燃气的基本性质

燃气的基本性质第1页/共129页卫星遥感NO2浓度数据（全球）第2页/共129页PollutantsEmissionsinChina(Unit:Mt)namepercentoftotalworldquantitative

（％）Energyconsumption

8～9SO215.1NOx10.1CO9.6第3页/共129页主要能源的CO2排放量清洁、可再生能源可减少温室气体排放。例如，风电每提供100万千瓦时电量，平均可减少600吨CO2排放量。来源排放量（克/千瓦时）煤751～961石油726天然气428第4页/共129页主要温室气体来源与含量第5页/共129页CO2排放量前五位的国家

国家CO2排放量（％）美国20.6中国 14.8 俄罗斯 5.7

印度5.5日本4.0第6页/共129页胡锦涛主席在2004年6月1日院士大会报告中提出我们必须把经济发展真正转到依靠科技进步和提高劳动者素质的轨道上来，坚定不移地依靠科技进步和创新来实现全面、协调、可持续发展。加强能源领域的科技进步和创新，加强生态、环境领域的科技进步和创新。全面贯彻人才强国战略，要坚持在创新实践中识别人才，在创新活动中培养人才，在创新事业中凝聚人才，特别是要为年轻人才脱颖而出、施展才干提供更大的舞台和更多的机会。第7页/共129页国际能源机构预测（百万吨标油）2000年2010年2020年2030年煤炭2335270231543606石油360442725020.55769天然气208527943498.54203核电674573728703水电228274320366可再生223336477618总计9179111311319815265第8页/共129页未来能源需求的特点►总需求持续上升（1）总量2020年比2000年增长50%以上，能源供应形势紧张；（2）在长一段时期内，化石能源仍是主要的一次能源；（3）天然气比例增加，石油减少；（4）可再生能源2030年前后大规模应用。第9页/共129页未来能源需求的特点（1）为减少燃煤污染：大量使用天然气、石油；（2）为减少温室气体排放：注重节能和科学用能；（3）加速可再生能源开发：逐步建立可持续发展能源结构。►环境保护对能源结构影响大第10页/共129页未来能源需求的特点►高新技术对能源技术影响大燃料多元化设备小型化冷热电联供与多联产网络化智能化控制环境友好新一代能源系统注意吸取国外经验教训，避免走弯路也是跨越式发展。第11页/共129页电力与新能源发电总装机容量规划2000年2010年2020年总装机容量/万kW327805877095100～96000水电装机容量/万kW79301500025000所占比例(%)2425.526煤电装机容量/万kW237004000060000所占比例(%)736862.5气电装机容量/万kw70020005000所占比例(%)23.45核电装机容量/万kW21011703600～4000所占比例(%)0.624新能源(风、太阳、物质、地热等)装机容量/万kW2406001500～2000所占比例(%)0.712第12页/共129页全球气温变化19041914190919191924192919341939194419491964196919741954195919791984198919940.50.40.30.20.10-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5气温异常值℃本世纪气温异常曲线第13页/共129页西南中沙群岛的油气田分布第14页/共129页

南沙油气资源主要分布在曾母暗沙、万安西和礼乐滩等10几个盆地，总面积约41万平方公里，油气地质储量估计为350亿吨。其中曾母暗沙盆地的油气地质储量为126一137亿吨。位于南沙群岛的海宁礁（HeraldReef）大约70公里南部。第15页/共129页文莱一沙巴地，礼乐滩盆地，西北巴拉望盆地及郑和盆地等，总面积约71万平方公里，在我断续国界线内的面积约26万平方公里。南沙群岛全部或部分在我断续国界线内的新生代含油盆地有8个，即：曾母盆地，万安盆地，中越盆地，安渡滩盆地，第16页/共129页第一章天然气的基本性质中山大学工学院2010级热能动力专业二○一二年九月二十一日第17页/共129页燃气的定义及分类1燃气的物理和热力学性质2天然气的燃烧性质3天然气水合物4城镇天然气的质量要求5目次（Contents）第18页/共129页§1.燃气的定义及其分类1.1定义主要成分：►低级烃（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯）；►氢气和一氧化碳等可燃组分；►氨、硫化物、水蒸气、焦油、萘和灰尘等杂质所组成。燃气是气体燃料的总称，它能燃烧而放出热量，供城市居民和工业企业使用。第19页/共129页

第二类第一类第三类天然气华白指数：35.8~53.7（天然气中甲烷含量大于85%）人工煤气华白指数：17.8~35.8（人工煤气主要是一氧化碳，还有少量氢气）；石油气华白指数：71.5~87.2（石油气是指丙烷或丁烷的混合气体）。按燃气气源的种类，通常可以把燃气分为天然气、人工燃气、液化石油气和生物质气（沼气）。第20页/共129页►沼气是一种混合气体，可以燃烧。沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体。►沼气一般含甲烷50～70%，其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等。第21页/共129页华白数又称为韦伯值（WobbeNumber）表示一定压力的气体输给燃烧器具的热量

华白数=

式中：H－标准状态下干天然气的高热值，千卡/米3；－比重（以标准状况下空气比重为1计）第22页/共129页燃料热值燃料热值也叫燃料发热量，指单位质量(指固体或液体)或单位的体积(指气体)的燃料完全燃烧，燃烧产物冷却到燃烧前的温度(一般为环境温度)所释放出来的热量。第23页/共129页高位发热量和低位发热量高位热值是指燃料在完全燃烧时释放出来的全部热量，即包括燃烧生成物中的水蒸汽凝结成水时的发热量，也称毛热。低位热值是指燃料完全燃烧，其燃烧产物中的水蒸汽以气态存在时的发热量，也称净热。第24页/共129页1.2燃气的分类1.2.1天然气的分类天然气含义：天然生成，并以一定压力蕴藏于地下岩层或缝隙中的混合气体。它们埋藏在深度不同的地层中，通过井筒引至地面。

第25页/共129页一、天然气的组分（1）烷烃通式为CnH2n+2，是目前已发现的大部分天然气的主要成分。天然气中可能存在的烷烃有：

在常压20℃时，甲、乙、丙、丁烷为气态，戊烷以上到C7H36为液态，C18H38以上为固态；在天然气中，庚烷以上的烷烃含量极少。CH4—甲烷C2H6—乙烷C3H8—丙烷

C4H10—丁烷C5H12—戊烷C6H14—己烷C7H16—庚烷第26页/共129页（2）烯烃通式为CnH2n，在大部分天然气中仅以痕量存在。天然气中可能存在的烯烃有：

C2H4—乙烯

C3H6—丙烯

C4H8—丁烯

（3）芳香烃

天然气中可能存在的有苯、甲苯、二甲苯和三甲苯。

（4）非烃类非烃类有氮气、硫化氢、氢气、氦气、氩气、水蒸气，还有硫醇、硫醚以及二氧化碳等有机硫化合物。第27页/共129页（5）其它化合物多硫化氢（H2Sx）。含硫天然气气藏中的多硫化氢会分解成硫化氢和硫磺。沥青质。以胶溶态粒子的形态存在于气相中，主要是脂肪族性质的化合物。硫磺沉积在油管、井口、矿场设备、集气系统中，有时还会被带到气体加工厂；沥青质不能用一般的重力分离法进行分离；沥青质的存在会引起固体干燥剂吸附和液相吸收系统操作困难。第28页/共129页天然气的组成烷烃，如甲烷、乙烷、丙烷等；环烷烃：环戊烷环己烷含量较多；芳烃：苯、甲苯及其同系物；烃类主要包括三种：无机硫化合物：硫化氢；二氧化碳、一氧化碳、水蒸汽；含硫、含氧物质及其他这些气体在天然气中含量较高时，有必要回收，以提高NG加工处理的经济附加值。N2、氦等惰性气体非烃类组成烃类组成其他气体第29页/共129页小结：油田伴生气基本不含硫化氢；天然气中CO含量通常不高，CO2含量一般占百分之几，高的可达百分之几十；在空气、天然气和含放射性元素的矿石和某些矿泉水中都含有少量的氦。目前氦的主要来源是从含氦天然气或从含氦天然气为原料的合成氨尾气中提取。第30页/共129页天然气Naturalgas气田气(或称纯天然气)通常，有机物埋藏在1千至6千米深，温度在65至150摄氏度，会产生石油，而埋藏更深、温度更高的会产生天然气。石油伴生气伴随石油一起逸出的气体，及部分溶于石油中的天然气。含有少量易挥发的液态烃。凝析气田气来源于凝析气藏。凝析气藏既产油也产气。凝析气藏中的原油在地层压力和温度下成气态，到地面压力降低成为液态。非常规天然气煤田的煤层气与矿井气（煤层气与空气混合而成的可燃气体。二、天然气的分类天然气的主要成分为甲烷，还含有乙烷、丙烷等低分子量烷烃和少量的氮气、二氧化碳、硫化氢和微量的氦、氩等其他非烃类气体。根据其矿藏特点，可分为：第31页/共129页按照组分分类干气贫气酸性气富气洁气湿气每基方井口流出物中，C5以上重烃含量低于13.5立方厘米每基方井口流出物中，C5以上重烃含量大于13.5立方厘米每基方井口流出物中，C3以上重烃含量低于94立方厘米每基方井口流出物中，C3以上重烃含量低于94立方厘米含有显著的H2S和CO2等酸性气体H2S和CO2含量甚微第32页/共129页1.2.2人工燃气的分类人工燃气含义：是指从固体或液体燃料加工所产生的可燃气体。

干馏煤气：对煤进行干馏所获得的煤气称为干馏煤气，这类煤气中甲烷和氢的含量较高，低发热值在16700KJ/m3；气化煤气：包括压力气化煤气、水煤气和发生炉煤气；油制气：利用重油裂解制取的城镇燃气；高炉煤气：冶金工厂炼铁时的副产气，主要成分是一氧化碳和氮气。第33页/共129页1.2.3按照燃烧特性分类各类燃气的一般组分与低热值如下表所示。

第34页/共129页我国“城镇燃气分类”标准对城市燃气做出了相应的分类，分类的指标是国际上广泛采用的华白指数和燃烧势。

第35页/共129页表中华白指数为22.7，燃烧势为94的人工煤气的类别为5R；华白指数是燃具相对热负荷的一个度量；燃烧势反映了燃气燃烧火焰所产生离焰、黄焰、回火和不完全燃烧的倾向性，是一项反映燃具燃烧稳定状况的综合指标。第36页/共129页燃烧势是指反映预混火焰内焰高度的指数，又称燃烧过度指数。它的计算式为：第37页/共129页附录：稳定燃烧火焰的稳定性，是指在规定的燃烧条件下火焰能保持一定的位置和体积，既不回火，也不断火。火焰传播速度：火焰相对于无穷远处的未燃混合气在其法线方向上的速度。第38页/共129页附录：火焰稳定的基本原理要保证火焰前沿稳定在某一位置上，可燃物向前流动的速度等于火焰前沿可燃物传播的速度，这两个速度方向相反，大小相等，因而火焰前沿就静止在某一位置上。当预混气体流量很小时、使得出口断面上的流动速度总是小于火焰传播速度时，火焰就会向管内传播，造成回火。若流速过高，则会造成吹灭。第39页/共129页可燃气体和空气混合物在293K及1个大气压下的火焰前沿移动的正常速度值可燃气体正常速度,m/sH21.6CO0.30CH40.28C2H40.5C2H21.0第40页/共129页§2.燃气的物理和热力学性质2.1燃气的组成表示方法和密度混合气体的组分有三种表示方法：容积成分yi,质量成分gi,和分子成分mi。2.1.1燃气的组成表示方法

容积成分是指各组分的分容积与混合气体的总容积之比，即yi=Vi/V；②质量成分是指各组分的质量与混合气体的总质量之比，即gi=Gi/G；

第41页/共129页分子成分是指各组分的摩尔数与混合气体的摩尔数之比。由于同温同压下，1mol任何气体的容积大致相等，因此分子成分在数值上近似等于其容积成分。

2.1.2平均分子量燃气是多组分的混合物，不能用一个分子式来表示。通常将燃气的总质量与燃气的摩尔数之比称为燃气的平均分子量。第42页/共129页

式中，M-平均分子量，Mi-组分气体分子量，yi-组分气体容积成分。燃气的平均分子量可按下式计算，即：2.1.2平均密度和相对密度①单位体积的燃气所具有的质量称为燃气的平均密度。平均密度的单位为kg/m3。燃气的平均密度为：第43页/共129页

在标准状态下，燃气的密度与干燥空气密度的比值称为相对密度，用符号S表示。【例1-1】已知干燃气的容积成分是甲烷27%，一氧化碳6%，氢气56%，二氧化碳3%，氧气1%，氮气5%，CmHn为2%。求混合气体平均分子量、平均密度和相对密度。如含湿量为0.002kg/m3干燃气，求湿燃气的容积成分及其平均密度。第44页/共129页解：1.求混合气体的平均分子量：2.求混合气体的平均密度：第45页/共129页

3.求混合气体的相对密度：4.求湿燃气的容积成分：（注：d-水蒸气含量（kg/m3干燃气））

首先确定换算系数：第46页/共129页

依次求得湿燃气组分的容积成分：5.求湿燃气的平均密度：第47页/共129页一、临界参数混合气体的平均临界压力和平均临界温度为：2.1燃气的物理与热力学性质2.1.1临界参数及实际气体状态方程（注：Pci-各组分的临界压力，MPa;Tci-各组分的临界温度）第48页/共129页

二、实际气体状态方程当压力低于1MPa,温度在10-20℃之间时，燃气在实际工程中可以看成理想气体。对高压气体，引入压缩因子Z，得到实际气体状态方程：压缩系数Z是一个无因次系数。根据对应状态理论，在相同的对应状态下的气体，对理想气体状态方程式的偏差相同，即具有相等的Z值。

第49页/共129页Z是由Tr、Pr查两参数压缩因子图得到。Tr=T/TC

；Pr=P/PC；Z=∑yizi式中：Tc－气体的临界温度，Pc－气体的临界压力；T－气体的绝对温度，P－气体的绝对压力。第50页/共129页气体的压缩因子Z与对比温度Tr、对比压力Pr的关系

当Pr＜1，Tr=0.6～1.0

当Pr＜5.6，Tr=1.0～2.0

第51页/共129页压缩因子图适用范围：特别适用于以烃为主要组成的任何一种天然气，但当天然气中含有较多非烃组成时，则必须进行非烃效正。第52页/共129页附：Redlich-Kwong方程：

R－K方程是继著名的范德华方程之后发表的最为广泛使用的二参数状态方程，适用于烃类、氮、氢等非极性气体时精度较高，对氨气、水蒸气等极性较强的气体，则精度较差。

第53页/共129页一、比热含义：单位质量燃气升高1℃吸收的热量。比热计算式:注：第二式是天然气在常压下的比热计算式；

S-相对密度，t-温度。2.1.2基本物理量第54页/共129页二、粘度混合气体的动力粘度可以近似按下式计算，即：

注：µ-混合气体在0℃时的动力粘度（Pa.S）；

µi-组分气体在0℃时的动力粘度（Pa.S）；

gi-各组分的质量成分（%）。第55页/共129页在绝对压力小于1MPa的情况下，压力的变化对粘度的影响较小。温度的影响，却不允许忽略。t℃时混合气体的动力粘度为：

注：µt-t℃时混合气体的动力粘度（Pa.S）；T-混合气体的热力学温度；C-混合气体的无因次实验系数，可用混合法则求得。单一气体的C值由表1-4、1-5可以查到。第56页/共129页

若已知天然气的平均分子量M或相对密度S，欲求某一压力P和温度T状态下的粘度，可由0.1Mpa下的粘度再根据所给状态算出对比压力Pr，由图查得粘度比μ/μ1，则所求粘度μ为：注：µ-压力P和温度T状态下的动力粘度；µ1-0.1Mpa、t℃时混合气体的动力粘度（Pa.S）。第57页/共129页由密度和相对密度计算天然气的粘度：根据天然气所处压力、温度条件下的密度和标准状态下的相对密度S，可按下式计算天然气粘度：注：T-温度,K；S-相对密度；ρ-标准状态下密度，kg/m3。第58页/共129页一、饱和蒸气压与温度的关系含义：液态烃的饱和蒸汽压，简称蒸汽压，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蒸气所表示的绝对压力。2.1.3饱和蒸气压及相平衡常数►蒸汽压与密闭容器的大小及液量无关，仅取决于温度。►温度升高时，蒸汽压增大。第59页/共129页根据道尔顿定律，混合液的蒸汽压等于各组分蒸汽分压之和。注：P--混合液体的蒸气压（Pa）;Pi--组分液体的蒸气分压（Pa）。二、混合液体的蒸汽压第60页/共129页根据拉乌尔定律，在一定温度下，当液体与蒸汽处于平衡状态时，混合液体上方各组分的蒸汽分压等于此纯组分在该温度下的蒸汽压乘以混合液体中的分子成分，即：注：xi--混合液体中该组分的分子成分（%）；pi’--该组分在同温度下的蒸汽压（Pa）。第61页/共129页【例】：如果容器中为丙烷和丁烷所组成的液化石油气，当温度一定时，其蒸汽压取决于丙烷和丁烷含量的比例。当温度一定时，p丙、p丁不变；p丙＞p丁；丙烷的分子含量越高，液化石油气的蒸汽压越高。第62页/共129页当使用容器中的液化石油气时，总是先蒸发出较多的丙烷，而剩余的液体中的丙烷的含量渐渐减少，所以温度虽然不变，容器中的蒸汽压也会逐渐下降。第63页/共129页15℃时容器中不同剩余量气相组成和液相组成的变化情况。（a）气相组成的变化（b）液相组成的变化第64页/共129页三、相平衡常数当混合液体与其蒸汽处于平衡状态时，各组分的蒸汽压为:根据混合气体分压定律，各组分的蒸汽分压为:由上两式得到:注：ki--相平衡常数；p--混合液体的蒸汽压；pi’--混合液体任一组分饱和蒸汽压；yi--该组分在气相中的分子成分（%）；xi--该组分在液相中的分子成分（%）。第65页/共129页相平衡常数表示：在一定温度和压力下，汽液两相达到平衡状态时：某一组分在该温度下的饱和蒸汽压pi’与混合液体蒸汽压p的比值是一个常数ki；气相中某一组分的分子成分yi与其液相中的分子成分xi的比值是一个常数ki。第66页/共129页【例】：利用相平衡常数来计算液化石油气的气相组成或液相组成。步骤：确定系统的压力或者相平衡常数计算气相组成或液相组成第67页/共129页【例1-5】已知液化石油气由丙烷C3H8、正丁烷nC4H10和异丁烷iC4H10组成，其液相分子组成为xC3H8=70%,xnC4H10=20%,xiC4H10=10%,求温度为20℃时系统的压力和达到平衡状态时的气相分子组成。第68页/共129页解：运用道尔顿和拉乌尔定律，得到系统的压力为：达到平衡状态时，气相分子组成为：第69页/共129页下面利用平衡常数k计算：

当温度为20℃时，连接3、温度为20℃的点交基线于A。又因为丙烷的蒸汽压为0.846，连接A和蒸汽压为0.846的点，得到丙烷的相平衡常数为kC3H8=1.26,则20℃时丙烷的气相分子成分为：依此类推...第70页/共129页一、绝对湿度

绝对湿度：单位体积天然气所含水汽重量，单位为mg/m3，用E表示。2.1.4天然气的含水量和露点二、相对湿度

在一定温度和压力下，天然气的含水量如达到饱和，则这个饱和时的含水量称为饱和湿度。相对湿度是指天然气的绝对湿度与饱和湿度之比。第71页/共129页三、水露点水露点：是指在一定压力下的天然气中，水蒸气开始冷凝结露的温度。第72页/共129页【例】：露点的直接计算(工程中，液化石油气的储存和输送压力在0.1-0.3MPa的范围内，有必要对他们进行露点计算)计算公式：式中，td---气态液化石油气的露点（℃）；p---气态液化石油气的压力（MPa）；c---液化石油气-空气混合气中液化石油气组分的容积成分，对气态液化石油气c=1.0；yi---液化石油气各组分的容积成分；ai---液化石油气各组分的特性系数，见表1-11。第73页/共129页一、地层体积系数：是指1标准立方米的天然气在地层中所占据的体积，即在地层中的气体体积与它在标准状态下的体积之比。2.1.5容积膨胀系数（体胀系数）二、容积膨胀系数

容积膨胀系数是地层体积系数的倒数。一些液态碳氢化合物的容积膨胀系数见表1-14。第74页/共129页表1-14一些液态碳氢化合物的容积膨胀系数第75页/共129页三、液态碳氢化合物的容积膨胀系数液态碳氢化合物的容积膨胀系数可按下式计算：对于单一液体，式中，v1-温度为t1（℃）时的液体体积；v2-温度为t2（℃）时的液体体积；β-t1至t2（℃）温度范围内的容积膨胀系数平均值。对于混合液体，第76页/共129页

式中，v2‘---温度为t2（℃）时混合液体的体积；v1’---温度为t1（℃）时混合液体的体积；xi---温度为t1（℃）时混合液体各组分的容积成分；βi--各组分在t1至t2（℃）温度范围内的容积膨胀系数平均值。第77页/共129页可燃性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。2.1.6爆炸极限►在混合物中，可燃气体的含量减少到不能形成爆炸混合物时的含量，此含量称为可燃气体的爆炸下限；►可燃气体的含量增加到不能形成爆炸混合物时的含量，此含量称为可燃气体的爆炸上限。第78页/共129页常用可燃气体爆炸极限物质名称分子式在空气中的爆炸极限(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（液体）C5H121.47.8

己烷（液体）C6H141.17.5

庚烷（液体）CH3(CH2)5CH31.16.7

辛烷（液体）C8H1816.5

乙烯C2H42.736

第79页/共129页常用可燃气体爆炸极限物质名称分子式在空气中的爆炸极限(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

环丙烷C3H62.410.4

煤油（液体）C10-C160.65

城市煤气

4

液化石油气

112

汽油（液体）C4-C121.15.9

松节油（液体）C10H160.8

第80页/共129页一、只含有可燃气体的混合气体的爆炸极限

按LeChatelier法则计算：式中，L---混合气体的爆炸下（上）限（体积%）；L1、L2、.....Ln---混合气体中各可燃气体的爆炸下（上）限（体积%）；y1、y2、.....yn---混合气体中各可燃气体的容积成分（体积%）。第81页/共129页一、只含有可燃气体的混合气体的爆炸极限

按LeChatelier法则计算：式中，L---混合气体的爆炸下（上）限（体积%）；L1、L2、.....Ln---混合气体中各可燃气体的爆炸下（上）限（体积%）；y1、y2、.....yn---混合气体中各可燃气体的容积成分（体积%）。第82页/共129页二、含有惰性气体的混合气体的爆炸极限当混合气体中含有惰性气体时，可将某一惰性气体成分与某一可燃气体成分组合起来视为混合气体的一种成分，其容积成分为两者之和，爆炸极限可由图1-12、图1-13查得。再按下式计算这种燃气的爆炸极限，即：第83页/共129页式中，L---含有惰性气体的混合气体的爆炸下（上）限（体积%）；

L1’、L2’、.....Ln’---由某一可燃气体成分与某一惰性气体成分组成的混合气体中的爆炸下（上）限（体积%）；

y1’、y2’、.....yn’---由某一可燃气体成分与某一惰性气体成分组成的混合气体的容积成分（体积%）；

L1、L2、.....Ln---未与惰性气体组合的可燃气体的爆炸下（上）限（体积%）；

y1、y2、.....yn---未与惰性气体组合的可燃气体的容积成分（体积%）。第84页/共129页随着惰性气体含量的增加，混合气体的爆炸极限范围将缩小。对于含有惰性气体的混合气体，也可以采用公式修正法计算爆炸极限，即：式中，L---含有惰性气体的混合气体的爆炸下（上）限（体积%）；Lc---该燃气的可燃基的爆炸下（上）限（体积%）；yN---含有惰性气体的燃气中，惰性气体的容积成分（体积%）。第85页/共129页三、含有氧气的混合气体爆炸极限

当混合气体中含有氧时，则可认为混入了空气。对于这种含有氧气的混合气体，应先扣除氧含量以及按空气的氧氮比例求得的氮含量，并重新调整混合气体中各组分的容积成分得到该混合气体的无空气基组成，再按下式计算混合气体的爆炸极限：，即：第86页/共129页式中，

LT-包含有空气的混合气体的爆炸极限（%）；LnA-该混合气体的无空气基爆炸极限（%）；yAir-空气在该混合气体中的容积成分（%）。第87页/共129页解：将组分中的惰性气体按照图1-12与可燃气体进行组合，即：，由图1-12查得该组分的爆炸极限为6.0%~70%；第88页/共129页，由图1-12查得该组分的爆炸极限为40.0%~73.5%。

而未与惰性气体组合的甲烷的爆炸极限为5.0%~15%。因此，发生炉煤气的爆炸极限为：第89页/共129页§3.天然气的燃烧性质决定天然气燃烧状态的主要参数有以下三个：一、韦伯值（WobbeNumber）韦伯值是气态燃料燃烧和使用过程中一项重要的参数，它等于气体热值和比重的平方根的比值。▼韦伯值表示一定压力的气体输给燃烧器具的热量；▼韦伯值也粗略表示气体燃料燃烧需要的空气量。第90页/共129页二、气体模数（GasModulus）

式中：P－气体压力；W－韦伯值。对于供风燃烧器，气体模数不变则表示达到了给定程度的预混气；影响气体燃料燃烧状况的基本性质是韦伯值和火焰传播速度，对于供风燃烧器，还决定于气体模数M，为使M值保持不变，则燃料气压力必须正比于韦伯值的平方变化。第91页/共129页三、魏沃火焰速度因子（Weaverflame-speedfacto）魏沃火焰速度因子S表示燃烧时火焰的传播速度，一般假定氦气的魏沃火焰速度因子等于100，其它气体燃料的S值是根据实验，并与氦气比较而定。按以上三个参数，气体燃料大致可以分为三类：热值为4200～5200千卡/标米3，魏沃火焰速度因子为32～45的燃料气体为高火焰传播速度燃料气；

第92页/共129页热值为8000～10000千卡/标米3，魏沃火焰速度速度因子为13～25，则为低火焰传播速度燃料气；介于上两种气体之间的为中间气体类型。煤或某些油品生产的城市煤气属于高火焰传播速度燃料气，天然气属于低火焰传播速度的燃料气，其火焰速度因子约为13～16。第93页/共129页天然气的主要成分是甲烷，甲烷在空气中可燃性极限范围很窄，因此，在燃烧过程中对缺氧很敏感，同时也减少了回火的危险性；甲烷的最大燃烧速度比较小，大约只有33.8厘米/秒。惰性气体的存在对天然气的燃烧速度影响不大；韦伯值较高。甲烷的约为12000千卡/标米3；辐射系数低；碳氢比低。在一定温度下由烟囱排放的尾气中的热量损失比其它燃料高。作为燃料，天然气有以下特点：第94页/共129页结论天然气燃烧速度较慢，火焰有时会离开燃烧器的喷出口，比较容易熄灭；在设计天然气燃烧器时，可使用“小的保留火焰”来稳定天然气火焰，即使小量的天然气在低速下由单独喷孔喷出，其速度低到足以同天然气燃烧速度达到平衡。实践证明：保留火焰能很好地稳定主火焰，防止了主火焰熄灭。第95页/共129页天然气的火焰速度有两个限界流速值：▼下限值：发生回火现象时燃烧器出口气体流速；▼上限值，发生火焰离开燃烧器出口时燃烧器出口气体流速。第96页/共129页结论天然气的限界流速值最低，约为0.048千卡/秒·厘米2；其次为丙烷和丁烷，约为0.06千卡/秒·厘米2；热值为4180千卡/标米3的城市煤气约为0.134千卡/秒·厘米2。实践证明：天然气燃烧速度较慢，所以较不易发生回火现象。第97页/共129页结论限界流速的上限值决定于燃烧器流出口直径，燃料气体的类型及一次供风与理论空气需要量的比值A；限界流速上限值与比值A的关系曲线近似为一抛物线，当比值A达到0.88～0.98时，限界流速上限值达到最高点；天然气限界流速上限值比城市煤气上限值低，受A的影响很小。实践证明：从燃烧角度看，天然气既不同于固体和液体燃料，也不同于其它气体燃料，必须根据其特点设计燃烧器。第98页/共129页§4.天然气水合物一、水化物及其生成条件

如果碳氢化合物中的水分超过一定含量，在一定的温度压力条件下，水能与液相和气相的C1、C2、C3和C4生成结晶水化物CmHn.xH2O。第99页/共129页对于甲烷，x=6~7；对于乙烷，x=6；对于丙烷及异丁烷，x=17；水化物在聚集状态下是白色的结晶体，或带铁锈色；在深海和永久冻土层下存在大量的甲烷水化物（天然气水合物），具有潜在的开发价值，应列入能源资源。第100页/共129页天然气水化物也叫水合物，它是由非极性或弱极性气体分子与接近冰点的水接触，水分子靠氢键作用将气体分子包络其中形成的。水合物具有多面体笼性结构，根据笼性结构的不同，分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。第101页/共129页气体水合物的类型晶体类型水分子数晶穴种类晶穴数晶穴结构I型46小大2651251262II型136小大16851251264H型34小中大32151243566351268第102页/共129页构成水合物的分子主要有：水分子、甲烷、乙烷、二氧化碳等弱极性分子；天然气水合物有个最高临界温度，超过此温，再大压力也无法使水化物生成；图1-14给出甲烷及其他烷烃形成水化物的压力、温度范围。其中，点C是水化物存在的临界温度；甲烷形成水化物的最高临界温度是21.5℃、乙烷是14.5℃、丙烷是5.5℃、正丁烷1℃、异丁烷2.5℃；天然气形成水合物的可能性最大。而其他燃气，即使含有较多水分，生成水化物的可能性不大。第103页/共129页高压输送天然气并且管道中含有足够水分时，会遇到生成水化物的问题。水合物的形成条件归纳如下：1、含过饱和水汽或液体水；2、足够低温度，足够高压力；3、压力波动，气流突变和晶种存在。第104页/共129页二、天然气水合物形成条件预测天然气水化物形成条件计算常用的有经验图解法（相对密度法）、相平衡常数法（Katz法）、统计热力学法。（1）经验图解法

该法使用书P26图2-15曲线，根据天然气相对密度预测天然气水合物形成的大致温度、压力条件，对含较多H2S的天然气计算误差较大。第105页/共129页【例】：求比重为0.62的天然气在10℃时最低形成水合物压力是多少？解：比重0.6的天然气可直接查出其10℃形成天然气水合物的最低压力为3300kPa，

比重0.7时为2280kPa，则比重为0.62的天然气水合物最低形成压力可按下式计算：内插公式：

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

注：Ki----气－固平衡常数

因各相中各组分摩尔分数之和应恒等于1，即有:第108页/共129页2、计算步骤

A.先假设在给定温度T下水合物形成压力为P1，再由各组分气—固平衡常数图求出各组分的Ki，算出Xi，并求（∑Xi）1。若（∑Xi）1=1则假定水合物形成压力P1即为所求;

B.若计算出（∑Xi）1＞1则另设一压力P2求出相应（∑Xi）2，若第二次计算的（∑Xi）2＜1则可由内插法求出给定温度T下生成水合物的最低形成压力P。第109页/共129页三、天然气水合物的防止措施

水合物是不稳定的结合物，当压力降低或温度升高时，可自动分解。在输送湿燃气的管道中，应采取措施防止水合物的形成。具体如下：在给定温度、组分的天然气，降压至最低形成压力以下；在给定压力、组分的天然气，保持温度在水合物形成温度以上。降低天然气湿度、水露点，即脱水；加入水合物抑制剂如CaCl2、乙二醇等。第110页/共129页§5.城镇燃气的质量要求一、城镇燃气的基本要求作为城镇燃气气源，首先应满足一下要求：

热值高。燃气的热值过低，输配系统的投资和金属耗量就会增加。只有在特殊情况下，才允许低热值的燃气作为城镇气源；第111页/共129页毒性下，为了防止燃气泄露引起中毒，确保用气安全，城镇燃气中的CO、H2S等有毒成分的含量必须控制；杂质少，杂质会引起设备故障、管道堵塞等等，影响正常使用，甚至造成事故。第112页/共129页二、燃气中的杂质和有害物的影响液态烃易引起管道堵塞，降低管道输送效率安全性管道中的游离水造成管道腐蚀卫生硫化氢是严重的腐蚀介质，对人体剧毒环保CO2的含量小于3%第113页/共129页三、城镇燃气的质量标准（GB17820—1999)技术指标与行业分类标准对燃气提出了下列要求：第114页/共129页城镇燃气（天然气）质量指标符合（GB17820—1999)一类气或二类气的规定。在天然气交接点的压力和温度条件下：天然气的烃露点应比最低环境温度低5℃；天然气中不应有固态、液态或胶状物质。应具有可以察觉的臭味。第115页/共129页项目杂质限量项目杂质限量焦油和灰尘(mg/m3)＜10萘(mg/m3)＜50/P②×105(冬季)＜100/P×105(夏季)硫化氢(mg/m3)＜20含氧量(体积%)＜1氨(mg/m3)＜<50一氧化碳③(体积%)＜10人工燃气：第116页/共129页

液化石油气质量标准项目质量标准试验方法商品商品商品丙-丁烷混合物丙烷丁烷通用冬用夏用组分(%)

SY208IC2及C2以下不高于

5.03.0C4及C