【文章內(nèi)容簡介】 000Pa，人口密度 N=400 人 /hm2，每人每小時的計算流量 e=(人*h),管網(wǎng)密度系數(shù)為 。 已知管道末端長度為 100km，起點最高壓力為 5MPa（絕壓），終點要求最低壓力為 2MPa（絕壓），管徑為 529 10mm，每晝夜輸氣量為 300萬 m3，燃氣密度 m3,燃氣相對密度為 ，摩阻系數(shù) ，壓縮因子 ，輸氣溫度 278K，試求管道末端儲氣量。 1 燃氣的分類及性質(zhì) 燃氣的分類和用途 城市民用和工業(yè)用燃氣是由幾種氣體組成的混合氣體，其中含有可燃氣體和不可燃氣體?？扇細怏w有碳氫化合物、氫和一氧化碳，不可燃氣體有二氧化碳、氮和氧等。 燃氣的種類很多，主要有天然氣、人工燃氣、液化石油氣和沼氣。 天然氣 天然的可燃氣體統(tǒng)稱為天然氣。 天然氣是以 烷烴為主的各種烴類和少量非烴類氣體所組成的氣體混合物。按其化學組成 (以體積百分含量計 )，絕大部分是甲烷 (CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷 (C3H9)；丁烷 (C4H10)和戊烷 (C5H12)含量不多。天然氣中也含有其他一些氣體，如硫化氫 (H2S)、二氧化碳 (CO2)、氮 (N2)及水汽 (H2O)；有時還含有微量的稀有氣體，如氦 (He)和氬 (Ar)等。 在基準狀態(tài) (101325Pa， 0℃ )下，在天然氣中，從甲烷到丁烷的烴類以氣態(tài)存在；戊烷以上的烴類是液態(tài)，即天然氣油。 按礦藏分類，天然氣可分為氣田氣、油田氣和凝析 氣田氣三種。 天然氣的物理化學性質(zhì) 壓力 天然氣的壓力是天然氣中無規(guī)則運動的大量分子之間碰撞力的總和，它表示天然氣能量的大小。 溫度 天然氣的溫度表示天然氣內(nèi)分子熱運動的劇烈程度。溫度的高低取決于天然氣內(nèi)部的熱運動狀態(tài)。 臨界溫度 對每一種純的氣體都存在著一特定的溫度，高于此溫度時，無論加多大壓力也不可能使它由氣體變?yōu)橐后w，這個溫度稱為臨界溫度，用符號 TC表示。臨界溫度是該氣體能以液體狀態(tài)存在的最高溫度。 臨界壓力 在臨界溫度下，氣相與液相相平衡時所施 加的壓力。也可定義為相應于臨界溫度時的飽和壓力，用符號 PC表示。它是在臨界溫度下該氣體由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)所需的最低壓力。 天然氣是混合物，其臨界點的情況要復雜得多。臨界參數(shù)隨組成而變化，沒有一個恒定的數(shù)值，天然氣的臨界壓力和臨界溫度稱為天然氣的平均臨界值或視臨界值或假臨界值或虛擬臨界值等，用符號 PC39。及 TC39。表示。 天然氣的分子質(zhì)量 天然氣是多種氣體組成的混合氣體，它本身沒有一個分子式，也不能像純氣體一樣，可以從分子式算出一個恒定的分子質(zhì)量。但是，工程上為了計算方便，把 101325Pa， 0℃ 時體積 為 m3天然氣所具有的質(zhì)量認為是天然氣的分子質(zhì)量。換言之，天然氣的分子質(zhì)量，在數(shù)值上等于在基準狀態(tài)下 lmol天然氣的質(zhì)量。 天然氣的分子質(zhì)量是一種人們假想的分子質(zhì)量，因此，也稱為“視分子質(zhì)量”。同時，由于天然氣的分子質(zhì)量隨組成的不同而變化，沒有一個恒定的數(shù)值，因此，又稱為“平均分子質(zhì)量”，通常簡稱為天然氣的分子質(zhì)量，實際上指的就是“視分子質(zhì)量”或“平均分子質(zhì)量” 天然氣的熱值 天然氣的重要用途之一是作燃料，熱值是它的一項經(jīng)濟指標。 每千克或每立方米天然氣完全燃燒所發(fā)出的熱量稱為天然氣的燃 燒熱值，簡稱天然氣熱值，單位為 kJ／ kg或 kJ／ m3。完全燃燒是指燃燒反應后生成最穩(wěn)定的氧化物或單質(zhì)。 天然氣的熱值有兩種表示方法：高熱值 (或全熱值 )和低熱值 (或凈熱值 )。天然氣燃燒時，要生成水蒸汽，水蒸汽冷凝成水要放出汽化潛熱，把水蒸汽的汽化潛熱 (水的汽化潛熱為 ／ kg)計算在內(nèi)的熱值稱為高熱值。實際上，在天然氣燃燒時，由于煙筒內(nèi)煙道氣溫度很高，燃燒產(chǎn)生的蒸汽不能凝結，汽化潛熱并無法利用，從高熱值中減去實際上不能利用的汽化潛熱就是低熱值，工程上通常用的都是低熱值。 天然氣的燃燒熱值決定了它的 熱力價值，是天然氣很重要的質(zhì)量指標，在下列幾種常用燃料中天然氣的燃燒熱值最高。 其中，天然氣： 46055kJ／ kg； 氣田氣： 35588～ 41868kJ／ m3； 油田氣： 35588～ 66989kJ／ m3； 煤： 29308 kJ／ kg； 干木材： 12560 kJ／ kg。 天然氣的爆炸性 天然氣在空氣中的含量達到一定比例時，就與空氣構成爆炸性的混合氣體，這種氣體遇到火源，就會發(fā)生燃燒和爆炸。 在形成爆炸的混合氣體中，天然氣在混合氣中的最低含量叫爆炸下限，低于爆炸下 限就不會爆炸。最高含量叫爆炸上限，高于爆炸上限也不會爆炸。上、下限之間叫爆炸范圍或爆炸極限。在常溫常壓下，天然氣的爆炸范圍約為 5％～ 15％。壓力對爆炸范圍是有影響的，爆炸威力與壓力成正比。壓力愈高爆炸范圍愈大。天然氣含量小于 4％時是不會爆炸的。 天然氣的計量單位及標準條件 我國天然氣計量常以體積表示，單位是立方米，即以立方米 (m3)為計量單位。天然氣的重要特性之一，是它具有壓縮性和膨脹性，故天然氣隨著壓力、溫度條件的變化而改變體積。為了便于比較和量度氣體的體積，必須指定一種壓力和溫度作為標準，大 家統(tǒng)一使用標準條件。在國際物理學界是以壓力為 101325Pa、溫度為 0℃作標準。但在實際工業(yè)生產(chǎn)中，各個國家又根據(jù)本國情況各自定立標準。我國定壓力為 101325Pa、溫度為 20℃作為天然氣計量的標準條件。 天然氣的壓縮系數(shù) 當燃氣壓力低于 1MPa和溫度在 10～ 20℃時，在工程上還可當作理想氣體。當壓力很高、溫度很低時，用理想氣體狀態(tài)方程進行計算引起的誤差將很大。實際工程中，在理想氣體狀態(tài)方程中引入考慮氣體壓縮性的壓縮因子 Z，可得實際氣體狀態(tài)方程。壓縮因子 Z是隨溫度和壓力變化。 關于天然氣的壓縮系 數(shù) Z的求法很多，工程上最常用的方法是計算法、查圖法和查表法。 城市燃氣的質(zhì)量要求 城市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的。由于管道及設備材質(zhì)和施工方面存在的問題和使用不當，容易造成漏氣，有引起爆炸、著火和人身中毒的危險。因此，當發(fā)生漏氣時能及時被人們發(fā)覺進而消除漏氣是很必要的。要求對沒有臭味的燃氣加臭，對于減少災害，是必不可少的措施。 作為城市燃氣的氣源，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 的天然氣有時不含有硫化物，要求經(jīng)過 加臭后才進行輸配使用。 在城市燃氣的可燃成分中，最具有劇毒性而含量較多者為一氧化碳，故把含有一氧化碳的燃氣視為“有毒燃氣”。而規(guī)定了對有毒而又無臭味的燃氣應加臭，使有毒燃氣在達到允許有害濃度之前，應能察覺。對無毒燃氣在相當于爆炸下限20％的濃度時，應能察覺。 2 城市燃氣管網(wǎng)系統(tǒng) 城市燃氣管網(wǎng)的分類及其選擇 燃氣管道的分類 燃氣管道根據(jù)用途、敷設方式和輸氣壓力分類。 1 根據(jù)用途分類 1）長距離輸氣管線 其干管及支管的末端連接城市或大型工業(yè)企業(yè)，作 為該供應區(qū)的氣源點。 2）城市燃氣管道 3）工業(yè)企業(yè)燃氣管道 2 根據(jù)敷設方式分類 1）地下燃氣管道 一般在城市中常采用地下敷設。 2）架空燃氣管道 在管道通過障礙時，或在工廠區(qū)為了管理維修方便，采用架空敷設。 3 根據(jù)輸氣壓力分類 燃氣管道之所以要根據(jù)輸氣壓力來分級，是因為燃氣管道的氣密性與其他管道相比，有特別嚴格的要求，漏氣可能導致火災、爆炸、中毒或其他事故。燃氣管道中的壓力越高，管道接頭脫開或管道本身出現(xiàn)裂縫的可能性和危險性也越大。當管道內(nèi)燃氣的壓力不同時，對管道材質(zhì)、安裝質(zhì)量、檢驗標準 和運行管理的要求也不同。 我國城市燃氣管道根據(jù)輸氣壓力 — 般分為： A燃氣管道： P≤ ； B燃氣管道： P≤ ； A燃氣管道： P≤ ； B燃氣管道： P≤ ； A燃氣管道： P≤ 。 B燃氣管道： P≤ ： P 居民用戶和小型公共建筑用戶一般直接由低壓管道供氣。低壓管道輸送人工燃 氣時，壓力不大于 2kPa；輸送天然氣時，壓力不大于 ；輸送氣態(tài)液化石油氣時，壓力不大于 5kPa。 城市燃氣管網(wǎng)及其選擇 1 城市燃氣輸配系統(tǒng)的構成 現(xiàn)代化的城市燃氣輸配系統(tǒng)是復雜的綜合設施，通常由下列部分構成： 1）低壓、中壓以及高壓等不同壓力等級的燃氣管網(wǎng)。 2）城市燃氣分配站或壓氣站、各種類型的調(diào)壓站或調(diào)壓裝置， 3）儲配站。 4）監(jiān)控與調(diào)度中心； 5）維護管理中心。 輸配系統(tǒng)應保證不間斷地、可靠地給用戶供氣，在運行管理方面應是安全的在維修檢測方面應是 簡便的。還應考慮在檢修或發(fā)生故障時，可關斷某些部分管段而不致影響全系統(tǒng)的工作。 在 — 個輸配系統(tǒng)中，宜采用標準化和系列化的站室、構筑物和設備。采用的系統(tǒng)方案應具有最大的經(jīng)濟效益，并能分階段地建造和投入運行。 2 城市燃氣管網(wǎng)系統(tǒng) 城市輸配系統(tǒng)的主要部分是燃氣管網(wǎng)，根據(jù)所采用的管網(wǎng)壓力級制不同可分為： 1）一級系統(tǒng)：僅用低壓管網(wǎng)來分配和供給燃氣，一般只適用于小城鎮(zhèn)的供氣。如供氣范圍較大時，則輸送單位體積燃氣的管材用量將急劇增加。 2）兩級系統(tǒng)：由低壓和中壓 B或低壓和中壓 A兩級管道組成。 3）三級系統(tǒng)：包括低壓、中壓和高壓的三級管網(wǎng)。 4）多級系統(tǒng)：由低壓、中壓 B、中壓 A和高壓 B，甚至高壓 A的管網(wǎng)組成。 3 采用不同壓力級制的必要性 城市燃氣輸配系統(tǒng)中管網(wǎng)采用不同的壓力級制，其原因如下： 1）管網(wǎng)采用不同的壓力級制是比較經(jīng)濟的。因為大部分燃氣由較高壓力的管道輸送，管道的管徑可以選得小一些，管道單位長度的壓力損失可以選得大一些，以節(jié)省管材。如由城市的某一地區(qū)輸送大量燃氣到另一地區(qū)，則采用較高的輸氣壓力比較經(jīng)濟合理，有時對城市里的大型工業(yè)企業(yè)用戶，可敷設壓力較高的專用輸氣管 線。當然，管網(wǎng)內(nèi)燃氣的壓力增高后，輸送燃氣所消耗的能量可能也隨之增加。 2）各類用戶需要的燃氣壓力不同。如居民用戶和小型公共建筑用戶需要低壓燃氣，而大型工業(yè)企業(yè)則需要中壓或高壓燃氣。 3）消防安全要求。在城市未改建的老區(qū)，建筑物比較密集，街道和人行道都比較狹窄，不宜敷設高壓或中壓 A管道。此外，由于人口密度較大，從安全運行和方便管理的觀點看，也不宜敷設高壓或中壓 A管道，而只能敷設中壓 B和低壓管道。同時大城市的燃氣輸配系統(tǒng)的建造、擴建和改建過程要經(jīng)過許多年，所以在城市的老區(qū)原先設計的燃氣管道壓力，大都比 近期建造的管道壓力低。 城市燃氣管道的布線 城市燃氣管道的布線原則 城市里的燃氣管道均采用地下敷設。所謂城市燃氣管道的布線，是指城市管網(wǎng)系統(tǒng)在原則上選定之后，決定各管段的具體位置。 1 布線依據(jù) 地下燃氣管道宜沿城市道路、人行便道敷設，或敷設在綠化地帶內(nèi)。在決定城市中不同壓力燃氣管道的布線問題時，必須考慮到下列基本情況： 1) 管道中燃氣的壓力。 2) 街道及其他地下管道的密集程度與布置情況。 3) 街道交通量和路面結構情況，以及運輸干線的分布情況。 4) 所輸送燃氣的含濕量，必要的管道坡度，街道地形變化情況。 5) 與該管道相連接的用戶數(shù)量及用氣情況，該管道是主要管道還是次要管 道。 6) 線路上所遇到的障礙物情況。 7) 土壤性質(zhì)、腐蝕性能和冰凍線深度。 8) 該管道在施工、運行和萬一發(fā)生故障時，對交通和人民生活的影響。 在布線時，要決定燃氣管道沿城市街道的平面與縱斷面位置。 由于輸配系統(tǒng)各級管網(wǎng)的輸氣壓力不同，其設施和防火安全的要求也不同，而且各自的功能也有所區(qū)別，故應按各自的特點進行布置。 2 管道的縱斷面布置 在決定縱斷面布置時，要考慮下列各點： 1) 地下燃氣管道埋設深度，宜在土壤冰凍線以下。管頂覆土厚度還應滿足下列要 求： 埋設在車行道下時，不得小于 ； 埋設在非車行道下時，不得小于 ； 埋設在庭院（指綠化地及載貨汽車不能進入之地）內(nèi)時，不得小于 ； 埋設在水田下時，不得小于 。 隨著干天然氣的廣泛使用以及管道材質(zhì)的改進，埋設在人行道、次要街道、草地和公園的燃氣管道可采用淺層敷設。 2) 輸送濕燃氣的管道，不論是干管還是支管，其坡度一般不小于 0． 003。 布線時，最好能使管道的坡度和地形相適應。在管道的最低點應設排水器。 3) 燃氣管道不得在地下穿過房屋或其他建筑物，不得平行敷設在有軌電車 軌道之下也不得與其他地 下設施上下并置。 4) 在一般情況下，燃氣管道不得穿過其他管道本身，如因特殊情況要穿過 其他大斷面管道 (污水干管、雨水干管、熱力管溝等 )時，需征得有關方面同 意，同時燃氣管道必須安裝在鋼套管內(nèi)。 5) 燃氣管道與其他各種構筑物以及管道相交時，應按規(guī)范規(guī)定保持一定的 最小垂直凈距。 如受地形限制，燃氣管道按有關規(guī)范要求以及埋設深度的規(guī)定布線有困難，而又無法解決時，要與有關部門協(xié)商，采取行之有效的防護措施，保證輸送的濕燃氣中的冷凝物不致凍結，管道也不致遭受機械損傷，則可適當降低標準。 通常采用的防護措施是將管道敷設在套管內(nèi) (圖 25)。套管是比燃氣管道稍大的鋼管，直徑一般大 100mm，其伸出長度，從套管端至與之交叉的構筑物或管