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1、燃 气 输 配,建筑环境与设备工程系,教材及参考文献,燃气输配段常贵编，建工出版； 燃气供应詹淑慧，建工出版； 燃气输配系统的设计与实践李猷嘉著； 城镇燃气设计规范GB500282006。,绪论 能源与燃气,0.1 能源概述 0.2 我国燃气发展历程与现状 0.3 我国城镇燃气规划发展,0.1 能源概述,1. 能源的地位 2. 能源分类 3. 天然气的利用与评价,绪论,1. 能源的地位 能源：能转换为我们所需能源的所有资源。 地位：是人类社会和经济发展的基本条件之一。 两次能源结构转变：柴-煤、煤-石油和天然气。 目前的新能源：核能、太阳能、风能、地热能 ,绪论,2. 能源分类 按利用技术分：
2、常规能源、新能源； 按使用性质分：燃料能源、非燃料能源； 按存在形式分：一次能源、二次能源。,绪论,3. 天然气的利用与评价 用途：能源行业、化工行业 特点：方便长距离输送、易燃、污染少。,绪论,0.2 我国燃气发展历程与现状,我国气体燃料发现和使用的历史悠久，早在公元468年，四川就开始使用天然气煮盐。据(川盐纪要)记载，明代时，在四川的天然气田已有竹制成木制的集输管道，总长度达100多公里，专门从事管道建设的工人有一万多。可见当时天然气的利用已具有一定的规模。,绪论,1 . 三个阶段 20世纪80年代以前： 焦炉煤气 20世纪8090年代：液化石油气，天然气起步 20世纪90年代以后： 天
3、然气,2. 目前 天然气在我国一次能源结构中的比例为3.8%，而世界的平均水平是24.3%。预计，2020年 比例将上升至10%。 2010年，北京天然气用量68.1亿立方米，“十一五期间”北京总用气量255.5亿立方米。 2012年1-7月，我国进口天然气233亿立方米。,绪论,3. 我国油气源评估和预测,我国天然气资源量为43万亿m3，其中陆上30万亿m3，海上13万亿m3，另外还有3050万亿m3的煤层气资源。这些资源量集中分布在中、西部地区和近海地区。,我国油气资源评估图,绪论,0.3 我国城镇燃气规划发展,我国城镇燃气规划发展目标 建设部制定的“十二五”计划纲要中提出： “十二五”末
4、，城市燃气的普及率要达到94，县城及小城镇燃气普及率达65%以上。 居民用气人口达6.25亿以上，居民用气量330亿立方米。 工业、商业、服务业用气达810亿立方米。 “十二五”期间，城镇新建燃气管道25万公里，则城镇燃气管道总长度将为60万公里。,绪论,西气东输：陕甘宁北京 青海兰州、重庆、武汉 新疆上海 俄气南供：黑龙江、辽宁、北京、天津、河北 进口液化天然气：东南亚广东珠江三角洲地区 浙江北仑-总投资76亿元、建最大的天然气接收站 近海天然气：南海气田海南、广西 东海气田上海、浙江 渤海西南部天津、山东半岛,绪论,第1章 燃气的分类及其性质,燃气的分类及其性质,1.1 燃气的分类及用途,
5、燃气的概念 燃气： 一切可燃烧的气体。 城市燃气：可作为城市燃料的可燃烧气体。 燃气的分类 主要有天然气、人工燃气、液化石油气、沼气四类,燃气的分类及其性质,1.1.1 天然气,1. 按开采方式分为五种： 气田气（纯天然气）：主要成分是甲烷（80-98%），乙烷-丁烷的含量一般不大，戊烷及以上重烃含量少，发热值为35 MJ /m3左右。 凝析气田气(深层气田气)：从含石油轻质馏分的凝析油中分离出来的。除含有大量甲烷外，戊烷及以上烃含量较高。还含有汽油和煤油成分。热值在50 MJ/m3,石油伴生气：一种与石油共生的天然气，并随石油一起开采出来。甲烷含量：80-85%，乙烷及以上的烷烃含量稍高一些
6、，热值在38 MJ/ m3； 煤层气：在成煤过程中形成并聚集在合适构造中，成分为CH4，少量的CO2，热值在40 MJ/m3； 矿井气：煤层气在矿井空间与空气的混合气体，成分为CH4、CO2、N2、O2，热值在12-20 MJ/m3；,燃气的分类及其性质,2. 按其成分为六种,干气：C5及其以上烃类13.5cm3/Sm3； 富气：C3及其以上烃类94cm3/Sm3； 贫气：C3及其以上烃类94cm3/Sm3； 酸性气体：含大量H2S、CO2，需净化后才能使用； 洁气：含少量H2S、CO2，不需净化可直接使用。 其中：基方：1atm 20(standard cubic meter,简写：Sm3）
7、 标方：1atm 0(normal cubic meter,简写：Nm3）,燃气的分类及其性质,3. 按其性质分为两种,常规：在地壳岩层中聚集为气田的天然气或与石油拌生的天然气等； 非常规：煤层气、天然气水合物（燃冰）、地下水圈溶解气、致密砂岩气、深盆气等。,燃气的分类及其性质,发电燃气轮机 原理： 以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。 比较： 废物排放量很低； 发电效率高； 建设成本低，建设速度快； 燃气轮机启停速度快，调峰能力强，耗水量少，占地省。,4.天然气的主要用途,燃气的分类及其性质,燃料电池 1839年， W
8、i111amGrove爵士通过将水的电解过程逆转而发现了燃料电池的原理能够从氢气和氧气反应中获取电能。 20世纪60年代宇宙飞行的发展，才使燃料电池技术重又提到议事日程上来。出于对保护环境的能源供应的需求，激发了人们对燃料电池技术的兴趣。,燃气的分类及其性质,08年嵌入手机的燃料电池厚度已经相当薄了,天然气化工工业 天然气合成氨、甲醇及其加工产品(甲醛、醋酸等)、乙烯、乙炔、二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、硝基甲烷等。 在世界合成氨产量中，约80以天然气为原料。 城市燃气事业（居民和工业用燃料） 汽车燃料 压缩天然气（CNG）汽车。压缩天然气是指压缩到20.724.8 MPa的天然气，储存在车载
9、高压气瓶中。液化天然气（LNG）汽车。液化天然气是指常压下、温度为-162的液体天然气，储存于车载绝热气瓶中。,燃气的分类及其性质,5.天然气的应用特点, 清洁、安全： 高效、经济：输配压力高，故比人工煤气节约建设投资；热利用率较高，且目前价格相比人工煤气和液化石油气低一些。 易于运输和储存 方便：热值高，热利用率高，节省做饭时间； 用途广泛； 资源丰富。,燃气的分类及其性质,1.1.2 人工燃气,干馏煤气： 煤在隔绝空气的情况下干馏， 主要产物是焦炭，副产品就是干馏煤气。 可作为城市气源。 焦炉煤气： 烟煤在炼焦炉中经高温干馏 是炼焦副产品。 主要作燃料和化工原料。 主要由H2（56%）和C
10、H4（27%）构成，并有少量CO、CO2、N2、O2和其他烃类；其低发热值为18250kJ/Nm3，密度为0.40.5kg/Nm3，运动黏度为2510(-6)m2/s。,燃气的分类及其性质,焦炉,燃气的分类及其性质,气化煤气： 煤+水蒸气煤气（CO和H2）。 用于加热焦炉或混气调整发热值或供气量。 不能单独作为城市气源。 高炉煤气： 炼铁时的副产品（CO和N2），热值约3800-4200KJ/m3。 一般用作焦炉加热。 油制气： 石油加工的副产品。是重油等在高温下裂解。 催化裂解油制气的组成和热值与焦炉煤气接近，可作为城市气源。,燃气的分类及其性质,人工燃气的发展前景 燃气工业发展： 煤制气为
11、主油制气为主天然气为主。 原因： 污染大、能耗大、成本高； 比重越来越小煤的比重不断，天然气的； 煤的气化技术技术储备。,燃气的分类及其性质,煤的地下气化技术 开采和转化结合对地下煤层就地进行气化的工艺过程。 主要成分：CO、N2、CO2，还有少量CH4和H2S。 适用煤种广泛，特别是对无法开采或开采价值不高的煤层。,燃气的分类及其性质,1.1.3 液化石油气,主要成分： 丙烷、丁烷 状态： 气体（标状），当压力升高或温度降低时呈液态。 特点： 气体泄漏的流散性与液化气的潜伏性； 吸热冻伤性； 毒害性； 易产生静电； 腐蚀性： 属碳氢化合物，具腐蚀性，需经常检查维修设备。,燃气的分类及其性质,
12、来源： 天然石油气； 炼厂石油气。 应用特点： 易液化可用瓶装供气，供应方法灵活，可不必建输气管网，且投资低，国内已广泛采用其作为城市气源。 我国：产量居世界第四，消费量居世界第三。从上世纪90年代开始，我国对液化石油气的需求量猛增，到目前已成为液化石油气第二进口大国，仅次于日本。,燃气的分类及其性质,1.1.4 沼气 (生物气),来源 有机物质在隔绝空气的条件下，经微生物发酵得到。 应用特点 富含CH4，可作民用燃气和动力燃气。 农村：大量的小型沼气池产生； 城市：有机工业废水、垃圾及酒厂、柠檬酸厂等工业也产生大量的沼气。 沼气发电：燃气轮机,燃气的分类及其性质,1.2 燃气的性质,一、混合
13、气体及混合液体的平均分子量、平均密度和相对密度 (1) 平均分子量： 混合气体： 混合液体： 式中:M混合气体(液体）的平均分子量； y各单一气体容积成分（%）（摩尔分数）； x各单一液体分子成分（%）（=摩尔分数）。,燃气的分类及其性质,(2) 平均密度和相对密度,混合气体： 平均密度： 湿燃气的密度： 相对密度：是指气体的密度与相同标准状态下的空气密度的比值。,燃气的分类及其性质,混合液体： 相对密度：指液体的密度与标压下4的水的密度的比值。 由于标压下4时水的密度为1kgNm3，所以，液体的平均密度与相对密度在数值上相等。 在常温下，液态液化石油气的平均密度是0.5-0.6kgNm3，其
14、相对密度为0.50.6，约为水的一半。,二、临界参数及实际气体状态方程,1. 临界温度与临界压力 临界温度: 温度超过某一数值，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。 甲烷的临界温度为190.6K（即-82.55)常温下，甲烷不能液化。 临界压力: 在临界温度下，使气体液化所需压力称为临界压力。,燃气的分类及其性质,临界温度： 临界压力：,2. 实际气体状态方程 理想气体PVRT 实际气体PVZRT 压缩因子Z：偏离1的程度实际气体偏离 理想气体的程度； Z随气体的温度和压力而变化的。 工程上：当燃气压力低于lMPa、温度在1020 之间时近似为理想气体。,燃气的分类及
15、其性质,三、黏度的影响因素,压力 随压力的升高动力粘度增大（影响较小，可略）； 温度 气体： 温度越大，动力粘度增大温度修正； 液体： 温度越大，动力粘度越小查图； 分子量 气体：分子量越大，动力粘度越小 液体：分子量越大，动力粘度越大,燃气的分类及其性质,四、饱和蒸气压及相平衡常数,（一）饱和蒸气压： 1.影响因素 仅与温度有关成正向关系。 2.混合气体蒸气压 一定温度下，当密闭容器中的混合液体及其蒸气处于动态平衡时，混合液体的蒸气压等于各组分蒸气分压之和。 取决于所含组分及其在混合液体中所占比例。 蒸汽压的性质：给液态烃（如液化石油气）的容器设计提供重要的设计参数。,燃气的分类及其性质,3
16、.计算公式 结论： 混合液体的蒸气压：在温度一定时，只与其液相组成有关，与质量无关。 蒸气压大的组分容易气化（液化石油气中先蒸发出丙烷）。,燃气的分类及其性质,(二) 相平衡常数,一定温度下，一定组成的气液相平衡系统中，某一组分的相平衡常数： ki= Pi/ P= yi/ xi,五、沸点和露点,(一) 沸点 定义：是在1atm(绝对压力下)液体沸腾时的温度。 特点：沸点越低越易沸腾和气化。 液化石油气中丙烷、丙烯沸点低。 如：甲烷沸点：-162常压时，为气态；液化较难。 丙烷 ：-42寒冷的冬季，易气化。 影响因素：压力增加，液体沸点升高。,燃气的分类及其性质,液化石油气掺混空气前后露点的比较,要降低混合气的露点，可在其中掺入露点低的组分，如液化石油气
