燃氣輸配燃氣的分類及其性質(zhì)

會計學(xué)1燃氣輸配燃氣的分類及其性質(zhì)第一章燃氣的分類及其性質(zhì)§1.1燃氣的分類§1.2燃氣的基本性質(zhì)§1.3城鎮(zhèn)燃氣的質(zhì)量要求第1頁/共48頁§1.1燃氣的分類一、按氣源分類天然氣人工燃氣液化石油氣

生物氣（沼氣）

第2頁/共48頁天然氣純天然氣

低發(fā)熱值約為33360～36300kJ／m3

石油伴生氣

低發(fā)熱值約為41900kJ／m3凝析氣田氣

低發(fā)熱值約為48360kJ／m3礦井氣

低發(fā)熱值約為18840kJ／m3第3頁/共48頁人工燃氣固體燃料干餾煤氣固體燃料氣化煤氣油制氣高爐煤氣焦?fàn)t煤氣連續(xù)式直立炭化爐煤氣立箱爐煤氣壓力氣化煤氣水煤氣發(fā)生爐煤氣重油蓄熱熱裂解氣重油蓄熱催化裂解氣第4頁/共48頁二、按燃燒特性分類分類華白指數(shù)（MJ/m3）典型燃氣一類燃氣17.8～35.8人工燃氣二類燃氣L族H族35.8～53.735.8～51.651.6～53.7天然氣三類燃氣71.5～87.2液化石油氣國際煤氣聯(lián)盟(IGU)燃氣分類

第5頁/共48頁§1.2燃氣的基本性質(zhì)一、混合氣體及混合液體的平均分子量、平均密度和相對密度

二、臨界參數(shù)及實際氣體狀態(tài)方程

三、粘度四、飽和蒸氣壓及相平衡常數(shù)五、沸點和露點六、液化石油氣的氣化潛熱七、容積膨脹八、爆炸極限九、水化物十、液化石油氣的狀態(tài)圖第6頁/共48頁一、混合氣體及混合液體的平均分子量、平均密度和相對密度

混合氣體的平均分子量可按下式計算：M=（y1M1+y2M2+……+ynMn）

式中:M——混合氣體平均分子量y1、y2……yn——各單一氣體容積成分(％)M1、M2……Mn——各單一氣體分子量

混合液體的平均分子量可按下式計算：M=（x1M1+x2M2+……+xnMn）

式中:M——混合液體平均分子量

x1、x2……xn——各單一液體分子成分(％)M1、M2……Mn——各單一液體分子量第7頁/共48頁

混合氣體平均密度和相對密度按下式計算：S=

式中:ρ——混合氣體平均密度(kg／m3)

——混合氣體平均摩爾容積(m3／kmol)S——混合氣體相對密度(空氣為1)1.293——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的密度(kg／m3)注:對于由雙原子氣體和甲烷組成的混合氣體，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的VM可取22.4m3／kmol，而對于由其他碳氫化合物組成的混合氣體，則取22m3／kmol。

第8頁/共48頁

混合氣體平均密度還可按下式計算：

燃氣通常含有水蒸氣，則濕燃氣密度可按下式計算：式中

:

——濕燃氣密度(kg／m3)

——干燃氣密度(kg／m3)

d——水蒸氣含量(kg／m3干燃氣)

0.833——水蒸氣密度(kg／m3)

第9頁/共48頁干、濕燃氣容積成分按下式換算：式中:

——濕燃氣容積成分(％)

——干燃氣容積成分(％)

——換算系數(shù)，

例:

已知干燃氣的容積成分為甲烷27%，一氧化碳6%，氫氣56%，二氧化碳3%，氧氣1%，氮氣5%，CmHn(按丙烯)2%。求混合氣體平均分子量、平均密度和相對密度。若含濕量為0.002kg／m3干燃氣，求濕燃氣的容積成分及其平均密度。第10頁/共48頁二、臨界參數(shù)及實際氣體狀態(tài)方程臨界參數(shù)定義:溫度不超過某一數(shù)值，對氣體進行加壓，可以使氣體液化，而在該溫度以上，無論加多大壓力都不能使氣體液化，這個溫度就叫該氣體的臨界溫度。在臨界溫度下，使氣體液化所必須的壓力叫做臨界壓力。第11頁/共48頁幾種氣體的液態(tài)-氣態(tài)平衡曲線

氣體的臨界溫度越高，越易液化。氣體溫度比臨界溫度越低，則液化所需壓力越小。第12頁/共48頁實際氣體狀態(tài)方程:

Pν=ZRT

式中:P——氣體的絕對壓力(Pa)ν——氣體的比容(m3／kg)Z——壓縮因子

R——氣體常數(shù)[J／(kg·K)]T——氣體的熱力學(xué)溫度(K)第13頁/共48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(dāng)Pr＜1，Tr=0.6～1.0

當(dāng)Pr＜5.6，Tr=1.0～2.0

所謂對比溫度Tr，就是工作溫度T與臨界溫度Tc的比值，而對比壓力Pr，就是工作壓力P與臨界壓力Pc的比值。此處溫度為熱力學(xué)溫度，壓力為絕對壓力。第14頁/共48頁例:

有一內(nèi)徑為900mm、長為115km的天然氣管道。當(dāng)天然氣的平均壓力為3.04MPa、溫度為278K，求管道中的天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(101325Pa、273.15K)的體積。已知天然氣的容積成分為甲烷97.5％，乙烷0.2％，丙烷0.2％，氮氣1.6％，二氧化碳0.5％。第15頁/共48頁三、粘度

混合氣體的動力粘度可以近似地按下式計算：式中:

——混合氣體在0℃時的動力粘度（Pa?s）

——各組分的質(zhì)量成分（％）、——相應(yīng)各組分在0℃時的動力粘度（Pa?s）第16頁/共48頁t(℃)時混合氣體的動力粘度按下式計算：式中

——t(℃)時混合氣體的動力粘度(Pa·s)；

T——混合氣體的熱力學(xué)溫度(K)；

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值可以查表得到。第17頁/共48頁

液態(tài)碳氫化合物的動力粘度隨分子量的增加而增大，隨溫度的上升而急劇減小。氣態(tài)碳氫化合物的動力粘度則正相反，分子量越大，動力粘度越小，溫度越上升，動力粘度越增大，這對于一般的氣體都適用。第18頁/共48頁混合液體的動力粘度可以近似地按下式計算：式中:

、……——各組分的分子成分（％）；

、……——各組分的動力粘度（Pa?s）；

——混合液體的動力粘度（Pa?s）。第19頁/共48頁混合氣體和混合液體的運動粘度為：式中：

——混合氣體或混合液體的運動粘度(m2／s)——相應(yīng)的動力粘度(Pa·s)——混合氣體或混合液體的密度(kg／m3)第20頁/共48頁四、飽和蒸氣壓及相平衡常數(shù)飽和蒸氣壓概念：

液態(tài)烴的飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓，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。

注：蒸氣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，蒸氣壓增大。

第21頁/共48頁

混合液體的蒸氣壓根據(jù)道爾頓定律、拉烏爾定律：——混合液體的蒸氣壓（Pa）

——混合液體任一組分的蒸氣分壓（Pa）——混合液體中該組分的分子成分（％）——該純組分在同溫度下的蒸氣壓（Pa）式中：第22頁/共48頁

如果容器中為丙烷和丁烷所組成的液化石油氣，當(dāng)溫度一定時，其蒸氣壓取決于丙烷和丁烷含量的比例。

當(dāng)使用容器中的液化石油氣時，總是先蒸發(fā)出較多的丙烷，而剩余的液體中丙烷的含量漸漸減少，所以溫度雖然不變，容器中的蒸氣壓也會逐漸下降。第23頁/共48頁

如圖所示是隨著丙烷、正丁烷混合物的消耗，當(dāng)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24頁/共48頁相平衡常數(shù)概念：式中：

——相平衡常數(shù)；——混合液體的蒸氣壓；——混合液體任一組分飽和蒸氣壓；——該組分在氣相中的分子成分(等于容積成分)——該組分在液相中的分子成分。第25頁/共48頁

相平衡常數(shù)表示在一定溫度下，一定組成的氣液平衡系統(tǒng)中，某一組分在該溫度下的飽和蒸氣壓與混合液體蒸氣壓的比值是一個常數(shù)。并且，在一定溫度和壓力下，氣液兩相達到平衡狀態(tài)時，氣相中某一組分的分子成分與其液相中的分子成分的比值，同樣是一個常數(shù)。

工程上，常利用相平衡常數(shù)來計算液化石油氣的氣相組成或液相組成。值可由圖1—8查得。

第26頁/共48頁圖1—8一些碳氫化合物的相平衡常數(shù)計算圖1—甲烷2—已烷3—丙烷4—正丁烷5—異丁烷6—正戊烷7—異戊烷8—乙烯9—丙烯第27頁/共48頁

液化石油氣的氣相和液相組成之間的換算還可按下列公式計算：1.當(dāng)已知液相分子組成，需確定氣相組成時，先計算系統(tǒng)的壓力，然后確定各組分的分子成分，即

2.當(dāng)已知氣相分子組成，需確定液相組成時，也是先確定系統(tǒng)的壓力，即第28頁/共48頁例：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=70％，=20％，=10％，求溫度為20℃時系統(tǒng)的壓力和達到平衡狀態(tài)時氣相分子組成。第29頁/共48頁五、沸點和露點概念：

通常所說的沸點指101325Pa壓力下液體沸騰時的溫度。

飽和蒸氣經(jīng)冷卻或加壓，立即處于過飽和狀態(tài)，當(dāng)遇到接觸面或凝結(jié)核便液化成露，這時的溫度稱為露點。

當(dāng)用管道輸送氣體碳氫化合物時，必須保持其溫度在露點以上，以防凝結(jié)，阻礙輸氣。

第30頁/共48頁露點的直接計算:

工程中特別是液化石油氣管道供氣的工程中所處理的氣態(tài)液化石油氣或液化石油氣—空氣混合氣一般處于壓力為0.1～0.3MPa的范圍內(nèi)，很需要對它們進行露點計算。用于這種情況的計算公式是：

第31頁/共48頁六、液化石油氣的氣化潛熱

氣化潛熱就是單位質(zhì)量(1kg)的液體變成與其處于平衡狀態(tài)的蒸氣所吸收的熱量。名稱甲烷乙烷丙烷正丁烷異丁烷乙烯丙烯丁烯-1順丁烯-2反丁烯-2異丁烯正戊烷沸點（℃）（101325Pa）-162.688.542.10.510.2103.747.06.263.720.886.936.2氣化潛熱（KJ/kg）510.8485.7422.9383.5366.3481.5439.6391.0416.2405.7394.4355.9部分碳氫化合物的沸點及沸點時的氣化潛熱

第32頁/共48頁七、容積膨脹

液態(tài)碳氫化合物的容積膨脹系數(shù)很大，約比水大16倍。在灌裝容器時必須考慮由溫度變化引起的容積增大，留出必需的氣相空間容積。一些液態(tài)碳氫化合物的容積膨脹系數(shù)列于表1-12。第33頁/共48頁液態(tài)碳氫化合物的容積膨脹

對于單一液體對于混合液體:式中:

——溫度為t1(℃)時的液體體積；——溫度為t2(℃)時的液體體積；——t1至t2溫度范圍內(nèi)的容積膨脹系數(shù)平均值第34頁/共48頁八、爆炸極限

可燃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。在這種混合物中當(dāng)可燃氣體的含量減少到不能形成爆炸混合物時的那一含量，稱為可燃氣體的爆炸下限，而當(dāng)可燃氣體含量一直增加到不能形成爆炸混合物時的含量，稱為爆炸上限。

概念：第35頁/共48頁(一)只含有可燃氣體的混合氣體的爆炸極限(二)含有惰性氣體的混合氣體的爆炸極限（三）含有氧氣的混合氣體爆炸極限第36頁/共48頁例：已知燃氣的容積成分為=5.7％，=5.3％，=1.7％，=8.4％，=20.93％，

=18.27％，=39.7％。求該燃氣的爆炸極限(CmHn按C3H6計算)。第37頁/共48頁九、水化物

如果碳氫化合物中的水分超過一定含量，在一定溫度壓力條件下，水能與液相和氣相的C1、C2、C3和C4生成結(jié)晶水化物CmHn·xH20(對于甲烷，x=6～7；對于乙烷，x=6；對于丙烷及異丁烷，x=17)。

水化物生成條件：

在濕氣中形成水化物的主要條件是壓力及溫度，次要條件是：含有雜質(zhì)、高速、紊流、脈動(例如由活塞式壓送機引起的)，急劇轉(zhuǎn)彎等因素。概念：第38頁/共48頁

水化物的生成，會縮小管道的流通斷面，甚至堵塞管線、閥件和設(shè)備。水化物的防止：采用降低壓力、升高溫度、加入可以使水化物分解的反應(yīng)劑(防凍劑)。脫水，使氣體中水分含量降低到不致形成水化物的程度。第39頁/共48頁十、液化石油氣的狀態(tài)圖狀態(tài)圖的使用方法：

在進行氣態(tài)或液態(tài)碳氫化合物的熱力計算時，一般需要使用飽和蒸氣壓P、比容ν、溫度T、焓值i及熵值s等5種狀態(tài)參數(shù)。為了使用上的方便，將這些參數(shù)值繪制成曲線圖，一般稱之為狀態(tài)圖。

只要知道上述五個參數(shù)中的任意兩