第2章油气燃料的物理化学性能

1、第2章 油气燃料的物理化学性能影响其输运、储存及燃烧使用性能。热物理性质流动性能传热性能着火及爆炸性能温度、压力2.1 油质燃料的物理化学性能 各种油质燃料元素成分基本接近，但不同燃料物理化学性能及燃烧性能差别很大。1.相对密度相对于4时纯水的密度而言。td4204d 基准)20(2044tddt 温度修正系数)20(12044tddt 体胀系数相对密度HC热值柴油：862. 0831. 0204d重油：98. 094. 0204d一热物理性能相对密度和热膨胀性2.1 油质燃料的物理化学性能2.热膨胀性)(1 11ttVV 体胀系数tV2.1 油质燃料的物理化学性能1. 粘度流体在剪切力作用下

2、，产生连续不断的变形以抵抗外力。二流动性能粘度和凝点流体质点之间的摩擦力衡量燃油的输运和雾化影响动力粘度（绝对粘度）相邻两层运动流体之间，垂直于运动方向的单位速度梯度的流体切应力。dyduFtsPat2.1 油质燃料的物理化学性能运动粘度ttsPat3/mkgsmt/2恩氏粘度我国工程技术部门、商业部门常用的粘度指标。（条件粘度）度计所用时间蒸馏水通过同一恩氏粘用时间燃油通过恩氏粘度计所20,200,200mltmlE EEt31. 631. 7)/(2smm2.1 油质燃料的物理化学性能粘度的影响因素a. 粘度与燃油成分相对分子量小、沸点低粘度低如：汽油 煤油 柴油 重油粘度 低 高20、6

3、0、100、200（50时的恩氏粘度）b. 粘度与温度温度升高粘度减小（图2-1）c. 粘度与压力P5 MPa压力升高粘度升高（高沸点油该趋势更加明显）2.1 油质燃料的物理化学性能不同场合、不同喷嘴对燃油粘度是有要求的；重油使用时需预热。2.1 油质燃料的物理化学性能2. 凝点油品完全丧失流动能力时的温度。试管倾斜45、油面5-10秒保持不变时对应的油品温度。测定的标准方法粘度相对分子量沸点凝点流动性能如：汽油 -80；柴油 -5030；重油 1536预热2.1 油质燃料的物理化学性能三传热性能比热容和热传导率1. 比热容每kg燃油温度升高1时所需要的热量。重油：)/(kgkJC)/(1 .

4、 28 . 1kgkJCtC0025. 073. 1tC)/(kgkJ2.1 油质燃料的物理化学性能2. 热传导率物质导热能力大小。单位温度梯度下所产生的热流密度。重油：)/(mW)/(161. 0128. 0mW85. 075. 0204dt、d42020451046. 5)20(111. 0dt85. 0204d)20(20tkt裂化渣油：)/(158. 020mW00021. 0k直馏燃料油：)/(145. 020mW00013. 0k2.1 油质燃料的物理化学性能四着火及爆炸性能闪点、燃点、自燃点、爆炸极限1. 闪点油蒸气与空气的混和物，遇火源发生瞬间闪火现象所对应的燃油最低温度。火灾

5、安全标志测定方法闭口杯法（闪点较低的油品：汽油、柴油）开口杯法（闪点较高的油品：重油、润滑油）（1525）闪点与油品种类及成分的关系相对分子量越小、沸点越低，闪点也越低。如：柴油闭口闪点 65；重油开口闪点 80130；渣油 250闪点与压力的关系压力降低，闪点降低。2.1 油质燃料的物理化学性能闪点的用途a. 判断着火难易程度；b. 估计轻质馏分的多少；c. 火灾安全标志。2.1 油质燃料的物理化学性能2. 燃点油蒸气浓度增加到一定程度，遇火源，发生持续燃烧，时间不少于5s时所对应的最低温度。3010闪点燃点3. 自燃点在缓慢氧化作用下，自行着火燃烧时对应的燃油温度。（着火点）自燃点与油品种

6、类及成分的关系轻质油，自燃点高；重质油，自燃点低。如：汽油 400；渣油 250自燃点与压力的关系压力高，自燃点降低。如：柴油发动机、汽油发动机在高原地区难于着火。2.1 油质燃料的物理化学性能4. 爆炸极限油品蒸气在空气中占到一定比例，遇明火发生爆炸对应的浓度范围。存在爆炸上限和爆炸下限。爆炸极限与油品种类的关系轻质油，爆炸范围小；重质油，爆炸范围大。如：汽油、煤油 爆炸下限 1%1.4%，爆炸上限 6%7.5%； 原油、重油 尚无资料； 大庆油田 爆炸下限 1.71%，爆炸上限 11.26%爆炸极限与温度的关系闪点爆炸的温度下限。2.1 油质燃料的物理化学性能五热值1kg燃料油完全燃烧后，

7、再冷却至原始基准温度时释放的全部热量。kgkJQ/高位热值包括燃烧产物中水蒸汽冷却凝结后放出的气化潜热。扣除了水蒸汽的气化潜热。vnetQ,vgrQ,水蒸气的气化潜热vnetvgrQQ,测量测热计2.1 油质燃料的物理化学性能换算1. 四种分析基准下燃油高、低位热值之间的换算水蒸气的气化潜热vgrvnetQQ,)9(25)1001009(2500,arararvgrarararvgrarvnetMHQMHQQ水放出的气化潜热。饱和水蒸气冷却至饱和时， 1kg02500燃料中水分质量kgMar1100燃料中氢气质量kgar1100H2.1 油质燃料的物理化学性能)9(25,adadadvgrad

8、vnetMHQQddvgrddvgrdvnetHQHQQ225925,dafdafvgrdafdafvgrdafvnetHQHQQ225925,)9(25,arararvgrarvnetMHQQ2.1 油质燃料的物理化学性能2. 四种分析基准之间的换算高位热值低位热值表1-2adaradvgrarvgrMMQQ100100,先换算成高位热值后，再进行。例：已知advnetQ,，求 ？arvnetQ,advnetQ,分析：advgrQ,arvgrQ,arvnetQ,2.1 油质燃料的物理化学性能油品热值的估算ararararararvnetMSOHCQ25)(1091030339,门捷列夫公式2

9、,87907 .31676 .46415arvnetQkg/L15时的密度，油品在2.1 油质燃料的物理化学性能六其他理化性能不利的影响灰分、机械杂质在燃油中占1%；燃烧过程中形成强粘结性的固体残存物；高温腐蚀；油喷嘴和阀门的堵塞及磨损，用过滤器滤除。水分降低燃油热值和设备热效率；加剧了油泵的汽蚀。3%：燃烧不稳定； 5%：熄火;故：要求水分含量2%SO2，SO3硫分大气污染的主要污染源+H2OH2SO4 等，腐蚀金属2.1 油质燃料的物理化学性能残炭燃油在无氧条件下加热后形成的固体焦炭残留物。造成喷嘴的堵塞和磨损影响雾化质量，影响稳定燃烧；不同含量要求不同的喷嘴。燃油的掺混适应性油品掺混后是

10、否出现分层、沉淀的倾向表明其掺混适应性的好坏。掺混适应性的测定。如：裂化重油掺混适应性差；直馏重油掺混适应性好。2.2 气体燃料的物理化学性能 组成的混合气体。物理化学性能是工程设计计算的基础，通过实验测定。计算或实验测定压力：iPP（道尔顿分压定律）一基本热物理性质1.混合气体成分的表示方法体积分数、摩尔分数、质量分数CO2、O2、N2、CH4：理想气体（常温常压）混合气体：理想气体容积：iVV（亚美格分容积定律）道尔顿分压定律+气体状态方程导出实验证实2.2 气体燃料的物理化学性能理想气体混合物的热力性质与各组分气体的成分有关。1）质量分数：imm100/mmxii（%）100ix（%）液

11、、固体2）摩尔分数：iNN100/NNyii（%）100iy（%）燃烧反应计算2.2 气体燃料的物理化学性能3）体积分数：iVV100/VVzii（%）100iz（%）气体iizy 2.2 气体燃料的物理化学性能2.摩尔质量和密度分子量，M g/mol 或 kg/kmoliieqMyM01. 0假拟摩尔质量iiiiieqMyNMNNmNmM01. 0)100/(NNyiiNmM ( kg/kmol)摩尔质量2.2 气体燃料的物理化学性能moeqVM0( kg/m3) 标准状态下平均密度密度moeqVMd293. 1293. 10相对密度0001. 0iiz湿燃气：ggwdd833. 0833.

12、 0)(00每m3气体燃料中水蒸汽质量（kg/m3)gd2.2 气体燃料的物理化学性能3.比热容、热导率比热容单位物量的物质温度升高（或降低）1K所吸收（或放出）的热量。质量比热容)/(KkgkJC体积比热容)/(3KmkJC摩尔比热容)/(KkmolkJCMCCMCM4 .222.2 气体燃料的物理化学性能比热容影响因素：1）本身性质：摩尔质量大，分子结构复杂的气体， 比热容大，表2-6。如：CH4 400 Cp=2.018kg/(m3K) C2H 6 400 Cp=3.308kg/(m3K)piipCzC01. 0371. 04 .223143. 84 .22mvpRCC迈耶公式vpCCk

13、 绝热指数（表2-7）iikzk01. 0定压体积比热容定容体积比热容2）热力过程2.2 气体燃料的物理化学性能比热容影响因素： 3）温度tC如：N2 0 Cp=1.298kg/(m3K) 600 Cp=1.344kg/(m3K)2.2 气体燃料的物理化学性能热导率在单位时间内，当沿热流方向的单位长度上温度降低1K时允许传导的热量。传导热量的能力)/(KmW温度的影响最为显著：TnTT)(00Kn273T 0修正系数，表2-8混和气体热导率：实验测定。2.2 气体燃料的物理化学性能二临界参数与状态方程1临界参数气体降温压缩后会液化。饱和气态等压饱和液态（相变过程：气、液共存）增加 临界温度Tc

14、cTT 永远不会液化。cTT 在一定压力下液化。cTT 处于临界状态（不存在压力不变的相变过程，即非液相也非气相。） 低于某一温度。2.2 气体燃料的物理化学性能临界状态ccccVPT,cT越高，越易液化。 表2-9，图2-22.2 气体燃料的物理化学性能临界状态ccccVPT,cT越高，越易液化。 表2-9，图2-2ciicTzT01. 0ciicPzP01. 0crTTT crPPP 对比态参数2.2 气体燃料的物理化学性能2状态方程TRPTMRPmR 值随气体种类而异。)/(3143. 8KkmolkJRmeqmiieqMRRzR01. 02.2 气体燃料的物理化学性能三粘度表示流体内部

15、分子间的作用力阻滞其质点相对滑移的性质，是流体运动的重要特性，用于衡量粘性大小。气体输送计算动力粘度 ；运动粘度粘度影响因素：1）温度2）压力T：忽略压力的影响。MPaP1：MPaP1Piiixx002.2 气体燃料的物理化学性能四含湿量单位体积（或质量）的干燃气中所含水蒸气的质量。含水量kgmgdg/g/3或燃气含湿量直接影响燃气的品质、燃烧工况及燃烧设备的热效率，是造成输气管道内壁腐蚀的重要因素之一。饱和含湿量一定压力温度下，干燃气中的最大含湿量。1）随压力增加而减少；2）随温度升高而增加。表2-10：天然气2.2 气体燃料的物理化学性能五爆炸极限可燃气体与空气可形成具有爆炸危险性的混合物

16、，达到一定比例时能够发生爆炸的可燃气体的含量。用可燃气体在混合物中的体积分数表示。爆炸上限 爆炸下限混和气体爆炸极限的计算1）只含可燃气体iiz01. 01i查表2-112）含惰性气体)(01. 01iiiizz例：混合气体：CH4 C2H6 CO H2 N2 CO2，求其爆炸极限？2.2 气体燃料的物理化学性能3）含氧气时可认为混入了空气例：混和气体：CH4 CO H2 O2 N2，求其爆炸极限？2.2 气体燃料的物理化学性能六热值 kJ/m3 kJ/kg标态下1m3燃气完全燃烧后所放出的全部热量。高位热值：包括燃烧产物中水蒸气凝结时放出的气化潜热。低位热值：扣除燃烧产物中水蒸气凝结时放出的

17、气化潜热。分析基准干燃气 干燥基 下标d湿燃气 收到基 下标ar混合气体热值：1）实验测定； 2）iiQzQ01. 0Qi 查表1-12.2 气体燃料的物理化学性能热值的换算1）干燃气干燥基下高低位热值之间的换算：)2(68. 422,nmHCSHHdvnetdvgrznzzQQkJ/m32）湿燃气收到基下高低位热值之间的换算：ggHCSHHarvnetarvgrddznzzQQnm833. 0833. 0562)2(68. 422,kJ/m3)2(68. 4222,arOHHCarSHarHararvnetarvgrzznzzQQnmkJ/m33）收到基低位热值与干燥基低位热值之间的换算：g

18、dvnetarvnetdQQ833. 0833. 0,kJ/m32.2 气体燃料的物理化学性能4）收到基高位热值与干燥基高位热值之间的换算：ggdvgrarvgrddQQ833. 0833. 0562,kJ/m32.2 气体燃料的物理化学性能燃气热值在热工计算中常做如下近似考虑：1）气体燃料中含水量极少，可忽略，取2）天然气中甲烷体积分数在95%98%，近似取3）燃气中含有体积分数小于3%组分不明的不饱和碳氢化合物时，该不饱和碳氢化合物热值按乙烯（C2H4）热值计算。4）当天然气中重质烃类（C2H6、C3H8）组分不明时，其不明部分饱和烃类可按CmHn=100%C3H6计算，或按体积分数20%的C6H6和80%的C2H6计算。dvnetarvne