天然气基础知识

现和早期应用 在公元前6000年到公元前2000年间，伊朗首先发现了从地表 渗出的天然气。许多早期的作家都曾描述过中东有原油从地表渗 出的现象，特别是在今日阿塞拜疆的巴库地区。渗出的天然气刚 开始可能用作照明，崇拜火的古代波斯人因而有了"永不熄灭的火 炬"。中国利用天然气是在约公元前900年。中国在公元前211年钻 了第一个天然气气井，据有关资料记载深度为150米（500英尺）。 在今日重庆的西部，人们通过用竹竿不断的撞击来找到天然气。 天然气用作燃料来干燥岩盐。后来钻井深度达到1000米，至1900 年已有超过1100口钻井。 直到1659年在英国发现了天然气，欧洲人才对它有所了解， 然而它并没有得到广泛应用。从1790年开始，煤气成为欧洲街道 和房屋照明的主要燃料。在北美，石油产品的第一次商业应用是 1821年纽约弗洛德尼亚地区对天然气的应用。他们通过一根小口 径导管将天然气输送至用户，用于照明和烹调。
二、天然气的基本性质
天然气是无色无味无毒无腐蚀性，易燃易爆的气体。在天然气泄 露时，为了易于被人们发现，消除漏气，要求对天然气加臭。加 臭标准是达到爆炸下限浓度的20%能被查觉。我国目前采用的加臭 剂为四氢噻吩（THT)和乙硫醇(EM)。天然气的主要成分是甲烷 （CH4），它本身是一种无毒可燃的气体。同其它所有燃料一样， 天然气的燃烧需要大量氧气（O2）。如果居民用户在使用灶具或 热水器时不注意通风，室内的氧气会大量减少，造成天然气的不 完全燃烧。不完全燃烧的后果就是产生有毒的一氧化碳（CO）， 最终可能导致使用者中毒（反应式见下）。 2CH4+3O2→2CO+4H2O 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。当空气中含有天然气浓度增加到不 能引起爆炸浓度点称为爆炸上限，因为燃烧产生的热量不足以弥 补散失的热量；当空气中含有天然气浓度减少到不能引起爆炸浓 度点称为爆炸下限；因为无法维持继续燃烧。天然气的爆炸极限 是5~15%，（占空气中体积%）。
关于天然气灶具
一般来说：灶具的额定压力为2000pa，灶前压力不得 低于1800pa。 灶具的工作原理：燃气通过输气管至燃气阀，燃气阀 开启后，燃气从喷嘴喷出，进入引射器。依靠本身压 能从周围大气吸入一部分燃烧所需的空气进入混合管。 在引射器的混合管内燃气和空气进行混合，经扩压管 进入燃烧器头部，自火孔流出。遇火源后进行燃烧。 为了燃烧完全，在燃烧器的火孔出处及上部，补充燃 烧所需的全部空气量。
一、什么是天然气
天然气是指动、植物通过生物、化学作用及地质变化作用， 天然气 在不同地质条件下生成、转移，在一定的压力下储集，埋藏在深 度不同的地层中的优质可燃气体。 燃气的种类：天然气、液化石油气、人工煤气、沼气
天然气一般可分为五种：气田气、油田伴生气、凝析气田气、煤 层气、矿井气
天然气的压力单位的换算关系
1atm=0.101325 Mpa =101.325 Kpa =101325 pa =10.33 mH2O =760 mmHg =1 bar
二、天然气的基本性质
天然气的主要成分以饱和烃为主，主要是甲烷，乙烷、丙烷、丁 烷、戊烷含量不多，少量非烃类气体一氧化碳、二氧化碳、氮气、 氢气、硫化氢、水蒸气及微量的惰性气体氦（He）、氩（Ar）。 天然气比空气轻，易挥发，不易聚集，安全性能好。天然气中各 组分均可彻底燃烧，燃烧后不产生灰粉等固体杂质，是完全清洁 的燃料。 天然气的沸点是指101325Pa压力下液体沸腾时的温度。天然气中 主要成分甲烷的沸点是-162.6oC。天然气的沸点是-162.49 oC。 露点：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 密度：其密度大约是0.75-0.8Kg/Nm3 相对密度：天然气的相对密度是指相同压力和相同温度条件下， 天然气的密度和空气密度之比，大约为0.58-0.62
三、天然气的燃烧特性
为什么天然气灶具和液化石油气灶具不能互换使用？ 1、因为两种燃气的热值不同，天然气的热值是 40MJ/Nm3，液化石油气的热值是104.65MJ/Nm3 2、两种燃气的燃烧速度，理论空气量、压力、比重均 不同，而设计灶具时却是根据各自的特性来决定灶具 各部分尺寸的。若液化石油气通过天然气灶具由于一 次空气量不足，点火后使液化石油气不能充分燃烧， 从火孔喷出长而无力的黄火焰，因此不同气源的灶具 不能互换。
三、天然气的燃烧特性
着火温度：燃气与空气混合物开始燃烧反应的自燃的最低温度。 燃烧温度：燃气按燃烧反应方程式完全燃烧时产生的理论 理论温度。 理论 燃烧速度：垂直于燃烧焰面，火焰向燃烧气体方向传播的速度， 就是火焰传播速度。 华白数：是一项控制然具热负荷恒定状况的指标。在燃气工程中 对不同类型燃气间互换时，要考虑衡量热流量大小的特性指数。 W=Qh/S1/2 Qh—天然气的高热值 S—天然气的相对密度 燃烧势：是反映燃气燃烧火焰所产生离焰、回火、黄焰和不完全 燃烧倾向性和一项反映燃具燃气燃烧稳定的状态的综合指标。 回火：火焰缩回燃烧器内部而熄灭的现象 脱火：火焰飞离燃烧器头部而熄灭的现象
五、天然气发展状况
我国天然气资源十分丰富，为加快天然气工业的发展，把天然气 工业列为鼓励发展行业，计划在2010年前建成“两纵、两横、四 枢纽、五气库”贯穿中国大江南北的输气格局，并确定天然气利 用的主要方向是天然气发电、城市燃气、天然气化工、天然气汽 车。 21世纪前10年将是我国天然气生产和利用的高速发展的时期，在 这一时期内，有关部门将加大对天然气工业人力和物力投入，有 计划、有组织地大规模勘探、开发天然气资源，保护环境，提高 人民生活水平。 天然气在世界能源结构中所占的比例一直呈上升趋势，1950年仅 占9.8%，到1996年已占23.6%。1997年世界天然气消费量达 2.37万亿立方米，预计2010年天然气消费量将达4万亿立方米， 居各种能源之首，二十一世纪将是天然气世纪。
四、其他燃气常识
以天然气作为燃料的汽车叫做天然气汽车。天然气汽车在国 内外都有迅猛发展之势。据测算汽车尾气污染占城市大气污染的 50%，天然气汽车的一氧化碳、氮氧化物与碳氢化合物排放水平 都大大低于汽油、柴油发动机汽车。天然气作为燃料燃烧完全、 结炭少、减少气阻和爆震。会使发动机使用寿命延长2－3倍，大 修理间隔里程延长2－2.5万公里，降低维修费用50%，1立方米 天然气热值相当于1.1升汽油，而其价格明显低于汽油，天然气价 格比汽油价格低20－40%，我国天然气汽车以每年百万辆速度递 增，预计2020年全国汽车拥有量将达到3000万辆，石油每年耗6 亿吨，所以开发以气代油具有战略意义。
三、天然气的燃烧特性
天然气的临界参数： 参看：临界状态图.dwg 状态方程：PV=ZnRT Z---压缩因子 当燃气压力低于1MPa和温度在10-20摄氏度时，视为理想气 体。当压力很高，温度很低时用理想气体状态方程误差很大，故 用实际气体状态方程。 热值：1 Nm3燃气完全燃烧放出的热量称为热值，（高热值、低热 值），高热值大于低热值，差一个烟气中所含水蒸气以冷凝状态 所释放的汽化潜热。 汽化潜热是指在常压下液体沸腾时，1Kg饱和液体变为同温度的饱 和蒸汽所吸收的热量。天然气的热值大约是40MJ/Nm3 。
关于天然气灶具
家用灶具为什么发生回火？如何排除？ 是因为燃气和空气的混合气体离开火孔的速度小于 燃烧速度所产生。其次，火孔孔径越大越容易回火。 再次，火孔出口速度分布不均匀或出现旋涡时，易造 成流速小于燃烧速度而回火。最后，燃气与空气混合 气体，预热温度越高越易回火，因为燃烧速度随温度 升高而增加。 措施：1、调整压力到额定压力； 2、清理喷嘴内孔保持通畅疏通火盖及引射器污物 3、调整锅底和燃烧器之间的距离 4、可能燃烧时间过长，关闭冷却后再点燃 5、调整门窗开度。
四、其他燃气常识
天然气用途 天然气主要可用于发电，以天然气为燃料的燃气轮机电厂的废物排放 水平大大低于燃煤与燃油电厂，而且发电效率高，建设成本低，建设速 度快；另外，燃气轮机启停速度快，调峰能力强，耗水量少，占地省。 我国工业燃料占天然气总消费量的35%，天然气主要用于锅炉燃料、金属、 冶炼、瓷砖类建材烧制等。 天然气也可用作化工原料。化工领域是天然气的第二用户，近四分之 一的天然气被用作化工原料，其中90%以上用于生产化肥。以天然气为原 料经合成甲醇进一步生产烯烃（乙烯、丙烯及丁烯）的MTO工艺已成为国 际各大石油公司技术投入的热点，它在21世纪可与传统的石油路线竞争。 以天然气为原料的一次加工产品主要有合成氨、甲醇、炭黑等近20个品 种，经二次或三次加工后的重要化工产品则包括甲醛、醋酸、碳酸二甲 酯等50个品种以上。以天然气为原料的化工生产装置投资省、能耗低、 占地少、人员少、环保性好、运营成本低。 天然气广泛用于民用及商业燃气灶具、热水器、采暖及制冷，也用于 造纸、冶金、采石、陶瓷、玻璃等行业，还可用于废料焚烧及干燥脱水 处理。
三、天然气的燃烧特性
过剩空气系数：实际供给的空气量V与理论空气需要量之比V0,即a=V/V0 通常a>1。在工业设备中，a一般控制在1.05~1.2；在民用燃具中a一般 控制在1.3~1.8。 a过小，使燃烧不完全，燃料化学热不能充分发挥； a 过大，则增加燃气体积，降低炉膛温度，增加排烟热的损失，其结果都 是使加热设备的热效率降低。 理论空气需要量：指每立方米（或公斤）燃气按燃烧反应计量方程式完 全燃烧所需的空气量。理论空气需要量也是燃气完全燃烧所需的最小空 气量。 CmHn+(m+n/4)O2=mCO2+n/2H2O CH4+2O2= CO2+ 2H2O 因此：2／0.21＝9.52 大气式燃烧：天然气在进入燃烧器燃烧之前，已预先混入部分空气（称 一次空气），其余所需的空气靠扩散供给（称二次空气）的燃烧称为大 气式燃烧。 扩散式燃烧：在天然气进入燃烧器之前不预先混入空气的情况下，空气 过剩系数∝=0。此时，燃烧所需的空气靠空气扩散这种燃烧称为扩散式 燃烧，是一种很原始的燃烧方式。
四、其他燃气常识