燃气基础知识教材

燃气行业基础知识

--参考安耐捷技术交流手册1.燃气的种类及成分2.燃气的相关概念3.燃气检测的必要性4.燃气检测的方法及设备5.燃气设备的维护及保养5.燃气行业相关标准2012年5月1仪器部“可燃气体”

CombustibleGas是一个很广泛的概念，指凡是在空气中浓度积累到一定的浓度能够发生燃烧或爆炸的气体总称。燃气中主要成分有可燃和不可燃部分：可燃部分主要有氢（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）等；不可燃部分主要有氮（N2）、氧（O2）、二氧化碳（CO2）、二氧化硫（SO2）和水蒸气等。1.燃气的种类及成分2012年5月2仪器部我们通常所说的燃气GAS：工业领域和民用领域的气体能源，是以下三种气体的总称：天然气NAT液化石油气LPG人工煤气主要成分甲烷CH4，少量乙烷C2H6，丙烷C3H8，丁烷C4H10等主要成分丙烷（C3H8）、丙烯（C3H6）、正（异）丁烷（C4H10）等主要成分一氧化碳CO、氢气H2及少量甲烷CH4等1.燃气的种类及成分2012年5月3仪器部1.燃气的种类及成分1.1天然气按矿藏特点按烃类组分按酸气量①气井气：即纯气田天然气，气藏中以气相存在，通过气井开采出来，主要成分为甲烷，约占体积的95%左右；②凝析井气：即凝析气田天然气，以气相存在，具有高含量可回收烃液的气田气，含甲烷，乙烷和丙、丁及C5以上的烃类；③油田气：即油田伴生气，伴随原油共生，气相中含有甲、乙、丙、丁甚至C9/C10组分。①C5界定法——干、湿气1基方（101.325kPa,20℃）井口流出物中，C5以上烃液含量低于13.5cm3的天然气为干气，否则为湿气；②C3界定法——贫、富气1基方井口流出物中，C3以上烃类液体含量低于94cm3的天然气为贫气，否则为富气。按CO2和硫化物的含量多少分为酸性天然气和洁气。2012年5月4仪器部1.1天然气商品天然气：是由气井采出或矿场分离器中的天然气经过处理以脱除不需要的组分（如硫化氢、水蒸气和较重烃类）后，进行加工，适宜大多数用户直接使用的天然气。天然气加工产品主要有以下几种：①液化天然气LNG：是由天然气液化制取，一般在常压下将天然气冷冻到-162变成液体，成分以甲烷为主的液烃混合物；②天然气凝液NGL：也称天然气液，轻烃，是指从天然气中回收到的液烃混合物。可直接作为产品或进一步分离出乙烷、丙烷、丁烷和天然气油等；1.燃气的种类及成分2012年5月5仪器部1.1天然气③油气田液化石油气LPG：由天然气加工所得，通常可分为商品丙烷、商品丁烷、商品丙、丁烷混合物等；④天然汽油：也称气体汽油或凝析汽油，是天然气液经过稳定后得到的，以戊烷及更重烃类为主的液态石油产品；⑤压缩天然气CNG：经过压缩的高压商品天然气，主要成分为甲烷，抗爆性和燃烧性能好，是一种很有发展前途的汽车优质替代燃料。1.燃气的种类及成分2012年5月6仪器部1.2液化石油气液化石油气是自在开采和炼制石油的过程中，作为副产品而获得的一部分碳氢化合物，在常温下加压0.7-0.8Mpa就能液化；成分复杂，产地不同成分有很大区别；一般来说，液化石油气的主要成分是丙烷（C3H8）、丙烯（C3H6）、正（异）丁烷（C4H10）和正（异）丁烯、反（顺）丁烯（C4H8）。习惯上称为C3、C4，即只用烃的碳原子数（C）表示。这些碳氢化合物在常温、常压下呈气态，当压力升高或温度降低时，很容易转变为气态。从气态转变为液态，其体积可缩小250倍。1.燃气的种类及成分2012年5月7仪器部1.3人工煤气人工煤气是指从固体燃料（主要为煤）或液体燃料加工中获取的可燃气体。按照制气原料或制气方法的不同，可分为如下几种：(1)炼焦煤气

炼焦煤气是煤在隔绝空气的条件下加热而分解出来的可燃性气体。它的主要成分是氢和甲烷，为一种无色无味的气体，由于氢含量较高，因而燃烧速度很高。(2)高炉煤气高炉煤气是炼铁高炉在生产过程中的一种副产品，可燃的主要成分为一氧化碳。它为一种无色、无味、无臭的气体，但毒性极强。1.燃气的种类及成分2012年5月8仪器部1.3人工煤气(3)发生炉煤气

发生炉煤气是在发生炉内对燃烧着的底层煤或焦炭鼓入空气，依靠上面的还原层和干馏层中生成一氧化碳和氢等可燃成分。它的含氮量很大，约占总体积的一半以上。(4)水煤气

水煤气的生产与发生炉煤气相似，是对热的煤鼓入蒸汽，生成一氧化碳和氢等可燃成分。它的含氮量较小，燃烧速度较快。1.燃气的种类及成分2012年5月9仪器部1.3人工煤气(5)高压气化气高压气化气是以煤为原料，以氧和蒸汽为气化剂在高压下进行完全气化而产生的燃气，主要的成分是氢、一氧化碳和甲烷。(6)油煤气油煤气是指石油类原料经过热裂化而制成的燃气，这种煤气实际使用中与其他煤气掺混使用。1.燃气的种类及成分2012年5月10仪器部2.1爆炸与爆炸极限爆炸：爆炸指物质在瞬间急剧氧化或分解反应产生大量的热和气体，并以巨大压力急剧向四周扩散和冲击而发生巨大响声的现象。爆炸极限：是指室温和101.325kPa下形成可燃性的可燃气体-空气气相混合物中，遇到明火或火星发生燃烧或爆炸时可燃气体的体积分数；2.燃气的相关概念Φ2012年5月11仪器部2.1燃气的爆炸极限爆炸下限：是指可能引起燃烧（或爆炸）的可燃气体组分的最低浓度%LEL;爆炸上限：是指可能是指可能引起燃烧（或爆炸）的可燃气体组分的最高浓度%UEL;低于下限的遇明火既不爆炸也不燃烧，高于上限的，虽不爆炸，但可燃烧。注：在爆炸下限和上限之间为危险区域，如下图红色区域所示：2.燃气的相关概念2012年5月12仪器部2.燃气的相关概念2-1天然气爆炸极限示意图2012年5月13仪器部2.1燃气的爆炸极限天然气爆炸极限约为5~17%VOL；液化石油气爆炸极限约为1.5~9.5%VOL；人工煤气种类不同爆炸极限也有很大区别，如焦炉煤气4.5%~36%VOL，发生炉煤气21.5%~67.5%VOL，水煤气6.2%~70.4%VOL等；一般情况下，压力高于101.325kPa时，压力与爆炸上限成正比，对爆炸下限影响不明显；温度越高，爆炸极限范围越大。2.燃气的相关概念2012年5月14仪器部2.1燃气的爆炸极限PPM浓度为体积百万分之一的体积比浓度，英文为PartPerMillion。VOL%为体积百分比浓度，英文为VolumePercentage。我们以天然气为例，在检测天然气时,我国标准：甲烷CH4的爆炸下限100%LEL=5%VOL=50000ppm如何将%LEL转换为PPM？(天然气的爆炸下限5vol％)例如：仪器显示50％LEL的天然气，意思为浓度达到天然气爆炸下限的50%，那么50%LEL=5%×50%×1,000，000ppm=25,000ppm所以1％LEL=500ppm=0.05%VOL2.燃气的相关概念2012年5月15仪器部2.2天然气的密度和相对密度天然气的密度：单位体积天然气的质量，用符号ρ表示ρ=m/V(m—天然气的质量，kg；V-天然气体积，m3)由于气体密度受压力、温度等参数影响，通常我们只考虑天然气的相对密度。2.燃气的相关概念2012年5月16仪器部2.2天然气的密度和相对密度天然气相对密度：在相同压力和温度下，天然气的密度与空气密度之比，即ρ天

/ρ空，用符号S表示S=ρ天

/ρ空ρ空=1.293kg/m3(0°C,101.325kPa)ρ空=1.205kg/m3(20°C,101.325kPa)S一般在0.58~0.62之间，石油伴生气在0.7~0.85之间，个别含重烃多的油田气也有大于1的。2.燃气的相关概念2012年5月17仪器部2.3天然气脱水与脱硫由于天然气在底层温度和压力条件下含有饱和水汽和硫化物等其他酸性组分，要使其成为商品气投入使用，必须经过脱水与脱硫等处理。天然气脱水：脱除天然气中的水蒸气，使其露点达到一定的要求的过程。露点：天然气在一定压力条件下与饱和含水汽量相对应的温度值。天然气脱硫：从天然气中脱除酸气组分，如硫化氢，CO2等，满足商品天然气指标的过程。2.燃气的相关概念2012年5月18仪器部2.燃气的相关概念2.4天然气置换因为天然气无毒、安全、热值高、燃烧充分、经济实惠等特点，目前在国内作为城市燃气广泛使用和推广。天然气置换：即用天然气将管道中原有气体置换出来，使管道中充满天然气的过程。按照采用的置换方式不同，天然气置换方法可分为3类：直接置换、间接置换和阻隔置换。为确保安全，在长输管道和厂站的投产过程中一般都选用惰性气体置换。惰性气体置换虽然安全性方面比较好，但是操作复杂且成本高，在低压管道置换过程中一般采用天然气直接置换。

2012年5月19仪器部2.燃气的相关概念2.4天然气置换置换完成标准：a、置换管道末端放空管口气体含氧量体积分数不大于2%或可燃气体体积分数大于95%时即可认为置换合格；b、或用高精度燃气检测仪进行实时的监测分析，如果连续2次测得天然气体积分数达到95%以上或取样中的氧气体积分数在2%以下即为合格；c、在英国的置换要求中，连续2次测得天然气体积分数达到90%以上或取样中的氧气体积分数在4%以下即为合格；2012年5月20仪器部2.4天然气置换惰性气体：是指既不可燃又不助燃的无毒气体，如氮气、二氧化碳等。由于，氮气的化学性质稳定，为空气的主要成分，容易提取，在常温下不易于其他物质发生反应，所以，通常采用氮气进行间接置换。直接置换：1、将天然气直接通入管道中，天然气与待投产管道中的空气（其他气体）直接接触，直至天然气完全取代空气；2、用空气直接通入管道中，空气与待拆除管道中的天然气直接接触，直至空气完全取代天然气

直接置换优缺点：操作简单，成本低，但会存在分层现象，容易产生危险，如图所示：2.燃气的相关概念2012年5月21仪器部2.4天然气置换分层现象：在气体对气体的置换过程中密度小的气体(如天然气)在密度大的气体(如空气、氮气)的上方流动，或者密度大的气体在密度小的气体下流动时，容易出现两种气体分层流动的现象。2.燃气的相关概念2012年5月22仪器部2.4天然气置换2.燃气的相关概念2012年5月23仪器部2.燃气的相关概念2.4天然气置换若此时，检测人员从出口取样检测，仪器显示体积分数为100%VOL的天然气，而停止置换，滞留在管道内的空气将与天然气混合，非常可能形成爆炸性混合气体，在用户使用时发生危险。2012年5月24仪器部2.4天然气置换分层现象解决方案：由于天然气管道是封闭的，管道建成后经历了吹扫、强度试验、严密性试验等工序，管道内没有活动部件，不可能因运动、撞击产生火花。可能出现的火源有以下两种：1、高速气流会因摩擦产生静电，所以置换时要对管道系统进行接地，即便有静电负荷产生，也会立即通过接地装置导入大地，不会有电荷积聚导致高电位而产生放电火花。2.燃气的相关概念2012年5月25仪器部分层现象解决方案：2、高速气流吹动管道中可能残留下来的石块、铁屑、焊条头等固体物质，与管道内壁碰撞产生火花。引起此类事故的根本原因是高速气流，解决的关键是确保气流的低速，这样即便有石块等杂物，也不会被吹动，也就不可能产生火花；根据英国相关资料及国内应用经验，我们将置换管道用天然气的气流速度控制在最小置换流速以上，一般最大流速控制在3m/s以下。

2.燃气的相关概念2012年5月26仪器部2.4天然气置换通过实验研究发现，必须保持一定的置换流速才能杜绝置换中的分层现象；1、燃气在管道中的流速越快，静电的积累就越大；管道的管径越大，静电的积累也越大。同时必须采用控制流速或流量的方法实现减少静电积累的目的；2、为了避免将杂物带进管道，应事先在进气管道上设置过滤器；

3、在置换过程中采用流速计或U型压力表观察管道升压速度的办法来测量其充气流速，用阀门的开度来控制流速(混气过程中控制阀前的压力要保持稳定)，如图4所示：2.燃气的相关概念2012年5月27仪器部2.燃气的相关概念2012年5月28仪器部2.4天然气置换间接置换：将惰性气体通入管道内，直至管道内的空气(或天然气)完全被取代，然后再将天然气(或空气)通入管道直至惰性气体完全被取代的方法。此法操作复杂、繁琐，进行2次换气，不仅耗用大量惰性气体还耗用大量的燃气，费用较高，并且换气时间长，工作量大。但是，它可以确保进入管道内的燃气不会与管道内空气接触，不会形成具有爆炸性的混合气体。因此，此法可靠性好，安全系数高，成功率也高。

2.燃气的相关概念2012年5月29仪器部2.4天然气置换

间接置换：2.燃气的相关概念2012年5月30仪器部2.4天然气置换阻隔置换：在间接置换条件下，使用隔离设备(如阻气球、清管球、专用隔离装置等)或惰性气体将天然气与空气隔离的置换方法。阻隔置换的方法比完全使用间接置换更经济，也比间接置换技术要求高，操作难度大，但是如果管道距离长，此方法的安全性和经济性优势明显。2.燃气的相关概念2012年5月31仪器部2.4天然气置换阻隔置换方法可以用于长度大于250m的管道，但局限于公称管径小于等于600mm的管道。惰性气体阻隔体的体积必须不小于管道体积的10%。

2.燃气的相关概念2012年5月32仪器部

2.4天然气置换在城市燃气管道天然气与空气置换过程中，多数管道都存在分支，除了管网末端很少有无支管的管道系统必须针对管网系统选择置换方法，以保证置换安全顺利完成。

一般情况下采用两种方式：同时置换和顺序置换；

同时置换：就是一个进气口通入天然气，所有支管上的放散口同时放散。

顺序置换：就是按照管道管径大小顺序，先大管径后小管径，依次置换每个支管。在置换时一般的选择方法是从最大管径的管道开始置换，选择最远端放散，然后再依次置换其他支管。

2.燃气的相关概念2012年5月33仪器部2.5城镇燃气加臭由于天然气无色无味、易燃易爆，而泄漏又不易被发现，因此极具危险性，所以，需要在其中加入有臭味的气体，便于泄漏时人能及时察觉，及时采取相应措施；为此，供给民用的天然气应该加入一种警戒物质，统称为臭味剂（或加味剂）。臭味剂除了在作为警示作用外，还可作为管道的检漏措施。2.燃气的相关概念2012年5月34仪器部2.5城镇燃气加臭燃气中臭剂的最小含量应符合下列规定：①有毒燃气泄漏到空气中，达到人体能允许的有害浓度之前应能察觉；②无毒燃气泄漏到空气中，达到爆炸下限的20%浓度时，应能察觉。2.燃气的相关概念2012年5月35仪器部2.5城镇燃气加臭对燃气加臭剂的要求⑴加臭量应在浓度极低的条件下能够嗅到臭味，并能识别出臭剂味与其他气味。⑵对人体无害、毒性小、气味存留长久；⑶化学性质稳定，气态无腐蚀性，易于储存、运输； ⑷能完全燃烧，燃烧后无异味，残留污染物少；⑸气化后常温下不冷凝，不易吸附于传输物上（如管道、煤气表、阀门等）⑹造价相对便宜，⑺货源充足。

2.燃气的相关概念2012年5月36仪器部2.5城镇燃气加臭常用的几种加臭剂⑴四氢噻吩性状：无色透明油状液体特征：具有恶臭气味特点：①无毒、味道与煤制气相似；②化学性质稳定， 易于储存；③气味存留长久,少量浓度下可嗅到极刺激性臭味；④气体状态下无腐蚀性,汽化后不易冷凝；⑤燃烧后无异味,废气较少；⑥价格适中,货源充足；是目前国内外用较为普遍的燃气加臭剂。2.燃气的相关概念2012年5月37仪器部2.5城镇燃气加臭常用的几种加臭剂乙硫醇、丁硫醇、异丁硫醇、属硫醇类，基本能够满足气味剂警示要求，但存在有腐蚀性和毒性，易冷凝、化学性质不稳定的缺点，相对优势为造价低；气味较四氢噻吩强；二甲硫醚、二乙硫醚同属链状硫化物与前面相比气味较弱，单独使用效果不佳，可与硫醇类混合使用，臭质效果较强，一般稍有毒性。2.燃气的相关概念2012年5月38仪器部2.燃气的相关概念欧洲天然气加臭标准：国别加味剂名称加味剂浓度，mg/m3浓度检查比利时THT（四氢噻吩）18—20（气味测量）气体色层法法国THT（四氢噻吩）硫醇20—255气体色层法气体色层法德国THT（四氢噻吩）硫醇≥7.5≥4气体色层法（细管反应法）英国BE（DES）TEM和EM的混合剂16气味测量（气体色层法）意大利THTΔ2气味测量（气体色层法）荷兰THT18气味测量（气体色层法）2012年5月39仪器部注：DES——二乙基硫醚；TBM——叔西硫醇；EM——硫醇；BE加味剂的组分：二乙基硫醚质量分数为72%±4%，叔西硫醇质量分数为22%±2%，乙醇质量分数为6%±2%；Δ2——在20%爆炸下限的浓度时气味2级。2.燃气的相关概念2012年5月40仪器部2.6燃烧燃烧：一般性化学定义，是指可燃物跟助燃物（氧化剂）发生的一种剧烈的、发光、发热的化学反应。燃烧效率：也称为燃烬率、燃净率。是指燃料燃烧后实际放出的热量占其完全燃烧后放出的热量的比值，它是考察燃料燃烧充分程度的重要指标。燃烧效率主要取决于燃烧装置和燃料自身的特性，与环境等因素有关。2.燃气的相关概念2012年5月41仪器部2.6燃烧物质燃烧可分为完全燃烧和不完全燃烧。凡是物质燃烧后产生不能继续燃烧的新物质，就叫做完全燃烧；凡是物质燃烧后，产生还能继续燃烧的新物质，就叫不完全燃烧。热值：指一标准立方米的燃气完全燃烧所放出的热量，单位kJ/m3或MJ/m3。是表示燃气质量的重要指标之一，以甲烷为例：

CH4+2O2=CO2+2H2O+QQ为一标准立方米CH4完全燃烧时释放出的热量890943kJ/kmol，热值=Q/22.3621=39.8MJ/m3

22.3621为标准大气压下CH4的摩尔容积注：不同种类的燃气，气热值差别很大，天然气的热值大约是人工煤气的2倍。2.燃气的相关概