燃气1.绪论及第一章

一、天然气（NG）
• • • • NG：主要组分为甲烷（CH4） CNG:压缩到压力为10MPa～25MPa的气态天然气 LNG:液化天然气的设计温度为 －168℃ 在城镇天然气交接点的压力和温度条件下，天然气中不应含有固态、液 态或胶质物质；且其烃露点应比最低环境温度低5.0℃。
二、人工燃气(MG) 1．干馏煤气
（2）毒性小
（3）杂质少
（二）燃气的加臭 • （1）燃气中含臭剂量的标准 • 1）对于有毒燃气，如果泄漏到空气中，要求在达到对人体 有害的浓度之前，一般人应能察觉； • 2）对于无毒燃气，如果泄漏到空气中，在达到其爆炸下限 的20%浓度时，一般人应能察觉；有毒燃气，在达到人体允 许的有害浓度之前应能察觉；空气中CO含量达到0.02% （体积分数）时应能察觉； • 3）当短期利用加臭剂寻找地下管道的漏气点时，加臭剂的 加入剂量可以增加至正常使用量的10倍； • 4）新管线投入使用的最初阶段，加臭剂的加入剂量应比正 常使用量高2～3倍，直到管壁铁锈和沉积物等被加臭剂饱和。
• 燃气行业的发展历程
第一阶段：20世纪80年代以前，在国家钢铁工业大发展的带动 下和国家节能资金的支持下，全国建成了一批利用焦炉余气 以及各种煤制气的城市燃气利用工程，许多城市建设了管网 等燃气设施。在这一阶段，以发展煤制气为主，取得了普及 用户、增加燃气供应量的成绩。 第二阶段：20世纪80年代至90年代前期，液化石油气和天然气 得到了很快的发展，形成了煤制气、液化石油气和天然气等 多种气源并存的格局。同时出现了国内现有资源难以满足城 市发展和经济建设需求的情况。由于国家准许液化石油气进 口并逐步取消了配额限制，广东等沿海较发达、但能源缺乏 的地区首先使用了进口液化石油气。 第三阶段：20世纪90年代后期，随着天然气的勘探、开发，以 陕甘宁天然气进北京为代表的天然气供应拉开了序幕，我国 城镇天然气的应用进入前所未有的发展阶段。特别是西气东 输工程的实施，标志着我国城镇燃气的天然气时代已经来临。 同时，液化石油气小区管道供应方式的广泛应用，也为液化 石油气扩展了应用领域。
2.俄气南供 3.液化天然气进口 4.近海天然气利用 5.煤层气开发利用
第一章 燃气气源概论
燃气是易燃、易爆的混合气体，有些燃气还具有毒性。燃气中可燃成分有氢气、一氧化 碳（主要毒物）、甲烷及碳氢化合物（烃类）等；不可燃成分有二氧化碳、氮气等惰性气 体；部分燃气还含有氧气、水及少量杂质。
第一节
燃气的种类
• 我国城镇燃气事业需要解决的问题
• 城镇燃气的气化率在发达地区比较高，不发达地区比较低； • 许多地方的燃气管道及设施才刚刚开始建设； • 天然气等优质燃料与清洁能源在整个能源消费结构中所占比 例还很低；
• 由于燃气气源供应的不足，也影响了燃气应用技术的发展。
• 我国天然气利用的总体规划
要继续增强对城镇基础设施建设的投入，使城镇人居环境质 量得到明显改善。其中，在城市市区人口中，燃气的普及率 要达到92%。 在2010年前实施： 1.西气东输
• 能源的分类
• 我国能源特点
我国能源资源储量比较丰富，但资源质量及资 源勘探程度不很高。主要表现为：煤炭资源储量比 较丰富，石油、天然气等优质能源探明储量有限。 加之我国人口众多，人均能源占有量相对比较低。 在过去的几十年里，终端能源消费结构中，煤炭一 直占据主导地位。以煤为主的传统工业投资大、环 保问题突出。我国常规能源的合理利用方面的主要 问题是缺乏严格的、科学的能源管理，能量利用率 比较低，能源消费系数比较高。
四、其他燃气
煤层气与矿井气
CH4 30-55％ N230-55％
天然气水合物（可燃冰） 生物气（人工沼气 ）
第二节
1. 燃气的组成
燃气的基本性质
（1）表示方法 容积成分yi 质量成分gi 分子成分xi （2）平均分子量 （3）平均密度和相对密度 （4）临界参数
• 例题：一输气管道，管道内径d1=200mm，管道 内平均流速为w1=3m/s,试求该管道中气体的体 积流量。若流量不变，管道内径为d2=300mm， 则管道内气体的平均流速是多少？
P T0 1 3.04 273 1 V0 V 48081 1506901 P0 T Z 0.101325 278 0.94
• 若按理想气体计算，体积为1416487 m3，比实际少6%
m3
气体常数
R为气体常数（单位J/kg· K），与气体所处的 状态无关，随气体的种类不同而异。
燃气输配及 燃气工程施工
参考书目
• • • • 《燃气供应》 詹淑慧主编 中国建筑工业出版社 《城镇燃气设计规范 》（ GB50028-2006）建设部 《城镇燃气技术规范》 （ GB50494-2009）住建部 《城镇燃气输配工程施工及验收规范 》 （ CJJ33-2005）建设部 • 《城镇燃气设施运行、维护和抢修安全技术规程 》 （ CJJ51-2006 ）建设部 • 《城镇燃气室内工程施工与质量验收规范 》 （ CJJ94-2009）住建部 • 《城镇燃气管理条例》中华人民共和国国务院令 （第583号）
绪论 能源与燃气
• 一、能源概述 • 能源是人类社会和经济发展的基本条件之一 • 能源是指能够转换为机械能、热能、电磁能、化学 能等各种能量的资源 。 • 任何形式的能量既不能创造，也不能消灭，只能从 一种形式转变为另一种形式。 • 能源发展的三个阶段
1.人类首先经历了以薪柴为主的时代。 2.18世纪60年代从英国开始的产业革命，世界能源结构发生了第一次大的 转变，即从薪柴转向以煤炭为主。 3.从20世纪20年代开始，世界能源结构发生了第二次大的转变，即从煤炭 转向以石油和天然气为主。
• 实际气体状态方程
pν =ZRT
p——压强和绝对温度T ν——气体的比容式中 Z——压缩因子 R——气体常量 T——绝对温度
• 例题：有一内径为700mm，长为125km的天然气管道。当 天然气的平均压力为3.04MPa，天然气的温度为278k，求 管道中的天然气在标准状态下（101325Pa、273.15K）的 体积。已知压缩因子Z=0.94。 解：标准状态下管道中天然气体积（天然气管道本身体积） V=0.785×0.72×125000=48081 m3 标准状态下管道中天然气体积为
高温：900-1100℃中温：660-800℃高温：500-580℃
2．气化煤气
发生炉煤气、水煤气、压力气化煤
3．油制气
热裂解、催化裂解
三、液化石油气(LPG) ：C3 C4
根据来源分为：天然石油气、炼厂石油气
LPG的特点
液化石油气在常温常压下呈气态，但升高压力或降低温度就可以转为液态； 液化石油气从气态转为液态，体积约缩小250～300倍，液态的液化石油气便 于运输、储存和分配； 液化石油气的热值高，低热值约为48.1MJ/Kg（液态） 或87.8－108.7MJ/m3(气态)； 气态液化石油气比空气重，约为空气的1.5倍； 易燃易爆； 气化需要吸收大量的热量。
100 L yi Li
• 某人工燃气成分CH4=5%，C2H4=2%，CO=30%， H2=15%，O2=3%，N2=44%，CO2=1%，求该燃气 爆炸下限（单一组分的爆炸下限CH4=5.0%， C2H4=2.7%， CO=12.5%，H2=4.0%）。
100 L yi Li
0.01Bi (1 )100 1 0.01Bi Ld L 0.01Bi 100 L( ) 1 0.01Bi
（5）气体状态方程
理想气体状态方程
pV=mRT/M=nRT
P——压强 V——体积 m——质量 R——气体常量 T——绝对温度 M——摩尔质量 n——物质的量
• 例题:某燃气管道温度为20℃时用压力表测得压力为 1.2MPa；求温度为10℃时压力表的读数是多少？ （标准状态大气压按105Pa，温度按273K计.）
• （2）加臭剂应具有以下特性
• 1）在正常使用浓度范围内，加臭剂不应对人体、管道或与 其接触的材料有害； • 2）应具有持久、难闻且与一般气体气味有明显区别的特殊 臭味； • 3）有适当的挥发性； • 4）能完全燃烧，燃烧产物不应对人体呼吸系统有害，并不 应腐蚀或伤害与燃烧产物经常接触的材料； • 5）不与燃气的组分发生化学反应； • 6）加臭剂溶解于水的程度不应大于2.5％（质量成分）； • 7）价格低廉。
第三节 城镇燃气的质量要求
一、气源选择依据
气源资源 城镇条件
• 我国燃气发展方针
优先发展天然气、扩大液化石油气供应、慎重发展人工煤气
二、城镇燃气的基本要求
（一）基本要求 （1）热值高
• 燃气热值过低，输配系统的投资和金属耗量就会增加。 • 燃气低发热值一般应大于14.7MJ/m3。人工燃气热值不应低 于11.7 MJ/m3 。
气体常数与通用气体常数的关系：
R0 R 或 R0 MR M

混合气体的折合气体常数 相对容积成分 标准状态下的密度
例：混合气体的质量成分为空气g1=95%，燃气g2=5%。已知 空气的气体常数R1=287J/（kg .k），燃气的气体常数R1=400J/ （kg .k） 。试求混合气体的气体常数、容积成分和标准状态下 的密度。
（6）粘度：动力粘度 运动粘度 （7）饱和蒸汽压和相平衡常数 （8）沸点和露点 （9）体积膨胀 V2=V1〔1+β（t2-t1）〕 V1——液体温度为t1时的体积，m3 V2——液体温度为t2时的体积，m3
β——该液体在t1 至t2温度范围内的体积膨胀系数
平均值 钢瓶的容积充满度 k=V1/V2
• 例：当灌装温度为20℃时，灌装液态液化石油气10kg的钢瓶， 其最大灌装容积和容积充满度K各是多少？钢瓶的几何容积 至少应多大？（已知：根据规范，液化石油气的灌装应保证， 其中：－最大设计允许灌装质量（kg）；－40℃时液态液化 石油气密度（kg/m3）；－钢瓶的几何容积（m3）。40℃时 液态液化石油气的密度ρ=0.5kg/L，10～40℃范围内液体的 平均容积膨胀系数为=0.0034。）
（10）气化潜热和凝结热 （11）热值：高热值 低热值 （12）着火温度 （13）爆炸极限
100 L yi Li
0.01Bi (1 )100 1 0 . 01 B i Ld L 0.01Bi 100 L( ) 1 0.01Bi
• 某燃气成分CH4=95%，C2H4=5%，求该燃气 爆炸下限（单一组分的爆炸下限CH4=5.0%， C2H4=2.7%）。
通用气体常数不仅与气体状态无关，与气体的种类也 无关（气体常数之所以随气体种类不同而不同，是因为在同温、同压下，不同
气体的比容是不同的。如果单位物量不用质量而用摩尔，则由阿伏伽德罗定律可知， 在同温、同压下不同气体的摩尔体积是相同的，因此得到通用气体常数 R 0表示的 状态方程式）
R0 8.314 J /( mol K )
二、燃气概述
• 燃气
可以作为燃料的气体，它通常是以燃气体为主要成分 的、多组分的混合气体。
• 使用燃气的优势
可以改善能源结构、减轻大气污染、保护生态环境，减 少固体燃料及废渣的堆放和运输量。使用燃气可改善居民生 活条件，缩短家务劳动时间；在某些工业生产中使用燃气， 可以明显提高产品的产量及质量，提高生产过程的自动化程 度和劳动生产率，进而取得良好的经济效益。由于气体燃料 洁净度高，燃烧稳定、完全，火焰容易控制，因此，在使用 过程中有电、热和其它燃料无法替代的优势。总之，发展燃 气，可以明显地取得节能效益、环保效益和服务效益。
• 解： R g i Ri 0.95 287 0.05 400 292.7 J /( kg k )
i 1
n
R0 8314 M 28.4 R 292.7 R1 287 r1 g1 0.95 93.2% R 292.7 R2 400 r2 g 0.05 6.8% 2 R 292.7 M 28.4 0 1.268kg / m 3 22.4 22.4