燃气基本知识讲义2009

1燃气基本知识讲义第一章燃气的分类及性质一、绪论城市燃气是现代化城市不可缺少的一项基础设施，城市燃气又是一个优质能源，对改善城镇居民生活环境起着重要作用，随着国家西气东输工程的进行，我国天然气的应用走向了快速发展的阶段。城市燃气是由若干种气体组成的混合气体，其中主要组分是一些可燃气体，如甲烷等烃类、氢和一氧化碳，另外也含有一些不可燃的气体组分，如二氧化碳、氮和氧等，以及氨、硫化物、水、焦油、萘和灰尘等杂质。二、燃气分类燃气按气源或生产方式分类，主要分为四大类：（一）天然气天然气是指通过生物化学作用及地质变质作用，在不同地质条件下生成、运移，在一定压力下储集的可燃气体。主要组分是低分子烷烃。由于来源不同，一般可分为四类：从气田（井）开采的气田气（纯天然气）；伴随石油一起开采出来的油田伴生气；含有石油轻质馏分的凝析气田气以及从井下煤层抽出的矿井气。气田气的纯度一般较高，其组分以甲烷为主，也含有少量的CO2、H2S、N2和微量的氦、氩等惰性气体，其低热值约为36MJ/Nm3，我2国四川的天然气属于之一类。天津、大庆等地使用的天然气是油田伴生气，甲烷含量约为80%，其他烷烃占15%，所以热值较高，低热值约为48MJ/Nm3。凝析气田气是一种深层天然气，除含有大量甲烷外，还含有2%~5%戊烷和戊烷以上的烃类，热值更高。矿井气的主要组分也是甲烷，其含量视抽气方式的不同而变化，一般含氮量很高，所以热值较低，低热值12~20MJ/Nm3。1、天然气在我国的主要应用天然气经过开采、收集、分离、净化、加压后供给城镇作为燃气气源。目前天然气的利用已经进入我国经济的许多领域，主要用于化工生产、发电、居民燃气、商业供气、市区供热以及汽车燃料。天然气资源丰富，具有不可替代的优势，所以天然气的应用越来越受到人们的广泛重视，发展前景十分广阔。2、天然气的主要成份天然气的主要成份是烷烃，其中甲烷占绝大多数；还含有少量的乙烷、丙烷和丁烷；此外还含有硫化氢、二氧化碳、氮气和水蒸气以及微量的惰性气体；供城市居民及工业用户所使用的天然气中甲烷含量可达95%以上。3、天然气的特性（1）密度0.734kg/Nm3，相对密度小，比空气轻，易向高处流动。（2）可以压缩或液化，在低温高压下可变成液体，液化后体积将缩小为原来的1/600。3（3）具有易燃易爆性，遇到静电火花也会引爆。爆炸极限为5-15%。（4）是一种无色无味的气体，燃烧时有微微发光的淡兰色火焰，（5）热值高，天然气低热值约35.69MJ/Nm3，大约是煤气的两倍，是液化石油气的1/3左右。（6）具有溶解性，能溶解普通橡胶和石化产品，因此必须使用耐油的胶管或塑料管。（7）天然气无毒性，不含一氧化碳，但燃烧不完全时，也容易产生一氧化碳有毒气体，造成人身中毒。（8）天然气为“干气”，杂质少，燃烧更完全、更卫生。（9）天然气的输送一般经过降压、计量、加臭后直接采用管道输送到用户灶前，因此运输、使用天然气极为方便。（二）人工燃气人工燃气是指从固体或液体燃料加工所生产的可燃气体。根据制气原料和加工方式的不同，可生产多种类型的人工燃气。公司输送的焦炉煤气属于干馏煤气，是人工煤气的一种。焦炉煤气的主要成份是氢气（H2）和甲烷（CH4）。焦炉煤气的一些特性：1、密度0.468kg/Nm3，比空气轻。2、具有易燃易爆性，爆炸极限为4.5~35.8%。3、是一种无色气体，因为含有硫化物，本身具有一定的臭味，含一氧化碳，是一种有毒气体。44、焦炉气低热值约16.7MJ//Nm3。（三）液化石油气液化石油气主要从油、气开采或石油加工过程中，作为副产品而获得的一部分碳氢化合物。液化气的主要成分为丙烷、丙烯、丁烷、丁烯，习惯上称C3、C4。在常温、常压下呈气态，但加压或冷却后很容易液化，液化后其体积为气态时的1/250。气态液化石油气的低热值约为91.96~121.22MJ/Nm3；液态液化石油气的低热值约为41.8~45.98MJ/kg。液化石油气一般以液态运输，也以液态装瓶供应到用户，使用时再以液态降压变成气态燃烧使用。当液化石油气以管道集中供应小区时，则以气态供给用户使用。液化石油气的特性1、气相密度大（比空气重），液相密度小（比水轻）。2、易燃易爆，爆炸极限：1.7~9.7%3、液化石油气组分中，丙烷、丙烯的饱和蒸气压较大，丁烷、丁烯的蒸气压较小。4、液化后其体积为气态时的1/250。5、汽化潜热较大，工作中不可赤膊、赤脚，抢修时要穿好工作服、手套。6、气态液化石油气的低热值约为91.96~121.22MJ/Nm3。（四）生物气有机物质在隔绝空气及适宜的温度、含水率和酸碱度条件下，受发酵微生物作用而生成的气体，总称为生物气，古代最早在沼泽中发5现，所以也称为沼气，其主要可燃成分是甲烷。(五)天然气的优越性1、洁净：天然气是绿色能源，其主要成份是甲烷，燃烧后生成水和二氧化碳，不含硫氧化物、氮氧化物，对居室卫生影响最小，是洁净气体燃料。同时因为天然气中所含杂质极少，可延长燃气器具寿命。2、高效：天然气的热值较高，一立方米天然气燃烧后发出的热量约是同体积的焦炉煤气的两倍。3、安全：天然气比空气轻，泄漏后易于扩散、稀释，危险性较液化石油气要小。天然气不含一氧化碳，无毒比焦炉煤气更安全。三、气体状态参数（一）状态参数：表示气体所处状态的物理量。温度、压力、比容是三个基本状态参数。1、温度：表示物体冷热程度的物理量，可以用不同的温标来表示。国际单位是开尔文（K）或称绝对温标，日常使用的是摄氏温标（℃），两者之间换算关系为：绝对温度（T）=摄氏温度（t）+273.15K2、压强：气体作用于单位面积上的力，常用P表示，称为“帕斯卡”，简称为“帕”，单位为N/m2，符号为Pa。压强还可用KPa、MPa、bar来表示。1KPa=1000Pa1MPa=106Pa1bar=0.1MPa=105Pa1atm（1个大气压）=101325Pa=101.325KPa=0.1013MPa=10.34mH2O=760mmHg（汞）6城镇燃气按设计压力可分为7级，并应符合下表要求：名称压力（MPa）高压燃气管道A2.5＜P≤4.0B1.6＜P≤2.5次高压燃气管道A0.8＜P≤1.6B0.4＜P≤0.8中压燃气管道A0.2＜P≤0.4B0.01≤P≤0.2低压燃气管道P＜0.013、比容：单位质量气体所占有的容积或体积，用v表示，单位m3/kg。比容与密度是倒数关系。空气的密度1.2931kg/Nm3，焦炉煤气的密度0.468kg/Nm3，天然气的密度0.743kg/Nm3，这两种燃气都比空气轻；液化石油气的密度2.527kg/Nm3，比空气重。（二）平均分子量燃气是多种气体的混合物，所以它不能用一个分子式来表示，通常将燃气的总质量与燃气的摩尔数之比称为燃气的平均分子量，混合气体的平均分子量可按下式计算：M=（y1M1+y2M2+……+ynMn）/100其中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（三）气体状态方程7温度、压力与体积三者之间的关系：在温度一定时，一定量的气体的体积和压力成反比，即体积随压力的增大而减小，当压力一定时，体积随温度升高而增大。即气体状态方程：1、理想气体状态方程Pv=RT其中P——绝对压力，Pav——比容，m3/kgR——气体常数，J/kg·KT——绝对温度，K2、实际气体状态方程Pv=ZRT其中Z——压缩因子四、燃气的热值燃气的热值：单位数量（1Nm3）燃气完全燃烧所放出的全部热量，单位KJ/Nm3。热值分为高热值和低热值1、高热值：单位数量（1Nm3）燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸汽以凝结水状态排出时所放出的热量。2、低热值：单位数量（1Nm3）燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸汽仍为蒸汽状态时所放出的热量。高低热值之差为水蒸汽的汽化潜热。五、燃气的燃烧计算81、燃烧：凡是发光发热剧烈的化学反应都叫燃烧。2、理论空气需要量：单位数量（每立方米或每千克）燃气按燃烧反应计量方程式完全燃烧所需的空气量。燃烧1立方米天然气、人工煤气、液化石油气需要理论空气量分别是：9.64Nm3、4.21Nm3、28.3Nm33、三种不正常的燃烧现象：（1）脱火：燃气离开火孔的速度大于燃烧速度，火焰完全脱离燃气灶具燃烧器火孔，零乱的漂浮在其上空燃烧。（2）黄焰：当燃气燃烧时空气供应不足，火焰呈黄色，并在焰顶有黑烟浮升。（3）回火：燃气离开火孔的速度小于燃烧速度，火焰经火孔缩回到燃烧器头部，在混合管内或喷嘴处燃烧的一种现象。六、燃气的着火温度和爆炸极限1、着火温度燃烧常分两个阶段进行，着火和燃烧。由稳定的氧化反应转变到不稳定的氧化反应——燃烧的一瞬间，称为着火。转变时的温度即为着火温度。着火温度对于某种燃气来说，并不是一个准确的数值，它取决于可燃成分在燃气—空气混合物中的含量，燃气与空气分子扩散的转移程度，燃烧的形状和大小，混合物的加热方法和速度，燃烧室壁和压力接触作用的影响。2、爆炸极限9可燃气体和空气混合后遇明火能发生爆炸的浓度范围，为这种可燃气体的爆炸极限。在这种混合气体中，当可燃气体的含量减少到不能发生爆炸时的含量称为爆炸下限；当可燃气体的含量增加到不能发生爆炸时的含量称为爆炸上限。天然气的爆炸极限：5~15%；焦炉煤气的爆炸极限：4.5~35.8%；液化石油气的爆炸极限：1.7~9.7%。七、城镇燃气的质量要求（一）焦炉煤气主要杂质及允许含量指标名称含量指标（mg/m3）焦油和灰尘＜10硫化氢＜20氨＜50萘（冬季）＜50萘（夏季）＜100氧（体积%）＜2一氧化碳（CO，体积%）＜10（二）热值要求1、焦炉煤气的低热值＞14MJ/m32、天然气的高热值＞31.4MJ/m3（三）城镇燃气的加臭101、城镇燃气应具有可以察觉的气味，无臭或臭味不足的燃气应加臭。燃气中加臭剂的最小量应符合如下规定：（1）无毒燃气泄露到空气中，达到爆炸下限的20%浓度时应能察觉。（2）有毒燃气泄露到空气中，达到对人体允许的有害浓度时应能察觉；对于以一氧化碳为有毒成分的燃气，空气中一氧化碳含量达到0.02%（体积比）时应能察觉。2、常用的加臭剂是四氢噻吩。3、一氧化碳气体的危害性:室内空气中含有0.1%的一氧化碳，人吸入1小时左右就会出现中毒症状，空气中若含有0.2%的一氧化碳，人呼吸2-3分钟后便会失去知觉，含量达0.4%时，会使人迅速死亡。11第二章城市燃气输配系统第一节城市燃气管网的分类及构成一、燃气管道的分类：燃气管道根据用途、敷设方式和输气压力分类。（一）根据用途分类1、长距离输气管线长距离输气管线以支管的末端连接城市或大型工业企业，作为该供气区的气源点，管线末端设有燃气分配站，即燃气城市门站。临颍——舞钢天然气长输管线和王营——宝丰天然气长输管线即属于此类。2、城市燃气管道包括：分配管道、用户引入管道、室内燃气管道。3、工业企业燃气管道（二）根据敷设方式分类1、地下燃气管道2、架空燃气管道（三）根据输气压力分类分为：低压、中压、次高压、高压几个等级。燃气管道中的压力越高，管道接头脱开或管道本身出现裂缝的可能性和危险性也越大。压力等级不同时，对管道材质、安装质量、检验标准和运行管理的要12求也不同。二、城市燃气输配系统的构成与选择（一）燃气输配系统的构成城市燃气输配系统是一个综合设施，主要由燃气输配管网、储配站、调压计量站、运行管理操作和控制设施等共同组成。输配系统主要由以下几部分构成：1、低压、中压、次高压以及高压等不同压力的燃气管网。2、城市燃气门站、调压计量站、区域调压站等。3、电讯与自动化设备，电子计算机中心。（二）城市燃气管网系统城市燃气输配系统的主要构成部分是燃气管网。由于经济和技术的原因，管网采用不同压力级制。不同的管道压力级制分为：1、一级系统：只有一个压力等级的管网分配和燃气供应系统。2、两级系统：由低压和中压或低压和次高压两级管网组成。3、三级系统：一般由低压、中压、高压三级管网组成。4、多级系统：由低压、中压、次高压和高压，甚至更