城市燃气概论.docx

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城市燃气概论

城市燃气概论

燃气的优越性

a热效率高，节约能源，易调节控制；

b燃烧后有害气体少，无残渣，有利于环保；

c通过管道送至全用户，减轻交通运输量，方便又可靠；

d工业生产，可改革工艺，提高产品质量产量，利于生产自动化，降低工人劳动强度，提高劳动生产率。

天然气应用特点

1、高热值的气体燃料

热值介于32～35MJ每m3

对发电，燃料的热效率分别为天然气50%，煤40%

2清洁燃料

主要成分甲烷，较其他烃类燃料其碳氢比最小，因而安全燃烧性能更好，燃烧空气需要量小，燃烧温度较低，烟气中的二氧化碳，氮氧化物最少。

3安全性好

a不存在一氧化碳有毒成分

b天然气爆炸极限5%～15%体积：

比人工煤气爆炸极限%～%体积更窄

c天然气与空气的比重小于1，而液化石油气的比重大于1，而一旦泄露到空气中，天然气易于在空气中稀释消散，因而危险性较小。

d易于运输和储存

e经济性好的一次能源

相同热量价格关系大约：

天然气：

液化石油气：

煤制气

1：

:

天然气资源丰富

约260万亿m3按照目前消耗趋势可持续100年

天然气水合物

天然气供应的多元化格局

DNG

指在常压或略高于常压，温度大约为℃时液化了的天然气

体积只有同量气体体积的1/625，将其液化：

有利于储存和运输，降低储运成本；可用做发电和交通运输工具的燃料；可用于...

燃气调峰，减轻城市高峰能源的紧张状态；储运机动性强，不受天然气气源和管网的限制，可弥补管道天然气使用上的局限。

燃气的分类及其性质

燃气分类及用途

燃气是由多种可燃与不可燃的单一气体组成的混合气体

可燃气体：

CmHnH2CO

不可燃气体：

CO2N2O2

按气源分类

1天然气：

气田气（纯天然气），石油伴生气，凝析气田气，煤层气（煤制气）

2人工燃气：

固体燃料干馏煤气，固体燃气气化煤气，油制气，高炉煤气

3液化石油气

4生物气

根据天然气组成分类

干气：

每一标准立方米（压力为、温度为20℃的状态）井口流出物中，C5以上的重烃液体含量低于立方厘米的天然气；

湿气：

每一标准立方米井口流出物中C5以上的重烃液体含量超过立方厘米的天然气。

一般湿气需要进行分离出液态烃产品和水分后才能进一步加工利用。

根据天然气组成分类

富气：

每一标准立方米井口流出物中，C3以上烃类液体含量超过94立方厘米的天然气。

贫气：

每一标准立方米井口流出物中，C3以上烃类液体含量低于94立方厘米的天然气

根据天然气组成分类

酸性天然气：

含有显着的硫化氢和二氧化碳等酸性气体，需要进行净化处理才能达到管输标准的天然气。

燃烧速度指数

又称燃烧势CP，反映了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，是一项反映燃具燃烧稳定状态的综合指标，能更全面的判断燃气的燃烧特性。

燃气的基本性质

粘度

流体的粘性：

在流体流动过程中，相邻两个流体层的速度是不相同的。

他们的份子之间会发生摩擦（称为内摩擦）和交换，这种分子间的摩擦和交换将对流体流动产生阻碍作用，流体的这种性质称为粘性。

燃气的基本性质

气体的粘温性质：

在气体压力不太高的情况下，气体粘度随温度升高而增大。

随着压力升高，气体的性质逐渐接近液体，而温度对气体粘度的影响也逐渐接近液体。

当压力升高到一定限度时，温度升高将导致气体粘度降低。

对于甲烷，这个界限压力大约为10MPa。

压力对气体的粘度也有影响。

在相同温度下，压力越高，天然气的粘度越大。

在输气管道工程中一般不考虑压力对气体粘度的影响。

湿燃气

含有水蒸气的燃气

危害：

1.析出的液态水与燃气中的某些组分形成固态水合物，从而堵塞管道或设备；

2.析出的液态水会加剧管内壁的腐蚀，尤其是当燃气中含有硫化氢和二氧化碳时更为严重；

3.如果析出的液态水太多，管道中可能会出现气液两相段塞流，不允许出现；

4.水蒸气将使湿燃气的热值降低。

水合物

天然气水合物是由一种或几种烃类气体在一定的温度和压力下和水作用生成的笼形晶体化合物。

天然气水合物外观类似于压实的冰雪，遇火可燃烧，俗称“可燃冰”。

主要存在于大陆边缘海底和永久冻土带沉积物中。

水合物

水合物的生成条件：

1天然气中有足够的水分；2

一定的温度和压力；（低温、高压容易形成水合物）

3气体处于脉动、紊流等激烈扰动之中，并有结晶中心存在。

防止水合物形成的方法

：

1加热2降压3添加抑制剂

4干燥脱水

城市燃气中的杂质及其影响

a焦油和灰尘b硫化物c萘d氨e一氧化碳f氧化氮

商品天然气的质量要求

一类，二类为民用

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环境温度低5℃

城市燃气的加臭

加臭的目的：

1由于燃气的可爆炸性及部分成分对人体的有害性，因此在有泄露的情况下应使人们能够尽可能早的察觉并采取相应的措施。

2对于没有异味的燃气采取加臭措施，便于发现漏气

3保证燃气输送和使用安全

对加臭剂的要求

1加臭剂和燃气混合在一起后应具有特殊的臭味；2加臭剂不应对人体、管道或与其接触的材料有害；3

加臭剂的燃烧产物不应对人体呼吸有害，并不应腐蚀或伤害与此燃烧产物经常接触的材料；

气田气

也称纯天然气

主要成分是甲烷，约占98％左右

还有少量的乙烷、丙烷、氨、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳等。

供气对象及供气原则

供气对象：

居民生活用气（基本对象，必须保证连续稳定供气）

公共建筑用气

工业企业生产用气

建筑物采暖用气

燃气汽车用气

供气原则：

城市燃气应优先供给居民生活用户

民用用气供气原则：

优先满足城镇居民炊事和生活用热水的用气

尽量满足公共建筑用气

如果天然气充足，可以发展燃气采暖和空调

燃气需用工况

能否用年用气量（）确定管网及设备的通过能力、储气体积

（不能直接用来）

因为城市各类燃气用户的用气情况是不均匀的，是随月、日、时而变化

燃气输配系统的供需平衡

供需平衡问题提出：

1燃气气源的供应量是均匀的

2城市燃气需用工况是不均匀的

3气源供应量不可能完全按需用工况而变化

解决供需平衡问题的必要性

为解决均匀供气与不均匀耗气之间的矛盾

不间断的向用户供应燃气

保证各类燃气用户有足够流量和正常压力的燃气

必须采取合适的方法使燃气输配系统供需平衡

供需平衡的方法

1.根据气量的变化及时调整气源的供气能力或者设置机动气源

2.利用一些大型工业企业，如热电站等作为城市用气的缓冲用户，气体多余时，让它用气，少时让它改用其他燃料。

3.发挥调度的作用

4.设置各种储气设施

a地下储气（季节不均匀、部分日不均匀性）b液态储存（各种不均匀性）c.管道末端储气（时不均匀性）d.储气罐储气（日、时不均匀性）

按用途分类

长距离输气管线——其干管及支管的末端连接城市或大型工业企业，作为该供应区的气源点。

城市燃气管道

工业企业燃气管道

按敷设方式分类

地下燃气管道：

直接埋设间接埋设

架空燃气管道：

在工厂区，方便管理，施工与检修方便

按管网形状分类

环状管网：

管道连接成封闭的环状，是城市输配管网的基本形式，在同一环中，输气压力处于同一等级。

梳状管网：

以干管为主管，呈放射状由主管引出分配管而不呈环状。

在城市管网中一般不单独使用

环枝状管网：

环状与枝状混合使用的一种管网形式。

是工程设计中常用的管网形式

城市燃气输配系统的构成

1.门站（a接收气源b计量，质量检测c调节控制压力、流量d净化）

2.高、中、低压管网系统

3.储配站

4.调压站

5.监控系统和调度中心

管材及其连接方式

燃气工程主要使用钢管、铸铁管和塑料管

钢管的优缺点

优点：

品质均匀，强度高，较好的塑、韧性，承受冲击和振动荷载能力较强，可焊接，便于安装。

缺点：

金属耗量大，易腐蚀，维修费用高。

埋地年限在20年左右，绝缘防腐30年。

（纯铁不易腐蚀）

在选用管材时，当直径在150mm以下时，一般选用低压液体输送用焊接钢管。

大口径管道多采用螺旋焊接钢管。

铸铁管

优缺点：

（与钢管相对应）

优点：

使用年限长（60年以上）耐腐蚀，生产简便，成本低。

缺点：

质脆容易折断，可焊性差，动荷载较大的地段（如交通繁忙处）和管内压力大于2Kgf╱cm2处不能使用。

规格：

DN50～1500，管长3～6m

铸铁管的连接

低压燃气铸铁管道的连接，广泛采用机械接口的形式

PE管

高、中密度聚乙烯塑料管

优点：

高、中密度聚乙烯塑料管耐腐蚀性能好、质轻、便于施工（接口少，不用全部开槽，替换铸铁管或钢管时废管不必挖出，将PC管封在其中即可）气密性好、可盘卷等。

缺点：

机械强度低（＜）、强度受温度影响大（低温质脆，高温质软）、受芳香烃影响（吸收以笨为主的芳香烃化合物，产生溶胀现象，强度降低）、易氧化老化

连接方式

粘结连接：

采用专用树脂胶粘剂（不需要管件）

热熔连接：

专用的加热模具（需专门的管件）

电熔连接：

电熔机

（需专门的管件）

对于新建天然气管网来讲，推荐采用以钢管和PE管为主。

燃气管道的附属设备

阀门：

启闭管道或调节内介质流量的设备，燃气管网系统要求阀门启闭迅速、气密性能好、机械强度高、转动灵活、维修保养方便、经济合理等。

燃气管道上常用的有闸阀、旋塞阀、截止阀、球阀和碟阀等。

钢制燃气管道的防腐

钢制燃气管道腐蚀的原因

1.化学腐蚀2.电化学腐蚀

3.杂散电流腐蚀4.细菌腐蚀

钢制燃气管道的防腐方法

1.净化燃气2.管道加内衬

3.采用耐腐蚀管材4.绝缘层防腐5.电保护防腐层

燃气管道的运行管理及维护修复

城镇燃气管道的运行管理

管道系统在投入运行前需完成试压、吹扫等工序，投入运行后需定期检漏、清洗及进行日常维修保养。

燃气管道的试压

试压包括强度试验和严密性试验

强度试验的目的

是检查管材、焊缝和接头的明显缺陷。

强度试验合格后，进行严密性试验。

城市燃气管道的试压介质一般采用压缩空气。

？

燃气压力调节过程

压力调节器主要功能：

调压稳压

设置位置：

气源厂、燃气压送站、分配站、储罐站、输配管网和用户处

燃气的压送

1活塞式压缩机2回转式压缩机3离心试压缩机4压缩机的排气温度及功率计算5变工况工作与流量的调节6压缩机室

储气设施的作用

1解决气源供气的均匀性与用户用气不均匀性之间的矛盾

混合不同组分的燃气，使燃气的性质、成分、热值均匀、稳定；

2储备燃气，当制气装置发生暂时故障时，保证一定程度的供气；

3合理确定储气设施在供气系统的位置，使输配管网的供气点分布合理，从而改善管网的运行工况，优化输配管网的技术经济指标。

储气方式

1低压储存2高压储存3长输管线及高压管道储气4地下储存5液化储存

CNG

优势：

1在长输天然气管道尚未敷设的区域，运输距离一般在200km左右的范围内，较适合采用压缩天然气作为气源实现城镇气化，并可节省大量建设投资；

2以天然气替代车用汽油，减少汽车尾气排放量，改善城区大气环境质量。

利于环境保护；

3以天然气替代车用汽油，由于价格相对便宜，可以节省交通运输费和公交车、租车等的运营成本。