燃气管道安装规范(5)

2019-08-03 11:56

② 油田伴生气 油田伴生气是伴随石油一起开采出来的石油气,通过一定处理后得到的气体,它的主要成分为CH4(≈80%)和HR(15%);热值约11000kcal/Nm3。

③ 凝析气田气 主要含有大量CH4外,还含有2-5%≥C5;热值约11000kcal/Nm3。 ④ 矿井气 矿井气指从井下煤层抽出的燃气,矿井气中CH4(>50%)和空气。约2800~4700kcal/Nm3。 3)液化石油气

液化石油气是开采和炼制石油过程中,作为副产品之一的碳氢化合物。目前我国供应的液化石油气主要来自炼油厂的催化裂化装置。液化石油气的主要成分是丙烷(C3H8 )、丙烯(C3H6 )、丁烷(C4H10 )、丁烯(C4H8),因此习惯上又称C3、C4(碳3碳4)。热值约22000~24000kcal/Nm3。液态LPG热值约10000~11000kcal/kg。

燃气事业中,发展液化石油气具有投资省、设备简单、供应方式灵活、建设速度快等特点,目前己成为我国城镇燃气中最重要的气源之一。

液化石油气与空气的混合气做主气源(也就是人们常说的人工天然气)时,液化石油气的体积百分比应高于其爆炸上限的2倍;且混合气的露点温度应低于管道外壁温度5℃;硫化氢含量不应大于20mg/Nm3 。

4)沼气的主要组分为CH4(≈60%)、CO2(≈35%),此外,尚有少量的H2、O2、CO等,热值约为5000 kcal/Nm3。 2、燃气的主要物理性质

1) 单一组分气体的物理性质: 就是燃气中每一可能组分的性质,见page 6-7 燃气是多种可燃和不可燃的各种气体组成的混合气体。燃气的物理性质是其各单一气体组分性质的综合体现。

2) 多组分气体(混合气体)的物理性质

燃气不可能用某一确定的组成或性质来表达,只能用其综合性质来考量。 如:①密度 单位体积燃气所具有的质量,单位:kg/m3,kg/Nm3 ②比容 单位质量燃气所具有的体积,单位:m3/kg,Nm3/kg ③比重 相同状态下,燃气的密度和空气密度的比,没有单位。 LPG 的密度是2.4 mg/cm3 ,比重是1.5~2,比空气重! NG的密度是0.8 mg/cm3 ,比重是0.62,比空气轻! 3) 气体临界状态

任何气体经加压后就可转为同温度的液态,这叫液化;但是只要其高于某一温度时,不管加多大压力都不可能液化,这个温度就叫临界温度;在这个临界温度下,能够液化的压力叫临界压力;液化时的状态就叫临界状态。

临界温度高的,容易液化,如丙烷,临界温度为97℃,4.2MPa;常温下则约1.6MPa 临界温度低的,就不容易液化,如天然气,临界温度-83℃,4.5MPa

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4) 气体的压力、温度和体积的关系 P:气体的压力 Pa

V:气体的体积,l/mol (m3/kmol)

Z:压缩因子,是个系数;压力低于1MPa,温度小于20℃的燃气一般都看作理想气体,Z=1 R:气体常数,8.314 J/mol﹒K

标准状态下,理想气体的体积为22.4 l ,LPG的mol体积约为22 l 标准状态下,指1atm,0℃

5) 多组分(混合)液体的密度 page11 LPG是多组分混合成的物质,其密度表示:

单位体积的液态燃气所具有的质量,称为该液态燃气的密度;一般用ρ表示,单位为kg/l。 相对密度,就是液体密度和4℃时水密度的比值。

LPG的密度一般为0.5~0.6kg/l,相对密度为0.5~0.6。比水轻! 残液不能倒下水道、河道等! 3、LPG的主要物理性质

1) 液化 LPG气态转变成液态,体积缩小250倍;便于运输、储存、分装。 LNG的气态转液态,体积比为600倍

2) 液态的体积膨胀 page12 体积膨胀系数是水的10-16倍!不能爆晒,开水烫? 3) 饱和蒸汽压 液—气平衡时的压力 表1-8(page14) 分子小,蒸汽压高;含高分子量的LPG出气压力、流量小?

4) 汽化潜热 单位质量LPG由液态气化为气态时吸收的热量。单位为J/kg(kcal/kg) 气化时,一方面是体积膨胀,另一是吸热 现象是:使用时有挂汗,甚至结霜!

5) 沸点 在1atm下液体沸腾时的温度。Page15 表1-9 分子越大,沸点越高

LPG的沸点:-42.1±0.5℃ LPG的闪点: -73.6℃

碳4的沸点多在0 ℃附近,因此高含碳4的LPG冬天不易正常使用。 * 不能爆晒、火烧、开水烫

** 宜放在通风处,禁止放封闭的柜内 6) 爆炸极限

燃气 人工煤气 天然气 液化石油气 爆炸上限% 6 5 1.5 爆炸下限% 39 17 9.5

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燃气的爆炸是燃气燃烧的另一形式。如果足够量的可燃物质和氧化剂,在一定条件下,经点燃后瞬间完成的剧烈氧化反应产生的光、热、烟气,猛烈向外扩张,这就是爆炸。燃气和空气混合后,经点燃同样会发生爆炸。如日常的煤气灶点火、打火机等。

燃气与空气混合比的多少也是燃气性质之一,实验测得:燃气能在一定的浓度范围内可以爆炸,这个范围称为燃气的爆炸浓度范围。这个范围的最低浓度值,称为下限;最高浓度值称为上限。如超出这个范围,就不会爆炸。但超过上限后隐性爆炸机会更多!不等于安全!

再有,如燃烧在一个密闭的容器里进行,燃烧产生的热和烟气会使容器内的压力急剧上升,当此压力超出容器的屈服力时,也会发生爆炸。 三、燃气的燃烧

1) 燃烧的定义与燃烧三要素

燃烧是指可燃物与氧气在一定条件下,发生的剧烈的发光发热的氧化反应的过程。人们利用的绝大多数是燃烧的光、热和火种。

在定义中可以看出,燃烧有三个必须具备的条件:可燃物、氧气、条件。燃烧的三个必须具备条件常被称为燃烧三要素。氧气,一般是指空气,空气中除含大量的氮气外,含氧量一般在20.9%。这里的条件一般指点火源。生活中常见的点火源有:明火、摩擦、电火花、雷电起火、静电火花、磁感应电火花等。 2) 着火与自燃

不是燃烧三个必备条件都有了,就能燃烧!例如:将点着的火柴快带插入煤油中,会燃烧?当然不会;用火柴点一棵树,当然也不能让树燃烧起来。上面讲的“一定条件”是指可燃物已经达到了它本身最低的着火温度,这个最低的着火温度也叫燃点。也就是说,环境温度高于可燃物的燃点时,碰到火源即发生燃烧,也叫着火;

当电火花等火种放入燃气中,则紧贴火种周围的一层燃气被迅速加热,并开始燃烧产生火焰,然后向四周扩散,使燃气逐步着火燃烧即为热力着火。这种现象常称为强制点火,或点火。

也有没有火源,自己烧着了,这叫自燃。自燃是可燃物在高于燃点后,由于受到外界的热能作用或者自身与氧气发生氧化反应产生热量,达到本身燃烧的现象。如白磷,接触空气能自燃并引起燃烧和爆炸。LPG:426~537℃ 3) 燃气热值

燃烧的热量也是人们所要得到的东西。可燃物能发出的热量也是本身的性质,物质不同,热值也就不同。人们依据测量物质热值的方法不同,把物质的热值分为高热值和低热值。单位为MJ/Nm3或kcal/Nm3。

所谓低热值,就是测得1标准体积的燃气燃烧后(包括烟气吸收部分)所放出的热量。这里的水蒸气是直接排放的,未收集其热量。

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所谓高热值,就是测得1标准体积的燃气燃烧后(包括烟气、水蒸气吸收部分)所放出的热量。这里的水蒸气是以冷却后的液态排放。 实际工作中,常使用的是低热值。

一般而言,焦炉煤气:16~17MJ/Nm3,天然气:36~46MJ/Nm3,LPG:88~120MJ/Nm3 4) 空气量

燃烧1m3燃气 人工煤气 天然气液化石油气 低热值 kcal 3400 8500 25000 理论空气量m3 3.5 9 30

燃气燃烧所需的空气量,一般分为理论空气量和实际空气量。

A.理论空气量是依据燃烧的化学方程式进行计算得出各种气体完全燃烧所需的空气量。公式如下:

常见三种燃气的理论空气量表

可见,物质不同其热值不同,需要的空气量也不同。液化石油气>天然气>人工煤气。 一般工程计算中常采用下列近似公式: 时, 时,

烷、烃类燃气(如天然气)时,

B.实际空气量是现实生活中,一是燃气的组成不稳定,二是为了燃气完全燃烧,实际供给空气量 和理论空气需要量的比值称为过剩空气系数 或者

我们知道,过剩系数是个大于1的数。一般鼓风扩散式燃烧, =1.1;自然通风式燃烧, =1.2~1.6;引射式燃烧, =1.3~1.8。

正确选择的控制 十分重要, 过大过小都会造成不良后果! 5) 烟气量

烟气,同空气一样,也是可以计算和预测的。理论上计算出来的叫作理论烟气量。燃烧产生的烟气主要成份有:CO2、SO2、N2、H2O,其中不含水蒸气的称为干烟气,含水蒸气的称为湿烟气。 6) 烟气成份

烟气成份实际上是很复杂的,主要原因:一是可燃物的成份复杂,二是燃烧过程复杂。成份复杂是说没有十分纯的单纯物质;燃烧过程复杂是说有不完全燃烧的可能存在,也没有人能保证那个燃烧过程是完全燃烧。

烟气中一般有CO2、SO2、N2、H2O外,还有C、H2S、NOX、灰分等等。

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烟气中因为没有氧气,所以对人体均是有害的。简单一点说:氧气浓度低于15%时,对人稍有影响;低于10%,呼吸就会困难;低于7%可导致死亡。人体的神经细胞不能缺氧,停止供氧5min,神经细胞就会失去功能。

烟气中通常含有的有毒物质,有CO2、SO2、CO、H2S、NOX等 NOX是氮氧化物的总称,指NO和NO2。

CO2 轻度毒性,比空气重、不燃烧、不助燃,含量高时使人窒息。 SO2 有毒,比空气重,对眼膜和呼吸道有刺激性。

CO 有剧毒,比空气轻,可燃,如空气中含量大于10%时,1~2分钟内即可致人死亡。 H2S 有毒,比空气重,浓烈的臭鸡蛋味,人经长期接触会失去知觉,空气中含量0.1~0.3%时可致人死亡。 7) 燃烧温度

燃烧温度和热量,是人们使用燃烧最希望得到的二大指标。燃烧温度是指燃烧过程中可燃物的热量在火焰燃烧区内释放,被燃烧产物(烟气)吸收后所体现的温度,因此也叫火焰温度。

燃烧温度是与可燃物的性质有关,每个物质的性质是各不相同的。具体参见表1-2 表1-2 常见可燃气体的燃烧特性 序号 气体名称 密度 (kg/m3) 着火温度 ℃ 爆炸极限

(空气体积比%) 最大速度

m/s 一次空气系数α* 理论耗氧量(体积比%) 燃烧热值 (MJ/Nm3) 燃烧温度℃ 理论烟气量(干) (%V)

下限 上限 空气 氧气 高 低

1 H2 0.0899 400 4 75.9 2.80 0.57 2.38 0.5 12.7 10.79 2210 2.88 2 CO 1.2506 605 12.5 74.2 0.56 0.46 2.38 0.5 12.64 12.64 2370 2.88 3 CH4 0.7174 540 5 15 0.38 0.9 9.52 2.0 39.8 35.88 2043 10.52 4 C3H8 2.0102 450 2.1 9.5 0.42 1.0 23.8 5.0 101.2 93.18 2155 25.80 5 C4H10 2.7.30 365 1.5 8.5 0.38 1.0 30.94 6.5 133.8 123.57 2130 34.44 6 H2S 1.5363 270 4.3 45.5 7.14 1.5 25.35 23.37 1900 7.64 注:*一次空气系数是在最大燃烧速度时的值。

燃气的理论燃烧温度可通过燃气热值和燃烧产物量进行理论计算得到。如完全燃烧,那计算温度就高,如不完全燃烧,计算温度就低。可见影响燃气理论燃烧温度的因素很多,有

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