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1、燃气输配 安徽建筑工业学院环境与能源工程学院 绪论能源与燃气 天然气资源的用途 能源行业：发电、交通运输、工业、生活（取暖、热水、炊事） 化工原料 我国主要用与民用炊事，还用于燃气空调、汽车等 第一章燃气的分类及性质 可燃成分：氢气（H2）、一氧化碳（CO）、低级碳氢化合物（烃类） 饱和烃：甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、CmH2m+2 不饱和烃：乙烯（C2H4）、丙烯（C3H6）、CmH2m CmHn或C1、C2、C3、 不可燃成分：CO2、N2、O2（单纯的O2是不可燃的）、水及少量杂质 按矿藏特点分类 气田气由气田开采出来的纯天然气 凝析气田气含有少量石油轻质馏分的天然气 石油伴生气与
2、石油共存，伴随石油一起开采出来的天然气、油气分离 煤层气（煤田气）煤形成过程中产生，在地质断层和 褶皱地带附近“涌出” 常会与空气混合引起爆炸 矿井气（矿井瓦斯）在开采煤的过程中，煤层气与矿井空间空气形成，抽吸出向城镇提供矿井气 不抽出会引起瓦斯爆炸 火焰特征 离焰气流速度大于火焰传播速度 脱火气流速度远大于火焰传播速度而吹熄 黄焰燃烧不充分 回火气流速度小于火焰传播速度 防止结露的方法：要求环境温度至少比露点高5 升温（不实际） 管道保温 掺混空气（图1-9，10，11） 爆炸下限：当可燃气体的含量减少到不能形成爆炸时的含量 爆炸上限：当可燃气体的含量增加到不能形成爆炸时的含量 第二章 城市
3、燃气需用量及供需平衡规划、储配的依据 居民：表2-1 商业：表2-2 其它：折算 小时计算流量确定管径 不均匀系数法 同时工作系数法 作用 调峰 故障时保障供气 合理布置，提高输气能力 掺混 地下储气（P228）利用枯竭油田储气，夏季注气，冬季 采气 液态储存液化石油气（P224） 液化天然气（P225）常压、-162，深度冷冻 压缩天然气 CNG 管道储气（P221）长输干管末端储气或地下管束储气 储气罐低压湿式储气柜（人工煤气）（P207） 高压球罐（天然气）（P214） 2.全部按最大负荷利用小时法计算 用气越均匀， K1K2K3 max越小，n越大 表2-4n、QyQ 二、同时工作系数
4、法（小区、庭院、室内管道） K燃具同时工作系数，反映燃气集中使用的程度 表2-5、2-6用户越多，K越小 用统计方法得出K 第四节 燃气输配系统的供需平衡 一、供需平衡方法 1.改变气源的生产能力（可能性不大）； 2.利用缓冲用户（注意发展工业、汽车用气等用气大户）； 3.利用储气设施 例13：比较考虑z与不考虑z的区别 解题步骤：各组分Tc,PcTm,c,Pm,c Tr,Pr 检查Tr 大于1还是小于1 Tr 1,查图1-4 z 不考虑z（z 1）V0减少6% 例14（其中） 比容 不考虑z（z 1）减少13% 五、动力粘度（粘度） 混合气体：（0时） 混合液体： gi质量成分 修正： C实
5、验系数（注意：有量纲！） Ci 表1-2、1-3 xi分子成分 运动粘度： 例15： 气体 在一定温度下，密闭容器中液体及蒸气处于动态平衡时蒸 气的压力（绝对压力） 六、饱和蒸气压（蒸气压） 与容器大小及液量无关，仅与温度有关 混合液体的蒸气压： 由道尔顿定律 由拉乌尔定律 Pi任一组分的蒸气分压 Pi该纯组分的蒸气压（表1-5） 理解： 表1-5：同一温度，丙烷蒸气压高于正丁烷蒸气压 图1-6：丙烷占的比例越大，混合液体的蒸气压就越高 图1-7液化石油气钢瓶（15） ，（与钢瓶内体积及液量无关） 七、相平衡常数Ki 某一温度下的气液两相平衡系统中，某一组分纯的蒸气压 Pi与混合液体的蒸气压P
6、之比为一常数Ki，即 液相：拉乌尔定律 气相：分压定律 意义： yi与xi之比也是常数Ki 。由相平衡常数Ki，可计算 已知气相组成yi求液相组成xi；或已知液相组成xi 求气相组成yi如液化石油气 换算公式： （1）已知液相xi，求气相yi （2）已知气相yi ，求液相xi 两边求和 所以 例16：已知液相xi，求气相yi 1.公式换算法 2.查图1-8求Ki法 例17：已知气相yi ，求液相xi 20 t P 3（丙烷） 基线 K 1.26 0.67MPa 1.公式换算法 2.查图1-8求Ki法 Ki 1?yi xi ，即气相组分大于液 相组分?易蒸发 Ki是表示相对蒸发程度的量度 八、沸
7、点和露点 1.沸点 2.露点 气化 蒸发：液体表面的气化（任何温度） 沸腾：液体内部的气化（沸点温度） 表1-6表明，Cm越高，沸点越高，故寒冷地区液化气 应以C3为主 某一压力下，未饱和气体冷却到饱和状态时的温度（饱 和蒸气压所对应的温度，即此压力下的沸点） 露点计算： 原理气液平衡时满足 假设露点温度为T，查图1-8可得Ki，是否满足 公式 1 例18：已知灌装时的组分和不同剩余时的组分，求在不 同温度下液化气的蒸气压 参见P15图1-7，15 已知灌装时组分就可知不同剩余时 的组分 例19：假设露点温度T1 55 ，求Ki 由于T，Ki， 再设露点温度为T2 65 Ki 1.15 0.9
8、2 1 55 65 T T 61.5 内插法 T 例110：求掺混空气后的露点 由于异丁烷露点高于丙烷，所以按15%异丁烷查图1-11 露点的直接计算（略） 九、气化潜热（计算高发热值需要） 1kg液体变成与其处于平衡态的蒸气所吸收的热量 混合气体气化潜热 表1-8，1-9 T-S图 T，r；Tc时，r 0 潜热越大，越不易挥发，潜热间接地表示液体挥发程度 气化 潜热 T O S c 气化线 十、容积膨胀 液态CmHn比水的膨胀系数大16倍 单一液体： t2t1范围膨胀系数平均值，见表1-10 混合液体： 注意：容积成分ki 例112：步骤V10V40 不可装满 十一、爆炸极限 可燃气体和空气
9、的混合物遇明火而引起爆炸的可燃气体的浓度范围 P4表1-2常压、293K时，爆炸下限很低 泄漏极易引起爆炸 爆炸极限的计算： 1.只有可燃气体的混合气体 2.含有惰性气体的混合气体 （1-28） 某一惰性气体与某一可燃气体组合，视为混合气体中的一种成分，查图1-12、13得此新组合的爆炸极限，代入（1-29） 例113：爆炸极限范围缩小了 3.含有氧气（混入空气）的混合气体 扣除O2及空气中的N2新的组分，代入（1-31） 返回有空气状态 L混合气体的爆炸下（上）限 （体积% 例114：氧1.7%空气中的N2为1.779/21% 6.4% 剩下容积 100-1.7-6.4 % 91.9% N2
10、 39.7-6.4 % 33.3% （） 仿例1-13计算 返回有空气状态 十二、水化物 在一定高压、低温下，析出游离水，在低于湿燃气露点时，与碳氢化合物生成结晶水化物 CmHn?xH2O白色或铁锈色结晶体堵塞管道 图1-14C临界点 防止方法：降压、升温，加防冻剂（使水化物分解）脱水 未来能源：可燃冰。深海永久冻土层内，储量是煤、石油、 天然气之和的2.84倍，1m3相当于160180m3的天然气。我国 可燃冰占石油总储量的一半。 十三、液化石油气的状态图（P-i图） 图1-15CF饱和液体线 CS饱和蒸气线 TEMG低于临界温度的等温线 TE高于临界温度的等温线 单位：kg/kg 饱和液体
11、线x 0，饱和蒸气线x 1 例1-15注意等温线的标法 例1-16分液相和气相比容 例1-17气化潜热 饱和蒸气与饱和液体的焓差 例1-18绝热是等熵过程 例1-19节流前后焓值不变，液体开始为饱和液体（x 0） 例1-20 调压器：节流调压，等焓过程，气体开始为饱和 蒸气（x 1） 第一节城市燃气的需用量 一、供气对象（六类） 居民生活用气特点：单户用气量不大，用气随机性强 要保证连续稳定供气 商业用气特点：用气量不是很大，用气有规律 工业企业用气特点：用气量大，有规律、均匀，可要求调节（如让气） 采暖通风和空调用气特点：季节性强 是今后发展方向 燃气汽车用气CNG（压缩天然气），城市公交
12、其它用气发电、农业等等以及管道漏损 二、供气原则 民用：优先 工业：提高质量、减少污染、缓冲用户 工业与民用供气比例：提高工业用气比例，平衡城市用气的不均匀性 三、城市燃气需用量的计算 1.用气定额：统计意义 2.城市燃气年用气量计算 居民：式（2-1） 商业：式（2-2） 工业：折算或式（2-3） 供暖：式（2-4、2-5） 燃气汽车：折算 其它：暂按5% 注意区别t1，t2，t3，n，n1 第二节燃气需用工况 工况动态的 计算工况流量满足最大负荷，且燃具的压力是额定压 力，流量是额定流量时的工况 用气的不均匀性 一、月用气不均匀性 居民、商业用气气候因素 9.8 8.3 7.4 6.9 6
13、.6 7.0 7.3 8.0 9.0 9.7 10.1 9.9 用气 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 月份 上海1996年居民每月用气量占年用气量的百分数 工业用气生产工艺的性质 供暖用气城市所在地的气候 式（2-6）为供暖月用气量占整个采暖期用气量的百分比 月不均匀系数： 月高峰系数，该月为计算月 1.23圣诞 1.08寒冷 0.98 1.15寒冷 12 0.86 0.94 0.91 0.94 7 1.05 1.03 1.32春节 1.03 2 香港 哈尔滨 上海 北京 月份 几个城市的K1 二、日用气不均匀性 17.5 16.3 13.4 13.3 13.4 13.3
14、 12.8 用气百分比 日 六 五 四 三 二 一 星期 某地民用用气周不均匀性的平均值 工业平时、厂休 供暖波动小 日不均匀系数： 日高峰系数，是该月中最大的 日不均匀系数 注意：不考虑特大负荷情况（如春节前） 三、小时用气不均匀性 小时不均匀系数： 小时高峰系数，是该日中 最大的小时不均匀系数 表2-3居民波动大 工业波动小 第三节 燃气输配系统的小时计算流量 一、不均匀系数法（城市输配管道） 1.按计算月小时最大流量设计 K1、K2、K3均是指计算月的最大值 或 （10%） 城市居民、商业用气高峰系数 2.544.99 2.203.20 1.051.20 1.101.30 一般 2.66
15、4.10 2.903.24 1.10 1.15 哈尔滨 3.704.12 2.72 1.101.17 1.201.30 上海 3.204.20 2.643.14 1.031.07 1.151.25 北京 K1K2K3 max K3max K2max K1max 城市 注：用户多，K3max取小值；用户少， K3max取大值 （甚至3.304.00） 季节性用气（采暖等）：用小时高峰用量计算（最大负荷利用小时法） Qy整个采暖期用气量（例如四个月） n最大负荷利用小时数（例如二个月） 夏天制冷、冬天采暖按两者的最大者取一 计算流量 Q+Q确定管径 * * 一、能源的发展过程和趋势 18世纪60年代起 煤炭替代薪柴 能源结构的第一次大转变 20世纪20年代起煤炭、石油、天然气 能源结构的第二次大转变 本世纪前半期新能源 难以大规模利用,正是天然
