燃气专业技术培训教材剖析 - 图文

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 爆炸极限序号 气体名称 L120°C分子式 （上/下）空气中的体积（%） 1 2 3 4 5 6 7 8 氢 一氧化碳 甲烷 乙炔 乙烯 乙烷 丙烯 丙烷 H2 CO CH4 C2H2 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 75.9/4.0 74.2/12.5 15.0/5.0 80.0/2.5 34.0/27 13.0/2.9 11.7/2.0 9.5/2.1 着火温度 t (°C) 400 605 540 335 425 515 460 450 H2+0.5 O2= H2O CO+0.5 O2= CO2 CH4+2 O2=2 CO2+ H2O C2H2+2.5 O2= 2 CO2+H2O C2H4+3 O2= 2 CO2+2H2O C2H6+3.5 O2= 2 CO2+3H2O C3H6+4.5 O2= 3 CO2+3H2O C3H8+5 O2= 3 CO2+4H2O 燃烧反应式 理论空气量和耗氧量(m3/ m3） 空气 2.38 2.38 9.52 11.90 14.28 16.66 21.24 23.80 O2 0.5 0.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.5 5.0 CO2 — 1.0 1.0 2.0 2.0 2.0 3.0 3.0 理论烟气量Vf (m3/ m3） H2O 1.0 — 2.0 1.0 2.0 3.0 3.0 4.0 N2 1.88 1.88 7.52 9.40 11.28 13.61 16.92 18.80 Vf 2.88 2.88 10.52 12.40 15.28 18.16 22.92 25.80 热值 Q (KJ/ m3） 高 12724 12615 39752 58370 63294 70190 93456 101039 低 10768 12615 35822 56395 59343 64251 87466 93030 9 10 11 12 13 14 丁烯 丁烷 戊烯 戊烷 苯 硫化氢 C4H8 n-C4H10 C5H10 C5H12 C6H6 H2S 10.0/1.6 8.5/1.5 8.7/1.4 8.3/1.4 8.0/1.2 45.5/4.3 385 365 290 260 560 270 C4H8+6 O2= 4 CO2+4H2O C4H10+6.5 O2= 4 CO2+5H2O C5H10+7.5 O2= 5 CO2+5H2O C5H112+8 O2= 5 CO2+6H2O C6H6+7.5O2= 6 CO2+3H2O H2S+1.5O2= S O2+H2O 28.56 30.94 35.70 38.08 35.70 7.14 6.0 6.5 7.5 8.0 7.5 1.5 4.0 4.0 5.0 5.0 6.0 1.0 4.0 5.0 5.0 5.0 3.0 1.0 22.56 24.44 28.20 30.08 28.20 5.64 30.56 33.44 38.20 41.08 37.20 7.64 125559 133580 158848 168237 161887 25306 117425 123364 148494 156374 155412 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。

N.G 天然气 C.N.G 压缩天然气 L.N.G 液化天然气 天然气 气井气 石油伴生气 凝析气田气 矿井气或煤层气 煤制气 高炉煤气 干馏煤气 气化煤气 人工煤气 发生炉煤气 水煤气 蒸汽—氧气煤气（压力气化） 两段式气化炉煤气 油制气 燃气 重油蓄热热裂解气 重油蓄热催化裂解气 液化石油气 石油炼油厂炼制 凝析气田气、石油伴生气 生物气（沼气） 天然 人造 （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—500 m3。此类煤气中氢和甲烷的含量较高低发热值一般为16.7MJ/N m3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

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12MJ/Nm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500-600 m3，发热值为33—38 MJ/N m3；制取催化裂解气每吨重油可产气1100—1300 m3，发热值约为19—21 MJ/N m3。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

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物为液化石油气。液化石油气的热值为108.44MJ/Nm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20.9 MJ/N m3。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 组分（体积%） 序号 CH4 C3H8 C4H10 CmHn 燃气类别 O H2 CO2 O2 N2 低 发热值（KJ/Nm3） 36220 45470 48360 18840 18250 16160 16120 15410 10380 5900 42160 17540 3940 108440 21770 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 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 高位发热量MJ/ m3 总硫（以硫计）mg/ m3 硫化氢mg/ m3 二氧化碳%（V/V） 水露点°C ≤100 ≤6 ≤3.0 一 类 二 类 >31.40 ≤200 ≤20 ≤460 460 — 三 类 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 热值（MJ/ m3）应大于 杂质（mg/ m3） 焦油和灰尘（mg/ m3）应小于 硫化氢（mg/ m3）应大于 氨（mg/ m3）应小于 萘（mg/ m3）应小于 含氧量（体积%）应小于 含一氧化碳量（体积%）宜小于 质 量 指 标 14.7 10 20 50 50/P×105（冬天） 100/P×105（夏天） 1 10 试验方法 注：（1）在101.325 kPa，20°C状态下。

（2）当管网输气点压力P小于202.65 kPa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 密度（15°C、kg/ m3） 蒸气压（37.8°C、kPa）不大于 质量指标 报告 1380 试验方法 ZBE46001 GB6602

C5及 C5以上组分含量（体积%）不大于 残留物 蒸发残留物（mL/100 mL） 油渍观察值(mL) 铜片腐蚀等级不大于 总硫含量（mg/ m3）不大于 游离水 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

类别 人 工 气 天 然 气 液 化 石 油 气 5R 6R 7R 4T 6T 10T 12T 13T 19Y 22Y 20Y 华白数W[兆焦/米3] 标准 22.7 27.1 32.7 18.0 26.4 43.8 53.5 56.5 81.2 92.7 84.2 范围 21.1—24.3 25.2—29.0 30.4—34.9 16.7—19.3 24.5—28.2 41.2—47.3 48.1—57.8 54.3—58.8 76.9—92.7 76.9—92.7 76.9—92.7 3.0 报告 报告 1 343 无 SY2081 SY2083 ZBE46002 目测 表1—6

燃烧势CP 标准 94 108 121 25 29 33 40 41 48 42 46 范围 55—96 63—110 72—128 22—57 25—65 31—34 36—88 40—94 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 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/N m3) 低发热值Hi(MJ/N m3) 爆炸极限 爆炸下限Ls（体积%） 爆炸上限Li（体积%） 粘度 6 动力粘度μ×10（Pa..s） 6 运动粘度ν×10（Pa..s） 无因次系数C 一氧化碳 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 氢 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 氮 N2 28.0134 22.403 1.2504 296.66 126.2 3.3944 310.91 16.671 13.30 112 氧 O2 31.9988 22.3923 1.4291 259.585 154.08 5.0764 430.09 19.417 13.06 131 二氧化碳 硫化氢 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 空 气 28.966 22.4003 1.2931 286.867 132.5 3.7663 320.07 17.162 13.40 122 表1—8

丙烷 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 丙烯 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 正丁烷 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 异丁烷 C4H10 58.1240 21.5977 2.6912 137.8 407.15 3.6578 221 133.048 122.853 1.8 8.5 368 正戊烷 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 水蒸气 H2 O 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] 气 体 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/N m3) 低发热值Hi(MJ/N m3) 爆炸极限① 爆炸下限Ls（体积%） 爆炸上限Li（体积%） 粘度 6 动力粘度μ×10（Pa..s） 6 运动粘度ν×10（m2/s） 无因次系数C 甲烷 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 乙烷 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 乙烯 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 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+ y2M2+……ynMn) 式中：M混合气体平均分子量

y1y2……yn 各单一气体容积成份% M1 M2……Mn各单一气体分子量 （二） 平均密度和相对密度（比重）

在标准状态下（0°C ，101.325 kPa），单位体积的燃气所具有的质量，称作该燃气的密度。

燃气是由多种单一气体组分组合而成，混合气体的平均密度可按如下公式计算： ρ=m/v或ρ=M/vm

式中： ρ 混合气体的平均密度kg/m3 m 燃气总质量kg

v 燃气的容积m3 M 燃气的平均摩尔质量kg/Kmol

vm 燃气的平均摩尔容积Nm3/Kmol

燃气的相对密度指单位容积的燃气所具有的密度与相同状态下空气密度的比值，即比重。比重是没有单位的无量纲值。 燃气相对密度的计算公式为： S=ρ燃气//ρ空气=燃气的平均密度/1.293 式中：S 燃气的相对密度 ρ 燃气的平均密度 kg/m3

ρ空 标准状态下的空气平均密度1.293 kg/m3

燃气的相对密度也可用下式计算：

S=M/28.964

式中：M 燃气的平均分子量 空气的平均分子量为28.964

几种燃气的密度和相对密度列于表1—9 几种燃气的密度和相对密度 表1—9 燃气种类 天然气 焦炉煤气 气态液化石油气 液态液化石油气 密度（kg/Nm3） 0.75—0.8 0.4—0.5 1.9—2.5 0.5 相对密度 0.58—0.62 0.3—0.4 1.5—2.0 0.5 由表1—9可知，天然气、焦炉煤气都比空气轻，而气态液化石油气约比空气重一倍。 混合液体平均密度与101.325 kPa，4°C 时水的密度之比称为混合液体相对密度。因为水在4°C时的密度等于1，所以混合液体相对密度在数值是相等的。在常温下，液态液化石油气的密度是500 kg/m3左右，约为水的一半。 （三） 燃气的临界参数

当温度低于某一数值时，对气体进行加压，都可以等温压缩成液体，但当高于该温度时，无论加多大压力，都不能使气体液化。气体压缩成液体的这个极限温度称为该气体的临界温度。当温度等于临界温度时，使气体液化时所必须的最低压力成为临界压力。气体的临界温度越高，越容易液化。在临界温度、临界压力时，液体与气体的密度是相等的。此时状态称为临界状态。

图1—1所示为在不同温度下对气体压缩时，其压力和体积的变化情况。

当从E点开始压缩时至D点开始液化，到B点液化完成；而当气体从F点开始压缩时C点开始液化，但此时没有相当于BD直线部分，其液化的状态与前者不同。C点也叫临界点。气体在C点所处的状态称为临界状态，他既不属于气相，也不属于液相。这时的温度Tc、压力ρc、比容νC、密度ρc分别叫作临界温度、临界压力、临界比容和临界密度。图1—1中NDCG线的右边是气体状态，而在MCN线以下为气液共存状态，CM和CN为边界线。气体的临界温度越高越易液化，天然气主要成分甲烷的临界温度低，故较难液化；而组成液化石油气的碳氢化合物的临界温度较高，较易液化

ρ

A G

ρc

C

B D

M N 0

νC

图1—1 临界状态

F E

ν

（四）实际气体状态方程

当燃气压力低于1MPa和温度在10℃—20℃时，在工程上可当作理想气体。当压力很高（如天然气的长输管线中），温度很低时，用理想气体状态方程进行计算所引起的温差将很大。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=ZnRT

式中： P 气体的绝对压力Pa V 气体的体积m3 n 在压力、温度、体积气体的物质的量 Z 压缩因子

R 气体常数（J/kg·K） T 气体热力学温度K

压缩因子Z是随温度和压力而变化，通常用对比压力Pi和对比温度Ti的函数关系表示，即

Z=f(PiTi)

对比压力Pi和对比温度Ti的表达式

Pi= P/ Pc Ti=T/Tc 式中：P 气体的工作压力Pa Pc 气体的临界压力Pa T 气体的工作温度（K） Tc 气体的临界温度（K）

（五）燃气的粘度

燃气是有粘滞性的，这种特性用粘度表示。气体的粘度随温度升高而增加，而液体的粘度随温度升高而降低。这是流体的粘度一方面是有分子间吸引力所引起的，另一方面也因分子不规则热运动而变换动量的结果。对于燃气，其分子间吸引力很小，温度升高则体积膨胀，对分子间吸引力的影响不大，但增大了气体分子的运动速度，于是气体层间作相对运动时产生的内摩擦力就增大，即粘度增大。流体在系统中即产生阻力而是压力逐渐下降。燃气在管道输送过程中粘度对压力降起着重要的作用，是水力计算不可缺少的常数。粘度也是评价流体流动性能的参数。

常用的粘度有动力粘度μ和运动粘度ν

动力粘度μ

动力粘度为两个相邻层的流体间，速度梯度为1时，作用在单位面积上的摩擦力。μ的单位 公斤·秒/米2或又称1泊 1泊=1克/厘米·秒=100厘米泊

运动粘度ν

运动粘度为流体动力粘度与该流体密度之比。

ν =μ/ρ 米2/秒或厘米2/秒（沲） 1沲=1厘米2/秒=100厘沲 式中： ν 流体的运动粘度 ρ 流体的密度 μ 流体的动力粘度 （六）饱和蒸汽压

1、单一液体的饱和蒸汽压

一定温度下的液体置于密闭容器中，当单位时间由液体变为蒸汽的分子数目与由蒸汽变为液体的分子数目相等时，气液两项处于动态平衡状态，此时饱和蒸汽所呈现的压力称为饱和蒸汽压。饱和蒸汽压的大小与液体的种类、温度的高低有关。燃气的饱和蒸汽压随温度升高而增大。蒸气压与容积大小及液量多少无关。

2、混合液体的饱和蒸汽压

根据道尔顿定律，混合液体的蒸气压为其各组分蒸汽分压之和： P=∑Pi 式中：P 混合气体的蒸气压（Pa） Pi 混合液体任一组的蒸汽分压（Pa） （七）沸点

当液体温度升高时，液体的蒸气压也随之逐渐升高，直至其蒸气压与外界压力相等，这时继续加热将使液体内部发生气化，这种现象叫沸腾。沸腾时的温度叫沸点。通常所说的沸点是指蒸气压为0.1MPa时饱和温度。

沸点温度与液体种类及外界压力有关。压力增高，沸点上升。如丙烷在0.1MPa时的沸点为-42.5°C，当压力为0.8MPa时沸点上升到20°C。 （八）露点

饱和蒸汽经冷却或加压，立即处于过饱和状态，当遇到接触面或凝结核便液化成露，这时的温度称为露点。露点的温度与燃气组分比例及其压力有关，燃气的压力增大，露点温度也升高。

（九）溶解度及水化物

1、燃气在水中的溶解度

燃气在水中的溶解度与燃气的性质、压力及温度有关。在大多数情况下，气体的溶解度随温度的升高而降低。在一定的温度条件下，燃气的溶解度一般随压力的升高而增加。 2、水在液态燃气中的溶解度

水在液态燃气中的溶解度与燃气的种类、温度及压力有关。一般情况下，气态燃气比液态燃气的饱和含水量要大得多。 3、水化物的生成

天然气和液化石油气中的水分含量超过一定值时，在一定的温度和压力条件下，水能和C1、C2、C3、C4生成结晶水化物CmHn . XH2O(对甲烷 X=6—7；对于乙烷 X=6；对丙烷和异丁烷 X=17)。水化物在聚集状态下是白色或带铁锈的结晶体。一般水化物类似于冰或致密白雪。他的生成会缩小管道的流通截面，堵塞管路、阀件和设备。 4、防止水化物的产生

为防止在输送燃气过程中产生水化物，应使管壁温度比输送压力下燃气露点温度高5°C左右。 六、 燃气的热力学性质与燃烧特性 （一）燃气的气化潜热

液态沸腾时，1kg饱和液体变成同温度的饱和蒸汽所吸收的热量称为气化潜热。蒸汽液化时放出凝结热，凝结热与在相同条件下液体汽化时吸收的气化潜热相等。 气化潜热因汽化时的压力和温度而异，气化潜热与温度关系可用下式表示： R1=R2[(tc-t1)/ (tc-t2)]0.38

式中： R1 温度为t1°C时的气化潜热（KJ/kg） R2 温度为t2°C时的气化潜热（KJ/kg） tc 临界温度（°C）

液体的气化潜热随着温度的升高而减少，到达临界温度时，气化潜热等于零。 （二）燃气的热值

1标米3燃气完全燃烧所放出的热量称为燃气的热值。单位：千焦/标米3 热值分为高热值和低热值

高热值是指1标米3燃气完全燃烧后放出热量，包括其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。

低热值是指1标米3燃气完全燃烧时所放出的热量，不计烟气中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。

燃气的高热值在数值上大于其低热值，差值是烟气中所含水蒸气组分的气化潜热。高热值一般用于科研中，低热值一般用于工程应用上。 （三）理论空气需要量和烟气量 1、理论空气需要量

燃气燃烧理论空气需要量，是指每标米3燃气按燃烧反应计量方程式完全燃烧所需的空气量，单位为 标米3空气/标米3燃气。

理论空气需要量也是燃气完全燃烧所需的最少空气量。 燃气在氧的作用下可发生如下反应： CH4+2O2=CO2+2H2O+35.91MJ

C2H6+3.5O2=2CO2+3H2O+64.40MJ C3H8+5O2=3CO2+4H2O+93.24MJ C4H10+6.5O2=4CO2+5H2O+123.65MJ H2+0.5O2= H2O+10.79MJ CO+0.5O2=CO2+12.64MJ

CmHn+(m+n/4)O2=mCO2+n/2H2O

由于空气中氧含量占20.9%，其余为氮气及微量其它气体成分。 以CH4为例 2m3/0.21=9.52m3

H2为例 0.5/0.21=2.38 m3 C3H8为例 5/0.21=23.8 m3 即燃烧1 m3 CH4，需要9.52 m3空气；燃烧1 m3 H2，需要2.38 m3空气；燃烧1 m3 C3H8，需要23.8 m3空气。

从燃气燃烧反应反应方程式中可以看出，燃烧的热值越高，燃烧所需的理论空气量也越多。

2、实际空气需要量

由于燃气与空气存在混合不均匀性，如果在实际燃烧装置中只供给理论空气量，难以达到完全燃烧。因此，实际供给的空气量应大于理论空气量，即要供给一部分过剩空气。

实际供给的空气量V与理论空气量Vo之比称为过剩空气量系数α ,即 α=V/Vo

通常α＞1。α值的大小取决于燃气的燃烧方法及燃烧设备的运行工况。在民用然其中α值一般控制在1.3—1.6；在工业燃烧设备中，α一般控制在1.05—1.20，燃烧方式越先进，燃烧设备越先进，α可取得越小。

在燃烧过程中，正确的选择和控制α值是十分重要的。α值过小，燃烧反应进行的不彻底，燃气的化学热值释放不完全，热能被利用的少了；α值过大，则燃烧产物带走了大量的热能，使加热设备达不到应有的温度，其热效率也就降低了。

3、理论烟气量

当只供给理论空气量时，燃气完全燃烧后产生的烟气量称为理论烟气量。理论烟气量的组分是CO2、SO2、N2和H2O。前三种组分含在一起称为干烟气。包括H2O在内的烟气为湿烟气。常用燃气的理论烟气量见表1—10

理论干烟气体积为 Vfo= Vco2+0.79 Vo

理论湿烟气体积为

Vfu= Vco2 +VH2O+0.79 Vo 几种常见的燃气的燃烧特性 密度ρ 序 号 燃气种类 （kg/ m3） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 炼焦煤气 直立炉煤气 水煤气 催化油制气 热裂油制气 纯天然气 石油伴生气 矿井气 液化石油气 人工沼气 CH4—60% CO2—40% 0.4686 0.5527 0.7005 0.5374 0.7909 0.7435 1.0415 1.0100 2.5272 1.22 0.3623 0.4275 0.5418 0.4156 0.6116 0.5750 0.8054 0.7900 1.9545 0.944 相对密度S 高Hh 19.82 18.05 11.45 18.47 37.95 40.40 52.83 20.93 123.68 23.88 低Hl 17.62 16.14 10.38 16.52 34.78 36.44 48.38 18.84 115.06 21.53 25749 21688 12393 22525 39105 42287 47311 23549 72348 24578 华白数 热值(MJ/m) 3表1—10 理论燃烧温度 （ °C） 1998 2003 2175 2009 2038 1970 1986 1900 2050 — 最大燃烧速度u(m/s) 0.857 0.851 1.418 0.978 0.603 0.38 0.38 — 0.435 0.198 理论空气量V0 (m3/ m3) 4.21 3.80 2.16 3.89 8.55 9.64 12.52 4.6 28.28 5.71 湿 4.88 4.44 3.19 4.55 9.39 10.64 13.73 — 30.67 6.7 理论烟气量(m3/ m3) 干 3.76 3.47 2.19 3.54 7.81 8.65 11.33 —26.58 5.5 爆炸极限（空气中体积%） 下 4.5 4.9 6.2 4.7 3.7 5.0 4.2 — 1.7 8.8 上 35.8 40.9 70.4 42.9 25.7 15.0 14.2 — 9.7 24.4 W= Hh /√S 如 CH4+2O2 CO2+2H2O

Vfo= Vco2+0.79 Vo=1+（9.52×0.79）=8.52m3

Vfu= Vco2 +VH2O+0.79 Vo=1+2+（9.52×0.79）=10.52 m3 4、实际烟气量 当有过剩空气时，烟气中除理论烟气组分尚含有过剩空气，这时的烟气量称为实际烟气量。近似计算为：

Vf= Vfo+（α-1）V0

式中：Vf 实际烟气量(m3/ m3) Vfo 理论烟气量(m3/ m3) V0 理论空气量(m3/ m3) α 过剩空气系数 （四）着火温度

着火温度是指燃气与空气的混合物开始进行燃烧反应的最低温度。着火温度与燃气种类、燃气在混合物中的含量、混合物的均匀程度、混合物的压力有关。同时还与加热容器的构造、加热速度、加热方法、周围的介质等外部热力条件有关。氢的着火温度随着混合物中氢的含量增加而上升；碳氢化合物的着火温度，除了甲烷以外，一般是随着在混合物中的含量增加而降低。常用燃气的着火温度见表1—11。

单一可燃气体的燃烧特性 表1—11 爆炸极限（空密度ρ 序号 气体名称 分子式 （kg/m3最大最大燃烧速度燃烧速度时一次空气系数α 理论空气和耗氧量 (m/ m) 33理论热值(MJ/m3) 燃烧温度（ 烟气量 (m3/ m3干燃气) Vf0 着火温度t（ °C） 气中体积%） ） 下 上 u(m/s) 空气 氧 高 低 °C） 1 2 3 4 5 6 氢 一氧化碳 甲烷 丙烷 丁烷 硫化氢 H2 CO CH4 C3H8 C4H10 H2S 0.0899 1.2506 0.7174 2.0102 2.7030 1.5363 400 605 540 450 365 270 4 12.5 5 2.1 1.5 4.3 75.9 74.2 15 9.5 8.5 45.5 2.80 0.56 0.38 0.42 0.38

0.57 0.46 0.9 1.0 1.0 2.38 2.38 9.52 23.8 30.94 7.14 0.5 0.5 2.0 5.0 6.5 1.5 12.7 12.64 39.8 101.2 133.8 25.35 10.79 12.64 35.88 93.18 123.57 23.37 2210 2370 2043 2155 2130 1900 2.88 2.88 10.52 25.80 34.44 7.64 （五）燃烧温度

燃烧温度是指燃气按燃烧反应方程式完全燃烧时产生的理论温度。

一般燃烧产生的烟气温度很高，因此烟气中的某些组分要发生分解。当温度达到1500—1600°C时，烟气中一部分CO2分解成CO和O2 ， H2O分解成H2与O2。当温度超过2000°C时，烟气中更多的组分发生分解。为此，燃气的热值一部分要消耗在组分的分解上，而不可能全部有效转换成烟气的温度，即理论燃烧温度。

事实上，燃气的燃烧也不可能在保热的条件下进行，既有向四周散失各种热量，也有燃气和空气带入的物理热，因此，实际能达到的温度（°C）要比理论计算温度低一些。燃气理论燃烧温度的高低与种类、燃气的热值、燃气产物的热容量和数量、燃气与空气的温度以及过剩空气系数等因素有关。常有燃气燃烧温度见表1—10、表1—11。

（六）燃烧速度

垂直于燃烧焰面，火焰向未燃烧方向传播的速度叫做燃烧速度。 燃烧速度是可燃气体燃烧最重要特性之一，它不仅对火焰的稳定性和燃气互换性有很大的影响，而且对燃烧方法的选择及燃气的安全使用也有实际意义。

燃气的燃烧速度与下列条件有关：燃气种类、燃气与空气的混合比例、燃气组分、温度、混合速度、混合气体压力。燃烧速度可采用实验的方法进行测定。东京煤气公司综合研究测定的最大燃烧速度达45m/s。

燃气燃烧前预先混合的空气量叫做一次空气系数α，它对燃气速度的影响很大。

燃气和空气混合物的预热温度，温度越高，燃烧速度加快这也是灶具回火原因之一。 燃烧速度随着压力的降低而增大。但对那些燃烧温度很高的氢、甲烷火焰，其燃烧速度随压力的提高只略微减少。

燃气的燃烧速度还可能受其它组分的影响。例如CO与空气混合物的燃烧速度很小，但只要有少量水蒸气或氢存在，燃烧速度就会显著的提高。常用燃气的燃烧速度见表1—10、表1—11。

（七）爆炸浓度极限

爆炸浓度极限是燃气的重要性质之一。为空气中含有燃气浓度范围达到爆炸危险的混合物。该气体与火源接触时，即形成爆炸。该燃气浓度范围称为燃气爆炸浓度极限。

如使燃气燃烧，必须使燃气与空气或氧气形成一定比例的混合气，以保证燃气分子不断进行氧化反应。当混合气中可燃气体过多时，由于助燃气体很少，只能使一小部分可燃气体燃烧产生热，而这些热量大部分都消耗在加热过剩燃气上，不可能使混合温度升到着火温度。因此不能产生燃烧或爆炸。当空气中含有燃气浓度增加到不能引起爆炸浓度点称为爆炸上限；当混合气体中可燃气体过少时，只能产生少量热量，并且大部分消耗在加热助燃气体上。因此，不能使混合气体温度升至着火温度，从而也不会发生燃烧或爆炸。当空气中含有燃气浓度减少到不能引起爆炸浓度点称为爆炸下限。爆炸下限与爆炸上限之间即是燃烧爆炸浓度极限。常见燃气的爆炸极限见表1—10、表1—11. （八）华白指数

在燃气工程中对不同种类燃气间互换时，要考虑衡量热流量大小的特性指数—华白指数。在置换气和基准气的化学物理性质相差不大，燃烧特性比较接近时，可以用华白数指标控制燃气的互换性。各国一般规定两种燃气互换时华白数的变化不大于5%—10%。华白指数是一项控制燃具热负荷恒定状况的指标。

1、一般华白指数W W=Hh/√S 式中： W 燃气的一般华白指数（KJ/Nm3） Hh 燃气的高热值（KJ/Nm3） S 燃气的平均相对密度 2、实用华白指数WS

WS= Hl/√ρ

式中：WS 燃气实用华白指数（KJ/Nm3） Hl 燃气的低热值（KJ/Nm3） ρ 燃气的密度（KJ/Nm3） (九)燃烧势

随着气源种类的增多，出现了燃烧特性差别较大的两种燃气的互换性问题，除了华白指数以外，还必须引入燃烧势因素。燃烧势是反应燃气燃烧火焰所产生离焰、黄焰、回火和不完全燃烧的倾向性的一项反映燃具燃气燃烧稳定状况的结合指标。

燃烧势CP按下式计算：

CP=[K×1.0H2+0.6(CmHn+CO)+0.3CH4]/ d

式中 H2、CmHn、CO、CH4燃气中氢、碳氢化合物（除甲烷以外）、一氧化碳、甲烷体积含量。

d 燃气相对密度 K 燃气中氢含量修正系数，按下式计算： K=1+0.0054O22

式中 O2 燃气中氧组分含量（体积%）

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