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燃气基础知识 1燃气概述 1 1燃气的含义 燃气是气体燃料的总称 是有多种气体所组成的混合气体 它能燃烧而放出热量 由于生产燃气所用的原料及生产工艺不同 各种燃气的组成也不相同 它主要由低级烃 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 乙烯 丙烯 丁烯 氢气和一氧化碳等可燃组分 以及氨 硫化物 水蒸气 焦油 萘和灰尘等杂质所组成 供城市居民和工业企业使用 1 2燃气分类 按燃气的起源或其生产方式分类 大体上可分为天然气和人工燃气两大类 而人工燃气中的液化石油气和生物气 与人工煤气在生产和输配方式上有较大不同 因此习惯上将燃气分为四类 天然气 人工煤气 液化石油气和生物气 目前 作为国内城市燃气的主要是 天然气 人工煤气 液化石油气 我们公司现在经营的就是液化石油气 LPG 2液化石油气知识 2 1液化石油气的定义 液化石油气是一种低碳数的烃类混合物 它在常温常压下 20 100kPa 呈气体状态 只有在增高压力或降低温度的条件下 才变成液体 故称为液化石油气 所以存储液化石油气的方式有两种 一是高压 压力储罐 钢瓶 槽车就是高压方式 一种是低温 冷冻大船 低温罐就是属于这种方式 其英文缩写 LPG 它由多种烃类气液组成的混合物 其主要成分是含有三个碳原子或四个碳原子的碳氢化合物 即 丙烷 正丁烷 异丁烷 丙烯 1 丁烯 顺式 2 丁烯 反式 2 丁烯和异丁烯八种重碳化合物 行业习惯上俗称碳三和碳四 另外还有少量的甲烷 乙烷 戊烷 乙烯和戊烯 俗称碳一 碳二 和碳五以及微量的硫化物 水蒸气等非烃化合物 丙烷分子结构图 相对分子量 44 097分子表达式 C3H8 正丁烷分子结构图 相对分子量 58 124分子表达式 n C4H10 异丁烷分子结构图 相对分子量 58 124分子表达式 i C4H10 丙烯分子结构图 相对分子量 42 081分子表达式 C3H6 1 丁烯分子结构图 相对分子量 56 108分子表达式 C4H8 顺式2 丁烯分子结构图 相对分子量 56 108分子表达式 C4H8 反式2 丁烯分子结构图 相对分子量 56 108分子表达式 C4H8 异丁烯分子结构图 相对分子量 56 108分子表达式 C4H8 2 2液化石油气的来源 一 由炼油厂石油气中获取炼油厂石油气是在石油炼制和加工过程中所产生的副产气体 其数量取决于炼油厂的生产方式和加工深度 一般约为原油质量的1 4 左右 根据炼油厂的生产工艺 可分为蒸馏气 热裂化气 催化裂化气 催化重整气和焦化气等5种 用这5种方法提炼出来的气体中会含有C1 C5组分 再利用分离吸收装置将其中的C3 C4组分分离提炼出来 就获得液化石油气 目前 从炼油厂催化裂化气中回收液化石油气是国内民用液化石油气的主要来源 2 2液化石油气的来源 二 由油田伴生气中获取在石油开采过程中 石油和油田伴生气同时喷出 利用装设在油井上面的油气分离装置 将石油与油田伴生气分离 油田伴生气中含有5 左右的丙烷 丁烷组分 再利用吸收法把它们提取出来 可得到丙烷纯度很高而含硫量很低的高质量液化石油气 欧 美等国家供应的液化石油气 多数属于这种 2 2液化石油气的来源 2 2液化石油气的来源 三 由天然气中获取天然气分为干气和湿气两种 湿气中的甲烷含量在90 以下 乙烷 丙烷 丁烷等烷烃含量在10 以上 若将湿气中的丙烷 丁烷等组分分离出来 就得到所需的液化石油气 据有关资料介绍 我国天然气产量由 1949年的0 1亿立方米 上升到2002年的316亿立方米 居世界第6位 已成为世界石油天然气消费大国 预计到2020年 天然气在一次能源消费中 所占比例将由目前的2 7 增长到10 以上 2 2液化石油气的来源 此外 还可在燃料加氢和半焦化制取人造石油的工厂中获取液化石油气 从水煤气生产合成汽油的工厂中 也能回收液化石油气 液化石油气的质量与其来源和提取方法有关 一般从油田伴生气中获取的液化石油气的质量优于从炼油厂石油气中获取的液化石油气 为何进口气质量较好 就是由于其主要为油田伴生气 2 3液化石油气的利用 随着石油化学工业的发展 液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料 已愈来愈受到人们的重视 在化工生产方面 液化石油气经过分离得到乙烯 丙烯 丁烯 丁二烯等 用来生产合成塑料 合成橡胶 合成纤维及生产医药 炸药 染料等产品 用液化石油气作燃料 由于其热值高 无烟尘 无炭渣 操作使用方便 已广泛地进入人们的生活领域 此外 液化石油气还用于切割金属 用于农产品的烘烤和工业窑炉的焙烧等 2 3液化石油气的利用 一 用于有色金属冶炼有色金属冶炼中要求燃料热质稳定 无燃炉产物 无污染 而液化石油气都具备了这些条件 液化石油气被加热气化后 可以方便地引入冶炼炉燃烧 山东金升有色金属集团公司已将液化石油气成功地用于德国克虏伯熔炼炉的铜冶炼工艺 代替了原煤气燃烧工艺 减少了硫 磷等杂质的危害 提高了铜材质量 2 3液化石油气的利用 二 窑炉焙烧我国的各种工业窑炉和加热炉历来以烧煤为主 这不仅造成能源的浪费 排出的烟气也严重污染着环境 适应改变这一现象 许多工业窑炉和加热炉改用液化石油气作燃料 如用液化石油气来烧制瓷砖 用液化石油气烘焙轧制薄板等 既减少了对空气的污染 又大大提高了产品的烧制质量 2 3液化石油气的利用 三 作汽车燃料据2000年我国城市环境状况公告显示 监测的338个城市中 超过国家大气质量二级标准的城市占到63 5 其中超过三级的有112个 我国大气污染已由工业废物 煤烟气型向光化学烟雾型转变 大城市中汽车排放尾气成为大气的主要污染源之一 我国各大中城市相继建起了汽车加气站 用液化石油气替代汽油作汽车燃料 这一燃料品种的改变 极大地净化了城市空气质量 也是液化石油气利用的又一大发展方向 2 3液化石油气的利用 四 居民生活燃用居民生活燃用的液化石油气主要有管道输送和瓶装供给两种方式 管道输送方式主要集中在大中城市进行 通过管道直接输送到居民家中使用 瓶装供给是通过一个密封钢瓶将液化石油气由储配站分配到各家各户 作为家庭灶具的供气源 在民用液化石油气中 以瓶装供给方式的范围最大 用户最多 2 4液化石油气的状态参数 液化石油气所处的状态 是通过压力 温度和体积等物理量来反映的 这些物理量之间彼此有一定的内在联系 称为状态参数 船舱 储罐的计量亦也是通过此三个参数得出的 2 4 1压力的基本概念 压力是一物体垂直均匀地作用于另一物体壁面面积上力的量度 测量压力有两种标准方法 一种是以压力等于零作为测量起点 称为绝对压力 用符号 P绝 表示 另一种是以当时当地的大气压力作为测量起点 也就是压力表测量出来的数值 称为表压力 或称相对压力 用符号 P表 表示 液化石油气储罐工艺所讲的压力都是指表压力 绝对压力与表压力之间的关系为 绝对压力 表压力 当时当地大气压力 压力的单位我国现行的法定压力计量单位是国际单位制导出的压力单位 即 帕斯卡 Pa 1Pa 1N M2 由于帕斯卡的单位太小 如 一粒西瓜子平放时对桌面的压力约为20Pa 在实际中常使用兆帕斯卡 Mpa 千帕斯卡 Kpa 其关系为 1Mpa 103Kpa 106Pa其他常用的单位有 Psi bar kg cm2 公斤 其关系为 1psi 6 895kPa 0 06895bar1bar 0 1MPa 100KPa 1 0197kg cm2 公斤 由于单位相差都很小 所以在实际使用在 一般都按以下计算 1bar 1标准大气压 1kg cm2 公斤 100KPa 0 1MPa 2 4 1压力的基本概念 2 4 2温度的基本概念 温度是物质分子进行热运动的宏观表现 它是对物体冷热程度的量度 测量温度的标尺称为温标 温标的规定是选取某物质两个恒定的温度为基准点 在此两点之间加以等分 来确定温度单位尺度 称为度 由于对两个基准点之间所作的等分不同 因此出现了不同的温度单位 常用的有以下几种 摄氏温标 摄氏度温标又称百度温标 是瑞典人摄尔休斯最先提出的 华氏温标 0F 华氏温标是德国人华伦海特最早提出的 开氏温标 K 开氏温度又称绝对温度 是英国人开尔文最先提出的 2 4 3体积的基本概念 体积是指一定数量的物质占据空间位置的大小 由于气体总是要充满所盛装的容器 所以气体的体积由盛装容器的容积来决定 常用的体积单位是M3 立方米 和L 升 1M3 1000L 2 5液化石油气的物理特性 1密度密度是指单位体积的某种物质所具有的质量 其单位是以KG M3表示 由于液化石油气的生产 储存和使用中经常呈现气态和液态两种状态 因此 液化石油气的密度就有气体的密度和液体的密度两种之分 1 气体密度 单位是kg m3 它随着温度和压力的不同而发生变化 在压力不变的情况下 气态物质的密度随温度的升高而减少 2 液体密度 单位是kg m3 它的密度受温度影响较大 温度上升密度变小 同时体积膨胀 液化石油气液态的密度随温度升高而减少 2 5液化石油气的物理特性 3 气态相对密度 由于在液化石油气的生产 储存和使用中 同时存在气态和液态两种状态 所以应该了解它的液态相对密度和气态的相对密度 液化石油气的气态相对密度 是指在同一温度和同一压力的条件下 同体积的液化石油气气体与空气的质量比 求液化石油气气体各组分相对密度的简便方法 是用各组分的相对分子质量与空气平均相对分子质量之比求得 2 5液化石油气的物理特性 液化石油气气态的相对密度见表下表 名称分子式相对分子量相对密度丙烷C3H8441 517丁烷C4H10582丙稀C3H6421 448丁稀C4H8561 931戊稀C5H13722 483从表中可以看出液化石油气气态比空气重1 5 2 5倍 这就告诉我们 1 为什么厨房不应过于狭窄 通风换气要良好 2 液化石油气储存场所为什么不应留有井 坑 穴等 对设计的水沟 水井 管沟必须密封 3 储罐为什么要用水封井 4 储罐为什么要建有1m高的防火墙 2 5液化石油气的物理特性 4 液化石油气的液态相对密度 指在规定温度下液体的密度与规定温度下水的密度的比值 它一般以20 或15 时的密度与4 或15 时纯水密度的比值来表示 液化石油气的液态相对密度 随着温度的上升而变小 见下表 温度 丙稀丙烷正丁烷异丁烷1 丁稀 200 5730 5440 6210 6030 641 100 5590 5410 6110 5920 6300 5450 5280 6010 5810 619100 530 5140 590 5690 607200 5130 50 5780 5570 595 2 5液化石油气的物理特性 从表中可看出 在常温下 20 左右 液化石油气液态各组分的相对密度约为0 5 0 59之间 接近为水的一半 当液化石油气中含有水分时 水分就沉积在容器的底部 并随着液化石油气一起输送到用户 这样 既增加了用户的经济负担 又会引起容器底部腐蚀 缩短容器的使用期限 因此 液化石油气中的水分要经常从储罐底部的排污阀放出 2 5液化石油气的物理特性 5 体积膨胀系数 绝大多数物质都具有热胀冷缩的性质 液化石油气也不例外 受热会膨胀 温度越高 膨胀越厉害 膨胀的程度是用体积膨胀系数来表示的 所谓体积膨胀系数 就是指温度每升高1 液体增加的体积与原来的体积的比值 液化石油气受热会膨胀 温度越高 膨胀越厉害 液化石油气液体的体积膨胀系数比水大十几倍 且随温度的升高而增大 这就告诉我们 液化石油气在充装作业中必须限制充装 LPG钢瓶不能用火烤 不能暴晒 不能用开水浇泡 6 饱和蒸汽压 自然界中的物质所呈现的聚集状态 有气态 液态和固态三种 其中任何一种状态只能在一定的条件下 温度 压力 存在 当条件发生变化时 物质分子间的相互位置就要发生相应的变化 即表现为聚集状态的改变 物质的聚集状态在热力学上称为相 如液态称为液相 气态称为气相 在密封容器中 气相和液相达到动态平衡时的状态称为饱和状态 在饱和状态下 液体和其蒸气处于平衡共存状态 也就是说液相蒸发成气体的速度和气相凝结成液体的速度相等 此时气体中分子数不再增加 液体中分子数不再减少 饱和状态时的液体称为饱和液体 饱和状态时的蒸气称为饱和蒸气 饱和蒸气所显示出来的压力称为饱和蒸气压 2 6液化石油气的物理特性 2 6液化石油气的物理特性 在不同温度下液化石油气各种组分的饱和蒸气压见下表 温度 丙烷丙稀正丁烷异丁烷1 丁稀顺式 2 丁稀反式 2 丁稀异丁稀 200 2320 3020 0450 0690 0560 062 150 5230 3550 0550 0860 0690 0450 0510 072 100 3320 4150 0670 1050 0840 0560 0640 087 50 3910 4860 0820 1260 1030 070 0770 10600 4570 5640 10 150 1250 0850 0950 12850 5330 5620 1210 1790 1490 1030 1150 152100 6170 750 1430 2110 1790 1240 1370 181150 7110 8570 1710 2470 2110 1480 1630 213200 8170 9730 2010 2880 2470 1760 1930 256250 9331 110 2350 3350 2890 2070 2270 291301 061 260 2750 3870 3360 2420 2650 338351 21 420 3180 4330 3880 2820 3070 391401 361 590 3670 5030 4470 3270 3350 449451 521 780 4210 5790 5120 3760 4080 514501 711 990 4810 6560 5830 4310 4660 587 由表中可以看出 液化石油气的蒸气压是随温度而变化的 温度升高 蒸气压增大 另外液化石油气的蒸气压和组分有关 随着碳原子数的增加 蒸气压则减小 对于液化石油气来说 常温下 容器内部液化石油气的压力总比外界大气压力大得多 所以 液化石油气一定要在密闭的 具有足够强度的容器中储存 2 6液化石油气的物理特性 2 6液化石油气的物理特性 7 沸点和露点 沸点在一定的压力下 液体表面不断蒸发变为气体的过程称为汽化 随着液体温度逐渐升高 汽化速度不断加快 当温度达到某一定值时 则不仅液体表面 而且内部也同时进行剧烈的汽化 这种液体内出现上下翻滚的汽化现象称为沸腾 液体在103 3kPa下达到沸腾时的温度称为沸点 液体在沸腾过程中 由外界吸收的热量全部用于汽化 因而温度停留在沸点不再升高 直至液体全部变成气体为止 1 分子中碳原子数越多 沸点越高 如 丙烷的沸点为 42 1 正丁烷的沸点则为 0 5 2 当碳原子数相同时 多数烷烃的沸点比烯烃的沸点高 如 丙烷的沸点为 42 1 则丙烯的沸点为 47 3 正构物的沸点比异构物的沸点高 如 正丁烷的沸点为 0 5 则异丁烷的沸点为 11 7 4 沸点越低的烃越难于液化 如果要液化它需要低的温度或者更高的压力 5 沸点越低的烃越容易汽化 如 丙烷在常温下呈气态 即使在严冷的冬季也很容易汽化 6 压力增大 沸点也升高 如 丙烷在常压下沸点为 42 1 而当压力增至0 8Mpa时 沸点相应提高到20 2 6液化石油气的物理特性 露点是指气态液化石油气加压或冷却时 使之液化成液滴的温度 液化石油气各组分的露点实际上是各组分液体在饱和蒸气压力下所对应的饱和温度 也是各组分液体在饱和蒸气压力下的沸点露点是相对蒸气而言 沸点是相对液体而言的 两者在数值上相等 2 6液化石油气的物理特性 2 6液化石油气的物理特性 8 汽化潜热 液态变成气态时 需要吸收热量 气态变成液态时将放出热量 这些热量只用来改变物质的状态 发生相变 而温度不发生变化 因此 称之为潜热 汽化潜热就是在一定温度下 一定数量的液体变为同温度的气体所吸收的热量 由于液化石油气的汽化潜热比较大 因此在生产 储存 灌装 使用中要严禁使液态的石油气直接接触人体 以免皮肤被吸收大量的热量 而造成严重冻伤 管道结冰等现象都是有此引起的 1LPG燃烧原理可燃气体只要达到其本身氧化条件所需的热量便能迅速燃烧 在极短的时间内全部烧光 这是因为气体扩散能力强 分子之间距离大 容易与空气混合 造成了充分燃烧的条件 液化石油气中的所有组分 在常温常压下均为气态 在空间传播迅速 所以非常容易燃烧 甚至能形成爆炸 可燃液体的燃烧不是液体本身的燃烧 而是液体蒸发汽化与助燃物 空气中的氧 在火源作用下的燃烧 而燃烧又加速了液体汽化 使燃烧得以扩展 由于液体燃烧在火源 升温 汽化等过程的准备阶段需消耗时间和热量 因此 液体燃烧要比同种气体物质完全燃烧过程所需的热量多 时间长 2 7液化石油气的燃烧和爆炸 由于液化石油气中碳三 碳四组分的沸点都很低 虽然泄露出来为液体 但其汽化却十分迅速 燃烧和爆炸的危险性同样很大 如果可燃物是简单固体物质 如硫 磷等 受热时首先熔化 然后蒸发燃烧 没有分解过程 若是复杂物质 燃烧后气态产物和液态产物的蒸气着火燃烧 因此 固体燃烧相对于液体 气体较为困难 燃烧速度较为缓慢 2 7液化石油气的燃烧和爆炸 2闪点与闪燃各种液体的表面都有一定量的蒸气存在 蒸气的浓度取决于该液体的温度 可燃液体表面的蒸气与空气混合 形成了混合可燃气体 遇火源即发生燃烧 挥发性混合气体遇火源能够燃烧的最低温度称为闪点 在闪点时可燃液体的蒸发速度很慢 所产生的蒸气量仅能维持极短时间的燃烧 而新蒸气来不及补充 只是瞬间出现蓝色火花 不能引起连续燃烧 这种现象就叫闪燃 2 7液化石油气的燃烧和爆炸 2 7液化石油气的燃烧和爆炸 不同的可燃液体有不同的闪点 闪点越低 发生火灾的危险程度就越大 液化石油气的闪点是非常低的 液体在闪点温度以上时 因液体蒸发速度快 混合气体中可燃气体的数量增加 能够维持连续稳定的燃烧 因此 闪燃是液体发生火险的信号 是着火的前奏 闪点是评定可燃液体火灾危险的主要指标 2 7液化石油气的燃烧和爆炸 3热值热值又称发热量 是指单位质量或单位体积的可燃物质 在完全烧尽时生成最简单最稳定的化合物时所释放的热量 单位为Kj m3或Kj kg 热值可分为高热值和低热值 高热值包含燃烧反应后所产生的水蒸气冷凝成水时所放出的热量 若不计算这部分热量 则为低热值 因此 高热值要比低热值大 液化石油气各组分的高热值和低热值见下表 从表中可以看出 液化石油气的热值很高 2 7液化石油气的燃烧和爆炸 组分高热值低热值 104Kj kg 104Kj m3 104Kj kg 104Kj m3乙烷5 196 974 756 38丙烷5 0410 124 649 31丙稀9 368 76丁烷4 9513 384 5812 35丁稀12 5711 76戊烷16 9215 66一氧化碳1 331 33 2 7液化石油气的燃烧和爆炸 4液化石油气爆炸物质自一种状态骤然转变成另一种状态 并在瞬间释放出大量的能量 同时产生巨大声响的现象称为爆炸 爆炸可分为物理性爆炸和化学性爆炸两种 液化石油气的爆炸极限 可燃气体与空气的混合物遇到火源能够发生爆炸燃烧的浓度范围称为爆炸浓度极限 爆炸燃烧的最低浓度称爆炸浓度下限 最高浓度称爆炸浓度上限 爆炸极限一般可用可燃气体在混合物中的体积百分数来表示 液化石油气各组分的爆炸极限见下表 名称爆炸下限 爆炸上限 丙烷2 379 5丙稀211 1丁烷1 868 41丁稀1 79液化石油气1 59 5汽油1 77 2 2 7液化石油气的燃烧和爆炸 可燃物质在空气中的浓度低于爆炸浓度下限时 由于可燃物质量不足 空气过剩 不发生爆炸燃烧 当可燃物质在空气中浓度高于爆炸上限时 可燃物质过剩 空气不足 也不发生爆炸 但是 若可燃物质的浓度高于爆炸上限 无论以什么方式或原因补充空气 则又进入爆炸范围 隐藏有爆炸燃烧的潜在危险 2 确定爆炸浓度极限的使用意义 评定气体或液体蒸气的火灾危险性大小 可燃气体或液体蒸气的爆炸下限越低 爆炸范围越大 则火灾危险性愈大 例如 汽油的爆炸极限为1 7 7 2 液化石油气爆炸极限为1 5 9 5 氨气的爆炸极限为15 27 火灾危险性的顺序则为 液化石油气 汽油1 氨气 是划分可燃气体等级的依据 爆炸浓度下限低于10 的可燃气体属于一级可燃气体 爆炸浓度下限高于10 的可燃气体属于二级可燃气体 如液化石油气属一级可燃气体 氨气属二级可燃气体 是评定气体生产 储存 火灾危险性类别 选择电气设备的依据 2 8液化石油气质量标准 1国标 GB11174 2011 2 8液化石油气质量标准 2 车用液化石油气 GB19159 2003范围本标准规定了车用液化石油气的要求 试验方法 储存 标志 运输 安全及健康要求 本标准适用于车用液化石油气燃料 产品分类及牌号根据丙 丁烷组分含量的不同 车用液体石油气分为以下三个牌号产品 a 1号产品 可在环境温度 20 以上条件下使用 b 2号产品 可在环境温度高于 10 以上条件下使用 c 3号产品 可在环境温度高于0 以上条件下使用 2 8液化石油气质量标准 3进口气标准 SN T2490 2010范围本标准规定了进出口液化石油气的技术要求和质量评价方法 本标准适用于作为民用 工业及车用燃料的进出口液化石油气 3天然气知识 天然气定义 天然气 是一种多组分的混合气态化石燃料 主要成分是烷烃 其中甲烷占绝大多数 另有少量的乙烷 丙烷和丁烷 它主要存在于油田 气田 煤层和页岩层 天然气燃烧后无废渣 废水产生 相较煤炭 石油等能源有使用安全 热值高 洁净等优势 天然气又可分为伴生气和非伴生气两种 伴随原油共生 与原油同时被采出的油田气叫伴生气 非伴生气包括纯气田天然气和凝析气田天然气两种 在地层中都以气态存在 标准状态下 沸点 161 52 天然气密度一般为0 68 0 75Kg m3 相对干空气的相对密度为0 55 0 62 介于其特性 在实际使用中又分为 液化天然气和压缩天然气 天然气在常压下 冷却至约 162 时 则由气态变成液态 称为液化天然气 英文LiquefiedNaturalGas 简称LNG LNG的主要成分为主要成分是甲烷 90 以上 乙烷 氮气 0 5 1 及少量C3 C5烷烃的低温液体等 其体积约为同量气态天然气体积的1 600 LNG的重量