1.绪论及第一章PPT课件.ppt

燃气输配及燃气工程施工 1 参考书目 燃气供应 詹淑慧主编中国建筑工业出版社 城镇燃气设计规范 GB50028 2006 建设部 城镇燃气技术规范 GB50494 2009 住建部 城镇燃气输配工程施工及验收规范 CJJ33 2005 建设部 城镇燃气设施运行 维护和抢修安全技术规程 CJJ51 2006 建设部 城镇燃气室内工程施工与质量验收规范 CJJ94 2009 住建部 城镇燃气管理条例 中华人民共和国国务院令 第583号 2 绪论能源与燃气 一 能源概述能源是人类社会和经济发展的基本条件之一能源是指能够转换为机械能 热能 电磁能 化学能等各种能量的资源 任何形式的能量既不能创造 也不能消灭 只能从一种形式转变为另一种形式 能源发展的三个阶段1 人类首先经历了以薪柴为主的时代 2 18世纪60年代从英国开始的产业革命 世界能源结构发生了第一次大的转变 即从薪柴转向以煤炭为主 3 从20世纪20年代开始 世界能源结构发生了第二次大的转变 即从煤炭转向以石油和天然气为主 3 能源的分类 4 我国能源特点我国能源资源储量比较丰富 但资源质量及资源勘探程度不很高 主要表现为 煤炭资源储量比较丰富 石油 天然气等优质能源探明储量有限 加之我国人口众多 人均能源占有量相对比较低 在过去的几十年里 终端能源消费结构中 煤炭一直占据主导地位 以煤为主的传统工业投资大 环保问题突出 我国常规能源的合理利用方面的主要问题是缺乏严格的 科学的能源管理 能量利用率比较低 能源消费系数比较高 5 6 7 二 燃气概述 燃气可以作为燃料的气体 它通常是以可燃气体为主要成分的 多组分的混合气体 使用燃气的优势可以改善能源结构 减轻大气污染 保护生态环境 减少固体燃料及废渣的堆放和运输量 使用燃气可改善居民生活条件 缩短家务劳动时间 在某些工业生产中使用燃气 可以明显提高产品的产量及质量 提高生产过程的自动化程度和劳动生产率 进而取得良好的经济效益 由于气体燃料洁净度高 燃烧稳定 完全 火焰容易控制 因此 在使用过程中有电 热和其它燃料无法替代的优势 总之 发展燃气 可以明显地取得节能效益 环保效益和服务效益 8 燃气行业的发展历程第一阶段 20世纪80年代以前 在国家钢铁工业大发展的带动下和国家节能资金的支持下 全国建成了一批利用焦炉余气以及各种煤制气的城市燃气利用工程 许多城市建设了管网等燃气设施 在这一阶段 以发展煤制气为主 取得了普及用户 增加燃气供应量的成绩 第二阶段 20世纪80年代至90年代前期 液化石油气和天然气得到了很快的发展 形成了煤制气 液化石油气和天然气等多种气源并存的格局 同时出现了国内现有资源难以满足城市发展和经济建设需求的情况 由于国家准许液化石油气进口并逐步取消了配额限制 广东等沿海较发达 但能源缺乏的地区首先使用了进口液化石油气 第三阶段 20世纪90年代后期 随着天然气的勘探 开发 以陕甘宁天然气进北京为代表的天然气供应拉开了序幕 我国城镇天然气的应用进入前所未有的发展阶段 特别是西气东输工程的实施 标志着我国城镇燃气的天然气时代已经来临 同时 液化石油气小区管道供应方式的广泛应用 也为液化石油气扩展了应用领域 9 我国城镇燃气事业需要解决的问题城镇燃气的气化率在发达地区比较高 不发达地区比较低 许多地方的燃气管道及设施才刚刚开始建设 天然气等优质燃料与清洁能源在整个能源消费结构中所占比例还很低 由于燃气气源供应的不足 也影响了燃气应用技术的发展 10 我国天然气利用的总体规划建设部制定的 建设事业 十五 计划纲要 中提出 十五 期间要继续增强对城镇基础设施建设的投入 使城镇人居环境质量得到明显改善 其中 在城市市区人口中 燃气的普及率要达到92 在2010年前实施 1 西气东输2 俄气南供3 液化天然气进口4 近海天然气利用5 煤层气开发利用 11 第一章燃气气源概论 燃气是易燃 易爆的混合气体 有些燃气还具有毒性 燃气中可燃成分有氢气 一氧化碳 主要毒物 甲烷及碳氢化合物 烃类 等 不可燃成分有二氧化碳 氮气等惰性气体 部分燃气还含有氧气 水及少量杂质 第一节燃气的种类一 天然气 NG NG 主要组分为甲烷 CH4 CNG 压缩到压力为10MPa 25MPa的气态天然气LNG 液化天然气的设计温度为 168 在城镇天然气交接点的压力和温度条件下 天然气中不应含有固态 液态或胶质物质 且其烃露点应比最低环境温度低5 0 12 二 人工燃气 MG 1 干馏煤气高温 900 1100 中温 660 800 高温 500 580 2 气化煤气发生炉煤气 水煤气 压力气化煤3 油制气热裂解 催化裂解 13 三 液化石油气 LPG C3C4根据来源分为 天然石油气 炼厂石油气LPG的特点液化石油气在常温常压下呈气态 但升高压力或降低温度就可以转为液态 液化石油气从气态转为液态 体积约缩小250 300倍 液态的液化石油气便于运输 储存和分配 液化石油气的热值高 低热值约为48 1MJ Kg 液态 或87 8 108 7MJ m3 气态 气态液化石油气比空气重 约为空气的1 5倍 易燃易爆 气化需要吸收大量的热量 14 四 其他燃气煤层气与矿井气CH430 55 N230 55 天然气水合物 可燃冰 生物气 人工沼气 15 第二节燃气的基本性质燃气的组成 1 表示方法容积成分yi质量成分gi分子成分xi 2 平均分子量 3 平均密度和相对密度 4 临界参数 16 例题 一输气管道 管道内径d1 200mm 管道内平均流速为w1 3m s 试求该管道中气体的体积流量 若流量不变 管道内径为d2 300mm 则管道内气体的平均流速是多少 17 5 气体状态方程理想气体状态方程pV mRT M nRTP 压强V 体积m 质量R 气体常量T 绝对温度M 摩尔质量n 物质的量 18 例题 某燃气管道温度为20 时用压力表测得压力为1 2MPa 求温度为10 时压力表的读数是多少 标准状态大气压按105Pa 温度按273K计 19 实际气体状态方程p ZRTp 压强和绝对温度T 气体的比容式中Z 压缩因子R 气体常量T 绝对温度 20 例题 有一内径为700mm 长为125km的天然气管道 当天然气的平均压力为3 04MPa 天然气的温度为278k 求管道中的天然气在标准状态下 101325Pa 273 15K 的体积 已知压缩因子Z 0 94 解 标准状态下管道中天然气体积 天然气管道本身体积 V 0 785 0 72 125000 48081m3标准状态下管道中天然气体积为若按理想气体计算 体积为1416487m3 比实际少6 m3 21 气体常数 R为气体常数 单位J kg K 与气体所处的状态无关 随气体的种类不同而异 通用气体常数不仅与气体状态无关 与气体的种类也无关 气体常数之所以随气体种类不同而不同 是因为在同温 同压下 不同气体的比容是不同的 如果单位物量不用质量而用摩尔 则由阿伏伽德罗定律可知 在同温 同压下不同气体的摩尔体积是相同的 因此得到通用气体常数R0表示的状态方程式 22 气体常数与通用气体常数的关系 混合气体的折合气体常数 相对容积成分 标准状态下的密度 23 例 混合气体的质量成分为空气g1 95 燃气g2 5 已知空气的气体常数R1 287J kg k 燃气的气体常数R1 400J kg k 试求混合气体的气体常数 容积成分和标准状态下的密度 解 24 6 粘度 动力粘度运动粘度 7 饱和蒸汽压和相平衡常数 8 沸点和露点 9 体积膨胀V2 V1 1 t2 t1 V1 液体温度为t1时的体积 m3V2 液体温度为t2时的体积 m3 该液体在t1至t2温度范围内的体积膨胀系数平均值钢瓶的容积充满度k V1 V2 25 例 当灌装温度为20 时 灌装液态液化石油气10kg的钢瓶 其最大灌装容积和容积充满度K各是多少 钢瓶的几何容积至少应多大 已知 根据规范 液化石油气的灌装应保证 其中 最大设计允许灌装质量 kg 40 时液态液化石油气密度 kg m3 钢瓶的几何容积 m3 40 时液态液化石油气的密度 0 5kg L 10 40 范围内液体的平均容积膨胀系数为 0 0034 26 10 气化潜热和凝结热 11 热值 高热值低热值 12 着火温度 13 爆炸极限 27 某燃气成分CH4 95 C2H4 5 求该燃气爆炸下限 单一组分的爆炸下限CH4 5 0 C2H4 2 7 28 29 某人工燃气成分CH4 5 C2H4 2 CO 30 H2 15 O2 3 N2 44 CO2 1 求该燃气爆炸下限 单一组分的爆炸下限CH4 5 0 C2H4 2 7 CO 12 5 H2 4 0 30 第三节城镇燃气的质量要求一 气源选择依据气源资源城镇条件我国燃气发展方针优先发展天然气 扩大液化石油气供应 慎重发展人工煤气 31 二 城镇燃气的基本要求 一 基本要求 1 热值高燃气热值过低 输配系统的投资和金属耗量就会增加 燃气低发热值一般应大于14 7MJ m3 人工燃气热值不应低于11 7MJ m3 2 毒性小 3 杂质少 32 二 燃气的加臭 1 燃气中含臭剂量的标准1 对于有毒燃气 如果泄漏到空气中 要求在达到对人体有害的浓度之前 一般人应能察觉 2 对于无毒燃气 如果泄漏到空气中 在达到其爆炸下限的20 浓度时 一般人应能察觉 有毒燃气 在达到人体允许的有害浓度之前应能察觉 空气中CO含量达到0 02 体积分数 时应能察觉 3 当短期利用加臭剂寻找地下管道的漏气点时 加臭剂的加入剂量可以增加至正常使用量的10倍 4 新管线投入使用的最初阶段 加臭剂的加入剂量应比正常使用量高2 3倍 直到管壁铁锈和沉积物等被加臭剂饱和 33 2 加臭剂应具有以下特性1 在正常使用浓度范围内 加臭剂不应对人体 管道或与其接触的材料有害 2 应具有持久 难闻且与一般气体气味有明显区别的特殊臭味 3 有适当的挥发性 4 能完全燃烧 燃烧产物不应对人体呼吸系统有害 并不应腐蚀或伤害与燃烧产物经常接触的材料 5 不与燃气的组分发生化学反应 6 加臭剂溶解于水的程度不应大于2 5 质量成分 7 价格低廉 我国目前常用的加臭剂主要有四氢塞吩 THT 和乙硫醇 EM 等 3 加臭一般采用滴入式和吸收式两种方式 34 三 气源转换与混配当城镇燃气气源改变时 应考虑不同燃气在已有燃烧设备上能否互换使用的问题 衡量燃气互换性的指标是根据华白数和燃烧势来判定 华白数是代表燃气特性的一个参数 设