城市燃气介 绍.docx
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城市燃气介绍
技术介绍
Citygas
城市燃气
目录
一.城市燃气
（一）天然气
（二）人工煤气
（三）液化石油气
（四）沼气
（五）城镇燃气质量指标应符合的要求
二.燃气的基本性质
1.燃气的状态参数
2.临界参数及气体状态方程式
三.液化石油气的特性
（一）液化石油气的物理特性
（二）液化石油气的燃烧特性
（三）液化石油气的爆炸及其爆炸极限
（四）液化石油气的一般特性
四.液化石油气的质量要求
五.液化石油气的安全使用要求
一、城市燃气（Citygas）：
指符合《城镇燃气设计规范》的规定，供城市生产和生活作燃料使用的天然气、人工煤气和液化石油气等气体能源的总称。
（一）、天然气（Naturegas）：
天然气是指在不同地质条件下生成、运移，并以一定压力储集在地下构造中的气体。
它们埋藏在深度不同的地层中，通过井筒引至地面。
大多数气田的天然气是可燃性气体。
主要成分是气态烃类（主要为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等），还含有少量非烃气体（氮气、二氧化碳、硫化氢、氢气、氦气、氩气、水蒸汽，还有硫醇、硫醚以及硫化碳、二硫化碳等有机硫化合物）。
天然气一般可分为四种：
从气井开采出来的气田气或称纯天然气（组分以甲烷CH4为主，甲烷含量在90%以上，其他为少量的二氧化碳、硫化氢、氮和微量的氦、氩等气体。
热值为8000-8700千卡/标米3）；
伴随石油一起开采出来的石油气，也称石油伴生气（组分以甲烷CH4为主，甲烷含量基本在80%以上，乙烷、丙烷和丁烷等含量在15%以上，热值约10000千卡/标米3）；
含石油轻质馏分的凝析气田气（分去凝析油的天然气的组成和原油伴生气的组成相类似）
从井下煤层抽出的煤矿矿井气（矿井气组分为甲烷30-55%，氮30-55%，氧5-10%，二氧化碳4-7%；低热值约3000-4500千卡/标米3）
（二）、人工煤气根据制气原料和制气方法不同可分为五种：
1.固体燃料干馏煤气：
利用焦炉、连续式直立炭化炉（又称乌德炉）和立箱炉对煤进行干馏所获得的煤气称为固
体燃料干馏煤气。
（固体燃料干馏煤气的组分中甲烷和氢含量较高，低热值一般在4000千卡/标米3（16700KJ/NM3）左右。
这类煤气的生产历史较长，工艺较成熟，是我国目前城市煤气的主要来源之一。
2.固体燃料气化煤气:
压力气化煤气、水煤气、发生炉煤气以及用其它固体燃料气化制得的煤气均属此类。
压力气化煤气的主要成分为甲烷和氢，低热值在3600千卡/标米3，可直接用作城市煤气。
若城市附近有褐煤或长焰煤资源，可采用鲁奇炉生产压力气化煤气，这套装置可建立在煤矿附近（一般称为坑口气化），不需另外设置压送设备，用管道可直接将燃气输送至较远城镇作为城市燃气使用。
水煤气、发生炉煤气以及其它固体燃料气化煤气的主要成分为一氧化碳和氢，发生炉煤气低热值为1300千卡/标米3，水煤气低热值2500千卡/标米3。
这类煤气的发热值低，一氧化碳含量高，不可以单独作为城市燃气的气源，但可以用来加热焦炉和连续式直立炭化炉，以顶替出热值较高的干馏煤气，增加供应城市的气量；也可以和干馏煤气、重油蓄热裂解煤气掺混，调节供气量和调整燃气发热值，作为城市煤气的补充和调峰气源。
3.油制气:
利用重油（炼油厂提取汽油、煤油和柴油之后所剩的油品）制取城市燃气。
按制取方法不同，可分为重
油蓄热热裂解气和重油蓄热催化裂解气两种。
重油蓄热热裂解气以甲烷、乙烯和丙烯为主要成份，发热值为10000千卡/标米3，需与干馏煤气及水煤气掺混后供应城市。
重油蓄热催化裂解气中氢的含量最多，也含有甲烷和一氧化碳，发热值为4500-5500千卡/标米3，可以直接送入输配系统供应城市。
（三）、液化石油气（Liquefiedpetroleumgas-LPG）:
液化石油气是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。
是一种石油产品。
1.由油田伴生气中获取：
在石油开采过程中，石油和油田伴生气同时喷出，利用装设在油井上面的油气分离装置，将石油与油田伴生气分离。
油田伴生气中含有5%左右的丙烷、丁烷组分，再利用吸收法把它们提取出来，可以得到丙烷纯度很高而含硫量很低的高质量液化石油气。
欧美、日本等国家供应的液化石油气多属于此种。
2.由炼油厂石油气中获取：
炼油厂石油气是在石油炼制和加工过程中所产生的副产气体，其数量取决于炼油厂的生产方式和加工深度，一般约为原油质量的4%-10%左右。
根据炼油厂的生产工艺，可分为蒸馏气、热裂化气、催化裂化气、催化重整气和焦化气等5种。
这5种气体含有C1-C5组分，利用分离吸收装置将其中的C3、C4组分分离提炼出来，就获得液化石油气。
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。
液化石油气产量通常约占催化裂化装置处理量的7%-8%。
液化石油气的质量与其来源和提取方法有关，一般从油田伴生气中获取的液化石油气的质量优于从炼油厂石油气中获取的液化石油气。
液化石油气的主要成分是丙烷（C3H8）、丙烯（C3H6）、丁烷（C4H10）和丁烯（C4H8），行业习惯上俗称碳三（C3）和碳四（C4），即只用烃的碳原子（C）数表示。
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，很容易转变为液态。
从气态转变为液态，其体积约缩小250倍。
气态液化石油气的发热值约为22104-29136千卡/标米3；液态液化石油气的发热值约为10848-11064千卡/公斤。
液化石油气已成为城市燃气的重要来源之一。
来源主要为国产液化气和进口液化气两种，国产液化气的组分通常为C3占50%，C4占50%；进口液化气的组分通常为C3占30%，C4占70%。
（四）、沼气：
各种有机物质，如蛋白质、纤维素、脂肪、淀粉等，在隔绝空气的条件下发酵，并在微生物的作用下产生的可燃气体，叫作沼气。
发酵的原料是取之不尽，用之不竭的粪便、垃圾、杂草和落叶等有机物质。
沼气的组分中甲烷的含量约为60%，二氧化碳约为35%，此外还含有少量的氢、一氧化碳等气体。
发热值约为5016千卡/标米3。
此外，地下浅层开采出的可燃气体和沼泽淤泥中产生的可燃气体也成为沼气。
燃气的组分及低发热值表1
序号
燃气类别
组分（体积%）
低发热值KJ/Nm3
低发热值Kcal/Nm3
CH4
C3H8
C4H10
CmHn
O
H2
CO2
O2
N2
一
1
2
3
4
天然气
纯天然气
石油伴生气
凝析气田气
矿井气
98
81.7
74.3
52.4
0.3
6.2
6.75
0.3
4.86
1.87
0.4
4.94
14.91
0.3
1.62
4.6
0.2
7.0
1.0
1.8
0.55
36.0
36220
45470
48360
18840
8693
10913
11606
4522
序号
燃气类别
组分（体积%）
低发热值KJ/Nm3
低发热值Kcal/Nm3
CH4
C3H8
C4H10
CmHn
O
H2
CO2
O2
N2
二
（一）
1
2
3
人工燃气
固体燃料干馏煤气
焦炉煤气
连续式直立炭化炉煤气
立箱炉煤气
27
18
25
2
1.7
6
17
9.5
56
56
55
3
5
6
1
0.3
0.5
5
2
4
18250
16160
16120
4380
3878
3869
（二）
1
2
3
固体燃料气化煤气
压力气化煤气
水煤气
发生炉煤气
18
1.2
1.8
0.4
0.7
18
34.4
30.4
56
52
8.4
3
8.2
2.4
0.3
0.2
0.2
4
4.0
56.4
15410
10380
5900
3698
2491
1416
（三）
1
2
油制气
重油蓄热热裂解气
重油蓄热催化裂解气
28.5
16.6
32.17
5
2.68
17.2
31.51
46.5
2.13
7.0
0.62
1.0
2.39
6.7
42160
17540
10118
4210
（四）
高炉煤气
0.3
28.0
2.7
10.5
58.5
3940
946
三
液化石油气（概略值）
50
50
108440
26026
四
沼气（生化气）
60
少量
少量
35
少量
21770
5225
（五）城镇燃气质量指标应符合下列要求：
;
（2）城镇燃气偏离基准气的波动范围宜按现行的国家标准《城市燃气分类》GB/T13611的规定采用，并应适当留有余地。
2.2.1采用不同种类的燃气做城镇燃气除应符合第，还应分别符合下列第1-4款的规定。
（1）天然气的质量指标应符合下列规定：
1）天然气发热量、总硫和硫化氢含量、水露点指标应符合现行国家标准《天然气》GB17820的一类气或二类气的规定；
2）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。
（2）液化石油气质量指标应符合现行国家标准《油气田液化石油气》GB9052.1或《液化石油气》GB11174的规定；
（3）人工煤气质量指标应符合现行国家标准《人工煤气》GB13612的规定；
（4）液化石油气与空气的混和气做主气源时，液化石油气的体积分数应高于其爆炸上限的2倍，且混和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/m3。
注：
本条各款指标的气体体积的标准参比条件是101.325kpa，0℃
2.2.3城镇燃气应具有可以察觉的臭味,燃气中加臭剂的最小量应符合下列规定:
（1）无毒燃气泄漏到空气中，达到爆炸下限的20%时，应能察觉；
（2）有毒燃气泄漏到空气中，达到对人体允许的有害浓度时，应能察觉；
对于以一氧化碳为有毒成分的燃气，空气中一氧化碳含量达到0.02%（体积分数）时，应能察觉。
城镇燃气加臭剂应符合下列要求：
（1）加臭剂和燃气混和在一起后应具有特殊的臭味。
（2）加臭剂不应对人体、管道或与其接触的材料有害。
（3）加臭剂的燃烧产物不应对人体呼吸有害，并不应腐蚀或伤害与此燃烧产物经常接触的材料。
（4）加臭剂溶解于水的程度不应大于2.5%（质量分数）。
（5）加臭剂应有在空气中能察觉的加臭剂含量指标。
二、燃气的基本性质
1、燃气的状态参数:
燃气所处的状态,是通过压力、温度和体积等物理量来反映的，这些物理量之间彼此有一定的内在联系，称为状态参数。
1.1.1压力：
压力是一物体垂直均匀的作用于另一物体壁面单位面积上力的量度。
物理上用物体单位面积上受到的垂直压力来表示，称为压强，用符号p表示。
P=F/A
式中：
p——压强，Pa
F——均匀垂直作用在容器壁面的力，N
A——容器壁面的总面积，m2
工程实际中习惯地将压强称作压力。
测量压力有两种标准方法：
（1）以压力等于零作为测量起点，称为绝对压力，用符号“p绝”表示；
（2）以当时当地的大气压力作为测量起点，也就是压力表测量出来的数值，称为表压力，或称相对压力，用符号“p表”表示；液化石油气储罐工艺所讲的压力都是指表压力
绝对压力与表压力之间的关系为：
绝对压力=表压力+当时当地大气压力
即:
帕斯卡（Pa）,1Pa=1N/m2。
由于帕斯卡的单位太小（如：
一粒西瓜子平放时对桌面的压力约为20Pa），在实际中常使用兆帕斯卡（MPa）、千帕斯卡（KPa）。
1MPa=103KPa=106Pa
压力单位换算：
在采取国际单位制以前，我国惯用的压力单位有：
标准大气压、工程大气压、毫米汞柱、毫米水柱及英制压力单位等，其与法定单位的换算关系，见表2
压力单位换算表2
千克力/每平方厘米
Kgf/cm2
帕斯卡
Pa
巴
Bar
标准大气压
atm
毫米汞柱
mmHg
毫米水柱
MmH2O
磅力/每平方英寸
Lbf/in2
1
9.81×104
0.981
0.9678
735.6
104
14.22
1.02×10-5
1
10-5
0.9869×10-5
7.5×10-3
0.102
145×10-6
1.02
105
1
0.9869
750
1.02×104
14.5
1.0332
1.0133×105
1.0133
1
760
1.033×104
14.7
70.3×10-3
6.89×103
6.89×10-2
6.80×10-2
51.71
703
1
，它是对物体冷热程度的量度。
测量温度的标尺成为温标。
温标的规定是选取某物质两个恒定的温度为基准点，在此两点之间加以等分来确定温度单位尺度，称为度。
，因此出现了不同的温度单位，常用的如下：
（1）摄氏温标（℃），摄氏度温标又称XX温标，是瑞典人摄尔修斯最先提出的；
（2）华氏温标（℉），华氏温标是德国人华伦海特最早提出的；
（3）开氏温标（K），开氏温度又称绝对温度，是英国人开尔文最先提出的。
上述3种温标的相互关系，如图所示
水的冰点线水的佛点线
0℃100等分100℃（摄氏温标）
273.15K100等分373.15K（开氏温标）
32℉100等分212℉（华氏温标）
三种温标的相互关系用公式表示为:
n℃=（9/5n+32）℉=（n+273.15）K
，所以气体的体积由盛装容器的容积来决定。
1m3=1000L
气体计量单位用立方米,但计量条件有两种:
（1）在压力为101325Pa（一个大气压）,温度273.15K（0℃）时的状态为标准状态,标准状态下的计量叫标准立方米（NormalCubicMeter,简写成Nm3）简称标方。
（2）在压力为1公斤/厘米2（98066.5Pa）,温度293.15K（20℃）下的计量叫基准立方米（StandardCubicMeter,简写成Sm3）简称基方。
（3）在压力为101325Pa（一个大气压）,温度15.5℃（60℉）下计量的立方米为英基方,通常表示为m3（1大气压,15.5℃）
2、临界参数及气体状态方程式
2.1临界参数:
温度不超过某一数值，对气体进行加压，可以使气体液化，而在该温度以上，无论加多大压力都不能使气体液化，这个温度就叫该气体的临界温度。
在临界温度下，使气体液化所必须的压力叫作临界压力。
气体的临界温度越高，越易液化。
天然气主要成份甲烷的临界温度低，故较难液化。
（甲烷的临界温度为190.58K，故在常温下，无法仅靠加压将其液化。
通常的液化天然气（LNG）多储存在温度为112K、压力为0.1MPa左右的低温储罐内，其密度为标准状态下甲烷的600多倍，体积能量密度为汽油的72%）；
液化石油气的碳氢化合物（主要为C3、C4）的临界温度较高，故较易液化。
（丙烷的临界温度为96.8℃，液化石油气在常温下为气体，稍加压或冷却即可液化。
如丙烷在20℃、0.81MPa压力下即成为液体，这给灌装、运输和使用带来了方便）。
2.2气体状态方程式:
任何联系气体压力、容积与温度的方程式，均称为气体状态方程式。
根据波义耳-查理定律，理想气体的压力P和容积V的乘积正比于温度。
Pv=RT或
PVx=MRT
PV=GRT
式中：
P-气体绝对压力（Pa）v-气体的比容（m3/kg）R-气体常数（J/kg.K）
T-气体绝对温度（K）Vx-公斤分子体积（m3）M-气体分子量
V-气体体积（m3）G-气体重量（kg）
在标准状态下对于双原子气体和甲烷,Vx=22.4（Nm3/公斤分子）,因此
101325/9.81*22.4=MR*273.15
MR=848R=848/M
在标准状态下对于液化石油气中碳氢化合物气体,Vx=22.0（Nm3/公斤分子）,因此
101325/9.81*22.0=MR*273.15
MR=832R=832/M
气体常数也可根据气体的比重按下式计算:
R=Ra/S=29.28/S
式中：
Ra-空气的气体常数为29.28（kg.m/kg.K）
S-气体的比重S=r/1.293式中:
S-气体比重r-气体重度（kg/Nm3）1.293-空气重度（kg/Nm3）
混合气体的气体常数可按下式计算:
Rm=∑RiVi/100
式中:
Rm-混合气体的气体常数（kg.m/kg.K）Ri-混合气体各组分的气体常数（kg.m/kg.K）
Vi-混合气体各体积组分（%）
在工程上还可当作理想气体。
当压力高于1MPa时、温度很低时，必须考虑气体分子本身占有的容积和分子之间的引力，加以修正。
实际工程中，在理想气体状态方程中引入考虑气体压缩性的压缩因子Z，可以得到实际气体状态方程。
Pv=ZRT
式中：
P-气体绝对压力（Pa）v-气体的比容（m3/kg）R-气体常数（J/kg.K）
Z-压缩因子T-气体绝对温度（K）
计算例题
1.有一内径为700mm、长为125Km的天然气管道。
当天然气的平均压力为3.04Mpa、天然气的温度为278K，求管道中的天然气在标准状态下（101325Pa、273.15K）的体积。
已知天然气的容积成份为yCH4=97.5%,yC2H6=0.2%,
yC3H8=0.2%,yN2=1.6%,yCO2=0.5%。
[解]：
（1）天然气各组分的临界温度Tc及临界压力Pc由表查得（见下表）,进行计算求得天然气的平均临界温度和平均临界压力
气体名称
容积成份
yi（%）
临界温度
Tc（K）
临界压力
Pc（Mpa）
平均临界温度
Tm.c（K）
平均临界压力
Pm.c（Mpa）
CH4
C2H6
C3H8
N2
CO2
97.5
0.2
0.2
1.6
0.5
191.05
305.45
368.85
126.2
304.2
4.64
4.88
4.40
3.39
7.39
1_∑yiTci
100
1_∑yiPci
100
100
191.16
4.64
（2）对比温度和对比压力
Tr=T/Tm.c=（273.15+5）/191.16=1.46;Pr=P/Pm.c=3.04/4.64=0.66
（3）压缩因子Z由图查得Z=0.94
（4）标准状态下管道中天然气体积
天然气管道本身体积为V=0.785×0.72×125000=48081m3
标准状态下管道中天然气体积为:
Po×Vo=R×To
P×V=Z×R×T
故Vo=V×P/Po×To/T×1/Z=48081×3.04/0.101325×273/278×1/0.94=1506901Nm3
如果不考虑压缩因子，而按理想气体状态方程计算得出的管道中气体体积为1416487Nm3，比实际少6%。
2.已知混合气体的容积成份为yC3H8=50%,yC4H10=50%,求在工作压力P=1Mpa、t=100℃时的比容和密度。
[解]：
（1）标准状态下混合气体各组分的密度由表查得：
C3H8=2.0102;C4H10=2.703
故po=1_∑yiPi=1/100×（50×2.0102+50×2.703）=2.36kg/Nm3
100
（2）混合气体的平均临界温度和临界压力:
由表查得丙烷的临界温度和临界压力为:
Tc=368.85K;Pc=4.3975Mpa;
由表查得正丁烷的临界温度和临界压力为:
Tc=425.95K;Pc=3.6173Mpa;
混合气体的平均临界温度和临界压力为:
Tm.c=1_∑yiTci=1/100×（50×368.85+50×425.95）=397.2K
100
Pm.c=1_∑yiPci=1/100×（50×4.3975+50×3.6173）=4.0074Mpa
100
（3）对比压力和对比温度Pr=P/Pm.c=（1+0.101325）/4.0074=0.28
Tr=T/Tm.c=（273.15+100）/397.2=0.9
（4）压缩因子Z由图查得Z=0.87
（5）混合气体密度P=1Mpa、t=100℃时的混合气体密度为:
Po/po=R×To
P/p=Z×R×T
故p=po×P/Po×To/T×1/Z=2.36×（1+0.101325）/0.101325×273.15/（273.15+100）×1/0.87=21.6kg/m3
（6）混合气体比容P=1Mpa、t=100℃时的混合气体比容为:
v=1/p=1/21.6=0.0463m3/kg
若按理想气体状态方程计算，p=18.78kg/m3，v=0.0533m3/kg，偏差达13%。
三、液化石油气的特性
（一）液化石油气的物理特性
1.比容、密度和相对密度
（1）比容--指单位质量的某种物质所占有的体积，用符号v表示。
其表达式为：
v=V/m式中：
v—某种物质的比容，m3/kg；
V--该物质的体积，m3
m--该物质的质量，kg
（2）密度—指单位体积的某种物质所具有的质量。
由于液化石油气的生产、储存和使用中经常呈现气态和液态两种状态，因此，液化石油气的密度有气体密度和液体密度两种之分。
（2）.1液化石油气气体密度。
其单位是kg/m3。
它随着温度和压力的不同而发生变化。
因此，在表示液化石油气气体的密度时，必须规定温度和压力条件。
（2）.2液化石油气液体密度。
以单位体积的质量表示，即kg/m3。
它的密度受温度影响较大，温度上升密度变小，同时体积膨胀。
由于液体压缩性很小，因此压力对密度的影响也很小，可以忽略不计。
（2）.3液化石油气的气态相对密度。
是指在同一温度和同一压力的条件下，同体积的液化石油气气体与空气的质量比。
求液化石油气气体各组分相对密度的简便方法，是用各组分的相对分子质量与空气平均相对分子质量之比求得。
（因为在标准状态下1mol气体的体积是相同的）
液化石油气气态的相对密度（0℃，101.325Kpa）表3
名称
分子式
相对分子量
空气平均相对分子质量
相对密度
丙烷
C3H8
44
29
1.517
丁烷
C4H10
58
2.000
丙烯
C3H6
42
1.448
丁烯
C4H8
56
1.931
戊烷
C5H12
72
2.483
从表3可看出液化石油气气态比空气重1.5-2.5倍。
由于液化石油气比空气重，因此，一旦液化石油气从容器或管
道中泄漏出来，它不像相对密度小的可燃气体那样容易挥发与扩散，而是像水一样往低处流动和滞存，很容易达到
爆炸浓度。
因此，用户在安全使用中必须充分注意，厨房不应过于狭窄，通风换气要良好。
液化石
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