城市燃气基础知识

城市燃气基础知识燃气的分类及理、化性质燃气：在具有氧气、火源、二者同时存在时可以控制燃烧的可燃混合气体。城市燃气：城市民用和厂矿企业使用的燃气，一般是由数种单一气体组成的可燃混合气体。天然气：指动、植物通过生物、化学及地质变化作用，在不同地质条件下生成、转移，在一定压力下储集，埋藏在深度不同的地层中的优质的可燃混合气体。其组分以甲烷为主，同时还含有少量的其他碳氢化合物、二氧化碳、硫化氢、氮和微量的氦、氖、氩等气体。一、什么是燃气？城市燃气的分类天然气人工煤气液化石油气生物气（沼气）新型合成能源（二甲醚DME等）二、燃气的分类

气田气：由气井开采出的可燃气体。主要成分是甲烷，约占98％左右。平均热值：38MJ/NM3（合9080kcal)。石油伴生气：随石油开采一起喷出，经分离而获得。乙烷含量较高，平均热值：42MJ/NM3(合9910kcal)。凝析气田气：天然气开采过程中，从天然气中凝析出的一部分石油轻质馏分。戊烷含量较高，平均热值：46MJ/NM3(合10992kcal)。矿井气：原煤开采中，从井下煤层中抽出的可燃气体。CH4含量约为30-55%。平均热值：18.84MJ/NM3(合4502kcal)。页岩气：页岩气是从页岩层中开采出来的天然气,成分以甲烷为主,是一种重要的非常规天然气资源。我国页岩气的勘探与开发还处于起步阶段，美国成为世界上唯一实现页岩气大规模商业性开采的国家，2010年页岩气的开采量增长至美国天然气总量20%三、天然气的种类五、术语定义临界温度当温度不超过某一数值，对气体进行加压可以使气体液化，而在该温度以上，无论施加多大压力都不能使之液化，这个温度就称为该气体的临界温度。气体临界温度越高，越易液化。由于组成天然气的组要成分甲烷的临界温度低，故天然气较难液化；而组成液化石油气的碳氢化合物的临界温度较高，故较易液化。临界压力在临界温度下，使气体液化所需的压力称为临界压力。沸点通常所说的沸点是指一定压力下液体沸腾气化时的温度。饱和蒸气压

简称蒸气压，就是在一定温度下密闭容器中的液体及其蒸气处于动态平衡时的绝对压力。蒸气压随温度升高而增大。气化物质从液态变成气态的过程叫气化。在其过程中，要吸收大量的热。气化过程中一般有两种方式：一是蒸发；二是沸腾。蒸发：液体表面的气化现象叫蒸发。蒸发现象有下列特征：①液体在任意情况下都可以蒸发；②蒸发现象仅发生在液体的表面。同一种液体的蒸发速度与下列各种因素有关：①液体的表面积越大，蒸发越快；②液体的温度越高，蒸发越快；③液面上的气体排除得越快，蒸发越快④液面上的气体压力越小，蒸发越快。沸腾：液体从内部表面同时气化的现象叫沸腾。液化物质从气态变为液态的过程叫液化凝固物质从液态变为固态的过程叫凝固。升华物质从固态不经液态直接变为气态的过程叫升华。熔化物质从固态变成液态的过程称为熔化。粘度燃气是有粘滞性的，这种特性用粘度来表示。粘度是气体或液体内部摩擦引起的阻力。包括动力粘度和运动粘度，当气体内部有相对运动时，就会因为摩擦产生内部阻力。粘度越大，阻力越大，气体流动就越困难。气体的粘度随温度的升高而增加，而液体的粘度则随温度的升高而降低。对于燃气，其分子间的吸引力很小，温度升高则体积膨胀，对分子间吸引力的影响不大，但增大了气体分子的运动速度，于是气体层间作相对运动时产生的内摩擦力就增大，即粘度增大。含湿量1Nm3(或1kg)干燃气中所含有的水蒸气质量称为燃气的含湿量。单位为（kg水蒸汽/kg干燃气）或（kg水蒸气/Nm3干燃气），工程上常用后者。

天然气比空气轻，且小于1Kg/Nm3，其密度一般在0.7-0.8kg/Nm3左右，不同产地、不同气田天然气组分之别导致其密度是有差异的。相对密度指气体密度与空气平均密度（1.293kg/Nm3)之比，显然天然气的相对密度小于1。与LPG对比：气态LPG比重约为空气的1.5-2倍，比空气重，比天然气更重。五、天然气物理性质一：密度及相对密度天然气比空气轻，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，燃烧后不产生灰份等固体杂质，是完全清洁的燃料。天然气的成分随气源产地的不同而不同。但甲烷总是主要成分。天然气是无色、无味、无毒、无腐蚀性，易燃、易爆的气体。天然气与其它城市燃气相比：安全、清洁、经济、方便。四、天然气基本性质应用一：天然气的相对密度小于1，比空气轻，因此，易扩散，液化石油气较易聚集，天然气较液化石油气安全；应用二：天然气使用场所泄漏报警器应安装在场所上方，距离天花米以内；液化石油气使用场所泄漏报警器应安装在场所下方，距离地板米以内。五、天然气物理性质一:应用应用一：因为天然气无色无味，且易燃易爆，所以必须加臭，以便天然气若有泄露能及时发现，第一时间处理。目前常用的加臭剂是四氢噻吩。加臭标准：16-25mg/NM3五、天然气物理性质二：无色无味天然气水露点：在一定压力条件下，天然气不断冷却，直至有水滴凝析出来时的温度。应用：天然气水露点要求（℃）：在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气的水露点应比最低环境温度低5℃。天然气水蒸汽来源：生产过程中携带或长输管线吹扫、干燥不彻底余水。天然气水蒸汽干燥不彻底危害：在输送过程中易因水分含量过大损害设备：如对管道腐蚀加重，调压时易结冰引起调压失灵等故障。压缩过程中水分吸热，变成气态，气压升高，损害设备；大气温度低达到天然气的水露点，易造成加气机冰堵。故天然气应首先进行脱水处理，合格后方可使用。CNG需进行干燥。五、天然气的物理性质三：水露点天然气水合物概述天然气水化物(hydrate)是轻的碳氢化合物和水所形成的疏松结晶化合物,是一种天然气中的小分子与水分子形成的类冰状固态化合物，是气体分子与水分子非化学计量的包藏络合物，即是水分子与气体分子以物理结合体所形成的一种固体。水化物通常是当气流温度低于水化物形成的温度而生成。在高压下，这些固体可以在高于0℃而生成。水合物形成条件1．天然气的含水量处于饱和状态天然气中的含水汽量处于饱和状态时，常有液相水的存在，或易于产生液相水。液相水的存在是产生水合物的必要条件。2、压力和温度当天然气处于足够高的压力和足够低的温度时，水合物才可能形成。天然气中不同组分形成水合物的临界温度是该组分水合物存在的最高温度。此温度以上，不管压力多大，都不会形成水合物。不同组分形成水合物的临界温度如下表所示。

过去曾认为该值为21.5，后经研究，在33.0～76.0MPa条件下，甲烷水合物在28.8℃时仍存在，而在390.0MPa条件下，甲烷水合物形成温度高达47℃。天然气生成水合物的临界温度表

在具备上述条件时，水合物的形成，还要求有一些辅助条件，如天然气压力的波动，气体因流向的突变而产生的搅动，以及晶种的存在等。3．流动条件突变防止天然气水化物形成的方法有：1、加热，保证气流温度总是高于形成水化物温度；2、用化学抑制剂或给气体脱水。

在选择水化物抑制剂或脱水方法之前，整个操作系统应该是最优化的，以使必须的处理过程减至最少。人们认为有以下的一般方法可供考虑：1、减少管线长度和阻力部件来减小压力降；2、检验在寒冷地区应用绝热管道的经济性。天然气的热值：

单位体积天然气完全燃烧可放出的热量称为天然气的热值，单位kJ/Nm3。热值分高热值和低热值两种。天然气的高热值在数值上大于其低热值，区别是高热值指烟气中所含水蒸气以冷凝状态呈现，释放出汽化潜热时的热值。天然气汽化潜热：

在常压下液体沸腾时，1kg饱和液体变成同温度的饱和蒸气所吸收的热量称为汽化潜热。甲烷在沸点时的汽化潜热为510.80KJ/kg。天然气高热值与低热值之间存在着燃烧时生成的水的汽化潜热。

低热值=高热值-水蒸气的气化潜热五、天然气的物理性质四－热值几种不同地天然气及液化石油气的热值（kcal/Nm3）注：热值的应用：天然气正是拥有较高的热值，才能用作燃料涠洲岛：8809Kcal广东大鹏(澳大利亚）：9474Kcal濮阳（中原油田)：9260Kcal新疆广汇：液化石油气气态时91.96——121.22MJ/Nm321969.2—28959.5Kcal液态时45.14——45.980MJ/Kg10783.9—10984.6Kcal注：天然气作为混合气体，其热值根据组分不同在一定区间波动，具体数值对应具体抽样分析到样本气。五、天然气的物理特性四－热值天然气

充分燃烧:天然气中有机组分均可彻底燃烧（氮气及惰性气体等不能燃烧），充分燃烧后不产生灰粉等固体杂质，是完全清洁的燃料。充分燃烧理论空气需要量：指每立方米（或公斤）燃气按燃烧反应方程式完全燃烧所需的空气量。CmHn+(m+n/4)O2=mCO2+n/2H2OCH4+2O2=CO2+2H2O因此：2／0.21＝9.52（空气中氧含量为21%）即1体积的天然气充分燃烧至少需要消耗9.52体积的空气。六、天然气化学性质一：燃烧特性不完全燃烧: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,反应式为: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。当空气中含有的燃气浓度增加到不能引起爆炸的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；当空气中含有的燃气浓度减少到不能引起爆炸的浓度点时称为爆炸下限，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%）；液化气的爆炸极限是1.5—9.5%六、天然气化学性质一：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最低温度。甲烷着火温度为540℃。燃烧温度：燃气按燃烧反应方程式完全燃烧时产生的理论温度。理论燃烧温度是在理想情况下才可能达到的最高温度，是指燃烧过程中所产生的热量，全部用来加热烟气，这在实际上是做不到的，因为总有一部分热量散失掉。实际燃烧温度总比理论燃烧温度低。甲烷理论燃烧温度为1970℃。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。甲烷最大燃烧速度为米/秒。六、天然气的化学性质一：燃烧特性脱火：由于供气压力高导致的火焰飞离燃烧器头部而熄灭的现象,易造成燃烧事故，损坏设备，伤害人员。(燃气流速大于其燃烧速度造成的现象)回火：由于供气不足所造成的火焰缩回燃烧器内部而熄灭的现象,具有极大的危险性：由于空气进入供气系统很容易引起爆燃，从而导致设备损坏甚至造成人员的伤亡。(燃气流速小于其燃烧速度造成的现象)华白数：是一项控制燃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，要考虑华白数。华白数与燃气热值成正比,与燃相对密度平方根成反比,各国规定在两种燃气互换时华白数的变化不大于±5％～10％。W=Qh/S1/2Qh：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及一项反映燃具燃气燃烧稳定状态的综合指标。(具体计算公式比较复杂)六、天然气的化学性质一：燃烧特性（1)两种燃气的热值不同，天然气为40MJ/Nm3，液化石油气的热值为（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，从火孔中喷出长而无力的黄火焰，因此不同气源的灶具不能互换使用。（3）关键的就是华白指数和燃烧势不一样。华白指数和燃烧势是衡量所有燃气能否互换的两个重要关键指标。燃烧特性:天然气灶具不能与液化石油气灶具互换的原因六、天然气的化学性质一：燃烧特性

天然气无毒无腐蚀性的特点，使得钢质燃气管道内壁不用防腐处理；同时该特点也导致了PE管等优质管材的应用。六、天然气化学性质二：无毒无腐蚀性天然气液化后变成LNG。LNG生产过程：天然气除酸气脱水除汞液化LNG储存

液化冷冻工艺通常采用以乙烷、丙烷及混合冷冻剂为循环介质的压缩循环冷冻法。经过加压、节流、降温等过程七、天然气的液化——LNG生产过程脱除重烃冷冻酸气七、天然气的液化——LNG流程图七、天然气的液化——LNG特性LNG：液化天然气。LNG的主要成份为甲烷，还有少量的乙烷、丙烷及氮气等。液态温度：－162℃，液化后体积缩小约600倍。液态密度：气态热值：9100kcal/m3,液态热值：12000kcal/kgLNG特性概述：不易燃不易爆易蒸发易泄漏易扩散不易产生静电重要特性应用：液化后体积缩小600倍，可用耐低温、绝热性能好的储罐低温储存，LNG储罐进行绝热处理（珍珠粉，双层抽真空）。可采用LNG槽车、LNG运输船进行远距离运输。也可采用低温材料的管道进行输送，需进行保温绝热处理。由于液体LNG温度非常低，液体溅出容易造成冻伤，操作人员应佩戴防冻手套、防护面罩；液体大量溢出会迅速气化吸热，造成大量的雾气，降低氧气浓度，有可能造成窒息。

CNG的生产过程：经过干燥、压缩机加压而成。天然气经压缩机加压后，压力达到20-25MPa，再经过高压深度脱水干燥充装进入高压钢瓶组槽车储存，通过公路运输方式，把其送至使用城市或其它用气点。它与管道天然气的组分相同。CNG可作为车用燃料利用，CNG、LNG不可用于长输管线输送。应用：由于CNG压力非常高，因此相应容器、管道压力等级很高。万一发生泄漏，除了本身易燃易爆外，还可能因为高压损坏设备、对人体造成致命伤害。所以，必须严格按操作规程进行相关操作，定期进行设备检维修，作好个人安全防护（佩戴好安全帽等）八、天然气的加压：CNG的基本特性LPG：液化石油气。开采和炼制石油过程中作为副产品而获得的一部分碳氢化合物的液态混合物。主要成分：C3H8、C3H6、C4H10、C4H8，通称为C3、C4。这些碳氢化合物在常压下的沸点为-42.7℃。所以碳氢化合物在常温常压下呈气态，而当压力升高或温度降低时，又很容易使它转变为液态。九、浅谈LPG燃气输配常识井场装置井场装置集气站天然气处理厂输气干线矿场压气站干线首站天然气的集输降低温度

脱除水分

脱除其中的有害杂质

回收有价值的副产品

天然气处理厂燃气一般是具有一定毒性的爆炸性气体，又是通过管道或容器在一定压力下输送和使用。管道与设备在材质、制造、施工方面不同程度都会存在质量问题和使用不当，易造成泄漏、引起爆炸、火灾及人身中毒等危险。因此对城市燃气的组分及使用有一定的要求：1、城市燃气中总硫含量不得超过20mg/Nm³。2、城市燃气中固体颗粒悬浮物含量不超过10mg/Nm³，粒径15μm。3、CO做为可燃物因其毒性强、泄漏危害大，含量不得大于10%。4、对于无毒无味燃气在对人体造成有害浓度之前、无毒燃气在爆炸下限20%的浓度时应能觉察。因此天然气必须加臭方可输配使用。一、城市燃气质量要求天然气加臭的必要性：天然气具有无色无味和易燃易爆之特性，因此，当发生天然气漏气时，为易于被人们发觉，进而消除漏气，要求对没有臭味的天然气加臭。它对于确保人民生命和财产安全，及时发现并防止事故发生是一项重要的安全措施。加臭剂选择的原则：天然气泄漏到空气中，达到爆炸下限的20%浓度时，天然气的泄漏浓度达到1%时便应能察觉。我国目前主要采用四氢噻吩（THT）作为加臭剂，四氢噻吩的使用量为16-25mg/m3。二、天然气加臭按输气压力等级分类（七级）1、低压P＜2、中压B

中压A＜P≤0.4MPa3、次高压B＜

次高压A＜4、高压B＜

高压A＜P≤4.0MPa三、城市燃气管网系统介绍城市燃气输配系统主要是燃气管网，管网系统按压力分如下四类：一级系统：仅用低压系统分配供应，适用于小城镇。两级系统：中压（A）和低压或中压（B）和低压两级管道构成，适用于一般城镇和小型城市。三级系统：高、中、低压三种压力级别管道构成的管网系统，大中型和中型城市。多级系统：高压（A、B）、中压（A、B）和低压系统构成，适用于大型城市、多类型用户地区。三、城市燃气管网系统介绍现将高压管网、中压管网、低压管网的不同作用作一简单比较：高压管网的主要功能是输气；中压管网的功能也是输气，并具有向低压管网的各环网配气的作用；低压管网的主要功能是直接向各类用户配气，是城市供气系统中最基本的管网城市管网分布。一般来讲，一个城市通常由中低压两级管网供气。管网在实际敷设过程中，有枝状和环状之分，各级压力的干管，特别是中压以上压力较高的管道，应连成环网，增强管网供气的可靠性。低压管道直接和用户相连，而用户数量随城市建设的发展而逐步增加，故低压管道在建设初期除以环状管网为主体布置外，也允许存在枝状管道，其具体的布置原则依据相关的设