【文章內(nèi)容簡介】 第二 章 燃氣的性質(zhì)計算 燃氣是由多種可燃氣體和不可燃氣體組成的混合氣體。其中可燃氣體有碳氫化合物、氫和一氧化碳等，不可燃氣體有二氧化碳、氮和氧等。 隨著燃氣工業(yè)的發(fā)展，城鎮(zhèn)燃氣的種類越來越多。而確定城鎮(zhèn)輸配系統(tǒng)的壓力級制、管徑、燃氣管網(wǎng)構(gòu)筑物及防護和管理措施，都與燃氣的種類有關(guān) ；同時燃燒設(shè)備是按某一特定的燃氣組分設(shè)計、制造的，雖然燃具能夠適應(yīng)燃氣組分在一定范圍的變化，但總有一個限度，若燃氣的組分差異很大時，將引起燃燒特性的變化。所以從燃氣輸配、燃燒應(yīng)用和燃氣互換性方面考慮，為了使燃氣輸配企業(yè)和燃燒設(shè)備制造 廠都遵守一個共同的準則，必須將燃氣進行分類。 按燃氣氣源的種類通?？砂讶細夥譃樘烊粴狻⑷斯と細?、液化石油氣和生物氣等。 氣源 本設(shè)計氣源選擇 天然氣 ，其組分如下： 成分 4CH 38CH 2CO mnCH 2N 百分比 % % % % % 氣體性質(zhì) 平均分子量 混合氣體的平均分子量按下式計算 1 1 2 2 n n1 ()100M y M y M y M? ? ? ? ???? （ ） ? ?1 1 6 . 0 4 3 9 0 . 5 4 4 . 0 9 7 0 2 . 8 4 4 . 0 0 9 8 2 . 4 5 8 . 1 2 4 0 1 . 5 2 8 . 0 1 3 4 2 . 8100? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = 式中 M —— 混合氣體平均分子量； 1 2 ny y y???、 —— 各單一氣體容 積成分（ %）； 1 2 nM M M???、 —— 各單一氣體分子量。 4 平均密度和相對密度 混合氣體的平均密度按下式計算 1 1 2 2 n n1 ()100 y y y? ? ? ?? ? ? ? ???? () 1= ( 9 0 . 5 0 . 7 1 7 4 + 2 . 8 1 . 9 1 3 6 + 2 . 4 1 . 9 7 7 + 1 . 5 2 . 7 0 3 + 2 . 8 1 . 2 5 0 4 ) 100 ? ? ? ? ? 3=混合氣體的相對密度 0 .8 3= 0 .6 41 .2 9 3 1 .2 9 3S ? ?? () 式中 ? —— 混 合氣體平均密度（ 3kg/m ） 。 12n? ? ????、 —— 標(biāo)準狀態(tài)下各單一氣體密度（ 3kg/m ）； S —— 混合氣體相對密度（空氣為 1）； —— 標(biāo)準狀態(tài)下空氣的密度。 粘度 混合氣體的粘度與氣體中各組分的質(zhì)量分數(shù)有關(guān)，而各組分的質(zhì)量成分可由式求得。 100iii iiymg ym??? （ ） 式中 1 2 ny y y???、 —— 各單一氣體容積成分（ %）； 1 2 nm m m???、 —— 相應(yīng)各組分在 0℃時的動力粘度（ Pa?s）。 則可求 得設(shè)計中所用燃氣中各組分的質(zhì)量成分 。 各成分的質(zhì)量分數(shù)計算如下： 4 ????CH 83 ????HC 104 ????HC 5 1846 2CO ???? 1846 2 ????N 動力粘度按照式（ ）計算 61 2 n1 2 n10 0 10=gg g?? ? ??? ? ???? （ ） ? 101006????? ? 6= 9. 06 10 P a s?? 式中 ? —— 混合氣體動力粘度（ as?P ）； 12ng g g???、 —— 各組分的質(zhì)量成分（ %）； 12n? ? ????、 —— 相應(yīng)各組分的動力粘度（ as?P ）。 運動粘度按照式（ ） 6 69 .9 9 8 1 0 = 1 2 .5 1 00 .8?? ?? ??? ? ? （ ） 式中 ? —— 混合氣體的運動粘度（ 2m/s ）； ? —— 混合氣體動力粘度（ as?P ）； ? —— 混合氣體平均密度（ 3kg/m ） 爆炸極限 可燃氣體與空氣的混合物遇明火而引起爆炸時的可燃氣體濃度范圍稱為爆炸極限。其有爆炸上限和爆炸下限之分。 其計算公式如下： 1 2 1 21212100nnnnL yyy y y yL L LL L L? ?? ??? ??? ? ? ? ? ??? ??? ? ? ???? （ ）式中 L —— 含有惰性氣體的混合氣體的爆炸下 (上 )限 (體積％ )； 6 12ny y y? ? ?、 —— 由某一可燃氣體成分與某一惰性氣體成分組成的混合組分在混合氣體中的容積成分 (％ )； 12nL L L? ? ?、 —— 由某一可燃氣體成分與某一惰性氣體成分組成的混合組分在該混合比時的爆炸極限 (％ )； 12ny y y、 —— 未與惰性氣體組合的可燃氣體成分在混合氣體中的容積成分 (％ )； 12nL L L、 —— 未與惰性氣體組合的可燃氣體成分的爆炸極限 (體積％ )。 將組分中的惰性氣體 按 要求 與可燃氣體進行組合，即： 24 90 .5% % 93 .3%N C Hyy? ? ? ? 2 .8 0 .0 39 0 .5??惰 性 氣 體可 燃 氣 體 %%% 4 ???? HCCO yy ??可燃氣體惰性氣體 由圖查得混合組分在上述混合比時的爆炸極限相應(yīng)為 5%— 16%和 4%— 16% 按 下 式計算該天然氣的爆炸極限為： %45 1 0 0 ????ll %181616 100 ????hl 式中 l —— 爆炸下限（ %）； hl —— 爆炸上限（ %）。 混合物的熱值 可燃氣體與空氣完全燃燒時放出的放出的熱量稱為可燃氣體的熱值，根據(jù)燃燒產(chǎn)物中水分的形式可分低發(fā)熱值和高發(fā)熱值。 其計算公式如下： ? ?1 1 2 21100 nnH y H y H y H? ? ? ? （ ） 7 則設(shè)計中所用燃氣的高發(fā)熱值為 ? ? 1 ??????hH /MJ m? 設(shè)計中所用燃氣的低發(fā)熱值為 ? ? 1 ??????lH /MJ m? 式中 hlHH、 —— 燃氣 高 低熱值 ( 3MJ/m )。 12 nH H H、 —— 各單一氣體低熱值 ( 3MJ/m )； 12ny y y、 — — 各單一氣體容 積成 分（ %）。 華白數(shù) 燃氣性質(zhì)中影響燃燒特性的參數(shù)主要有燃氣的熱值 H、相對密度 s及火焰?zhèn)鞑ニ俣?(即燃燒速度 )。為此導(dǎo)出與熱值和相對密度有關(guān)的綜合系數(shù)，即華白指數(shù)W 。 華白指數(shù) 3 3l 3 6 .9 6 1 0 4 6 .2 M J /m0 .6 4HW S ?? ? ? () 式中 W —— 華白指數(shù) （ 3MJ/m ） ； lH —— 燃氣低熱值 ( 3MJ/m ) ； S —— 混合氣體相對密度（空氣為 1）。 燃氣質(zhì)量要求及燃氣的加臭 城鎮(zhèn)燃氣質(zhì)量要求 城鎮(zhèn)燃氣質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)符合下列要求： 8 （應(yīng)按基準氣分類）的發(fā)熱量和組分的波動應(yīng)符合城鎮(zhèn)燃氣互換的要求； 《城市燃氣分類》GB/T13611 的規(guī)定采用，并應(yīng)適當(dāng)留有余地。 ，天然氣的質(zhì)量指標(biāo)： （ 1）天然氣的發(fā)熱量、總硫量和硫化氫含量、水露點指標(biāo)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準《天然氣》 GB17820 的一類氣或二類氣的規(guī)定； （ 2）在天然氣交接點的壓力和溫度條件下，天然氣的烴露點應(yīng)比最低環(huán)境溫度低 5℃；天然氣中不應(yīng)有固態(tài)、液態(tài)或膠狀物質(zhì)。主要規(guī)定敘述如下： 1)天然氣的高熱值大于 3MJ/m ； 2）總硫量小于 270 3mg/m ； 3）硫化氫含量小于 20 3mg/m ； 4）二氧化碳含量小于 3%（體積）； 5）無游離水。 城鎮(zhèn)燃氣的加臭 城鎮(zhèn)燃氣是具有一定毒性的爆炸性氣體，又是在壓力下輸送和使用。由于管道及設(shè)備材質(zhì)和施工方面存在問題和使用不當(dāng)，容易造成漏氣，有引起爆炸、著火和人身中毒的危險。因此，當(dāng)發(fā)生漏氣時應(yīng)能及時被人們發(fā)覺進而消除燃氣的泄露。所以需要對沒有臭味的燃氣進行加臭。 作為城鎮(zhèn)燃氣的氣源，如干餾煤氣、水煤氣、油制氣、天然氣和液化石油氣多數(shù)含有硫化物，因此其本身都具有臭味。僅部分地區(qū)使用的天然氣 有時不含硫化物，要求經(jīng)過 加臭后才進行輸配使用。 城鎮(zhèn)燃氣中加臭劑的最小量：一是無毒燃氣（一般指不含一氧化碳、氰化氫等有毒成分的氣體）泄露到空氣中，達到爆炸下限的 20%時，應(yīng)能察覺；二是有毒燃氣（一般指含一氧化碳、氰化氫等有毒成分的氣體）泄露到空氣中，達到對人體允許的有害濃度時，應(yīng)能察覺。對于以一氧化碳為有毒成分的燃氣，空氣中一氧化碳含量達到 %（體積分數(shù)）時，應(yīng)能察覺。 加臭劑和燃氣混合在一起后應(yīng)具有特殊的臭味，不應(yīng)對人體、管道或與其接觸材料有害，其燃燒產(chǎn)物不應(yīng)對人體呼吸有害，并不應(yīng)腐蝕或傷害與此燃燒產(chǎn)物經(jīng)常接觸的材料。常用 的加臭劑有四氫噻吩（ THT）、三丁基硫醇、乙硫醇、乙硫醚、甲硫醚等。 9 第三章 燃氣需用量及供需平衡 在設(shè)計燃氣輸配系統(tǒng)時，需要首先確定燃氣管網(wǎng)的計算流量，而計算流量的大小又取決于燃氣需用量和需用的不均勻情況。城市燃氣需用量取決于用戶類型、數(shù)量和用氣量指標(biāo)。 用戶類型及供氣原則 城市燃氣用戶包括以下幾種類型： 居民生活用戶； 商業(yè)用戶； 工業(yè)生產(chǎn)用戶； 其他用戶 。 居民生活用戶用氣主要是用于日常的炊事和生活熱水。商業(yè)用戶是與城鎮(zhèn)居民生活密切相關(guān)的一類用戶，包括職工食堂、飲食 業(yè)、旅館、理發(fā)店、浴室、洗衣房、醫(yī)院、幼兒園、 托兒所、機關(guān)、學(xué)校和科研機關(guān)等。燃氣主要是用于炊事和熱水供應(yīng)。工業(yè)企業(yè)用戶主要是用于生產(chǎn)工藝。其他用氣主要包括兩部分，一部分是官網(wǎng)的漏損；另一部分是因發(fā)展過程中出現(xiàn)沒有預(yù)見的新情況而超出了原計算流量。 供氣原則不僅涉及到國家的能源政策，而且和當(dāng)?shù)氐木唧w情況、條件密切相關(guān)。在確定用氣量分配時，一般優(yōu)先發(fā)展民用用氣，即居民生活用氣和商業(yè)用氣，它們是城鎮(zhèn)燃氣供應(yīng)的基本對象，其中，又應(yīng)優(yōu)先供給居民生活用戶。居民生活用戶和商業(yè)用戶數(shù)量多，而且分散，把燃氣優(yōu)先供給這些用戶可 以提高熱效率， 節(jié)約能源，改善大氣和環(huán)境污染，節(jié)約勞動力，減少城市交通運輸。 在發(fā)展民用用戶的同時，也要發(fā)展一部分工業(yè)用氣，二者兼顧，這有利于提高氣源生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益，減少儲氣容積 ，增加售氣收費，有利于用氣負荷的平衡等。對于工業(yè)用戶，應(yīng)優(yōu)先供給工藝上必須使用燃氣，用氣量又不大，自建煤氣發(fā)生站又不經(jīng)濟的企業(yè)。 10 城市用氣量 居民生活用戶用氣量 居民生活用戶用氣量取決于居民生活用戶用氣量指標(biāo)（用氣定額）、氣化百分率及城市居民人口數(shù)。 影響居民生活用戶用氣量指標(biāo)的因素很多 ，如住宅燃氣器具的類型和數(shù)量，住宅建筑等級和衛(wèi)生設(shè)備的設(shè)置水平，采暖方式及熱源種類，居民生活用熱習(xí)慣及生活水平，居民每戶平均人口數(shù)，氣候條件，公共生活服務(wù)設(shè)施的發(fā)展情況，燃氣價格等。各種影響因素對居民生活用戶用氣量指標(biāo)的影響無法精確確定，通常根據(jù)居民生活用戶用氣量實際統(tǒng)計資料，經(jīng)過綜合分析和計算得到用氣量指標(biāo)。當(dāng)缺乏用氣量的實際統(tǒng)計資料時，可根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H燃料消耗量、生活習(xí)慣、燃氣價格、氣候條件等具體情況，按表 確定。 表 城鎮(zhèn)居民生活用氣量指標(biāo) q [MJ/( a)?人 ] 注：① 本表系指一戶裝有一個燃氣表的居民用 戶，在住宅內(nèi)做飯和熱水的用氣量。不適用于瓶裝液化石油氣居民用戶。 ②“采暖”系指非燃氣采暖。③ 燃氣熱值按低熱值計算。 氣化百分率是指城鎮(zhèn)居民 使用燃氣的人口數(shù)占城鎮(zhèn)居民總?cè)丝跀?shù)的百分數(shù)。一個城鎮(zhèn)的氣化百分率很難達到 100%，因為有一部分房屋結(jié)構(gòu)不符合安裝燃氣設(shè)備的條件或居民點遠離城市燃氣管網(wǎng)。 居民生活用戶用氣量： 新鄉(xiāng)經(jīng)濟開發(fā)區(qū) 的人口密度為 8000 人 /平方公里，該區(qū)的面積為 平方公里 ， 人口為 15萬人左右， 氣化百分率為 90%。 根據(jù)居民生活用氣定額、居民人數(shù)、氣化百分率即可計算出居民生活年用氣量1y lNkqQ H?