燃气基础知识

泰州金路天然气有限公司1燃气基础知识第一页，共四十五页。课程目标2课程结束后,学员应该能够做到：掌握燃气分类及理、化性质，理解相关参数、掌握基本单位换算。初步了解燃气输配常识第二页，共四十五页。课程概要31燃气的分类与天然气理、化性质12天然气的生产与相关知识燃气输配知识3第三页，共四十五页。燃气的分类与天然气理化性质4313233343536燃气的分类天然气的种类天然气基本性质天然气物理性质天然气化学性质什么是燃气？第四页，共四十五页。5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？第五页，共四十五页。6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、燃气的分类第六页，共四十五页。7

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、天然气的种类第七页，共四十五页。8煤炭、石油、天然气并称为世界能源的三大支柱。我国是多煤少油乏气的国家。天然气现已成为全球公认的最清洁能源，是世界各国改善环境和维持经济可持续发展的最佳能源选择。世界各国能源结构将逐步围绕天然气作巨大的调整。在中国能源结构中，到2020年，预测天然气占一次能源消费总量的比例将从现在的4％上升至10％。一些能源界人士认为，中国天然气行业的黎明已经来临。一场以天然气为主力军的历史性能源革命正在展开。(朝阳产业：改善生存环境；提高生活品质)天然气行业发展现状第八页，共四十五页。9天然气资源概况我国大约在公元前900年就开始使用天然气，是世界上最早利用天然气的国家之一，公元前211年在四川钻了第一口天然气气井。蕴藏量丰富，现已探明储量为38.6万亿立方米，可开采量24.7万亿立方米，可供使用60年西一线、西二线、西三线、川东线、陕京一、二、三线贯穿内陆管网，合计年输气能力达1190亿立方米。俄气南下、海气登陆、西气东输、川气东送、形成良好的天然气发展格局。天然气液化与天然气压缩技术极大的推动天然气的利用与蓬勃发展。2011年国内达产近1400万立方/日，2015年LNG年接收预计可达3000万吨。进口LNG将满足中国需求量30%21世纪是天然气的世纪第九页，共四十五页。101、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。2、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。3、天然气是无色、无味、无毒、无腐蚀性，易燃、易爆的气体。4、天然气与其它城市燃气相比：安全、清洁、经济、方便。三、天然气基本性质第十页，共四十五页。11

天然气比空气轻，且小于1Kg/Nm3，其密度一般在0.72kg/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。涠洲岛天然气：0.7643Kg/Nm3广东大鹏(澳大利亚）天然气：0.802Kg/Nm3濮阳（中原油田)天然气：0.772Kg/Nm3新疆广汇天然气：0.872Kg/Nm3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（2.35kg/Nm3）比重约为空气的1.5-2倍，比空气重，比天然气更重。四、天然气物理性质一：密度及相对密度第十一页，共四十五页。12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0.3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0.3米以内。五、天然气物理性质一:应用第十二页，共四十五页。13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(THT)。加臭标准：16-25mg/NM3五、天然气物理性质二：无色无味第十三页，共四十五页。14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：水露点第十四页，共四十五页。15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-水蒸气的气化潜热甲烷在标准状态下：高热值为39.82MJ/m3；低热值为35.88MJ/m3五、天然气的物理性质四－热值第十五页，共四十五页。16几种不同地天然气及液化石油气的热值（kcal/Nm3）注：1MJ=238.9Kcal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：

10127.5Kcal液化石油气

气态时91.96——121.22MJ/Nm321969.2—28959.5Kcal1立方LPG=？立方NG液态时45.14——45.980MJ/Kg10783.9—10984.6Kcal1KgLPG=？立方NG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（续）天然气第十六页，共四十五页。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。实际上，实际供给燃具的空气量V与理论空气量V0之比称为过剩空气系数a，即：V=aV0。对于民用灶具，a：1.2—1.6，对工业燃烧器，a：1.05—1.1017

六、天然气化学性质一：燃烧特性第十七页，共四十五页。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%18六、天然气化学性质一：燃烧特性第十八页，共四十五页。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0.38米/秒。19六、天然气的化学性质一：燃烧特性第十九页，共四十五页。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)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)20六、天然气的化学性质一：燃烧特性第二十页，共四十五页。21（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104.65MJ/m3.（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。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：燃烧特性第二十一页，共四十五页。22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：无毒无腐蚀性第二十二页，共四十五页。天然气的生产与相关知识23第二十三页，共四十五页。燃气的分类与天然气理化性质24313233天然气的液化天然气的加压常见单位换算第二十四页，共四十五页。25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第二十五页，共四十五页。26七、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：0.425T/m3，气态密度：0.718kg/Nm31TLNG=？立方NG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。

第二十六页，共四十五页。27解释：汽化器工作时，为何结冰？七、天然气的液化——LNG特性减压撬工作时，状态如何？第二十七页，共四十五页。28CNG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，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的基本特性第二十八页，共四十五页。29LPG：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第二十九页，共四十五页。30十、常见单位换算1、热值单位换算1卡（cal)=4.2焦耳（Ｊ）1MJ=239Kcal（大卡）1大卡=1Kcal=1000cal1MJ=1000KJ=1000000J1公斤煤=29.308MJ/Kg1度电=3.6MJ/度=860Kcal/度1公斤柴油=11050Kcal/Kg1公斤汽油=10516Kcal/Kg1立方NG=？Kg煤1立方NG=？度电1立方NG=？Kg柴油1立方NG=？Kg汽油2、压力单位换算1个标准大气压＝101325Pa(约0.1MPa)=1.033kgf/cm3=10.33mH2O(水柱）=760mmHg（毫米汞柱）1MPa=1000KPa=1000000Pa1bar=1000mbar1bar=0.1MPa=1公斤压力=100KPa1KPa=10mbar第三十页，共四十五页。31

燃气输配常识课程概要第三十一页，共四十五页。32313233343536城市燃气质量要求天然气加臭城市燃气管网系统介绍燃气调压方式燃气计量器具及原理简介天然气输配的主要步骤燃气输配常识第三十二页，共四十五页。项目一类二类三类高位发热量MJ/m3>31.40总硫mg/m3≤100≤200≤460硫化氢mg/m3≤6≤20460二氧化碳%(V/V)≤3.0水露点℃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℃33天然气质量具体指标第三十三页，共四十五页。34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、城市燃气质量要求第三十四页，共四十五页。35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、天然气加臭第三十五页，共四十五页。36按输气压力等级分类（七级）1、低压P＜0.01MPa2、中压B0.01MPa≤P≤0.2MPa中压A0.2MPa＜P≤0.4MPa3、次高压B0.4MPa＜P≤0.8MPa次高压A0.8MPa＜P≤1.6MPa4、高压B1.6MPa＜P≤2.5MPa高压A2.5MPa＜P≤4.0MPa

三、城市燃气管网系统介绍第三十六页，共四十五页。37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第三十七页，共四十五页。381、一开一备并联监控方式

一般选用两台型号完全相同的调压器并联，一台为主路工作调压器，一台为备用路的监控调压器。工作调压器的设定压力为工作压力P1，监控调压器的设定压力P2略低于工作压力。优点：工艺简单，重要工商户普遍运用。存在问题：1）备用路的出口压力低于正常出口压力。2）备用路的切断压力要高于工作路的切断压力很多，否则在工作路切断的时候，备用路也将被切断。3）虽然工作路备用路的切断压力有差别，但是在下游压力升高幅度很大的情况下，备用路仍然有可能同时被切断，造成停气。四、燃气调压方式第三十八页，共四十五页。392、单路调压目前大多数用气量较小的工商户和小区用户采用，不能实现不间断连续供气，一般有下述两种方式：“1+1”或“1+0”。优点：设备少，操作方便灵活，投资省缺点：不能实现连续供气，检修需停气。3、燃气调压的另外几种方式：串联监控方式串并联监控方式带止回阀并联监控方式四、燃气调压方式第三十九页，共四十五页。40燃气计量器具是城市燃气输配系统实现企业经营结算的核心依据，只有了解燃气计量器具的工作原理，根据其工作特性及针对性合理选用，才能使买卖双方公正、公平的开展计量结算工作。计量器具原理及分类如下：容积式流量计1、皮膜表2、罗茨流量计较小流量计量，由于具有始动流量小的特点罗茨流量计特别适用于一般餐饮业等用气量不稳定的情况。速度式流量计以测量转子的转速测定流量，一般有机械及电磁法两种。常见的有涡轮流量计，严格说超声波流量计也可以归入此类。差压式流量计（不要求掌握）一般又称为节流式流量计，测量范围大、精度高，工业使用最为广泛。计量方式通过差压计测量管道断面突然变化引起压降方式，节流件有孔板、喷嘴、文丘里管，工况常用孔板。既经济又可靠的一种设备。旋涡式流量计（不要求掌握）流体二度流体场中设置一个改变流体流动方式的器件，测试器件后端流体状态的计量方式。如涡街式、智能旋进式流量计，因无运动件，稳定性再现性精度高。五、燃气计量器具及原理第四十页，共四十