燃氣的基本性質(zhì)

燃氣的基本性質(zhì)第1頁/共129頁衛(wèi)星遙感NO2濃度數(shù)據(jù)（全球）第2頁/共129頁PollutantsEmissionsinChina(Unit:Mt)namepercentoftotalworldquantitative

（％）Energyconsumption

8～9SO215.1NOx10.1CO9.6第3頁/共129頁主要能源的CO2排放量清潔、可再生能源可減少溫室氣體排放。例如，風電每提供100萬千瓦時電量，平均可減少600噸CO2排放量。來源排放量（克/千瓦時）煤751～961石油726天然氣428第4頁/共129頁主要溫室氣體來源與含量第5頁/共129頁CO2排放量前五位的國家

國家CO2排放量（％）美國20.6中國 14.8 俄羅斯 5.7

印度5.5日本4.0第6頁/共129頁胡錦濤主席在2004年6月1日院士大會報告中提出我們必須把經(jīng)濟發(fā)展真正轉(zhuǎn)到依靠科技進步和提高勞動者素質(zhì)的軌道上來，堅定不移地依靠科技進步和創(chuàng)新來實現(xiàn)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。加強能源領(lǐng)域的科技進步和創(chuàng)新，加強生態(tài)、環(huán)境領(lǐng)域的科技進步和創(chuàng)新。全面貫徹人才強國戰(zhàn)略，要堅持在創(chuàng)新實踐中識別人才，在創(chuàng)新活動中培養(yǎng)人才，在創(chuàng)新事業(yè)中凝聚人才，特別是要為年輕人才脫穎而出、施展才干提供更大的舞臺和更多的機會。第7頁/共129頁國際能源機構(gòu)預(yù)測（百萬噸標油）2000年2010年2020年2030年煤炭2335270231543606石油360442725020.55769天然氣208527943498.54203核電674573728703水電228274320366可再生223336477618總計9179111311319815265第8頁/共129頁未來能源需求的特點?總需求持續(xù)上升（1）總量2020年比2000年增長50%以上，能源供應(yīng)形勢緊張；（2）在長一段時期內(nèi)，化石能源仍是主要的一次能源；（3）天然氣比例增加，石油減少；（4）可再生能源2030年前后大規(guī)模應(yīng)用。第9頁/共129頁未來能源需求的特點（1）為減少燃煤污染：大量使用天然氣、石油；（2）為減少溫室氣體排放：注重節(jié)能和科學用能；（3）加速可再生能源開發(fā)：逐步建立可持續(xù)發(fā)展能源結(jié)構(gòu)。?環(huán)境保護對能源結(jié)構(gòu)影響大第10頁/共129頁未來能源需求的特點?高新技術(shù)對能源技術(shù)影響大燃料多元化設(shè)備小型化冷熱電聯(lián)供與多聯(lián)產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化智能化控制環(huán)境友好新一代能源系統(tǒng)注意吸取國外經(jīng)驗教訓(xùn)，避免走彎路也是跨越式發(fā)展。第11頁/共129頁電力與新能源發(fā)電總裝機容量規(guī)劃2000年2010年2020年總裝機容量/萬kW327805877095100～96000水電裝機容量/萬kW79301500025000所占比例(%)2425.526煤電裝機容量/萬kW237004000060000所占比例(%)736862.5氣電裝機容量/萬kw70020005000所占比例(%)23.45核電裝機容量/萬kW21011703600～4000所占比例(%)0.624新能源(風、太陽、物質(zhì)、地熱等)裝機容量/萬kW2406001500～2000所占比例(%)0.712第12頁/共129頁全球氣溫變化19041914190919191924192919341939194419491964196919741954195919791984198919940.50.40.30.20.10-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5氣溫異常值℃本世紀氣溫異常曲線第13頁/共129頁西南中沙群島的油氣田分布第14頁/共129頁

南沙油氣資源主要分布在曾母暗沙、萬安西和禮樂灘等10幾個盆地，總面積約41萬平方公里，油氣地質(zhì)儲量估計為350億噸。其中曾母暗沙盆地的油氣地質(zhì)儲量為126一137億噸。位于南沙群島的海寧礁（HeraldReef）大約70公里南部。第15頁/共129頁文萊一沙巴地，禮樂灘盆地，西北巴拉望盆地及鄭和盆地等，總面積約71萬平方公里，在我斷續(xù)國界線內(nèi)的面積約26萬平方公里。南沙群島全部或部分在我斷續(xù)國界線內(nèi)的新生代含油盆地有8個，即：曾母盆地，萬安盆地，中越盆地，安渡灘盆地，第16頁/共129頁第一章天然氣的基本性質(zhì)中山大學工學院2010級熱能動力專業(yè)二○一二年九月二十一日第17頁/共129頁燃氣的定義及分類1燃氣的物理和熱力學性質(zhì)2天然氣的燃燒性質(zhì)3天然氣水合物4城鎮(zhèn)天然氣的質(zhì)量要求5目次（Contents）第18頁/共129頁§1.燃氣的定義及其分類1.1定義主要成分：?低級烴（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯）；?氫氣和一氧化碳等可燃組分；?氨、硫化物、水蒸氣、焦油、萘和灰塵等雜質(zhì)所組成。燃氣是氣體燃料的總稱，它能燃燒而放出熱量，供城市居民和工業(yè)企業(yè)使用。第19頁/共129頁

第二類第一類第三類天然氣華白指數(shù)：35.8~53.7（天然氣中甲烷含量大于85%）人工煤氣華白指數(shù)：17.8~35.8（人工煤氣主要是一氧化碳，還有少量氫氣）；石油氣華白指數(shù)：71.5~87.2（石油氣是指丙烷或丁烷的混合氣體）。按燃氣氣源的種類，通?？梢园讶細夥譃樘烊粴?、人工燃氣、液化石油氣和生物質(zhì)氣（沼氣）。第20頁/共129頁?沼氣是一種混合氣體，可以燃燒。沼氣是有機物經(jīng)微生物厭氧消化而產(chǎn)生的可燃性氣體。?沼氣一般含甲烷50～70%，其余為二氧化碳和少量的氮、氫和硫化氫等。第21頁/共129頁華白數(shù)又稱為韋伯值（WobbeNumber）表示一定壓力的氣體輸給燃燒器具的熱量

華白數(shù)=

式中：H－標準狀態(tài)下干天然氣的高熱值，千卡/米3；－比重（以標準狀況下空氣比重為1計）第22頁/共129頁燃料熱值燃料熱值也叫燃料發(fā)熱量，指單位質(zhì)量(指固體或液體)或單位的體積(指氣體)的燃料完全燃燒，燃燒產(chǎn)物冷卻到燃燒前的溫度(一般為環(huán)境溫度)所釋放出來的熱量。第23頁/共129頁高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量高位熱值是指燃料在完全燃燒時釋放出來的全部熱量，即包括燃燒生成物中的水蒸汽凝結(jié)成水時的發(fā)熱量，也稱毛熱。低位熱值是指燃料完全燃燒，其燃燒產(chǎn)物中的水蒸汽以氣態(tài)存在時的發(fā)熱量，也稱凈熱。第24頁/共129頁1.2燃氣的分類1.2.1天然氣的分類天然氣含義：天然生成，并以一定壓力蘊藏于地下巖層或縫隙中的混合氣體。它們埋藏在深度不同的地層中，通過井筒引至地面。

第25頁/共129頁一、天然氣的組分（1）烷烴通式為CnH2n+2，是目前已發(fā)現(xiàn)的大部分天然氣的主要成分。天然氣中可能存在的烷烴有：

在常壓20℃時，甲、乙、丙、丁烷為氣態(tài)，戊烷以上到C7H36為液態(tài)，C18H38以上為固態(tài)；在天然氣中，庚烷以上的烷烴含量極少。CH4—甲烷C2H6—乙烷C3H8—丙烷

C4H10—丁烷C5H12—戊烷C6H14—己烷C7H16—庚烷第26頁/共129頁（2）烯烴通式為CnH2n，在大部分天然氣中僅以痕量存在。天然氣中可能存在的烯烴有：

C2H4—乙烯

C3H6—丙烯

C4H8—丁烯

（3）芳香烴

天然氣中可能存在的有苯、甲苯、二甲苯和三甲苯。

（4）非烴類非烴類有氮氣、硫化氫、氫氣、氦氣、氬氣、水蒸氣，還有硫醇、硫醚以及二氧化碳等有機硫化合物。第27頁/共129頁（5）其它化合物多硫化氫（H2Sx）。含硫天然氣氣藏中的多硫化氫會分解成硫化氫和硫磺。瀝青質(zhì)。以膠溶態(tài)粒子的形態(tài)存在于氣相中，主要是脂肪族性質(zhì)的化合物。硫磺沉積在油管、井口、礦場設(shè)備、集氣系統(tǒng)中，有時還會被帶到氣體加工廠；瀝青質(zhì)不能用一般的重力分離法進行分離；瀝青質(zhì)的存在會引起固體干燥劑吸附和液相吸收系統(tǒng)操作困難。第28頁/共129頁天然氣的組成烷烴，如甲烷、乙烷、丙烷等；環(huán)烷烴：環(huán)戊烷環(huán)己烷含量較多；芳烴：苯、甲苯及其同系物；烴類主要包括三種：無機硫化合物：硫化氫；二氧化碳、一氧化碳、水蒸汽；含硫、含氧物質(zhì)及其他這些氣體在天然氣中含量較高時，有必要回收，以提高NG加工處理的經(jīng)濟附加值。N2、氦等惰性氣體非烴類組成烴類組成其他氣體第29頁/共129頁小結(jié)：油田伴生氣基本不含硫化氫；天然氣中CO含量通常不高，CO2含量一般占百分之幾，高的可達百分之幾十；在空氣、天然氣和含放射性元素的礦石和某些礦泉水中都含有少量的氦。目前氦的主要來源是從含氦天然氣或從含氦天然氣為原料的合成氨尾氣中提取。第30頁/共129頁天然氣Naturalgas氣田氣(或稱純天然氣)通常，有機物埋藏在1千至6千米深，溫度在65至150攝氏度，會產(chǎn)生石油，而埋藏更深、溫度更高的會產(chǎn)生天然氣。石油伴生氣伴隨石油一起逸出的氣體，及部分溶于石油中的天然氣。含有少量易揮發(fā)的液態(tài)烴。凝析氣田氣來源于凝析氣藏。凝析氣藏既產(chǎn)油也產(chǎn)氣。凝析氣藏中的原油在地層壓力和溫度下成氣態(tài)，到地面壓力降低成為液態(tài)。非常規(guī)天然氣煤田的煤層氣與礦井氣（煤層氣與空氣混合而成的可燃氣體。二、天然氣的分類天然氣的主要成分為甲烷，還含有乙烷、丙烷等低分子量烷烴和少量的氮氣、二氧化碳、硫化氫和微量的氦、氬等其他非烴類氣體。根據(jù)其礦藏特點，可分為：第31頁/共129頁按照組分分類干氣貧氣酸性氣富氣潔氣濕氣每基方井口流出物中，C5以上重烴含量低于13.5立方厘米每基方井口流出物中，C5以上重烴含量大于13.5立方厘米每基方井口流出物中，C3以上重烴含量低于94立方厘米每基方井口流出物中，C3以上重烴含量低于94立方厘米含有顯著的H2S和CO2等酸性氣體H2S和CO2含量甚微第32頁/共129頁1.2.2人工燃氣的分類人工燃氣含義：是指從固體或液體燃料加工所產(chǎn)生的可燃氣體。

干餾煤氣：對煤進行干餾所獲得的煤氣稱為干餾煤氣，這類煤氣中甲烷和氫的含量較高，低發(fā)熱值在16700KJ/m3；氣化煤氣：包括壓力氣化煤氣、水煤氣和發(fā)生爐煤氣；油制氣：利用重油裂解制取的城鎮(zhèn)燃氣；高爐煤氣：冶金工廠煉鐵時的副產(chǎn)氣，主要成分是一氧化碳和氮氣。第33頁/共129頁1.2.3按照燃燒特性分類各類燃氣的一般組分與低熱值如下表所示。

第34頁/共129頁我國“城鎮(zhèn)燃氣分類”標準對城市燃氣做出了相應(yīng)的分類，分類的指標是國際上廣泛采用的華白指數(shù)和燃燒勢。

第35頁/共129頁表中華白指數(shù)為22.7，燃燒勢為94的人工煤氣的類別為5R；華白指數(shù)是燃具相對熱負荷的一個度量；燃燒勢反映了燃氣燃燒火焰所產(chǎn)生離焰、黃焰、回火和不完全燃燒的傾向性，是一項反映燃具燃燒穩(wěn)定狀況的綜合指標。第36頁/共129頁燃燒勢是指反映預(yù)混火焰內(nèi)焰高度的指數(shù)，又稱燃燒過度指數(shù)。它的計算式為：第37頁/共129頁附錄：穩(wěn)定燃燒火焰的穩(wěn)定性，是指在規(guī)定的燃燒條件下火焰能保持一定的位置和體積，既不回火，也不斷火?；鹧?zhèn)鞑ニ俣龋夯鹧嫦鄬τ跓o窮遠處的未燃混合氣在其法線方向上的速度。第38頁/共129頁附錄：火焰穩(wěn)定的基本原理要保證火焰前沿穩(wěn)定在某一位置上，可燃物向前流動的速度等于火焰前沿可燃物傳播的速度，這兩個速度方向相反，大小相等，因而火焰前沿就靜止在某一位置上。當預(yù)混氣體流量很小時、使得出口斷面上的流動速度總是小于火焰?zhèn)鞑ニ俣葧r，火焰就會向管內(nèi)傳播，造成回火。若流速過高，則會造成吹滅。第39頁/共129頁可燃氣體和空氣混合物在293K及1個大氣壓下的火焰前沿移動的正常速度值可燃氣體正常速度,m/sH21.6CO0.30CH40.28C2H40.5C2H21.0第40頁/共129頁§2.燃氣的物理和熱力學性質(zhì)2.1燃氣的組成表示方法和密度混合氣體的組分有三種表示方法：容積成分yi,質(zhì)量成分gi,和分子成分mi。2.1.1燃氣的組成表示方法

容積成分是指各組分的分容積與混合氣體的總?cè)莘e之比，即yi=Vi/V；②質(zhì)量成分是指各組分的質(zhì)量與混合氣體的總質(zhì)量之比，即gi=Gi/G；

第41頁/共129頁分子成分是指各組分的摩爾數(shù)與混合氣體的摩爾數(shù)之比。由于同溫同壓下，1mol任何氣體的容積大致相等，因此分子成分在數(shù)值上近似等于其容積成分。

2.1.2平均分子量燃氣是多組分的混合物，不能用一個分子式來表示。通常將燃氣的總質(zhì)量與燃氣的摩爾數(shù)之比稱為燃氣的平均分子量。第42頁/共129頁

式中，M-平均分子量，Mi-組分氣體分子量，yi-組分氣體容積成分。燃氣的平均分子量可按下式計算，即：2.1.2平均密度和相對密度①單位體積的燃氣所具有的質(zhì)量稱為燃氣的平均密度。平均密度的單位為kg/m3。燃氣的平均密度為：第43頁/共129頁

在標準狀態(tài)下，燃氣的密度與干燥空氣密度的比值稱為相對密度，用符號S表示。【例1-1】已知干燃氣的容積成分是甲烷27%，一氧化碳6%，氫氣56%，二氧化碳3%，氧氣1%，氮氣5%，CmHn為2%。求混合氣體平均分子量、平均密度和相對密度。如含濕量為0.002kg/m3干燃氣，求濕燃氣的容積成分及其平均密度。第44頁/共129頁解：1.求混合氣體的平均分子量：2.求混合氣體的平均密度：第45頁/共129頁

3.求混合氣體的相對密度：4.求濕燃氣的容積成分：（注：d-水蒸氣含量（kg/m3干燃氣））

首先確定換算系數(shù)：第46頁/共129頁

依次求得濕燃氣組分的容積成分：5.求濕燃氣的平均密度：第47頁/共129頁一、臨界參數(shù)混合氣體的平均臨界壓力和平均臨界溫度為：2.1燃氣的物理與熱力學性質(zhì)2.1.1臨界參數(shù)及實際氣體狀態(tài)方程（注：Pci-各組分的臨界壓力，MPa;Tci-各組分的臨界溫度）第48頁/共129頁

二、實際氣體狀態(tài)方程當壓力低于1MPa,溫度在10-20℃之間時，燃氣在實際工程中可以看成理想氣體。對高壓氣體，引入壓縮因子Z，得到實際氣體狀態(tài)方程：壓縮系數(shù)Z是一個無因次系數(shù)。根據(jù)對應(yīng)狀態(tài)理論，在相同的對應(yīng)狀態(tài)下的氣體，對理想氣體狀態(tài)方程式的偏差相同，即具有相等的Z值。

第49頁/共129頁Z是由Tr、Pr查兩參數(shù)壓縮因子圖得到。Tr=T/TC

；Pr=P/PC；Z=∑yizi式中：Tc－氣體的臨界溫度，Pc－氣體的臨界壓力；T－氣體的絕對溫度，P－氣體的絕對壓力。第50頁/共129頁氣體的壓縮因子Z與對比溫度Tr、對比壓力Pr的關(guān)系

當Pr＜1，Tr=0.6～1.0

當Pr＜5.6，Tr=1.0～2.0

第51頁/共129頁壓縮因子圖適用范圍：特別適用于以烴為主要組成的任何一種天然氣，但當天然氣中含有較多非烴組成時，則必須進行非烴效正。第52頁/共129頁附：Redlich-Kwong方程：

R－K方程是繼著名的范德華方程之后發(fā)表的最為廣泛使用的二參數(shù)狀態(tài)方程，適用于烴類、氮、氫等非極性氣體時精度較高，對氨氣、水蒸氣等極性較強的氣體，則精度較差。

第53頁/共129頁一、比熱含義：單位質(zhì)量燃氣升高1℃吸收的熱量。比熱計算式:注：第二式是天然氣在常壓下的比熱計算式；

S-相對密度，t-溫度。2.1.2基本物理量第54頁/共129頁二、粘度混合氣體的動力粘度可以近似按下式計算，即：

注：μ-混合氣體在0℃時的動力粘度（Pa.S）；

μi-組分氣體在0℃時的動力粘度（Pa.S）；

gi-各組分的質(zhì)量成分（%）。第55頁/共129頁在絕對壓力小于1MPa的情況下，壓力的變化對粘度的影響較小。溫度的影響，卻不允許忽略。t℃時混合氣體的動力粘度為：

注：μt-t℃時混合氣體的動力粘度（Pa.S）；T-混合氣體的熱力學溫度；C-混合氣體的無因次實驗系數(shù)，可用混合法則求得。單一氣體的C值由表1-4、1-5可以查到。第56頁/共129頁

若已知天然氣的平均分子量M或相對密度S，欲求某一壓力P和溫度T狀態(tài)下的粘度，可由0.1Mpa下的粘度再根據(jù)所給狀態(tài)算出對比壓力Pr，由圖查得粘度比μ/μ1，則所求粘度μ為：注：μ-壓力P和溫度T狀態(tài)下的動力粘度；μ1-0.1Mpa、t℃時混合氣體的動力粘度（Pa.S）。第57頁/共129頁由密度和相對密度計算天然氣的粘度：根據(jù)天然氣所處壓力、溫度條件下的密度和標準狀態(tài)下的相對密度S，可按下式計算天然氣粘度：注：T-溫度,K；S-相對密度；ρ-標準狀態(tài)下密度，kg/m3。第58頁/共129頁一、飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系含義：液態(tài)烴的飽和蒸汽壓，簡稱蒸汽壓，就是在一定溫度下密閉容器中的液體及其蒸氣處于動態(tài)平衡時蒸氣所表示的絕對壓力。2.1.3飽和蒸氣壓及相平衡常數(shù)?蒸汽壓與密閉容器的大小及液量無關(guān)，僅取決于溫度。?溫度升高時，蒸汽壓增大。第59頁/共129頁根據(jù)道爾頓定律，混合液的蒸汽壓等于各組分蒸汽分壓之和。注：P--混合液體的蒸氣壓（Pa）;Pi--組分液體的蒸氣分壓（Pa）。二、混合液體的蒸汽壓第60頁/共129頁根據(jù)拉烏爾定律，在一定溫度下，當液體與蒸汽處于平衡狀態(tài)時，混合液體上方各組分的蒸汽分壓等于此純組分在該溫度下的蒸汽壓乘以混合液體中的分子成分，即：注：xi--混合液體中該組分的分子成分（%）；pi’--該組分在同溫度下的蒸汽壓（Pa）。第61頁/共129頁【例】：如果容器中為丙烷和丁烷所組成的液化石油氣，當溫度一定時，其蒸汽壓取決于丙烷和丁烷含量的比例。當溫度一定時，p丙、p丁不變；p丙＞p?。槐榈姆肿雍吭礁?，液化石油氣的蒸汽壓越高。第62頁/共129頁當使用容器中的液化石油氣時，總是先蒸發(fā)出較多的丙烷，而剩余的液體中的丙烷的含量漸漸減少，所以溫度雖然不變，容器中的蒸汽壓也會逐漸下降。第63頁/共129頁15℃時容器中不同剩余量氣相組成和液相組成的變化情況。（a）氣相組成的變化（b）液相組成的變化第64頁/共129頁三、相平衡常數(shù)當混合液體與其蒸汽處于平衡狀態(tài)時，各組分的蒸汽壓為:根據(jù)混合氣體分壓定律，各組分的蒸汽分壓為:由上兩式得到:注：ki--相平衡常數(shù)；p--混合液體的蒸汽壓；pi’--混合液體任一組分飽和蒸汽壓；yi--該組分在氣相中的分子成分（%）；xi--該組分在液相中的分子成分（%）。第65頁/共129頁相平衡常數(shù)表示：在一定溫度和壓力下，汽液兩相達到平衡狀態(tài)時：某一組分在該溫度下的飽和蒸汽壓pi’與混合液體蒸汽壓p的比值是一個常數(shù)ki；氣相中某一組分的分子成分yi與其液相中的分子成分xi的比值是一個常數(shù)ki。第66頁/共129頁【例】：利用相平衡常數(shù)來計算液化石油氣的氣相組成或液相組成。步驟：確定系統(tǒng)的壓力或者相平衡常數(shù)計算氣相組成或液相組成第67頁/共129頁【例1-5】已知液化石油氣由丙烷C3H8、正丁烷nC4H10和異丁烷iC4H10組成，其液相分子組成為xC3H8=70%,xnC4H10=20%,xiC4H10=10%,求溫度為20℃時系統(tǒng)的壓力和達到平衡狀態(tài)時的氣相分子組成。第68頁/共129頁解：運用道爾頓和拉烏爾定律，得到系統(tǒng)的壓力為：達到平衡狀態(tài)時，氣相分子組成為：第69頁/共129頁下面利用平衡常數(shù)k計算：

當溫度為20℃時，連接3、溫度為20℃的點交基線于A。又因為丙烷的蒸汽壓為0.846，連接A和蒸汽壓為0.846的點，得到丙烷的相平衡常數(shù)為kC3H8=1.26,則20℃時丙烷的氣相分子成分為：依此類推...第70頁/共129頁一、絕對濕度

絕對濕度：單位體積天然氣所含水汽重量，單位為mg/m3，用E表示。2.1.4天然氣的含水量和露點二、相對濕度

在一定溫度和壓力下，天然氣的含水量如達到飽和，則這個飽和時的含水量稱為飽和濕度。相對濕度是指天然氣的絕對濕度與飽和濕度之比。第71頁/共129頁三、水露點水露點：是指在一定壓力下的天然氣中，水蒸氣開始冷凝結(jié)露的溫度。第72頁/共129頁【例】：露點的直接計算(工程中，液化石油氣的儲存和輸送壓力在0.1-0.3MPa的范圍內(nèi)，有必要對他們進行露點計算)計算公式：式中，td---氣態(tài)液化石油氣的露點（℃）；p---氣態(tài)液化石油氣的壓力（MPa）；c---液化石油氣-空氣混合氣中液化石油氣組分的容積成分，對氣態(tài)液化石油氣c=1.0；yi---液化石油氣各組分的容積成分；ai---液化石油氣各組分的特性系數(shù)，見表1-11。第73頁/共129頁一、地層體積系數(shù)：是指1標準立方米的天然氣在地層中所占據(jù)的體積，即在地層中的氣體體積與它在標準狀態(tài)下的體積之比。2.1.5容積膨脹系數(shù)（體脹系數(shù)）二、容積膨脹系數(shù)

容積膨脹系數(shù)是地層體積系數(shù)的倒數(shù)。一些液態(tài)碳氫化合物的容積膨脹系數(shù)見表1-14。第74頁/共129頁表1-14一些液態(tài)碳氫化合物的容積膨脹系數(shù)第75頁/共129頁三、液態(tài)碳氫化合物的容積膨脹系數(shù)液態(tài)碳氫化合物的容積膨脹系數(shù)可按下式計算：對于單一液體，式中，v1-溫度為t1（℃）時的液體體積；v2-溫度為t2（℃）時的液體體積；β-t1至t2（℃）溫度范圍內(nèi)的容積膨脹系數(shù)平均值。對于混合液體，第76頁/共129頁

式中，v2‘---溫度為t2（℃）時混合液體的體積；v1’---溫度為t1（℃）時混合液體的體積；xi---溫度為t1（℃）時混合液體各組分的容積成分；βi--各組分在t1至t2（℃）溫度范圍內(nèi)的容積膨脹系數(shù)平均值。第77頁/共129頁可燃性氣體和空氣的混合物遇明火而引起爆炸時的可燃氣體濃度范圍稱為爆炸極限。2.1.6爆炸極限?在混合物中，可燃氣體的含量減少到不能形成爆炸混合物時的含量，此含量稱為可燃氣體的爆炸下限；?可燃氣體的含量增加到不能形成爆炸混合物時的含量，此含量稱為可燃氣體的爆炸上限。第78頁/共129頁常用可燃氣體爆炸極限物質(zhì)名稱分子式在空氣中的爆炸極限(V%)毒性下限LEL上限UEL甲烷CH4515——乙烷C2H6315.5

丙烷C3H82.19.5

丁烷C4H101.98.5

戊烷（液體）C5H121.47.8

己烷（液體）C6H141.17.5

庚烷（液體）CH3(CH2)5CH31.16.7

辛烷（液體）C8H1816.5

乙烯C2H42.736

第79頁/共129頁常用可燃氣體爆炸極限物質(zhì)名稱分子式在空氣中的爆炸極限(V%)毒性下限LEL上限UEL丙烯C3H6211.1

丁烯C4H81.610

丁二烯C4H6212低毒乙炔C3H42.372.3

環(huán)丙烷C3H62.410.4

煤油（液體）C10-C160.65

城市煤氣

4

液化石油氣

112

汽油（液體）C4-C121.15.9

松節(jié)油（液體）C10H160.8

第80頁/共129頁一、只含有可燃氣體的混合氣體的爆炸極限

按LeChatelier法則計算：式中，L---混合氣體的爆炸下（上）限（體積%）；L1、L2、.....Ln---混合氣體中各可燃氣體的爆炸下（上）限（體積%）；y1、y2、.....yn---混合氣體中各可燃氣體的容積成分（體積%）。第81頁/共129頁一、只含有可燃氣體的混合氣體的爆炸極限

按LeChatelier法則計算：式中，L---混合氣體的爆炸下（上）限（體積%）；L1、L2、.....Ln---混合氣體中各可燃氣體的爆炸下（上）限（體積%）；y1、y2、.....yn---混合氣體中各可燃氣體的容積成分（體積%）。第82頁/共129頁二、含有惰性氣體的混合氣體的爆炸極限當混合氣體中含有惰性氣體時，可將某一惰性氣體成分與某一可燃氣體成分組合起來視為混合氣體的一種成分，其容積成分為兩者之和，爆炸極限可由圖1-12、圖1-13查得。再按下式計算這種燃氣的爆炸極限，即：第83頁/共129頁式中，L---含有惰性氣體的混合氣體的爆炸下（上）限（體積%）；

L1’、L2’、.....Ln’---由某一可燃氣體成分與某一惰性氣體成分組成的混合氣體中的爆炸下（上）限（體積%）；

y1’、y2’、.....yn’---由某一可燃氣體成分與某一惰性氣體成分組成的混合氣體的容積成分（體積%）；

L1、L2、.....Ln---未與惰性氣體組合的可燃氣體的爆炸下（上）限（體積%）；

y1、y2、.....yn---未與惰性氣體組合的可燃氣體的容積成分（體積%）。第84頁/共129頁隨著惰性氣體含量的增加，混合氣體的爆炸極限范圍將縮小。對于含有惰性氣體的混合氣體，也可以采用公式修正法計算爆炸極限，即：式中，L---含有惰性氣體的混合氣體的爆炸下（上）限（體積%）；Lc---該燃氣的可燃基的爆炸下（上）限（體積%）；yN---含有惰性氣體的燃氣中，惰性氣體的容積成分（體積%）。第85頁/共129頁三、含有氧氣的混合氣體爆炸極限

當混合氣體中含有氧時，則可認為混入了空氣。對于這種含有氧氣的混合氣體，應(yīng)先扣除氧含量以及按空氣的氧氮比例求得的氮含量，并重新調(diào)整混合氣體中各組分的容積成分得到該混合氣體的無空氣基組成，再按下式計算混合氣體的爆炸極限：，即：第86頁/共129頁式中，

LT-包含有空氣的混合氣體的爆炸極限（%）；LnA-該混合氣體的無空氣基爆炸極限（%）；yAir-空氣在該混合氣體中的容積成分（%）。第87頁/共129頁解：將組分中的惰性氣體按照圖1-12與可燃氣體進行組合，即：，由圖1-12查得該組分的爆炸極限為6.0%~70%；第88頁/共129頁，由圖1-12查得該組分的爆炸極限為40.0%~73.5%。

而未與惰性氣體組合的甲烷的爆炸極限為5.0%~15%。因此，發(fā)生爐煤氣的爆炸極限為：第89頁/共129頁§3.天然氣的燃燒性質(zhì)決定天然氣燃燒狀態(tài)的主要參數(shù)有以下三個：一、韋伯值（WobbeNumber）韋伯值是氣態(tài)燃料燃燒和使用過程中一項重要的參數(shù)，它等于氣體熱值和比重的平方根的比值。▼韋伯值表示一定壓力的氣體輸給燃燒器具的熱量；▼韋伯值也粗略表示氣體燃料燃燒需要的空氣量。第90頁/共129頁二、氣體模數(shù)（GasModulus）

式中：P－氣體壓力；W－韋伯值。對于供風燃燒器，氣體模數(shù)不變則表示達到了給定程度的預(yù)混氣；影響氣體燃料燃燒狀況的基本性質(zhì)是韋伯值和火焰?zhèn)鞑ニ俣龋瑢τ诠╋L燃燒器，還決定于氣體模數(shù)M，為使M值保持不變，則燃料氣壓力必須正比于韋伯值的平方變化。第91頁/共129頁三、魏沃火焰速度因子（Weaverflame-speedfacto）魏沃火焰速度因子S表示燃燒時火焰的傳播速度，一般假定氦氣的魏沃火焰速度因子等于100，其它氣體燃料的S值是根據(jù)實驗，并與氦氣比較而定。按以上三個參數(shù)，氣體燃料大致可以分為三類：熱值為4200～5200千卡/標米3，魏沃火焰速度因子為32～45的燃料氣體為高火焰?zhèn)鞑ニ俣热剂蠚猓?/p>

第92頁/共129頁熱值為8000～10000千卡/標米3，魏沃火焰速度速度因子為13～25，則為低火焰?zhèn)鞑ニ俣热剂蠚?；介于上兩種氣體之間的為中間氣體類型。煤或某些油品生產(chǎn)的城市煤氣屬于高火焰?zhèn)鞑ニ俣热剂蠚猓烊粴鈱儆诘突鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣鹊娜剂蠚?，其火焰速度因子約為13～16。第93頁/共129頁天然氣的主要成分是甲烷，甲烷在空氣中可燃性極限范圍很窄，因此，在燃燒過程中對缺氧很敏感，同時也減少了回火的危險性；甲烷的最大燃燒速度比較小，大約只有33.8厘米/秒。惰性氣體的存在對天然氣的燃燒速度影響不大；韋伯值較高。甲烷的約為12000千卡/標米3；輻射系數(shù)低；碳氫比低。在一定溫度下由煙囪排放的尾氣中的熱量損失比其它燃料高。作為燃料，天然氣有以下特點：第94頁/共129頁結(jié)論天然氣燃燒速度較慢，火焰有時會離開燃燒器的噴出口，比較容易熄滅；在設(shè)計天然氣燃燒器時，可使用“小的保留火焰”來穩(wěn)定天然氣火焰，即使小量的天然氣在低速下由單獨噴孔噴出，其速度低到足以同天然氣燃燒速度達到平衡。實踐證明：保留火焰能很好地穩(wěn)定主火焰，防止了主火焰熄滅。第95頁/共129頁天然氣的火焰速度有兩個限界流速值：▼下限值：發(fā)生回火現(xiàn)象時燃燒器出口氣體流速；▼上限值，發(fā)生火焰離開燃燒器出口時燃燒器出口氣體流速。第96頁/共129頁結(jié)論天然氣的限界流速值最低，約為0.048千卡/秒·厘米2；其次為丙烷和丁烷，約為0.06千卡/秒·厘米2；熱值為4180千卡/標米3的城市煤氣約為0.134千卡/秒·厘米2。實踐證明：天然氣燃燒速度較慢，所以較不易發(fā)生回火現(xiàn)象。第97頁/共129頁結(jié)論限界流速的上限值決定于燃燒器流出口直徑，燃料氣體的類型及一次供風與理論空氣需要量的比值A(chǔ)；限界流速上限值與比值A(chǔ)的關(guān)系曲線近似為一拋物線，當比值A(chǔ)達到0.88～0.98時，限界流速上限值達到最高點；天然氣限界流速上限值比城市煤氣上限值低，受A的影響很小。實踐證明：從燃燒角度看，天然氣既不同于固體和液體燃料，也不同于其它氣體燃料，必須根據(jù)其特點設(shè)計燃燒器。第98頁/共129頁§4.天然氣水合物一、水化物及其生成條件

如果碳氫化合物中的水分超過一定含量，在一定的溫度壓力條件下，水能與液相和氣相的C1、C2、C3和C4生成結(jié)晶水化物CmHn.xH2O。第99頁/共129頁對于甲烷，x=6~7；對于乙烷，x=6；對于丙烷及異丁烷，x=17；水化物在聚集狀態(tài)下是白色的結(jié)晶體，或帶鐵銹色；在深海和永久凍土層下存在大量的甲烷水化物（天然氣水合物），具有潛在的開發(fā)價值，應(yīng)列入能源資源。第100頁/共129頁天然氣水化物也叫水合物，它是由非極性或弱極性氣體分子與接近冰點的水接觸，水分子靠氫鍵作用將氣體分子包絡(luò)其中形成的。水合物具有多面體籠性結(jié)構(gòu)，根據(jù)籠性結(jié)構(gòu)的不同，分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。第101頁/共129頁氣體水合物的類型晶體類型水分子數(shù)晶穴種類晶穴數(shù)晶穴結(jié)構(gòu)I型46小大2651251262II型136小大16851251264H型34小中大32151243566351268第102頁/共129頁構(gòu)成水合物的分子主要有：水分子、甲烷、乙烷、二氧化碳等弱極性分子；天然氣水合物有個最高臨界溫度，超過此溫，再大壓力也無法使水化物生成；圖1-14給出甲烷及其他烷烴形成水化物的壓力、溫度范圍。其中，點C是水化物存在的臨界溫度；甲烷形成水化物的最高臨界溫度是21.5℃、乙烷是14.5℃、丙烷是5.5℃、正丁烷1℃、異丁烷2.5℃；天然氣形成水合物的可能性最大。而其他燃氣，即使含有較多水分，生成水化物的可能性不大。第103頁/共129頁高壓輸送天然氣并且管道中含有足夠水分時，會遇到生成水化物的問題。水合物的形成條件歸納如下：1、含過飽和水汽或液體水；2、足夠低溫度，足夠高壓力；3、壓力波動，氣流突變和晶種存在。第104頁/共129頁二、天然氣水合物形成條件預(yù)測天然氣水化物形成條件計算常用的有經(jīng)驗圖解法（相對密度法）、相平衡常數(shù)法（Katz法）、統(tǒng)計熱力學法。（1）經(jīng)驗圖解法

該法使用書P26圖2-15曲線，根據(jù)天然氣相對密度預(yù)測天然氣水合物形成的大致溫度、壓力條件，對含較多H2S的天然氣計算誤差較大。第105頁/共129頁【例】：求比重為0.62的天然氣在10℃時最低形成水合物壓力是多少？解：比重0.6的天然氣可直接查出其10℃形成天然氣水合物的最低壓力為3300kPa，

比重0.7時為2280kPa，則比重為0.62的天然氣水合物最低形成壓力可按下式計算：內(nèi)插公式：

y=y1+[（y2-y1）/（x2-x1）]（x-x1）第106頁/共129頁則：P=P1+[(P2－P1)/(S2－S1)](S－S1)=3300-[(3300-2280)/(0.7-0.6)](0.62-0.6)=3100kPa第107頁/共129頁(2)平衡常數(shù)法(Katz法)1、原理∵Ki=yi/xi∴xi=yi/Ki

注：Ki----氣－固平衡常數(shù)

因各相中各組分摩爾分數(shù)之和應(yīng)恒等于1，即有:第108頁/共129頁2、計算步驟

A.先假設(shè)在給定溫度T下水合物形成壓力為P1，再由各組分氣—固平衡常數(shù)圖求出各組分的Ki，算出Xi，并求（∑Xi）1。若（∑Xi）1=1則假定水合物形成壓力P1即為所求;

B.若計算出（∑Xi）1＞1則另設(shè)一壓力P2求出相應(yīng)（∑Xi）2，若第二次計算的（∑Xi）2＜1則可由內(nèi)插法求出給定溫度T下生成水合物的最低形成壓力P。第109頁/共129頁三、天然氣水合物的防止措施

水合物是不穩(wěn)定的結(jié)合物，當壓力降低或溫度升高時，可自動分解。在輸送濕燃氣的管道中，應(yīng)采取措施防止水合物的形成。具體如下：在給定溫度、組分的天然氣，降壓至最低形成壓力以下；在給定壓力、組分的天然氣，保持溫度在水合物形成溫度以上。降低天然氣濕度、水露點，即脫水；加入水合物抑制劑如CaCl2、乙二醇等。第110頁/共129頁§5.城鎮(zhèn)燃氣的質(zhì)量要求一、城鎮(zhèn)燃氣的基本要求作為城鎮(zhèn)燃氣氣源，首先應(yīng)滿足一下要求：

熱值高。燃氣的熱值過低，輸配系統(tǒng)的投資和金屬耗量就會增加。只有在特殊情況下，才允許低熱值的燃氣作為城鎮(zhèn)氣源；第111頁/共129頁毒性下，為了防止燃氣泄露引起中毒，確保用氣安全，城鎮(zhèn)燃氣中的CO、H2S等有毒成分的含量必須控制；雜質(zhì)少，雜質(zhì)會引起設(shè)備故障、管道堵塞等等，影響正常使用，甚至造成事故。第112頁/共129頁二、燃氣中的雜質(zhì)和有害物的影響液態(tài)烴易引起管道堵塞，降低管道輸送效率安全性管道中的游離水造成管道腐蝕衛(wèi)生硫化氫是嚴重的腐蝕介質(zhì)，對人體劇毒環(huán)保CO2的含量小于3%第113頁/共129頁三、城鎮(zhèn)燃氣的質(zhì)量標準（GB17820—1999)技術(shù)指標與行業(yè)分類標準對燃氣提出了下列要求：第114頁/共129頁城鎮(zhèn)燃氣（天然氣）質(zhì)量指標符合（GB17820—1999)一類氣或二類氣的規(guī)定。在天然氣交接點的壓力和溫度條件下：天然氣的烴露點應(yīng)比最低環(huán)境溫度低5℃；天然氣中不應(yīng)有固態(tài)、液態(tài)或膠狀物質(zhì)。應(yīng)具有可以察覺的臭味。第115頁/共129頁項目雜質(zhì)限量項目雜質(zhì)限量焦油和灰塵(mg/m3)＜10萘(mg/m3)＜50/P②×105(冬季)＜100/P×105(夏季)硫化氫(mg/m3)＜20含氧量(體積%)＜1氨(mg/m3)＜<50一氧化碳③(體積%)＜10人工燃氣：第116頁/共129頁

液化石油氣質(zhì)量標準項目質(zhì)量標準試驗方法商品商品商品丙-丁烷混合物丙烷丁烷通用冬用夏用組分(%)

SY208IC2及C2以下不高于

5.03.0C4及C