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燃气专业技术培训教材剖析
第一章燃气基础知识
一、燃气种类
燃气通常由多种单一气体混合而成，其组分主要是可燃气体。
可燃气体主要有碳氢化合物、氢和一氧化碳。
非燃气体主要有氮气、二氧化碳和氧气。
此外燃气中还含有少量的混杂气体和杂质，如水蒸气、氨、硫化氢、萘、焦油和灰尘等以及微量的惰性气体氦（He）、氩（Ar）等。
氢气是焦炉燃气的主要成分。
它是一种比重最轻、无色无味、很难液化的气体，其在空气或氧气中燃烧时产生淡蓝色火焰并放出大量的热。
一氧化碳是一种无色无味的有毒气体，比空气稍轻，难溶于水，不易液化。
在空气中燃烧时，火焰为蓝色，产生二氧化碳并放出大量的热。
当空气中一氧化碳含量达到0.1%（体积比）时，就会引起中毒。
甲烷是天然气的主要成分。
它在常温下是气体，无色无味，比空气轻，微溶于水。
在空气中燃烧时发出光和热。
甲烷在1000°C以上会分解成碳和氢气；在约-162°C时，可由气体变成液体，体积可缩小约1/600倍，称为液化天然气，储存在低温储罐中。
（1T液化天然气≈2.22立方液化天然气≈1330立方天然气（公司目前按照1480计算），1立方液化天然气≈450kg液化天然气。
丙烷、丙烯、丁烷、丁烯是液化石油气的主要成份。
这些碳氢化合物在常温常压下呈气态，供用户使用；而当压力升高或温度降低时，又很容易使它转变为液体，其体积缩小约250倍，便于运输与储存。
各种单一可燃气体的燃烧特性见表1—1
单一可燃气体的燃烧特性表1—1
序号
气体名称
分子式
爆炸极限L120°C（上/下）空气中的体积（%）
着火温度
t
（°C）
燃烧反应式
理论空气量和耗氧量（m³/m³）
理论烟气量Vf
（m³/m³）
热值
Q
（KJ/m³）
空气
O2
CO2
H2O
N2
Vf
高
低
1
氢
H2
75.9/4.0
400
H2+0.5O2=H2O
2.38
0.5
—
1.0
1.88
2.88
12724
10768
2
一氧化碳
CO
74.2/12.5
605
CO+0.5O2=CO2
2.38
0.5
1.0
—
1.88
2.88
12615
12615
3
甲烷
CH4
15.0/5.0
540
CH4+2O2=2CO2+H2O
9.52
2.0
1.0
2.0
7.52
10.52
39752
35822
4
乙炔
C2H2
80.0/2.5
335
C2H2+2.5O2=
2CO2+H2O
11.90
2.5
2.0
1.0
9.40
12.40
58370
56395
5
乙烯
C2H4
34.0/27
425
C2H4+3O2=
2CO2+2H2O
14.28
3.0
2.0
2.0
11.28
15.28
63294
59343
6
乙烷
C2H6
13.0/2.9
515
C2H6+3.5O2=
2CO2+3H2O
16.66
3.5
2.0
3.0
13.61
18.16
70190
64251
7
丙烯
C3H6
11.7/2.0
460
C3H6+4.5O2=
3CO2+3H2O
21.24
4.5
3.0
3.0
16.92
22.92
93456
87466
8
丙烷
C3H8
9.5/2.1
450
C3H8+5O2=
3CO2+4H2O
23.80
5.0
3.0
4.0
18.80
25.80
101039
93030
9
丁烯
C4H8
10.0/1.6
385
C4H8+6O2=
4CO2+4H2O
28.56
6.0
4.0
4.0
22.56
30.56
125559
117425
10
丁烷
n-C4H10
8.5/1.5
365
C4H10+6.5O2=
4CO2+5H2O
30.94
6.5
4.0
5.0
24.44
33.44
133580
123364
11
戊烯
C5H10
8.7/1.4
290
C5H10+7.5O2=
5CO2+5H2O
35.70
7.5
5.0
5.0
28.20
38.20
158848
148494
12
戊烷
C5H12
8.3/1.4
260
C5H112+8O2=
5CO2+6H2O
38.08
8.0
5.0
5.0
30.08
41.08
168237
156374
13
苯
C6H6
8.0/1.2
560
C6H6+7.5O2=
6CO2+3H2O
35.70
7.5
6.0
3.0
28.20
37.20
161887
155412
14
硫化氢
H2S
45.5/4.3
270
H2S+1.5O2=
SO2+H2O
7.14
1.5
1.0
1.0
5.64
7.64
25306
23329
燃气种类很多，按燃气成因可分为：
天然气、人工煤气、液化石油气、生物气（沼气）等。
（一）天然气
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;伴随石油一起开采出来的石油气，也称石油伴生气；含石油轻质馏分的凝析气田气；从井下煤层抽出的矿井气或煤层气。
优质可燃气体称为天然气。
用天然气作为能源取得优质可燃气体供民用、商业、工业企业作为燃料；天然气是指埋藏在地下深处动、植物通过生物、化学作用及地质变化作用，在不同地质条件下生成、迁移，在一定压力下储集，埋藏在深度不同的地层中的可燃气体；其次，天然气是一种以低分子饱和碳氢化合物为主要成分的可燃气体混合物；再次，纯天然气的组分以甲烷为主，在0.1MPa、0°C时，天然气比重为0.555，比空气轻。
沸点-161.49°C，低于沸点温度天然气变成液体，液态天然气的体积为气态时的1/600，有利于运输和储存。
天然气爆炸极限为5%—15%（空气中体积），天然气极易爆炸；最后，天然气又是制取合成氨、甲醇、炭黑、乙炔等化工产品的原料气。
同时，还被用作汽车燃料。
天然气在用于联合发电系统、热泵（供热和制冷）及燃料电池等方面都具有十分诱人的前途。
（二）人工燃气
人工燃气是指以固体燃料或液体燃料为原料而制得的可燃气体。
按其生产方式不同可分为干馏煤气、气化煤气及油制气。
1、干馏煤气
将煤隔绝空气加热到一定温度时，煤中所含挥发物开始挥发，产生焦油、苯和煤气，剩留物最后变成多孔的焦炭，这种分解过程称为干馏。
利用焦炉、连续式直立碳化炉（又称伍德炉）等对煤进行干馏所获得的煤气称为干馏煤气。
用干馏方式生产煤气每吨煤可产煤气300—500m³。
此类煤气中氢和甲烷的含量较高低发热值一般为16.7MJ/Nm³左右。
2、气化煤气
以固体燃料（煤或焦炭）为原料，以氧气（空气、富氧空气或纯氧）和水蒸气等为气化剂，在高温条件下通过化学反应将固体燃料转化为气体燃料的过程为气化，气化后得到的可燃气体称为气化煤气。
按生产方法和气化剂的不同，气化煤气可分为：
压力气化煤气、发生炉煤气和水煤气。
其中压力气化煤气可以单独作为城市燃气气源。
水煤气和发生炉煤气发热值低，而且一氧化碳含量高，毒性大，不能单独作为城市燃气气源。
但可用来加热焦炉连续式直立炭化炉，以顶替出发热值较高的干馏煤气，增加供应城市的气量也可以和其它发热值较高的燃气掺混，调节供气量和调整燃气发热值，作为城市燃气的调度气源。
两段式气化炉煤气包括发生炉型两段炉煤气和水煤气型两段炉煤气。
水煤气型两段式完全气化炉，上段为干馏段，下段为气化段。
煤气的主要成份是氢气和一氧化碳，其低热值在12MJ/Nm3左右。
由于一氧化碳含量在30%左右，经过处理，可采用部分一氧化碳变换及加臭等技术措施，可作为中、小城镇气源，也可以作掺混或调峰气源。
3、油制气
油制气是以重油、柴油或石脑油等为原料制得的可燃气体。
按制取方法不同，油制气可分为热裂解气和催化裂解气。
以重油为原料制取热裂解气，每吨重油可产气500-600m³，发热值为33—38MJ/Nm³；制取催化裂解气每吨重油可产气1100—1300m³，发热值约为19—21MJ/Nm³。
油制气的主要成分为烷烃、烯烃等碳氢化合物及少量的一氧化碳。
油制气既可作为城市燃气的基本气源，又可作为城市燃气的调度气源。
（三）液化石油气
液化石油气是在开采和炼制石油过程中，作为副产品而获得的C3、C4为主要成分的碳氢化合物。
这些碳氢化合物在常压下的沸点为－42.7℃～－0.5℃，所以在常温常压下以气体状态存在，而当压力升高或温度降低时，很容易使之转化为液体状态，所以称这类碳氢化合物为液化石油气。
液化石油气的热值为108.44MJ/Nm3左右。
目前我国供应的液化石油气主要来自炼油厂的催化裂解装置。
液化石油气产量通常约占催化装置处理原料的7%—8%。
液化石油气可罐装运输，供应灵活，投资少，设备简单，建设速度快所以液化石油气供应事业发展很快，一度成为城镇燃气气源之一。
随着天然气事业发展，液化石油气趋向于城郊边缘发展。
（四）生物气（沼气）
各种有机物质，如蛋白质、纤维素、脂肪、淀粉等，在一定温度、湿度、酸碱度和隔热空气条件下，经过微生物发酵分解作用而产生一种以甲烷为主要成分的可燃气体，叫做沼气。
发酵的原料可以是垃圾、粪便、树叶杂草等有机物质。
沼气的组分中甲烷的含量约为60%，二氧化碳为35%，此外还含有少量的氢、一氧化碳等气体。
发热值约为20.9MJ/Nm³。
目前主要用于农村。
各种燃气的主要组分及低发热值见表1—2.
燃气的组分及低发热值表1—2
序号
燃气类别
组分（体积%）
低
发热值（KJ/Nm³）
CH4
C3H8
C4H10
CmHn
O
H2
CO2
O2
N2
一
1
2
3
4
二
（一）
1
2
3
（二）
1
2
3
（三）
1
2
（四）
三
四
天然气
纯天然气
石油伴生气
凝析气田气
矿井气
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
固体燃料气化炉煤气
压力气化煤气
水煤气
发生炉煤气
油制气
重油蓄热热裂解气
重油蓄热催化裂解气
高炉煤气
液化石油气（概略值）
生物气（沼气）
98
81.7
74.3
52.4
27
18
25
18
1.2
1.8
28.5
16.6
0.3
60
0.3
6.2
6.75
50
0.3
4.86
1.87
0.4
50
0.4
4.94
14.91
2
1.7
0.7
32.17
5
6
17
9.5
18
34.4
30.4
2.68
17.2
28.0
少量
56
56
55
56
52.0
8.4
31.51
46.5
2.7
少量
0.3
1.62
4.6
3
5
6
3
8.2
2.4
2.13
7.0
10.5
35
0.2
7.0
1
0.3
0.5
0.3
0.2
0.2
0.62
1.0
少量
1.0
1.8
0.55
36.0
5
2
4
4
4.0
56.4
2.39
6.7
58.5
36220
45470
48360
18840
18250
16160
16120
15410
10380
5900
42160
17540
3940
108440
21770
二、燃气的质量标准
（一）杂质的影响和有害气体的毒害作用。
1、焦油和粉尘：
人工燃气中常带有焦油雾和尘粒，这些都易于堵塞管道和燃具。
2、萘：
人工干馏煤气中含萘较多。
燃气在管道内温度逐渐下降，当其含萘量超过饱和量时，过饱和部分的气态萘以结晶态析出。
这种白色结晶沉积在管道和燃具的燃气通道中，并堵塞通道，如果与焦油和粉尘粘合，情况更严重。
3、氨：
城市燃气中的氨对管道、设备和燃具有腐蚀作用，其燃烧产物NO、NO2等有害气体，影响人体健康，并污染环境。
4、一氧化碳：
人工煤气中含有较多的一氧化碳。
燃气燃烧烟气中也会产生一氧化碳，在燃烧不完全时会产生更多的一氧化碳。
一氧化碳是无色无味的气体，相对密度为0.97，当在空气中浓度达到0.04%—0.06%时很快就有中毒症状。
一氧化碳与人体内血红蛋白的结合能力大大强于氧的结合能力，使血液降低或失去输氧能力，人体因缺氧而中毒，尤其是脑因缺氧伤害更为严重。
5、硫化氢：
有强烈臭鸡蛋气味的无色气体，相对密度1.19，它能强烈刺激神经系统和呼吸系统。
轻度中毒时，使人流泪、咳嗽、恶心、呼吸困难、头晕、头痛，严重者失去知觉甚至停止心跳。
当空气中浓度为0.1%时，可使人迅速死亡。
6、甲烷、二氧化碳：
基本上是无毒物质，但浓度大时可使人窒息直至昏迷、死亡。
7、烃类：
浓度低时对人没什么毒害作用，但长时间吸入或浓度较大时，有刺激人的呼吸器官和麻醉作用，浓度很大时，会使人窒息、昏迷直至死亡。
（二）燃气的质量标准
1、天然气的质量指标（GB17820—1999）
天然气的质量指标应符合表1—3的规定。
天然气的质量指标表1—3
项目
一类
二类
三类
高位发热量MJ/m³
>31.40
总硫（以硫计）mg/m³
≤100
≤200
≤460
硫化氢mg/m³
≤6
≤20
460
二氧化碳%（V/V）
≤3.0
—
水露点°C
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°C
注：
（1）本标准中气体体积的标准参比条件是101.325kPa，20°C。
（2）本标准实施之前建立的天然气输气管道在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气中应无游离水。
无游离水是指天然气经机械分离设备分不出游离水。
2、人工煤气的质量指标（GB13612—92）
人工煤气的质量指标应符合表1—4的规定。
人工煤气的质量指标表1—4
项目
质量指标
试验方法
热值（MJ/m³）应大于
14.7
杂质（mg/m³）
焦油和灰尘（mg/m³）应小于
10
硫化氢（mg/m³）应大于
20
氨（mg/m³）应小于
50
萘（mg/m³）应小于
50/P×105（冬天）
100/P×105（夏天）
含氧量（体积%）应小于
1
含一氧化碳量（体积%）宜小于
10
注：
（1）在101.325kPa，20°C状态下。
（2）当管网输气点压力P小于202.65kPa时，压力P可不计。
（3）气化燃气或掺有气化燃气的人工煤气，其一氧化碳含量小于20%（体积）。
3、液化石油气的质量指标（GB11174—97）
液化石油气的质量指标应符合表1—5的规定
液化石油气的质量指标表1—5
项目
质量指标
试验方法
密度（15°C、kg/m³）
报告
ZBE46001
蒸气压（37.8°C、kPa）不大于
1380
GB6602
C5及C5以上组分含量（体积%）不大于
3.0
SY2081
残留物
蒸发残留物（mL/100mL）
报告
油渍观察值（mL）
报告
铜片腐蚀等级不大于
1
SY2083
总硫含量（mg/m³）不大于
343
ZBE46002
游离水
无
目测
三、燃气的分类（GB13611—92）
（一）燃气的分类应符合表1—6的规定。
城市燃气的分类表1—6
类别
华白数W[兆焦/米³]
燃烧势CP
标准
范围
标准
范围
人
工
气
5R
6R
7R
22.7
27.1
32.7
21.1—24.3
25.2—29.0
30.4—34.9
94
108
121
55—96
63—110
72—128
天
然
气
4T
6T
10T
12T
13T
18.0
26.4
43.8
53.5
56.5
16.7—19.3
24.5—28.2
41.2—47.3
48.1—57.8
54.3—58.8
25
29
33
40
41
22—57
25—65
31—34
36—88
40—94
液
化
石
油
气
19Y
22Y
20Y
81.2
92.7
84.2
76.9—92.7
76.9—92.7
76.9—92.7
48
42
46
42—49
42—49
42—49
注：
6T为液化石油气混空气，燃烧特性接近天然气。
（二）对城镇燃气的要求
1、燃气的成份要求稳定，燃气华白指数波动范围为5%—10%；燃气燃烧特性的所有参数指标，应与用气设备燃烧性能的要求相适应。
2、杂质少，燃气质量指标必须符合标准的要求。
3、燃气热值符合要求。
4、燃气中有毒气体成份尽量减少。
5、城市燃气应具有可以察觉的臭味有毒燃气泄露到空气中，达到人体允许的有害浓度之前，应能察觉；无毒燃气泄露到空气中，达到爆炸下限的20%浓度时，应能察觉。
四、燃气的加臭
城市燃气具有可燃可爆性，有的还具有一定毒性，而且是无色无味，又是在压力下输送和使用的。
由于管道及设备的材质和施工方面的问题或使用不当，容易造成泄露。
有时引起爆炸、着火和人身中毒的危险。
因此，当发生燃气漏气时能及时被人们发觉，进而消除漏气隐患是很必要的，要求对没有臭味的燃气进行加臭，对于减少灾害是必不可少的安全措施。
我国目前主要采用四氢噻吩（THT）和乙硫醇（EM）,天然气用量为16—25mg/Nm³.
五、燃气的物理性质
燃气组分中常见的某些单一气体及低级烃的基本性质见表1—7、表1—8.
某些气体的基本性质[273.15K、101325Pa]表1—7
气体
一氧化碳
氢
氮
氧
二氧化碳
硫化氢
空气
水蒸气
分子式
分子量M
摩尔容积Vm（Nm³/kmol）
密度ρ（kg/Nm3）
气体常数R（kJ/kg.K）
临界参数
临界温度Tc（K）
临界压力Pc（MPa）
临界密度ρ（kg/Nm3）
发热值
高发热值Hs（MJ/Nm3）
低发热值Hi（MJ/Nm3）
爆炸极限
爆炸下限Ls（体积%）
爆炸上限Li（体积%）
粘度
动力粘度μ×106（Pa..s）
运动粘度ν×106（Pa..s）
无因次系数C
CO
28.0104
22.3984
1.2506
296.63
133.0
3.4957
300.86
12.636
12.636
12.5
74.2
16.573
13.30
104
H2
2.0160
22.427
0.0899
412.664
33.30
1.2970
31.015
12.745
10.786
4.0
75.9
8.355
93.0
81.7
N2
28.0134
22.403
1.2504
296.66
126.2
3.3944
310.91
16.671
13.30
112
O2
31.9988
22.3923
1.4291
259.585
154.08
5.0764
430.09
19.417
13.06
131
CO2
44.0098
22.2601
1.9771
188.74
304.2
7.3866
468.19
14.023
7.09
266
H2S
34.076
22.1802
1.5363
241.45
25.348
23.368
4.3
45.5
11.670
7.63
28.966
22.4003
1.2931
286.867
132.5
3.7663
320.07
17.162
13.40
122
H2O
18.0514
21.629
0.833
445.357
647.3
22.1193
321.7
8.434
10.12
某些低级烃的基本性质[273.15K、101325Pa]表1—8
气体
甲烷
乙烷
乙烯
丙烷
丙烯
正丁烷
异丁烷
正戊烷
分子式
分子量M
摩尔容积Vm（Nm³/kmol）
密度ρ（kg/Nm3）
气体常数R（kJ/kg.K）
临界参数
临界温度Tc（K）
临界压力Pc（MPa）
临界密度ρ（kg/Nm3）
发热值
高发热值Hs（MJ/Nm3）
低发热值Hi（MJ/Nm3）
爆炸极限①
爆炸下限Ls（体积%）
爆炸上限Li（体积%）
粘度
动力粘度μ×106（Pa..s）
运动粘度ν×106（m2/s）
无因次系数C
CH4
16.0430
22.3621
0.7174
517.1
191.05
4.6407
162
39.842
35.902
5.0
15.0
10.395
14.50
164
C2H6
30.0700
22.1872
1.3553
273.7
305.45
4.8839
210
70.351
64.397
2.9
13.0
8.600
6.41
252
C2H4
28.0540
22.2567
1.2605
294.3
282.95
5.3398
220
63.438
59.477
2.7
34.0
9.316
7.46
225
C3H8
44.0970
21.9362
2.0102
184.5
368.85
4.3975
226
101.226
93.240
2.1
9.5
7.502
3.81
278
C3H6
42.0810
21.990
1.9136
193.8
364.75
4.7623
232
93.667
87.667
2.0
11.7
7.649
3.99
321
C4H10
58.1240
21.5036
2.7030
137.2
425.95
3.6173
225
133.886
123.649
1.5
8.5
6.835
2.53
377
C4H10
58.1240
21.5977
2.6912
137.8
407.15
3.6578
221
133.048
122.853
1.8
8.5
368
C5H12
72.1510
20.891
3.4537
107.3
470.35
3.3437
232
169.377
156.733
1.4
8.3
6.355
1.85
383
①在常压和293K条件下，可燃气体在空气中的气体百分数。
（一）平均分子量
混合气体的平均分子量可按下式计算：
M=1/100（y1M1+y2M
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