燃气输配1学习.pptx

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1、第1页/共94页第2页/共94页第3页/共94页第4页/共94页第5页/共94页第6页/共94页第7页/共94页第8页/共94页第9页/共94页第10页/共94页第11页/共94页第12页/共94页第13页/共94页第14页/共94页第15页/共94页第16页/共94页第17页/共94页第18页/共94页第19页/共94页第20页/共94页第21页/共94页第22页/共94页第23页/共94页第24页/共94页第25页/共94页第26页/共94页第27页/共94页第28页/共94页第29页/共94页第30页/共94页第31页/共94页第32页/共94页第33页/共94页第34页/共94页第35

2、页/共94页第36页/共94页第37页/共94页第38页/共94页第39页/共94页第40页/共94页第41页/共94页第二节 燃气的基本性质第42页/共94页一、混合气体及混合液体的一、混合气体及混合液体的平均分子量平均分子量、平均密度平均密度和和相对相对密度密度 混合气体的混合气体的平均分子量平均分子量可按下式计算可按下式计算：M=（y1M1+y2M2+ynMn）式中:M M混合气体平均分子量混合气体平均分子量y y1 1、y y2 2y yn n各单一气体容积成分各单一气体容积成分()M M1 1、M M2 2M Mn n各单一气体分子量各单一气体分子量 混合液体的平均分子量可按下式计算

3、：混合液体的平均分子量可按下式计算：M=（x1M1+x2M2+xnMn）式中:M M混合液体平均分子量混合液体平均分子量 x x1 1、x x2 2x xn n 各单一液体分子成分各单一液体分子成分()M M1 1、M M2 2M Mn n各单一液体分子量各单一液体分子量第43页/共94页 混合气体混合气体平均密度平均密度和和相对密度相对密度按下式计按下式计算：算：S=式中式中:混合气体平均密度混合气体平均密度(kg(kgm m3 3)混合气体平均摩尔容积混合气体平均摩尔容积(m(m3 3kmol)kmol)S S混合气体相对密度混合气体相对密度(空气为空气为1)1)1.2931.293标准状

4、态下空气的密度标准状态下空气的密度(kg(kgm m3 3)注注:对于由双原子气体和甲烷组成的混合气体，标准对于由双原子气体和甲烷组成的混合气体，标准状态下的状态下的V VMM可取可取22.4m22.4m3 3kmolkmol，而对于由其他碳氢化，而对于由其他碳氢化合物组成的混合气体，则取合物组成的混合气体，则取22m22m3 3kmolkmol。第44页/共94页 混合气体平均密度还可按下式计算：混合气体平均密度还可按下式计算：燃气通常含有水蒸气，则湿燃气密度可按下式计算：燃气通常含有水蒸气，则湿燃气密度可按下式计算：式中式中:湿燃气密度湿燃气密度(kg(kgm3)m3)干燃气密度干燃气密度

5、(kg(kgm3)m3)d d水蒸气含量水蒸气含量(kg(kgm3m3干燃气干燃气)0.833 0.833水蒸气密度水蒸气密度(kg(kgm3)m3)第45页/共94页u干、湿燃气容积成分按下式换算：干、湿燃气容积成分按下式换算：式中式中:湿燃气容积成分湿燃气容积成分()干燃气容积成分干燃气容积成分()换算系数，换算系数，例例:已知干燃气的容积成分为甲烷已知干燃气的容积成分为甲烷27%27%，一氧化碳，一氧化碳6%6%，氢气，氢气56%56%，二氧化碳，二氧化碳3%3%，氧气，氧气1%1%，氮气，氮气5%5%，CmHn(CmHn(按丙烯按丙烯)2%)2%。求混。求混合气体平均分子量、平均密度和

6、相对密度。若含湿量为合气体平均分子量、平均密度和相对密度。若含湿量为0.002 0.002 kgkgNmNm3 3干燃气，求湿燃气的容积成分及其平均密度。干燃气，求湿燃气的容积成分及其平均密度。第46页/共94页二、临界参数及实际气体状态方二、临界参数及实际气体状态方程程临界参数定义临界参数定义:温度不超过某一数值，对气体进行加压，温度不超过某一数值，对气体进行加压，可以使气体液化，而在该温度以上，无论加多大压力都不可以使气体液化，而在该温度以上，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。在临界能使气体液化，这个温度就叫该气体的临界温度。在临界温度下，使气体液化所必须的压力

7、叫做临界压力。温度下，使气体液化所必须的压力叫做临界压力。第47页/共94页几种气体的液态-气态平衡曲线 气体的临界温度越高，越易液化。气体温度比临气体的临界温度越高，越易液化。气体温度比临界温度越低，则液化所需压力越小。界温度越低，则液化所需压力越小。第48页/共94页混合气体的平均临界压力和温度计算公式第49页/共94页实际气体状态方程实际气体状态方程:P=P=Z ZRTRT 式中式中:P:P气体的绝对压力气体的绝对压力(Pa)(Pa)气体的比容气体的比容(m3(m3kg)kg)Z Z压缩因子压缩因子 R R气体常数气体常数JJ(kg(kgK)K)T T气体的热力学温度气体的热力学温度(K

8、)(K)第50页/共94页气体的压缩因子Z Z与对比温度TrTr、对比压力PrPr的关系 当Pr Pr 1 1，Tr=0.6Tr=0.61.01.0 当Pr Pr 5.65.6，Tr=1.0Tr=1.02.02.0 所谓对比温度所谓对比温度TrTr，就是工作温度，就是工作温度T T与临界温度与临界温度TcTc的比值，而对的比值，而对比压力比压力PrPr，就是工作压力，就是工作压力P P与临界压力与临界压力PcPc的比值。的比值。此处温度为热此处温度为热力学温度，压力为绝对压力。力学温度，压力为绝对压力。第51页/共94页例例:有一内径为有一内径为900mm900mm、长为、长为115km115

9、km的天然气管道。当天的天然气管道。当天然气的平均压力为然气的平均压力为3.04MPa3.04MPa、温度为、温度为278K278K，求管道中的天，求管道中的天然气在标准状态下然气在标准状态下(101325Pa(101325Pa、273.15K)273.15K)的体积。已知天的体积。已知天然气的容积成分为甲烷然气的容积成分为甲烷97.597.5，乙烷，乙烷0.20.2，丙烷，丙烷0.20.2，氮气氮气1.61.6，二氧化碳，二氧化碳0.50.5。第52页/共94页三、粘度三、粘度u 混合气体的动力粘度可以近似地按下式计算：混合气体的动力粘度可以近似地按下式计算：式中式中:混合气体在混合气体在0

10、0时的动力粘度（时的动力粘度（PaPas s）各组分的各组分的质量成分质量成分（）（）、相应各组分在相应各组分在00时的动力粘度（时的动力粘度（PaPas s）第53页/共94页t()时混合气体的动力粘度按下式计算：时混合气体的动力粘度按下式计算：式中式中 t()t()时混合气体的动力粘度时混合气体的动力粘度(Pa(Pas)s)；T T混合气体的热力学温度混合气体的热力学温度(K)(K)；C C混合气体的无因次实验系数，可用混合法则求得。混合气体的无因次实验系数，可用混合法则求得。单一气体的单一气体的C C值可以查表得到值可以查表得到。第54页/共94页 如图如图1-5液态碳氢化合物的动力粘度

11、随分子液态碳氢化合物的动力粘度随分子量的增加而增大，随温度的上升而急剧减小。量的增加而增大，随温度的上升而急剧减小。气态碳氢化合物的动力粘度则正相反，分子量气态碳氢化合物的动力粘度则正相反，分子量越大，动力粘度越小，温度越上升，动力粘度越大，动力粘度越小，温度越上升，动力粘度越增大，这对于一般的气体都适用。越增大，这对于一般的气体都适用。第55页/共94页u混合液体的动力粘度可以近似地按下式计算：混合液体的动力粘度可以近似地按下式计算：式中式中:、各组分的分子成分（）；各组分的分子成分（）；、各组分的动力粘度（各组分的动力粘度（PaPas s）；）；混合液体的动力粘度（混合液体的动力粘度（Pa

12、Pas s）。）。第56页/共94页u混合气体和混合液体的运动粘度为：混合气体和混合液体的运动粘度为：式中：式中：混合气体或混合液体的运动粘度混合气体或混合液体的运动粘度(m(m2 2s)s)相应的动力粘度相应的动力粘度(Pa(Pas)s)混合气体或混合液体的密度混合气体或混合液体的密度(kg(kgm m3 3)例例1-51-5第57页/共94页四、饱和蒸气压及相平衡常数四、饱和蒸气压及相平衡常数饱和蒸气压概念：饱和蒸气压概念：液态烃的饱和蒸气压，简称液态烃的饱和蒸气压，简称蒸气压蒸气压，就是在一定温，就是在一定温度下密闭容器中的液体及其蒸气处于度下密闭容器中的液体及其蒸气处于动态平衡动态平衡

13、时蒸气时蒸气所表示的绝对压力。所表示的绝对压力。注：蒸气压与密闭容器的大小及液量无关，仅取决注：蒸气压与密闭容器的大小及液量无关，仅取决于温度。温度升高时，蒸气压增大。于温度。温度升高时，蒸气压增大。第58页/共94页u 混合液体的蒸气压混合液体的蒸气压根据道尔顿定律、拉乌尔定律：根据道尔顿定律、拉乌尔定律：混合液体的蒸气压（Pa）混合液体任一组分的蒸气分压（Pa）表1-5混合液体中该组分的分子成分（）该纯组分在同温度下的蒸气压（Pa）式中：第59页/共94页u相平衡常数相平衡常数 概念：概念：式中：式中：相平衡常数；相平衡常数；混合液体的蒸气压；混合液体的蒸气压；混合液体任一组分饱和蒸气压；

14、混合液体任一组分饱和蒸气压；该组分在气相中的分子成分该组分在气相中的分子成分(等于容积成分等于容积成分)该组分在液相中的分子成分。该组分在液相中的分子成分。第60页/共94页 相平衡常数相平衡常数表示在一定温度下，一定组成的气液平衡表示在一定温度下，一定组成的气液平衡系统中，某一组分在该温度下的饱和蒸气压与混合液体蒸系统中，某一组分在该温度下的饱和蒸气压与混合液体蒸气压的气压的比值是一个常数比值是一个常数。并且，在一定温度和压力下，气。并且，在一定温度和压力下，气液两相达到平衡状态时，气相中某一组分的分子成分与其液两相达到平衡状态时，气相中某一组分的分子成分与其液相中的分子成分的比值，同样是一

15、个常数。液相中的分子成分的比值，同样是一个常数。工程上，常利用相平衡常数来计算液化石油气工程上，常利用相平衡常数来计算液化石油气的气相组成或液相组成。的气相组成或液相组成。值可由图值可由图1 18 8查得。查得。第61页/共94页图 18 18 一些碳氢化合物的相平衡常数计算图1甲烷2已烷3丙烷4正丁烷5异丁烷6正戊烷7异戊烷8乙烯9丙烯第62页/共94页 液化石油气的气相和液相组成之间的换算还可按下液化石油气的气相和液相组成之间的换算还可按下列公式计算：列公式计算：1.1.当已知液相分子组成，需确定气相组成时，先计算系当已知液相分子组成，需确定气相组成时，先计算系统的压力，然后确定各组分的分

16、子成分，即统的压力，然后确定各组分的分子成分，即 2.2.当已知气相分子组成，需确定液相组成时，也是先确当已知气相分子组成，需确定液相组成时，也是先确定系统的压力，即定系统的压力，即第63页/共94页例：例：已知液化石油气由丙烷已知液化石油气由丙烷C C3 3H H8 8，正丁烷，正丁烷nCnC4 4H H1010和异丁烷和异丁烷iCiC4 4H H1010组成，其液相分子组成，其液相分子组成为组成为=70=70，=20=20，=10=10，求温度，求温度为为2020时系统的压力和达到平衡状态时气时系统的压力和达到平衡状态时气相分子组成。相分子组成。第64页/共94页五、沸点和露点五、沸点和露

17、点概念：概念：通常所说的通常所说的沸点沸点指指101325Pa101325Pa压力下液体沸腾时压力下液体沸腾时的温度。的温度。饱和蒸气经冷却或加压，立即处于过饱和状饱和蒸气经冷却或加压，立即处于过饱和状态，当遇到接触面或凝结核便液化成露，这时的态，当遇到接触面或凝结核便液化成露，这时的温度称为温度称为露点露点。当用管道输送气体碳氢化合物时，必须保持其当用管道输送气体碳氢化合物时，必须保持其温度在露点以上，以防凝结，阻碍输气。温度在露点以上，以防凝结，阻碍输气。第65页/共94页第66页/共94页露点的间或接计算:第67页/共94页露点的直接计算露点的直接计算 :工程中特别是液化石油气管道供气的

18、工程中所处理的工程中特别是液化石油气管道供气的工程中所处理的气态液化石油气或液化石油气气态液化石油气或液化石油气空气混合气一般处于压力空气混合气一般处于压力为为0.10.10.3MPa0.3MPa的范围内，很需要对它们进行露点计算。的范围内，很需要对它们进行露点计算。用于这种情况的计算公式是：用于这种情况的计算公式是：C为混合气中石油气的成分a为液化石油气中各组分的特性系数表1-7见例1-11第68页/共94页第69页/共94页六、液化石油气的气化潜热六、液化石油气的气化潜热 气化潜热气化潜热就是单位质量就是单位质量(1kg)(1kg)的液体变成与其处的液体变成与其处于平衡状态的蒸气所吸收的热

19、量。于平衡状态的蒸气所吸收的热量。名称名称甲烷甲烷乙烷乙烷丙烷丙烷正丁正丁烷烷异丁烷异丁烷乙烯乙烯丙烯丙烯丁烯丁烯-1 1顺丁烯顺丁烯-2-2反丁反丁烯烯-2-2异丁异丁烯烯正戊正戊烷烷沸点沸点（）（）（101325Pa）-162.6162.688.588.542.142.10.50.510.210.2103.7103.747.047.06.266.263.723.720.880.886.96.936.236.2气化潜热气化潜热（KJ/kgKJ/kg）510.8510.8485.7485.7422.9422.9383.5383.5366.3366.3481.5481.5439.6439.639

20、1.0391.0416.2416.2405.7405.7394.4394.4355.9355.9部分碳氢化合物的沸点及沸点时的气化潜热 第70页/共94页第71页/共94页第72页/共94页第73页/共94页七、容积膨胀七、容积膨胀 液态碳氢化合物的液态碳氢化合物的容积膨胀系数容积膨胀系数很大，约比水很大，约比水大大1616倍。在灌装容器时必须考虑由温度变化引起的倍。在灌装容器时必须考虑由温度变化引起的容积增大，留出必需的气相空间容积。容积增大，留出必需的气相空间容积。一些液态碳氢化合物的容积膨胀系数列于表一些液态碳氢化合物的容积膨胀系数列于表1-1-1212。第74页/共94页液态碳氢化合物

21、的容积膨胀液态碳氢化合物的容积膨胀 对于单一液体对于单一液体式中式中:温度为温度为t1()t1()时的液体体积；时的液体体积；温度为温度为t2()t2()时的液体体积；时的液体体积；t t1 1至至t t2 2温度范围内的容积膨胀系数平均值温度范围内的容积膨胀系数平均值第75页/共94页对于混合液体对于混合液体:第76页/共94页八、爆炸极限八、爆炸极限 可燃气体和空气的混合物遇明火而引起爆炸可燃气体和空气的混合物遇明火而引起爆炸时的可燃气体浓度范围称为时的可燃气体浓度范围称为爆炸极限爆炸极限。在这种。在这种混合物中当可燃气体的含量减少到不能形成爆混合物中当可燃气体的含量减少到不能形成爆炸混合

22、物时的那一含量，称为可燃气体的炸混合物时的那一含量，称为可燃气体的爆炸爆炸下限下限，而当可燃气体含量一直增加到不能形成，而当可燃气体含量一直增加到不能形成爆炸混合物时的含量，称为爆炸混合物时的含量，称为爆炸上限爆炸上限。概念：概念：第77页/共94页(一一)只含有可燃气体的混合气体的只含有可燃气体的混合气体的爆炸极限爆炸极限第78页/共94页(二二)含有惰性气体的混合气体的含有惰性气体的混合气体的爆炸极限爆炸极限第79页/共94页（三）含有氧气的混合气体（三）含有氧气的混合气体爆炸极限爆炸极限第80页/共94页例：例：已知燃气的容积成分为已知燃气的容积成分为 =5.7=5.7，=5.35.3，

23、=1.7=1.7，=8.4=8.4，=20.93=20.93，=18.27=18.27，=39.7=39.7。求该燃气的爆炸。求该燃气的爆炸极限极限(C(CmmH Hn n按按C C3 3H H6 6计算计算)。第81页/共94页九、水化物九、水化物 如果碳氢化合物中的水分超过一定含量，在一定如果碳氢化合物中的水分超过一定含量，在一定温度压力条件下，水能与液相和气相的温度压力条件下，水能与液相和气相的C C1 1、C C2 2、C C3 3和和C C4 4生成生成结晶水化物结晶水化物C CmmH Hn nxHxH2 20 0(对于甲烷，对于甲烷，x=6x=67 7；对；对于乙烷，于乙烷，x=6

24、x=6；对于丙烷及异丁烷，；对于丙烷及异丁烷，x=17)x=17)。水化物生成条件水化物生成条件：在湿气中形成水化物的在湿气中形成水化物的主要条件主要条件是压力及是压力及温度，温度，次要条件次要条件是：含有杂质、高速、紊流、是：含有杂质、高速、紊流、脉动脉动(例如由活塞式压送机引起的例如由活塞式压送机引起的)，急剧转弯，急剧转弯等因素。等因素。概念：概念：第82页/共94页 水化物的生成，会缩小管道的流通断面，甚至水化物的生成，会缩小管道的流通断面，甚至堵塞管线、阀件和设备。堵塞管线、阀件和设备。水化物的防止：水化物的防止：v采用降低压力、升高温度、加入可以使水化采用降低压力、升高温度、加入可

25、以使水化物分解的反应剂物分解的反应剂(防冻剂防冻剂)。v脱水，使气体中水分含量降低到不致形成水脱水，使气体中水分含量降低到不致形成水化物的程度。化物的程度。第83页/共94页十、液化石油气的状态图十、液化石油气的状态图状态图的使用方法：状态图的使用方法：在进行气态或液态碳氢化合物的热力计算时，在进行气态或液态碳氢化合物的热力计算时，一般需要使用饱和蒸气压一般需要使用饱和蒸气压P P、比容、比容、温度、温度T T、焓、焓值值i i及熵值及熵值s s等等5 5种状态参数。为了使用上的方便，种状态参数。为了使用上的方便，将这些参数值绘制成曲线将这些参数值绘制成曲线 图，一般称之为图，一般称之为状态图

26、。状态图。只要知道上述五个参数中的只要知道上述五个参数中的任意两个任意两个，即可，即可在状态图上确定其在状态图上确定其状态点，状态点，相应查出该状态下的相应查出该状态下的其他其他各参数值。各参数值。第84页/共94页图 115 115 状态图的构成第85页/共94页图116 116 丙烷状态图第86页/共94页例：例：求温度为求温度为1515时，容器中液态丙烷自然蒸时，容器中液态丙烷自然蒸发时的饱和蒸气压。容器中液相和气相丙烷的发时的饱和蒸气压。容器中液相和气相丙烷的比容和密度、液态丙烷的气化潜热比容和密度、液态丙烷的气化潜热 。u状态图的应用状态图的应用 第87页/共94页1.3 1.3 城

27、镇燃气的质量要求城镇燃气的质量要求一、人工燃气及天然气中的主要杂质及允一、人工燃气及天然气中的主要杂质及允许含量指标许含量指标二、城镇燃气的质量标准二、城镇燃气的质量标准三、城镇燃气的加臭三、城镇燃气的加臭第88页/共94页一、人工燃气及天然气中的主要杂质及允许含量指标一、人工燃气及天然气中的主要杂质及允许含量指标人工燃气人工燃气中的主要杂质：焦油与灰尘中的主要杂质：焦油与灰尘 、萘、萘 、硫、硫化物化物 、氨、氨 、一氧化碳、一氧化碳 、氧化氮、氧化氮 天然气天然气中的主要杂质：烃类凝析液、冷凝水、夹中的主要杂质：烃类凝析液、冷凝水、夹带的岩屑粉尘、硫化氢等。在输送天然气时都需带的岩屑粉尘、

28、硫化氢等。在输送天然气时都需要去除。要去除。第89页/共94页二、城镇燃气的质量标准二、城镇燃气的质量标准l 城镇燃气的发热量和组分的波动应符合城城镇燃气的发热量和组分的波动应符合城镇燃气互换的要求。镇燃气互换的要求。l 城镇燃气偏离基准气的波动范围宜按国家城镇燃气偏离基准气的波动范围宜按国家标准标准城市燃气分类城市燃气分类GB/T13611GB/T13611的规定采用，的规定采用，并应适当留有余地。并应适当留有余地。l 采用不同种类的燃气做城镇气源时，还应采用不同种类的燃气做城镇气源时，还应符合相关规定。符合相关规定。第90页/共94页三、城镇燃气的加臭三、城镇燃气的加臭 城镇燃气是具有一定

29、毒性的爆炸性气体，城镇燃气是具有一定毒性的爆炸性气体，又是在压力下输送和使用的。由于管道及设备又是在压力下输送和使用的。由于管道及设备材质和施工方面存在的问题和使用不当，容易材质和施工方面存在的问题和使用不当，容易造成漏气，有引起爆炸、着火和人身中毒的危造成漏气，有引起爆炸、着火和人身中毒的危险。因此，当发生漏气时应能及时被人们发觉险。因此，当发生漏气时应能及时被人们发觉进而消除燃气的泄漏。所以需要对没有臭味的进而消除燃气的泄漏。所以需要对没有臭味的燃气进行加臭。燃气进行加臭。第91页/共94页 如如果果容容器器中中为为丙丙烷烷和和丁丁烷烷所所组组成成的的液液化化石石油油气气，当当温温度度一一定定时时，其其蒸蒸气气压压取取决决于于丙丙烷烷和和丁丁烷烷含含量量的的比比例例。当使用容器中的液化石油气时，总是先蒸发出较当使用容器中的液化石油气时，总是先蒸发出较多的丙烷，而剩余的液体中丙烷的含量渐渐减少，所多的丙烷，而剩余的液体中丙烷的含量渐渐减少，所以温度虽然不变，容器中的蒸气压也会逐渐下降。以温度虽然不变，容器中的蒸气压也会逐渐下降。第92页/共94页 如图所示是随着丙烷、正丁烷混合物的消耗，当1515时容器中不同剩余量气相组成和液相组成的变化情况。（a a）气相组成的变化 （b b）液相组成的变化第93页/共94页感谢您的观看！第94页/共94页