城市燃气的基本特性

城市燃气的基本特性城市燃气的基本特性 一 燃气的密度和相对密度一 燃气的密度和相对密度 1 密度 燃气一般为混合气体 混合气体密度可按下式计算 式中 m 混合气体密度 kg m3 i 混合气体各组分的密度 kg m3 vi 混合气体各体积组分 2 相对密度 相对密度过去称比重 是指该物质的密度与标准物质的密度之 比 对于气态燃气来说 相对密度是气态燃气密度与空气密度的比 值 一般用 s 表示 s 1 表明该燃气比空气重 s 1 表明该燃 气比空气轻 对于液态燃气来说 相对密度是液态燃气密度与纯水密度的比 值 一般用 d 表示 d 1 表明该液态燃气比水重 d 1 表明该 液态燃气比水轻 几种常用燃气的密度和相对密度见表 1 2 表表 1 21 2 几种常用燃气的密度和相对密度几种常用燃气的密度和相对密度 燃气种类密度 kg m3 相对密度 天然气0 75 0 80 58 0 62 焦炉煤气0 4 0 50 3 0 4 液化石油气 气态 1 9 2 51 5 2 0 沼气0 85 1 10 66 0 85 轻烃气3 0 3 62 3 2 8 二甲醚2 0 2 21 55 1 7 二 燃气的含湿置二 燃气的含湿置 在燃气储存 输送等过程中 湿燃气中水蒸气的含量将发生变 化 而干燃气的含量却保持不变 如果以干空气为标准来衡量 水蒸气量的多少 那将给计算带来方便 湿燃气中 1kg 干燃气所夹带的水蒸气量 以克计 称为湿燃气的 含湿量 以符号 d 表示 单位为 g kg 干燃气 即 式中 mzq 1kg 湿燃气中所含水蒸气的质量 mg 1kg 湿燃气中所含干燃气的质量 显然 1 0 001d kg 湿燃气中含有 1kg 干燃气和 0 001d kg 水 蒸气 三 燃气的露点三 燃气的露点 饱和蒸汽经冷却或加压 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 对于气态碳氢化合物 与饱和蒸气压相应的温度也就是露点 例如 丙烷在 3 49 105pa 压力时露点为 10 而在 8 46 105pa 压力时露点为 20 气态碳氢化合物在某一蒸汽 压时的露点也就是液体在同一压力时的沸点 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 在实际的液化石油气供应中 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 须保持其温度比露点高 5 以上 以防凝结 阻碍输气 四 燃气的热值四 燃气的热值 1m3 标准状态下 燃气完全燃烧所放出的热量称为该燃气的热值 单位为 kj m3 对于液化石油气 热值单位也可用 kj kg 表示 热值分为高热值和低热值 高热值是指燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度 而其中 的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量 低热值是指燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度 但烟气 中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热量 显然 燃气的高热值在数值上大于其低热值 差值为水蒸气的 汽化潜热 燃气的热值可按下式求出 式中 ql 燃气的低位热值 kg m3 vi 燃气中各组分的体积 qi 燃气中各单一组分的热值 kj m3 五 着火温度和爆炸浓度极限五 着火温度和爆炸浓度极限 1 着火温度 可燃气体与空气混合物在没有火源作用下被加热而引起自燃的 最低温度称为着火温度 又称自燃点 甲烷性质稳定 以甲烷 为主要成分的天然气着火温度较高 即使是单一可燃组分 着 火温度也不是固定数值 与可燃组分在空气混合物中的浓度 混合程度 压力 燃烧室形状 有无催化作用等有关 工程上 实用的着火温度应由试验确定 在大气压下一些可燃气体在空 气中的着火温度见表 1 3 由于试验条件不同 其数值也可能 不同 可燃气体在氧气中的着火温度要比表中的数值略低 50 1oo 2 爆炸浓度极限 又称着火极限 在可燃气体与空气混合物中 如燃气浓度低于某一限度 氧化 反应产生的热量不足以弥补散失的热量 无法维持燃烧爆炸 当燃气浓度超过某一限度时 由于缺氧也无法维持燃烧爆炸 前一浓度限度称为着火下限 后一浓度限度称为着火上限 着 火上 下限又称爆炸上 下限 上 下限之间的浓度范围称为 爆炸范围 常见燃气的参考爆炸浓度极限见表 1 4 表表 1 31 3 一些可燃气体在空气中的着火温度一些可燃气体在空气中的着火温度 着火温度 着火温度 气体名称 测得最小值测得最大值 气体名称 测得最小值测得最大值 氢 530590 苯 720770 一氧化碳 610658 甲苯 660660 甲烷 645850 硫化氢 290487 乙烷 530594 乙烯 510543 丙烷 530588 炼焦煤气 640640 丁烷 490569 乙炔 335500 含二氧化碳页岩 气 700700 表表 1 41 4 常见燃气的参考爆炸浓度极限常见燃气的参考爆炸浓度极限 体积比体积比 爆炸浓度极限天然气焦炉煤气液化石油气沼气轻烃气二甲醚 下限 5 o4 51 78 81 33 4 上限 15 035 89 724 48 517 0 六 水化物六 水化物 1 水化物的生成条件 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 水能与液相和气相的 c1 c2 c3 和 c4 生成结晶水化物 cmhn xh2o 对于甲烷 x 6 7 对于乙烷 x 6 对于丙烷及 异丁烷 x 17 水化物在聚集状态下是白色的结晶体 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条件是压力及温度 同时 杂质 高速 紊流 脉动 例如由活塞式压送机引起的 急剧转弯等 因素也会对水化物的形成有影响 如果气体被水蒸气饱和 即输气管的温度等于湿气的露点 则 水化物即可以形成 因为混合物中水蒸气分压远超过水化物的 蒸气压 但如果降低气体中水分含量使得水蒸气分压低于水化 物的蒸气压 则水化物也就不存在了 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如下两 种方法 1 采用降低压力 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 木精 其分子式为 ch3oh 此外 还用甘醇 乙二醇 ch3ch2oh 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 降低了水蒸气的含 量 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 将输气管中液体排出 2 脱水使气体中水分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 5 7 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 达到 lpg 标准要求 七 华白数七 华白数 在燃气工程中对不同类型燃气间互换时 要考虑衡量热流量 热 负荷 大小的特性指数 即华白数 华白数一般用下式计算 式中 qh 燃气高热值 kj m3 s 燃气的相对密度 为了保证燃烧器具的燃烧稳定 华白数的波动范围 一般不超 过 5 对于混合气体的华白数 分别计算出混合气体的热值 qh 和相对密度 s 即可求出混合气体的华白数 八 燃烧势八 燃烧势 内焰高度与离焰 回火和不完全燃烧工况密切有关 那就有可 能得出一个反映内焰高度的指数来判定离焰 回火 该指数称 为燃烧势 并是燃气相对密度 燃烧速度的函数 而燃烧速度 又是燃气化学组成的函数 德尔布经过大量实验数据的整理 确定燃烧势的表达形式为 式中 cp 燃烧势 h co ch4 cmhn 燃气中氢 一氧化碳 甲烷和碳氢化合 物 除甲烷外 的体积成分 a b c d 相应的系数 s 燃气的相对密度 我国城市燃气分类标准中燃烧势可按下式计算 式中 k 燃气中氧含量修正系数 九 燃气燃烧的稳定性和互换性九 燃气燃烧的稳定性和互换性 1 燃气燃烧的稳定性 以有无脱火 回火和黄焰的现象来衡量燃气燃烧的稳定性 正 常燃烧时 燃气离开火孔速度同燃烧速度相等 这样在火孔上 形成一个稳定的火焰 如果燃气离开火孔的速度大于燃烧速度 火焰就不能稳定在火孔出口处 而离开火孔一段距离 并有些 颤动 这种现象叫离焰 如果燃气离开火孔的速度继续增大 火焰继续上浮 最后会熄灭 这种现象叫脱火 相反 当燃气 离开火孔的速度小于燃烧速度 火焰会缩入火孔内部 导致混 合物在燃烧器内进行燃烧 破坏一次空气的引射 并形成化学 不稳定燃烧 甚至会引起爆炸等危险 这个现象称为回火 当燃烧时空气供应不足 如风门关小 不会产生回火 但此时 在火焰表面将形成黄色边缘 这种现象称为黄焰 它表明燃气 处于化学不完全燃烧状态 但当过量增大一次空气时 火焰就 缩短 甚至火从进气风门处冒出来 这也是常见的回火现象 总之 脱火 回火 离焰和黄焰等现象 是与一次空气系数 火孔出口流速 火孔直径以及制造燃烧器的材料等因素有关 2 燃气互换性 任何燃具都是按一定的燃气成分设计的 即燃具通常只适用于 一种燃气 在一些情况下 即使燃烧器不需要重新调整 也能 适应燃气成分发生的某些改变 当燃气成分变化不大时 燃烧 器燃烧工况虽有改变 但尚能满足燃具原有设计要求 那么这 种变化是允许的 但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 这种变化就是不允许的 一般的 设某一燃