液化天然气的燃烧特性.docx
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液化天然气的燃烧特性
编号：
SY-AQ-08944
液化天然气的燃烧特性
Combustioncharacteristicsofliquefiednaturalgas
（安全管理）
单位：
_____________________
审批：
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日期：
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液化天然气的燃烧特性
导语：
进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。
在安全管理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关系更直接，显得更为突出。
液化天然气既具有天然气易燃易爆的特点，又具有低温液体所特有的低温特性引起的安全问题。
因此，认识LNG的安全特性必须同时了解天然气的燃烧特性和LNG的低温特性。
液化天然气按照组成不同，常压下的沸点为-166～-157℃，密度为430～460kg/m3
（液），秘值41.5～45.3MJ/m3
（气），华白（Wobbe）指数49～56.5MJ/m3
，液化天然气的体积大约是气态的1/625。
在泄漏枣溢出时，空气中的水蒸气被溢出的LNG冷却，产：
董明豆的白色蒸汽云。
LNG气化时，其气体密度为1.5kg/m3
。
气体温度上升到-107℃时，气体密度与空气密度相当，因此，LNG气化后，气体温度高于-107℃时，其密度比空气小，容易在空气中扩散。
其燃烧特性主要是燃烧范围、着火温度、燃烧速度等。
一、燃烧范围
可燃气体与空气的混合物中，如燃气浓度低于某一限度，氧化反应产生的热量不足以弥补散失的热量，无法维持燃烧爆炸；当燃气浓度超过某一限度时，由于缺氧也无法维持燃烧爆炸。
燃烧范围就是指可燃气体与空气形成的混合物，能够产生燃烧或爆炸的温度范围。
前者是燃烧下限（LEL），后者是燃烧上限（UEL）。
上、下限之间的温度范围称为燃烧范围。
只有当燃气在空气中的比例在燃烧范围之内，混合气体才可能产生燃烧。
对于天然气，在空气中达到燃烧的比例范围比较窄，其燃烧范围大约在5%～15%之间，即体积分数低于5%和高于15%都不会燃烧。
由于不同产地的天然气组分会有所差别，燃烧范围的值也会略有差别。
LNG的燃烧下限明显高于其他燃料，柴油在空气中的含量只需要达到0.6%（体积），汽油达到1.4%（体积），点火就会燃烧。
在-162℃的低温条件下，其燃烧范围为体积分数6%～13%。
另外，天然气的燃烧速度相对比较慢（大约是0.3m/s）。
所以在敞开的环境条件，LNG和蒸气一般不会因燃烧引起爆炸。
天然气燃烧产生的黑烟很少，导致热辐射也少。
对于不含氧和不含惰性气体的燃气的爆炸极限可按式（2-1）近似计算：
L=100/∑（Vi
/Li
）（2-1）
式中L——燃气的爆炸上、下限，%；
Li
——燃气中各组分的爆炸上、下限，%；
Vi——燃气中各组分的体积分数，%。
LNG组分的物性见表2-1，碳氢化合物的燃烧极限比甲烷的低。
如果LNG中碳氢化合物的含量增加，将使LNG的燃烧范围的下限降低。
天然气与汽油、柴油等燃料的特性比较见表2-2。
LNG与其他燃料的比较见表2-3。
表2-1LNG主要组分的物性
气体名称
相对分子质量
拂点/℃
密度/（kg/m3
）
液态与气态密度比
气态与空气密度比
气化热③
/（kJ/kg）
气体①
蒸气②
液体
甲烷
16.04
-161.5
O.6664
1.8261
426.09
639
0.544
509.86
乙烷
30.07
-88.2
1.2494
—
562.25
450
1.038
489.39
丙烷
44.10
-42.3
1.8325
—
581.47
317
1.522
425.89
①常温常压条件（20℃，0.1MPa）。
②、③常压下的沸点（0.1MPa）。
二、着火温度
可燃气体与空气混合物，在没有火源情况下，达到某一温度后，能够自动点燃着火的最低温度称为着火温度。
着火温度并不是一个固定值，它和空气与燃料的混合浓度和混合气体的压力有关。
可燃气体在纯氧中的着火温度要比在空气中低50～100℃。
即使是单一可燃组分，其着火温度也不是固定值，与可燃组分在空气混合物中的浓度、混合程度、压力、燃烧室特性等有关。
工程上实用的着火温度应由试验确定。
表2-2天然气与汽油、柴油燃烧特性比较
燃料种类
天然气
汽油
柴油
燃烧范围/%（体积）
5～15
1.4～7.6
0.6～5.5
自燃温度/℃
450
300
230
空气中最小点火能/mJ
0.285
0.243
O.243
火焰峰值温度/℃
1884
1977
2054
表2-3LNG与其他燃料比较
名称
LNG
丙烷
柴油
汽油
甲醇
乙醇
着火温度/℃
538
493
252
257
464
423
燃烧范围/%（体积）
5～15
3.4～13.8
O.6～5.5
1.4～7.6
6.7～36
3.3～19
亮度/%
-60
60
100
100
O.03
3.O
蒸气密度/（kg/m3
）
O.60
1.52
≥4
3.4
1.1
1.59
甲烷性质稳定，以甲烷为主要成分的天然气着火温度较高。
在大气压条件下，纯甲烷的平均自动着火温度为650℃。
如果混合气体的温度高于自动着火点，则在很短的时间后，气体将会自动点燃。
如果温度比着火点高得多，气体将立即点燃。
LNG的自动着火温度随着组分的变化而变化，例如，若LNG中碳氢化合物的重组分比例增加，则自动着火温度降低。
除了受热点火钤，天然气也能被火花点燃。
如衣服上的静电，也能产生足够的能量点燃天然气。
因此，工作人员不能穿化纤布（尼龙、腈纶等）类的衣服操作天然气，化纤布比天然纤维更容易产生静电。
三、燃烧速度
燃烧速度是火焰在空气一燃料的混合物中的传递速度。
燃烧速度也称为点燃速度或火焰速度。
天然气燃烧速度较低，其最高燃烧速度只有0.3m/s。
随着天然气在空气中的比例增加，燃烧速度亦增加。
对于直径大于100m的LNG层状着火形成的火焰的表面发散能（SEP）很高，火焰高度可用式（2-2）[1]
计算：
式中H——火焰高度，m；
D——火焰底部直径，m；
m——质量燃烧速度，kg/（m3
·h）；
p——空气密度，kg/m3
；
g——重力加速度，m/s。
游离云团中的天然气处于低速燃烧状态，云团内形成的压力低于5kPa，一般不会造成很大的爆炸危害。
但若厨围空间有限，云团内部有可能形成较高的压力波。
参考文献
1徐文渊等.天然气利用手册.北京：
中国石化出版社，2002
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