燃气输配1

《燃气输配》《Gastransmission&distribution》第一章燃气的分类及其性质§1.1燃气的分类§1.2燃气的基本性质§1.3城镇燃气的质量要求§1.1燃气的分类燃气的概念为何对燃气进行分类如何对燃气进行分类§1.1燃气的分类一、按气源分类天然气人工燃气液化石油气生物气（沼气）天然气纯天然气低发热值约为33360～36300kJ／m3石油伴生气低发热值约为41900kJ／m3凝析气田气低发热值约为48360kJ／m3矿井气低发热值约为18840kJ／m3人工燃气固体燃料干馏煤气固体燃料气化煤气油制气高炉煤气焦炉煤气连续式直立炭化炉煤气立箱炉煤气压力气化煤气水煤气发生炉煤气重油蓄热热裂解气重油蓄热催化裂解气二、按燃烧特性分类分类华白指数（MJ/m3）典型燃气一类燃气17.8～35.8人工燃气二类燃气L族H族35.8～53.735.8～51.651.6～53.7天然气三类燃气71.5～87.2液化石油气国际煤气联盟(IGU)燃气分类§1.2燃气的基本性质一、混合气体及混合液体的平均分子量、平均密度和相对密度二、临界参数及实际气体状态方程三、粘度四、饱和蒸气压及相平衡常数五、沸点和露点六、液化石油气的气化潜热七、容积膨胀八、爆炸极限九、水化物十、液化石油气的状态图一、混合气体及混合液体的平均分子量、平均密度和相对密度混合气体的平均分子量可按下式计算：M=1001（y1M1+y2M2+……+ynMn）式中:M——混合气体平均分子量y1、y2……yn——各单一气体容积成分(％)M1、M2……Mn——各单一气体分子量混合液体的平均分子量可按下式计算：M=1001（x1M1+x2M2+……+xnMn）式中:M——混合液体平均分子量x1、x2……xn——各单一液体分子成分(％)M1、M2……Mn——各单一液体分子量混合气体平均密度和相对密度按下式计算：MVMS=MVM293.1293.1式中:ρ——混合气体平均密度(kg／m3)MV——混合气体平均摩尔容积(m3／kmol)S——混合气体相对密度(空气为1)1.293——标准状态下空气的密度(kg／m3)注:对于由双原子气体和甲烷组成的混合气体，标准状态下的VM可取22.4m3／kmol，而对于由其他碳氢化合物组成的混合气体，则取22m3／kmol。混合气体平均密度还可按下式计算：)......(10012211nnyyy燃气通常含有水蒸气，则湿燃气密度可按下式计算：ddw833.0833.0)(式中:w——湿燃气密度(kg／m3)——干燃气密度(kg／m3)d——水蒸气含量(kg／m3干燃气)0.833——水蒸气密度(kg／m3)干、湿燃气容积成分按下式换算：iwikyy式中:wiy——湿燃气容积成分(％)iy——干燃气容积成分(％)k——换算系数，dk833.0833.0例:已知干燃气的容积成分为甲烷27%，一氧化碳6%，氢气56%，二氧化碳3%，氧气1%，氮气5%，CmHn(按丙烯)2%。求混合气体平均分子量、平均密度和相对密度。若含湿量为0.002kg／m3干燃气，求湿燃气的容积成分及其平均密度。二、临界参数及实际气体状态方程临界参数定义:温度不超过某一数值，对气体进行加压，可以使气体液化，而在该温度以上，无论加多大压力都不能使气体液化，这个温度就叫该气体的临界温度。在临界温度下，使气体液化所必须的压力叫做临界压力。几种气体的液态-气态平衡曲线气体的临界温度越高，越易液化。气体温度比临界温度越低，则液化所需压力越小。实际气体状态方程:Pν=ZRT式中:P——气体的绝对压力(Pa)ν——气体的比容(m3／kg)Z——压缩因子R——气体常数[J／(kg·K)]T——气体的热力学温度(K)气体的压缩因子Z与对比温度Tr、对比压力Pr的关系当Pr＜1，Tr=0.6～1.0当Pr＜5.6，Tr=1.0～2.0所谓对比温度Tr，就是工作温度T与临界温度Tc的比值，而对比压力Pr，就是工作压力P与临界压力Pc的比值。此处温度为热力学温度，压力为绝对压力。例:有一内径为900mm、长为115km的天然气管道。当天然气的平均压力为3.04MPa、温度为278K，求管道中的天然气在标准状态下(101325Pa、273.15K)的体积。已知天然气的容积成分为甲烷97.5％，乙烷0.2％，丙烷0.2％，氮气1.6％，二氧化碳0.5％。三、粘度混合气体的动力粘度可以近似地按下式计算：nnngggggg221121式中:——混合气体在0℃时的动力粘度（Pa•s）1g2gng12n——各组分的质量成分（％）、——相应各组分在0℃时的动力粘度（Pa•s）t(℃)时混合气体的动力粘度按下式计算：23273273TCTCt式中——t(℃)时混合气体的动力粘度(Pa·s)；T——混合气体的热力学温度(K)；C——混合气体的无因次实验系数，可用混合法则求得。单一气体的C值可以查表得到。t液态碳氢化合物的动力粘度随分子量的增加而增大，随温度的上升而急剧减小。气态碳氢化合物的动力粘度则正相反，分子量越大，动力粘度越小，温度越上升，动力粘度越增大，这对于一般的气体都适用。混合液体的动力粘度可以近似地按下式计算：nnxxx22111式中:1x2xnx12n、……——各组分的分子成分（％）；、……——各组分的动力粘度（Pa•s）；——混合液体的动力粘度（Pa•s）。混合气体和混合液体的运动粘度为：式中：——混合气体或混合液体的运动粘度(m2／s)——相应的动力粘度(Pa·s)——混合气体或混合液体的密度(kg／m3)四、饱和蒸气压及相平衡常数饱和蒸气压概念：液态烃的饱和蒸气压，简称蒸气压，就是在一定温度下密闭容器中的液体及其蒸气处于动态平衡时蒸气所表示的绝对压力。注：蒸气压与密闭容器的大小及液量无关，仅取决于温度。温度升高时，蒸气压增大。混合液体的蒸气压iiiPxPP根据道尔顿定律、拉乌尔定律：PiPixiP——混合液体的蒸气压（Pa）——混合液体任一组分的蒸气分压（Pa）——混合液体中该组分的分子成分（％）——该纯组分在同温度下的蒸气压（Pa）式中：如果容器中为丙烷和丁烷所组成的液化石油气，当温度一定时，其蒸气压取决于丙烷和丁烷含量的比例。当使用容器中的液化石油气时，总是先蒸发出较多的丙烷，而剩余的液体中丙烷的含量渐渐减少，所以温度虽然不变，容器中的蒸气压也会逐渐下降。如图所示是随着丙烷、正丁烷混合物的消耗，当15℃时容器中不同剩余量气相组成和液相组成的变化情况。（a）气相组成的变化（b）液相组成的变化相平衡常数概念：iiiikxyPPikPiPiyix式中：——相平衡常数；——混合液体的蒸气压；——混合液体任一组分饱和蒸气压；——该组分在气相中的分子成分(等于容积成分)——该组分在液相中的分子成分。iiiPxPPyPii相平衡常数表示在一定温度下，一定组成的气液平衡系统中，某一组分在该温度下的饱和蒸气压与混合液体蒸气压的比值是一个常数。并且，在一定温度和压力下，气液两相达到平衡状态时，气相中某一组分的分子成分与其液相中的分子成分的比值，同样是一个常数。工程上，常利用相平衡常数来计算液化石油气的气相组成或液相组成。值可由图1—8查得。k图1—8一些碳氢化合物的相平衡常数计算图1—甲烷2—已烷3—丙烷4—正丁烷5—异丁烷6—正戊烷7—异戊烷8—乙烯9—丙烯液化石油气的气相和液相组成之间的换算还可按下列公式计算：1.当已知液相分子组成，需确定气相组成时，先计算系统的压力，然后确定各组分的分子成分，即PPxyiii2.当已知气相分子组成，需确定液相组成时，也是先确定系统的压力，即PxPPxPyiiii11nniiPyPyPyPyP221111iiiPPyx例：已知液化石油气由丙烷C3H8，正丁烷nC4H10和异丁烷iC4H10组成，其液相分子组成为=70％，=20％，=10％，求温度为20℃时系统的压力和达到平衡状态时气相分子组成。五、沸点和露点概念：通常所说的沸点指101325Pa压力下液体沸腾时的温度。饱和蒸气经冷却或加压，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。当用管道输送气体碳氢化合物时，必须保持其温度在露点以上，以防凝结，阻碍输气。露点的直接计算:工程中特别是液化石油气管道供气的工程中所处理的气态液化石油气或液化石油气—空气混合气一般处于压力为0.1～0.3MPa的范围内，很需要对它们进行露点计算。用于这种情况的计算公式是：155iidaycPt六、液化石油气的气化潜热气化潜热就是单位质量(1kg)的液体变成与其处于平衡状态的蒸气所吸收的热量。名称甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷乙烯丙烯丁烯-1顺丁烯-2反丁烯-2异丁烯正戊烷沸点（℃）（101325Pa）-162.688.542.10.510.2103.747.06.263.720.886.936.2气化潜热（KJ/kg）510.8485.7422.9383.5366.3481.5439.6391.0416.2405.7394.4355.9部分碳氢化合物的沸点及沸点时的气化潜热七、容积膨胀液态碳氢化合物的容积膨胀系数很大，约比水大16倍。在灌装容器时必须考虑由温度变化引起的容积增大，留出必需的气相空间容积。一些液态碳氢化合物的容积膨胀系数列于表1-12。液态碳氢化合物的容积膨胀对于单一液体对于混合液体:12121ttVV12112221121112111ttkVttkVttkVVnn1V2V式中:——温度为t1(℃)时的液体体积；——温度为t2(℃)时的液体体积；——t1至t2温度范围内的容积膨胀系数平均值八、爆炸极限可燃气体和空气的混合物遇明火而引起爆炸时的可燃气体浓度范围称为爆炸极限。在这种混合物中当可燃气体的含量减少到不能形成爆炸混合物时的那一含量，称为可燃气体的爆炸下限，而当可燃气体含量一直增加到不能形成爆炸混合物时的含量，称为爆炸上限。概念：(一)只含有可燃气体的混合气体的爆炸极限(二)含有惰性气体的混合气体的爆炸极限（三）含有氧气的混合气体爆炸极限nnLyLyLyL2211100nnnnLyLyLyLyLyLyL22112211100AirnATyLL100例：已知燃气的容积成分为=5.7％，=5.3％，=1.7％，=8.4％，=20.93％，=18.27％，=39.7％。求该燃气的爆炸极限(CmHn按C3H6计算)。2COy2COynmHCy2OyCOy2Hy4CHy2Ny九、水化物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·xH20(对于甲烷，x=6～7；对于乙烷，x=6；对于丙烷及异丁烷，x=17)。水化物生成条件：在湿气中形成水化物的主要条件是压力及温度，次要条件是：含有杂质、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。概念：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。水化物的防止：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)。脱水，使气体中水分含量降低到不致形成水化物的程度。十、液化石油气的状态图状态图的使用方法：在进行气态或液态碳氢化合物的热力计算时，一般需要使用饱和蒸气压P、比容ν、温度T、焓值i及熵值s等5种状态参数。为了使用上的方便，将这些参数值绘制成曲线图，一般称之为状态图。只要知道上述五个参数中的任意两个，即可在状态图上确定其状态点，相应查出该状态下的其他各参数值。图1—15状态图的构成图1—16丙烷状态图例：求