焰产生反映燃烧稳定状态的参数 即反映燃烧火焰产生 离焰离焰 黄焰黄焰 回火回火和和不完全燃烧不完全燃烧的倾向性参数 的倾向性参数 两种燃气若能互换 其燃烧势应在一定范围之内波动两种燃气若能互换 其燃烧势应在一定范围之内波动 氧含量修正系数 2 2 42 0054 01 3 0 6 0 O CHHCCOH k S kCP nm 体积含量 体积含量 离焰离焰 火焰脱离燃烧器出口 在一定距离以外燃烧火焰脱离燃烧器出口 在一定距离以外燃烧 若气流速度再增大火焰被熄灭 则称为脱火 若气流速度再增大火焰被熄灭 则称为脱火 极危险的燃烧 大量有毒燃气散溢在空气中 极易形成爆极危险的燃烧 大量有毒燃气散溢在空气中 极易形成爆 炸性气体酿成事故 炸性气体酿成事故 黄焰黄焰 当空气配比不够 新鲜空气补充不及时 就会产当空气配比不够 新鲜空气补充不及时 就会产 生不完全燃烧现象 火焰呈黄色 红色 黑色 生不完全燃烧现象 火焰呈黄色 红色 黑色 回火回火 火焰经出火孔回缩到燃烧器头部内或在喷口处燃火焰经出火孔回缩到燃烧器头部内或在喷口处燃 烧 会产生爆声和噪声和不完全燃烧 释放大量烧 会产生爆声和噪声和不完全燃烧 释放大量 有害气体 有害气体 2013 10 23 5 燃气燃烧时 环境提供燃气燃烧时 环境提供 空气量足以令可燃气体空气量足以令可燃气体 燃烧 只产生燃烧 只产生COCO2 2和和H H2 2O O 是最理想的燃烧工况 是最理想的燃烧工况 火焰呈透明的蓝色 火焰呈透明的蓝色 完全燃烧完全燃烧不完全燃烧不完全燃烧 燃气燃烧时 环境未能提供燃气燃烧时 环境未能提供 足够助燃空气令可燃气体燃足够助燃空气令可燃气体燃 烧 除产生烧 除产生COCO2 2和和H H2 2O O外 还外 还 产生产生COCO 国际煤联 国际煤联 IGU International Gas UnionIGU International Gas Union 燃气分类表 燃气分类表 分类分类华白数 华白数 MJ Nm3 典型燃气典型燃气 一类燃气一类燃气17 8 35 8人工燃气 烃人工燃气 烃 空气混合气空气混合气 二类燃气二类燃气35 8 53 7天然气天然气 L族族35 8 51 6 H族族51 6 53 7 三类燃气三类燃气71 5 87 2液化石油气液化石油气 城市燃气分类城市燃气分类 干 干 15 101 3 kPa 类别类别 华白指数华白指数W MJ m3燃烧势燃烧势 标准标准范围范围标准标准范围范围 人工煤气人工煤气 3R13 7112 62 14 6677 746 5 85 5 4R17 7816 38 19 03107 964 7 118 7 5R21 5719 81 23 1793 954 4 95 6 6R25 6923 85 27 95108 363 1 111 4 7R31 0028 57 33 12120 971 5 129 0 天然气天然气 3T13 2812 22 14 3522 021 0 50 6 4T17 1315 75 18 5424 924 0 57 3 6T23 3521 76 25 0118 517 3 42 7 10T41 5239 06 44 8433 031 0 34 3 12T50 7345 67 54 7840 336 3 69 3 液化石油气液化石油气 19Y76 8472 86 76 8448 248 2 49 4 20Y79 6472 86 87 5346 341 6 49 4 22Y87 5381 83 87 5341 641 6 44 9 我国我国 城镇燃气分类和基本特性城镇燃气分类和基本特性 GB T 13611 2006 按按燃气类别燃气类别和和燃烧特性指数燃烧特性指数 华白指数华白指数W和燃烧势和燃烧势CP 分类分类 家用燃气具家用燃气具 灶具分类灶具分类 人工燃气灶人工燃气灶 天然气灶天然气灶 液化石油气灶液化石油气灶 按气种类分 按气种类分 单眼灶单眼灶 双眼灶双眼灶 多眼灶多眼灶 按火眼数分 按火眼数分 台式灶台式灶 嵌入式灶嵌入式灶 台嵌两用式灶台嵌两用式灶 按安装方式分 按安装方式分 家用燃气具家用燃气具 热水器分类热水器分类 人工煤气型 人工煤气型 R 天然气型 天然气型 T 液化石油气型 液化石油气型 Y 按气种类分 按气种类分 燃气事故案例燃气事故案例 视界网视界网 2008年年10月月28日日重庆重庆 婆给孙洗澡婆给孙洗澡 时煤气中毒双亡时煤气中毒双亡 安全隐患不容忽视安全隐患不容忽视 事故原因 使用直排式热水器 洗澡时吸入事故原因 使用直排式热水器 洗澡时吸入 直排式热水器产生的一氧化碳 造成中毒 直排式热水器产生的一氧化碳 造成中毒 直排式热水器禁止使用 使用燃气必须保持直排式热水器禁止使用 使用燃气必须保持 通风 通风 2013 10 23 6 目目录录 1 1 燃气的分类及用途燃气的分类及用途 1 2 燃气的基本性质燃气的基本性质 1 3 城市燃气的质量要求城市燃气的质量要求 1 4 城市燃气的输配系统城市燃气的输配系统 一 燃气组成的表示方法一 燃气组成的表示方法 体积分数体积分数 yi 各组分的分体积在燃气总体积中的比例各组分的分体积在燃气总体积中的比例 分体积分体积 在一个混合气体体系中在一个混合气体体系中 在与混合气体温度在与混合气体温度 压力相同压力相同 的条件下的条件下 每种气体组分单独存在时具有的体积每种气体组分单独存在时具有的体积 分压分压 在一个混合气体体系中在一个混合气体体系中 在与混合气体温度在与混合气体温度 体积相同的体积相同的 条件下条件下 每种气体组分单独存在时具有的压力每种气体组分单独存在时具有的压力 摩尔分数摩尔分数 yi 各组分的摩尔数在燃气总摩尔数中的比例各组分的摩尔数在燃气总摩尔数中的比例 工程上有时近似地将燃气的体积分数等同于摩尔分数工程上有时近似地将燃气的体积分数等同于摩尔分数 摩尔摩尔 物质的质量单位 物质的质量单位 1摩尔某种纯物质的质量在数量上等于摩尔某种纯物质的质量在数量上等于 该物质的分子量 而质量的单位为克 该物质的分子量 而质量的单位为克 质量分数质量分数 各组分的质量在天然气总质量中的比例 各组分的质量在天然气总质量中的比例 2 2 2 2 燃气的基本性质燃气的基本性质 恒温热导池 取样气 管路 色谱柱 6 通阀 燃气组成测定方法燃气组成测定方法 普遍采用气相色谱法普遍采用气相色谱法 chromatogram chromatogram 微型热导率式探头微型热导率式探头 TCD TCD thermal conductivity detector 分析各组分含量分析各组分含量 采样点采样点 CH4 C2H6 C3H8 NC4H10 IC4H10 NC5H12 IC5H12 C6 CO2 水露点水露点 H2S 高热值高热值 轮南轮南 94 91 94 91 2 73 2 73 0 62 0 62 0 12 0 12 0 10 0 10 0 02 0 02 0 03 0 03 0 03 0 03 0 94 0 94 20 36 20 36 0 00 0 00 38 57 38 57 靖边靖边 97 24 97 24 0 20 0 20 0 50 0 50 0 09 0 09 0 08 0 08 0 02 0 02 0 03 0 03 0 03 0 03 0 55 0 55 20 12 20 12 0 39 0 39 36 95 36 95 上海上海 95 19 95 19 2 19 2 19 0 46 0 46 0 09 0 09 0 08 0 08 0 02 0 02 0 03 0 03 0 05 0 05 0 56 0 56 12 90 12 90 0 00 0 00 37 54 37 54 榆林榆林 94 2994 29 2 682 68 0 460 46 0 080 08 0 080 08 0 000 00 0 030 03 0 080 08 1 921 92 16 4016 40 2 212 21 37 5237 52 北京北京 94 53 94 53 2 40 2 40 0 41 0 41 0 07 0 07 0 06 0 06 0 03 0 03 0 01 0 01 0 05 0 05 2 05 2 05 18 90 18 90 0 00 0 00 37 36 37 36 思考思考 4 MMBtu折合国内气价 元人民币折合国内气价 元人民币 m3 1btu 1 055 kJ 1 6 2元人民币 元人民币 MM 106 取天然气的高热值取天然气的高热值37000 kJ m3 CO2 3 H2S 20mg Nm3 混合气体的平均分子量混合气体的平均分子量 视分子量视分子量 y1 y2 yn 各单一气体容积成分 各单一气体容积成分 M1 M2 Mn 各单一气体分子量各单一气体分子量 kg kmol 密度 密度 取决于温度与压力取决于温度与压力 在物理标准状态下 在物理标准状态下 M Vm 混合气体在物理标准状态下的密度混合气体在物理标准状态下的密度 kg m3 Vm 混合气体平均摩尔容积混合气体平均摩尔容积 m3 kmol nnM yMyMyM 2211 nmnmmm VyVyVyV 2211 二 平均分子量 密度与相对密度二 平均分子量 密度与相对密度 2013 10 23 7 nn yyy 2211 1 2 n 标准状态下各单一气体密度标准状态下各单一气体密度 kg m3 甲烷 在物理标准状态下密度为甲烷 在物理标准状态下密度为0 7143 kg m3 相对密度 相对密度 在相同的温度 压力条件下 天然气的密度与在相同的温度 压力条件下 天然气的密度与 干空气的密度之比称为天然气的相对密度 干空气的密度之比称为天然气的相对密度 对于非烃类气体含量很低的天然气 其相对密度大小反映了对于非烃类气体含量很低的天然气 其相对密度大小反映了 其中的重烃组分含量 其中的重烃组分含量 甲烷 甲烷 t 0 P 101325Pa 0 7143 1 2931 0 5524 气田天然气 气田天然气 0 58 0 62石油伴生气 石油伴生气 0 7 0 85 焦炉煤气 焦炉煤气 0 3 0 4气态液化石油气 气态液化石油气 1 5 2 0 湿燃气 湿燃气 含有水蒸气的燃气 含有水蒸气的燃气 危害 危害 1 析出的液态水与燃气中的某些组分形成固态水合物 析出的液态水与燃气中的某些组分形成固态水合物 从而堵塞管道或设备 从而堵塞管道或设备 2 析出的液态水会加剧管内壁的腐蚀 尤其是当燃气中 析出的液态水会加剧管内壁的腐蚀 尤其是当燃气中 含有硫化氢和二氧化碳时更为严重 含有硫化氢和二氧化碳时更为严重 3 如果析出的液态水太多 管道中可能会出现气液两相 如果析出的液态水太多 管道中可能会出现气液两相 段塞流 不允许出现 段塞流 不允许出现 4 水蒸气将使湿燃气的热值降低 水蒸气将使湿燃气的热值降低 含水量指标 含水量指标 含水量 绝对湿度 相对湿度 水露点 含水量 绝对湿度 相对湿度 水露点 含水量 含水量 在湿燃气中 在湿燃气中 标准标准单位体积干气所分摊到的水蒸气质单位体积干气所分摊到的水蒸气质 量称为含水量 单位量称为含水量 单位kg Nm3干燃气 干燃气 g Nm3干燃气或干燃气或mg Nm3干干 燃气 燃气 绝对湿度 绝对湿度 单位体积湿燃气所含水蒸气质量 单位体积湿燃气所含水蒸气质量 kg m3 g m3 mg m3 相对湿度 相对湿度 燃气的实际绝对湿度与同温度下其达到水蒸气燃气的实际绝对湿度与同温度下其达到水蒸气 饱和时的绝对湿度之比 饱和时的绝对湿度之比 水蒸气饱和状态水蒸气饱和状态 在燃气所处温度下 其中水蒸气分压刚在燃气所处温度下 其中水蒸气分压刚 好等于水在该温度下的饱和蒸气压 好等于水在该温度下的饱和蒸气压 水 露点 水 露点 在任一给定压力下 湿燃气中的水蒸气分压在任一给定压力下 湿燃气中的水蒸气分压 必然等于某一温度下水的饱和蒸气压 该温度称为湿天然必然等于某一温度下水的饱和蒸气压 该温度称为湿天然 气在给定压力下的 水 露点 通俗地讲 水露点是指燃气在给定压力下的 水 露点 通俗地讲 水露点是指燃 气在一定压力下析出液态水时的最高温度 气在一定压力下析出液态水时的最高温度 烃露点 烃露点 燃气在一定压力下析出液态烃时的最高温度 燃气在一定压力下析出液态烃时的最高温度 0 100 200 300 400 500 600 020406080100120140160 饱和蒸汽压饱和蒸汽压 kPa 温度温度 水的饱和蒸汽压曲线水的饱和蒸汽压曲线 湿燃气密度湿燃气密度 kg m kg m 3 3w w ii i wet i kyy d y y d d 水 蒸水 蒸 水 蒸水 蒸 气 气 水蒸气 1 1 i wet i kyy 水蒸气气 气 水蒸气 水蒸气 水蒸气 水蒸汽 kdd d d y d d 水 蒸水 蒸 水 蒸水 蒸 1 nn yyy 2211 干燃气 干燃气 C1C2 d 水蒸气含量 水蒸气含量 kg m3干燃气 干燃气 d d 833 0 833 0 干燃气密度干燃气密度 kg m3 0 8330 833 水蒸气密度 水蒸气密度 kg m3 水蒸气水蒸气 yyyy n w n www 2211 水蒸气 水蒸气 2211 kd kykyky nn d d dkkdk 水蒸气 水蒸气 d 水蒸气含量 水蒸气含量 kg m3干燃气 干燃气 2013 10 23 8 三 三 气体状态方程与混合气体定律气体状态方程与混合气体定律 l l 状态方程 状态方程 EOS Equation of State PVT方程方程 一 理想气体状态方程 一 理想气体状态方程 pvm RmT pv RT pVm mRmT pV nRT R Rm M Rm J kmol K R J kg K 二 真实气体状态方程 二 真实气体状态方程 带压缩因子的真实气体状态方程带压缩因子的真实气体状态方程 Compressibility factor Z Vactual Videal pV ZnRT 真实气体的真实气体的Z值不但取决于其化学组成 还取决于温度与压力 值不但取决于其化学组成 还取决于温度与压力 对只含有微量非烃类气体的非酸性天然气 只要知道其中各组对只含有微量非烃类气体的非酸性天然气 只要知道其中各组 分的比例 就可以利用分的比例 就可以利用Standing Katz 通用压缩因子图通用压缩因子图确定其在确定其在 不同温度与压力下的不同温度与压力下的Z 值 而对于酸性天然气 可以根据一定值 而对于酸性天然气 可以根据一定 的法则对通用压缩因子图确定的的法则对通用压缩因子图确定的Z 值进行修正 值进行修正 对比温度对比温度 Reduced temperature Tr T Tc 对比压力对比压力 Reduced pressure pr p pc 临界温度临界温度 Criticaltemperature 气体通过加压可以被液化的最高温度气体通过加压可以被液化的最高温度 甲烷 甲烷 82 临界压力临界压力 Critical pressure 甲烷 甲烷 4 641MPa 对应于临界温度的饱和蒸汽压 对应于临界温度的饱和蒸汽压 对应状态原理对应状态原理 Z f pr Tr Standing Katz 通用压缩因子图通用压缩因子图 适用于烃类气体适用于烃类气体 分析 分析 对应给定的对应给定的T Tr r 随着 随着P Pr r增大 增大 Z Z的变化趋势 为什么 的变化趋势 为什么 CH4 0 1 6 4 0 10 MPa 四 粘度四 粘度 流体的粘性 流体的粘性 在流体流动过程中在流体流动过程中 相邻两个流体层的速度是相邻两个流体层的速度是 不相同的不相同的 它们的分子之间会发生摩擦它们的分子之间会发生摩擦 称为内摩擦称为内摩擦 和交和交 换换 这种分子间的摩擦和交换将对流体流动产生阻碍作用这种分子间的摩擦和交换将对流体流动产生阻碍作用 流体的这种性质称为粘性流体的这种性质称为粘性 气体粘性的产生机理与液体不完全相同 气体粘性的产生机理与液体不完全相同 当两层气体之间有当两层气体之间有 相对运动时 气体分子间不仅因两层气体相对滑动而产生内相对运动时 气体分子间不仅因两层气体相对滑动而产生内 摩擦 而且由于气体分子的无序热运动 两层气体之间的分摩擦 而且由于气体分子的无序热运动 两层气体之间的分 子交换也会产生与内摩擦相同的效果 子交换也会产生与内摩擦相同的效果 l l 牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律 相邻流体层之间的剪切应力 相邻流体层之间的剪切应力 Pa du dy 相邻流体层接触面处的速度梯度相邻流体层接触面处的速度梯度 1 s 流体的 流体的动力粘度动力粘度 Pa S 天然气的动力粘度 天然气的动力粘度 10 5的数量级 的数量级 l l 运动粘度运动粘度 单位为单位为m2 s cm2 s 粘度是反映流体流动性好坏的数量指标 粘度是反映流体流动性好坏的数量指标 dy du 2013 10 23 9 气体的粘温性质气体的粘温性质 在气体压力不太高的情况下在气体压力不太高的情况下 气体粘度随温气体粘度随温 度升高而增大度升高而增大 随着压力升高随着压力升高 气体的性质逐渐接近液体气体的性质逐渐接近液体 而而 温度对气体粘度的影响也逐渐接近液体温度对气体粘度的影响也逐渐接近液体 当压力升高到一定限当压力升高到一定限 度时度时 温度升高将导致气体粘度降低温度升高将导致气体粘度降低 对于甲烷对于甲烷 这个界限压这个界限压 力大约为力大约为10MPa 压力对气体的粘度也有影响压力对气体的粘度也有影响 在相同温度下在相同温度下 压力越高压力越高 天然天然 气的粘度越大气的粘度越大 在输气管道工程中一般不考虑压力对气体粘度在输气管道工程中一般不考虑压力对气体粘度 的影响的影响 注意注意 在输气管道工程中一般不太关心气体的粘度在输气管道工程中一般不太关心气体的粘度 通常取通常取 1 09 10 5Pa S 天然气运动粘度 天然气运动粘度 15 10 6 m2 s人工煤气运动粘度 人工煤气运动粘度 25 10 6 m2 s 五 爆炸极限五 爆炸极限 1 1 概念概念 1 1 只含有可燃气体的混合气体只含有可燃气体的混合气体 2 2 混合气体爆炸极限的求解混合气体爆炸极限的求解 2 2 含有惰性气体的混合气体含有惰性气体的混合气体 3 3 含有氧气的混合气体含有氧气的混合气体 50 30 20 24 HCHCO 由可燃气体和空气组成混合气体遇明火引起爆炸时 由可燃气体和空气组成混合气体遇明火引起爆炸时 可燃气体可燃气体占占混合气体混合气体的百分比范围 的百分比范围 无空气基爆炸极限和整体爆炸极限无空气基爆炸极限和整体爆炸极限 n ii i L y L 1 1 限 各组分的爆炸上 下 占的体积分数 各组分在混合气体中所 限 混合气体的爆炸上 下 i i L y L 1 只含有可燃气体的混合气体只含有可燃气体的混合气体 i i i i L y L y L 1 2 H y 4 CH y CO y 62H C y 2 CO y 2 N y 100 222462 HNCOCOHCHC yyyyyy 24 24 22 22 62 62 1 NCH NCH HCO HCO CO CO HC HC L yy L yy L y L y L 一种惰性气体和一种可燃气体混合后的爆炸极限可以查表一种惰性气体和一种可燃气体混合后的爆炸极限可以查表 2 含有惰性气体的混合气体含有惰性气体的混合气体 组合法组合法 N N c N N c y1 y L100 y1 y 1100 LL 不含惰性气体的燃气的爆炸极限 不含惰性气体的燃气的爆炸极限 惰性气体的体积分数惰性气体的体积分数 2 含有惰性气体的混合气体含有惰性气体的混合气体 公式修正法公式修正法 2 N 2 O 4 CH 62H C CO 42H C 无空气基爆炸极限无空气基爆炸极限 3 含有氧气的混合气体含有氧气的混合气体 2013 10 23 10 4 4 62 62 2 2 22 22 1 CH CH HC HC COCO COCO NH NH L y L y L yy L yy L 5819620402百分比百分比 名称名称 2 O 2 N 2 H 2 COCO 62H C 4 CH 48 3252 740 21 79 2401 48 9052 721002 V扣除空气后剩余体积 5 538 84216 6322 135 9百分比百分比 名称名称 2 N 2 H 2 COCO 62H C 4 CH a i ra i r n An A T T y y1 1 L L 整体爆炸极限 L整体爆炸极限 L 目目录录 1 1 燃气的分类及用途燃气的分类及用途 1 2 燃气的基本性质燃气的基本性质 1 3 城市燃气的质量要求城市燃气的质量要求 1 4 城市燃气的输配系统城市燃气的输配系统 第三节第三节城市燃气的质量要求城市燃气的质量要求 人工燃气的主要杂质及质量要求人工燃气的主要杂质及质量要求 天然气的技术指标天然气的技术指标 液化石油气的技术指标液化石油气的技术指标 城市燃气的加臭城市燃气的加臭 低热值应大于低热值应大于14 7 MJ Nm3 焦油和灰尘 堵塞管道和用气设备焦油和灰尘 堵塞管道和用气设备 低压城市燃气 压力低压城市燃气 压力P可允许不参加计