城市燃氣基礎知識

城市燃氣基礎知識燃氣的分類及理、化性質燃氣：在具有氧氣、火源、二者同時存在時可以控制燃燒的可燃混合氣體。城市燃氣：城市民用和廠礦企業(yè)使用的燃氣，一般是由數(shù)種單一氣體組成的可燃混合氣體。天然氣：指動、植物通過生物、化學及地質變化作用，在不同地質條件下生成、轉移，在一定壓力下儲集，埋藏在深度不同的地層中的優(yōu)質的可燃混合氣體。其組分以甲烷為主，同時還含有少量的其他碳氫化合物、二氧化碳、硫化氫、氮和微量的氦、氖、氬等氣體。一、什么是燃氣？城市燃氣的分類天然氣人工煤氣液化石油氣生物氣（沼氣）新型合成能源（二甲醚DME等）二、燃氣的分類

氣田氣：由氣井開采出的可燃氣體。主要成分是甲烷，約占98％左右。平均熱值：38MJ/NM3（合9080kcal)。石油伴生氣：隨石油開采一起噴出，經(jīng)分離而獲得。乙烷含量較高，平均熱值：42MJ/NM3(合9910kcal)。凝析氣田氣：天然氣開采過程中，從天然氣中凝析出的一部分石油輕質餾分。戊烷含量較高，平均熱值：46MJ/NM3(合10992kcal)。礦井氣：原煤開采中，從井下煤層中抽出的可燃氣體。CH4含量約為30-55%。平均熱值：18.84MJ/NM3(合4502kcal)。頁巖氣：頁巖氣是從頁巖層中開采出來的天然氣,成分以甲烷為主,是一種重要的非常規(guī)天然氣資源。我國頁巖氣的勘探與開發(fā)還處于起步階段，美國成為世界上唯一實現(xiàn)頁巖氣大規(guī)模商業(yè)性開采的國家，2010年頁巖氣的開采量增長至美國天然氣總量20%三、天然氣的種類五、術語定義臨界溫度當溫度不超過某一數(shù)值，對氣體進行加壓可以使氣體液化，而在該溫度以上，無論施加多大壓力都不能使之液化，這個溫度就稱為該氣體的臨界溫度。氣體臨界溫度越高，越易液化。由于組成天然氣的組要成分甲烷的臨界溫度低，故天然氣較難液化；而組成液化石油氣的碳氫化合物的臨界溫度較高，故較易液化。臨界壓力在臨界溫度下，使氣體液化所需的壓力稱為臨界壓力。沸點通常所說的沸點是指一定壓力下液體沸騰氣化時的溫度。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)平衡時的絕對壓力。蒸氣壓隨溫度升高而增大。氣化物質從液態(tài)變成氣態(tài)的過程叫氣化。在其過程中，要吸收大量的熱。氣化過程中一般有兩種方式：一是蒸發(fā)；二是沸騰。蒸發(fā)：液體表面的氣化現(xiàn)象叫蒸發(fā)。蒸發(fā)現(xiàn)象有下列特征：①液體在任意情況下都可以蒸發(fā)；②蒸發(fā)現(xiàn)象僅發(fā)生在液體的表面。同一種液體的蒸發(fā)速度與下列各種因素有關：①液體的表面積越大，蒸發(fā)越快；②液體的溫度越高，蒸發(fā)越快；③液面上的氣體排除得越快，蒸發(fā)越快④液面上的氣體壓力越小，蒸發(fā)越快。沸騰：液體從內(nèi)部表面同時氣化的現(xiàn)象叫沸騰。液化物質從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的過程叫液化凝固物質從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的過程叫凝固。升華物質從固態(tài)不經(jīng)液態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)的過程叫升華。熔化物質從固態(tài)變成液態(tài)的過程稱為熔化。粘度燃氣是有粘滯性的，這種特性用粘度來表示。粘度是氣體或液體內(nèi)部摩擦引起的阻力。包括動力粘度和運動粘度，當氣體內(nèi)部有相對運動時，就會因為摩擦產(chǎn)生內(nèi)部阻力。粘度越大，阻力越大，氣體流動就越困難。氣體的粘度隨溫度的升高而增加，而液體的粘度則隨溫度的升高而降低。對于燃氣，其分子間的吸引力很小，溫度升高則體積膨脹，對分子間吸引力的影響不大，但增大了氣體分子的運動速度，于是氣體層間作相對運動時產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力就增大，即粘度增大。含濕量1Nm3(或1kg)干燃氣中所含有的水蒸氣質量稱為燃氣的含濕量。單位為（kg水蒸汽/kg干燃氣）或（kg水蒸氣/Nm3干燃氣），工程上常用后者。

天然氣比空氣輕，且小于1Kg/Nm3，其密度一般在0.7-0.8kg/Nm3左右，不同產(chǎn)地、不同氣田天然氣組分之別導致其密度是有差異的。相對密度指氣體密度與空氣平均密度（1.293kg/Nm3)之比，顯然天然氣的相對密度小于1。與LPG對比：氣態(tài)LPG比重約為空氣的1.5-2倍，比空氣重，比天然氣更重。五、天然氣物理性質一：密度及相對密度天然氣比空氣輕，易揮發(fā)，不易聚集，安全性能好。天然氣中各組分均可徹底燃燒，燃燒后不產(chǎn)生灰份等固體雜質，是完全清潔的燃料。天然氣的成分隨氣源產(chǎn)地的不同而不同。但甲烷總是主要成分。天然氣是無色、無味、無毒、無腐蝕性，易燃、易爆的氣體。天然氣與其它城市燃氣相比：安全、清潔、經(jīng)濟、方便。四、天然氣基本性質應用一：天然氣的相對密度小于1，比空氣輕，因此，易擴散，液化石油氣較易聚集，天然氣較液化石油氣安全；應用二：天然氣使用場所泄漏報警器應安裝在場所上方，距離天花米以內(nèi)；液化石油氣使用場所泄漏報警器應安裝在場所下方，距離地板米以內(nèi)。五、天然氣物理性質一:應用應用一：因為天然氣無色無味，且易燃易爆，所以必須加臭，以便天然氣若有泄露能及時發(fā)現(xiàn)，第一時間處理。目前常用的加臭劑是四氫噻吩。加臭標準：16-25mg/NM3五、天然氣物理性質二：無色無味天然氣水露點：在一定壓力條件下，天然氣不斷冷卻，直至有水滴凝析出來時的溫度。應用：天然氣水露點要求（℃）：在天然氣交接點的壓力和溫度條件下，天然氣的水露點應比最低環(huán)境溫度低5℃。天然氣水蒸汽來源：生產(chǎn)過程中攜帶或長輸管線吹掃、干燥不徹底余水。天然氣水蒸汽干燥不徹底危害：在輸送過程中易因水分含量過大損害設備：如對管道腐蝕加重，調壓時易結冰引起調壓失靈等故障。壓縮過程中水分吸熱，變成氣態(tài)，氣壓升高，損害設備；大氣溫度低達到天然氣的水露點，易造成加氣機冰堵。故天然氣應首先進行脫水處理，合格后方可使用。CNG需進行干燥。五、天然氣的物理性質三：水露點天然氣水合物概述天然氣水化物(hydrate)是輕的碳氫化合物和水所形成的疏松結晶化合物,是一種天然氣中的小分子與水分子形成的類冰狀固態(tài)化合物，是氣體分子與水分子非化學計量的包藏絡合物，即是水分子與氣體分子以物理結合體所形成的一種固體。水化物通常是當氣流溫度低于水化物形成的溫度而生成。在高壓下，這些固體可以在高于0℃而生成。水合物形成條件1．天然氣的含水量處于飽和狀態(tài)天然氣中的含水汽量處于飽和狀態(tài)時，常有液相水的存在，或易于產(chǎn)生液相水。液相水的存在是產(chǎn)生水合物的必要條件。2、壓力和溫度當天然氣處于足夠高的壓力和足夠低的溫度時，水合物才可能形成。天然氣中不同組分形成水合物的臨界溫度是該組分水合物存在的最高溫度。此溫度以上，不管壓力多大，都不會形成水合物。不同組分形成水合物的臨界溫度如下表所示。

過去曾認為該值為21.5，后經(jīng)研究，在33.0～76.0MPa條件下，甲烷水合物在28.8℃時仍存在，而在390.0MPa條件下，甲烷水合物形成溫度高達47℃。天然氣生成水合物的臨界溫度表

在具備上述條件時，水合物的形成，還要求有一些輔助條件，如天然氣壓力的波動，氣體因流向的突變而產(chǎn)生的攪動，以及晶種的存在等。3．流動條件突變防止天然氣水化物形成的方法有：1、加熱，保證氣流溫度總是高于形成水化物溫度；2、用化學抑制劑或給氣體脫水。

在選擇水化物抑制劑或脫水方法之前，整個操作系統(tǒng)應該是最優(yōu)化的，以使必須的處理過程減至最少。人們認為有以下的一般方法可供考慮：1、減少管線長度和阻力部件來減小壓力降；2、檢驗在寒冷地區(qū)應用絕熱管道的經(jīng)濟性。天然氣的熱值：

單位體積天然氣完全燃燒可放出的熱量稱為天然氣的熱值，單位kJ/Nm3。熱值分高熱值和低熱值兩種。天然氣的高熱值在數(shù)值上大于其低熱值，區(qū)別是高熱值指煙氣中所含水蒸氣以冷凝狀態(tài)呈現(xiàn)，釋放出汽化潛熱時的熱值。天然氣汽化潛熱：

在常壓下液體沸騰時，1kg飽和液體變成同溫度的飽和蒸氣所吸收的熱量稱為汽化潛熱。甲烷在沸點時的汽化潛熱為510.80KJ/kg。天然氣高熱值與低熱值之間存在著燃燒時生成的水的汽化潛熱。

低熱值=高熱值-水蒸氣的氣化潛熱五、天然氣的物理性質四－熱值幾種不同地天然氣及液化石油氣的熱值（kcal/Nm3）注：熱值的應用：天然氣正是擁有較高的熱值，才能用作燃料潿洲島：8809Kcal廣東大鵬(澳大利亞）：9474Kcal濮陽（中原油田)：9260Kcal新疆廣匯：液化石油氣氣態(tài)時91.96——121.22MJ/Nm321969.2—28959.5Kcal液態(tài)時45.14——45.980MJ/Kg10783.9—10984.6Kcal注：天然氣作為混合氣體，其熱值根據(jù)組分不同在一定區(qū)間波動，具體數(shù)值對應具體抽樣分析到樣本氣。五、天然氣的物理特性四－熱值天然氣

充分燃燒:天然氣中有機組分均可徹底燃燒（氮氣及惰性氣體等不能燃燒），充分燃燒后不產(chǎn)生灰粉等固體雜質，是完全清潔的燃料。充分燃燒理論空氣需要量：指每立方米（或公斤）燃氣按燃燒反應方程式完全燃燒所需的空氣量。CmHn+(m+n/4)O2=mCO2+n/2H2OCH4+2O2=CO2+2H2O因此：2／0.21＝9.52（空氣中氧含量為21%）即1體積的天然氣充分燃燒至少需要消耗9.52體積的空氣。六、天然氣化學性質一：燃燒特性不完全燃燒:天然氣的主要成分是甲烷（CH4），它本身是一種無毒可燃的氣體。同其它所有燃料一樣，天然氣的燃燒需要大量氧氣（O2）。如果居民用戶在使用灶具或熱水器時不注意通風，室內(nèi)的氧氣會大量減少，造成天然氣的不完全燃燒。不完全燃燒的后果就是產(chǎn)生有毒的一氧化碳（CO），最終可能導致使用者中毒,反應式為:2CH4+3O2→2CO+4H2O。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。當空氣中含有的燃氣濃度增加到不能引起爆炸的濃度點稱為爆炸上限，因為燃燒產(chǎn)生的熱量不足以彌補散失的熱量；當空氣中含有的燃氣濃度減少到不能引起爆炸的濃度點時稱為爆炸下限，因為無法維持繼續(xù)燃燒。天然氣的爆炸極限是5－15%（占空氣中體積%）；液化氣的爆炸極限是1.5—9.5%六、天然氣化學性質一：燃燒特性著火溫度：燃氣與空氣混合物開始燃燒反應的自燃最低溫度。甲烷著火溫度為540℃。燃燒溫度：燃氣按燃燒反應方程式完全燃燒時產(chǎn)生的理論溫度。理論燃燒溫度是在理想情況下才可能達到的最高溫度，是指燃燒過程中所產(chǎn)生的熱量，全部用來加熱煙氣，這在實際上是做不到的，因為總有一部分熱量散失掉。實際燃燒溫度總比理論燃燒溫度低。甲烷理論燃燒溫度為1970℃。燃燒速度：垂直于燃燒焰面，火焰向燃燒氣體方向傳播的速度，就是火焰?zhèn)鞑ニ俣?。甲烷最大燃燒速度為?秒。六、天然氣的化學性質一：燃燒特性脫火：由于供氣壓力高導致的火焰飛離燃燒器頭部而熄滅的現(xiàn)象,易造成燃燒事故，損壞設備，傷害人員。(燃氣流速大于其燃燒速度造成的現(xiàn)象)回火：由于供氣不足所造成的火焰縮回燃燒器內(nèi)部而熄滅的現(xiàn)象,具有極大的危險性：由于空氣進入供氣系統(tǒng)很容易引起爆燃，從而導致設備損壞甚至造成人員的傷亡。(燃氣流速小于其燃燒速度造成的現(xiàn)象)華白數(shù)：是一項控制燃具熱負荷恒定狀況的指標。在燃氣工程中對不同類型燃氣間互換時，要考慮華白數(shù)。華白數(shù)與燃氣熱值成正比,與燃相對密度平方根成反比,各國規(guī)定在兩種燃氣互換時華白數(shù)的變化不大于±5％～10％。W=Qh/S1/2Qh：天然氣的高熱值S：天然氣的相對密度燃燒勢：是反映燃氣燃燒火焰所產(chǎn)生離焰、回火、黃焰和不完全燃燒傾向性及一項反映燃具燃氣燃燒穩(wěn)定狀態(tài)的綜合指標。(具體計算公式比較復雜)六、天然氣的化學性質一：燃燒特性（1)兩種燃氣的熱值不同，天然氣為40MJ/Nm3，液化石油氣的熱值為（2）兩種燃氣的燃燒速度，理論空氣量、壓力、比重均不同，而設計灶具時卻是根據(jù)各自的特性來決定灶具各部分尺寸的。若液化石油氣通過天然氣灶具由于一次空氣量不足，點火后使液化石油氣不能充分燃燒，從火孔中噴出長而無力的黃火焰，因此不同氣源的灶具不能互換使用。（3）關鍵的就是華白指數(shù)和燃燒勢不一樣。華白指數(shù)和燃燒勢是衡量所有燃氣能否互換的兩個重要關鍵指標。燃燒特性:天然氣灶具不能與液化石油氣灶具互換的原因六、天然氣的化學性質一：燃燒特性

天然氣無毒無腐蝕性的特點，使得鋼質燃氣管道內(nèi)壁不用防腐處理；同時該特點也導致了PE管等優(yōu)質管材的應用。六、天然氣化學性質二：無毒無腐蝕性天然氣液化后變成LNG。LNG生產(chǎn)過程：天然氣除酸氣脫水除汞液化LNG儲存

液化冷凍工藝通常采用以乙烷、丙烷及混合冷凍劑為循環(huán)介質的壓縮循環(huán)冷凍法。經(jīng)過加壓、節(jié)流、降溫等過程七、天然氣的液化——LNG生產(chǎn)過程脫除重烴冷凍酸氣七、天然氣的液化——LNG流程圖七、天然氣的液化——LNG特性LNG：液化天然氣。LNG的主要成份為甲烷，還有少量的乙烷、丙烷及氮氣等。液態(tài)溫度：－162℃，液化后體積縮小約600倍。液態(tài)密度：氣態(tài)熱值：9100kcal/m3,液態(tài)熱值：12000kcal/kgLNG特性概述：不易燃不易爆易蒸發(fā)易泄漏易擴散不易產(chǎn)生靜電重要特性應用：液化后體積縮小600倍，可用耐低溫、絕熱性能好的儲罐低溫儲存，LNG儲罐進行絕熱處理（珍珠粉，雙層抽真空）?？刹捎肔NG槽車、LNG運輸船進行遠距離運輸。也可采用低溫材料的管道進行輸送，需進行保溫絕熱處理。由于液體LNG溫度非常低，液體濺出容易造成凍傷，操作人員應佩戴防凍手套、防護面罩；液體大量溢出會迅速氣化吸熱，造成大量的霧氣，降低氧氣濃度，有可能造成窒息。

CNG的生產(chǎn)過程：經(jīng)過干燥、壓縮機加壓而成。天然氣經(jīng)壓縮機加壓后，壓力達到20-25MPa，再經(jīng)過高壓深度脫水干燥充裝進入高壓鋼瓶組槽車儲存，通過公路運輸方式，把其送至使用城市或其它用氣點。它與管道天然氣的組分相同。CNG可作為車用燃料利用，CNG、LNG不可用于長輸管線輸送。應用：由于CNG壓力非常高，因此相應容器、管道壓力等級很高。萬一發(fā)生泄漏，除了本身易燃易爆外，還可能因為高壓損壞設備、對人體造成致命傷害。所以，必須嚴格按操作規(guī)程進行相關操作，定期進行設備檢維修，作好個人安全防護（佩戴好安全帽等）八、天然氣的加壓：CNG的基本特性LPG：液化石油氣。開采和煉制石油過程中作為副產(chǎn)品而獲得的一部分碳氫化合物的液態(tài)混合物。主要成分：C3H8、C3H6、C4H10、C4H8，通稱為C3、C4。這些碳氫化合物在常壓下的沸點為-42.7℃。所以碳氫化合物在常溫常壓下呈氣態(tài)，而當壓力升高或溫度降低時，又很容易使它轉變?yōu)橐簯B(tài)。九、淺談LPG燃氣輸配常識井場裝置井場裝置集氣站天然氣處理廠輸氣干線礦場壓氣站干線首站天然氣的集輸降低溫度

脫除水分

脫除其中的有害雜質

回收有價值的副產(chǎn)品

天然氣處理廠燃氣一般是具有一定毒性的爆炸性氣體，又是通過管道或容器在一定壓力下輸送和使用。管道與設備在材質、制造、施工方面不同程度都會存在質量問題和使用不當，易造成泄漏、引起爆炸、火災及人身中毒等危險。因此對城市燃氣的組分及使用有一定的要求：1、城市燃氣中總硫含量不得超過20mg/Nm3。2、城市燃氣中固體顆粒懸浮物含量不超過10mg/Nm3，粒徑15μm。3、CO做為可燃物因其毒性強、泄漏危害大，含量不得大于10%。4、對于無毒無味燃氣在對人體造成有害濃度之前、無毒燃氣在爆炸下限20%的濃度時應能覺察。因此天然氣必須加臭方可輸配使用。一、城市燃氣質量要求天然氣加臭的必要性：天然氣具有無色無味和易燃易爆之特性，因此，當發(fā)生天然氣漏氣時，為易于被人們發(fā)覺，進而消除漏氣，要求對沒有臭味的天然氣加臭。它對于確保人民生命和財產(chǎn)安全，及時發(fā)現(xiàn)并防止事故發(fā)生是一項重要的安全措施。加臭劑選擇的原則：天然氣泄漏到空氣中，達到爆炸下限的20%濃度時，天然氣的泄漏濃度達到1%時便應能察覺。我國目前主要采用四氫噻吩（THT）作為加臭劑，四氫噻吩的使用量為16-25mg/m3。二、天然氣加臭按輸氣壓力等級分類（七級）1、低壓P＜2、中壓B

中壓A＜P≤0.4MPa3、次高壓B＜

次高壓A＜4、高壓B＜

高壓A＜P≤4.0MPa三、城市燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)介紹城市燃氣輸配系統(tǒng)主要是燃氣管網(wǎng)，管網(wǎng)系統(tǒng)按壓力分如下四類：一級系統(tǒng)：僅用低壓系統(tǒng)分配供應，適用于小城鎮(zhèn)。兩級系統(tǒng)：中壓（A）和低壓或中壓（B）和低壓兩級管道構成，適用于一般城鎮(zhèn)和小型城市。三級系統(tǒng)：高、中、低壓三種壓力級別管道構成的管網(wǎng)系統(tǒng)，大中型和中型城市。多級系統(tǒng)：高壓（A、B）、中壓（A、B）和低壓系統(tǒng)構成，適用于大型城市、多類型用戶地區(qū)。三、城市燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)介紹現(xiàn)將高壓管網(wǎng)、中壓管網(wǎng)、低壓管網(wǎng)的不同作用作一簡單比較：高壓管網(wǎng)的主要功能是輸氣；中壓管網(wǎng)的功能也是輸氣，并具有向低壓管網(wǎng)的各環(huán)網(wǎng)配氣的作用；低壓管網(wǎng)的主要功能是直接向各類用戶配氣，是城市供氣系統(tǒng)中最基本的管網(wǎng)城市管網(wǎng)分布。一般來講，一個城市通常由中低壓兩級管網(wǎng)供氣。管網(wǎng)在實際敷設過程中，有枝狀和環(huán)狀之分，各級壓力的干管，特別是中壓以上壓力較高的管道，應連成環(huán)網(wǎng)，增強管網(wǎng)供氣的可靠性。低壓管道直接和用戶相連，而用戶數(shù)量隨城市建設的發(fā)展而逐步增加，故低壓管道在建設初期除以環(huán)狀管網(wǎng)為主體布置外，也允許存在枝狀管道，其具體的布置原則依據(jù)相關的設