液化天然气的燃烧特性标准版.docx
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液化天然气的燃烧特性标准版
液化天然气的燃烧特性(标准版)
Whenthelivesofemployeesornationalpropertyareendangered,productionactivitiesarestoppedtorectifyandeliminatedangerousfactors.
(安全管理)
单位:
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液化天然气的燃烧特性(标准版)
导语:
生产有了安全保障,才能持续、稳定发展。
生产活动中事故层出不穷,生产势必陷于混乱、甚至瘫痪状态。
当生产与安全发生矛盾、危及职工生命或国家财产时,生产活动停下来整治、消除危险因素以后,生产形势会变得更好。
"安全第一"的提法,决非把安全摆到生产之上;忽视安全自然是一种错误。
液化天然气既具有天然气易燃易爆的特点,又具有低温液体所特有的低温特性引起的安全问题。
因此,认识LNG的安全特性必须同时了解天然气的燃烧特性和LNG的低温特性。
液化天然气按照组成不同,常压下的沸点为-166~-157℃,密度为430~460kg/m3
(液),秘值41.5~45.3MJ/m3
(气),华白(Wobbe)指数49~56.5MJ/m3
,液化天然气的体积大约是气态的1/625。
在泄漏枣溢出时,空气中的水蒸气被溢出的LNG冷却,产:
董明豆的白色蒸汽云。
LNG气化时,其气体密度为1.5kg/m3
。
气体温度上升到-107℃时,气体密度与空气密度相当,因此,LNG气化后,气体温度高于-107℃时,其密度比空气小,容易在空气中扩散。
其燃烧特性主要是燃烧范围、着火温度、燃烧速度等。
一、燃烧范围
可燃气体与空气的混合物中,如燃气浓度低于某一限度,氧化反应产生的热量不足以弥补散失的热量,无法维持燃烧爆炸;当燃气浓度超过某一限度时,由于缺氧也无法维持燃烧爆炸。
燃烧范围就是指可燃气体与空气形成的混合物,能够产生燃烧或爆炸的温度范围。
前者是燃烧下限(LEL),后者是燃烧上限(UEL)。
上、下限之间的温度范围称为燃烧范围。
只有当燃气在空气中的比例在燃烧范围之内,混合气体才可能产生燃烧。
对于天然气,在空气中达到燃烧的比例范围比较窄,其燃烧范围大约在5%~15%之间,即体积分数低于5%和高于15%都不会燃烧。
由于不同产地的天然气组分会有所差别,燃烧范围的值也会略有差别。
LNG的燃烧下限明显高于其他燃料,柴油在空气中的含量只需要达到0.6%(体积),汽油达到1.4%(体积),点火就会燃烧。
在-162℃的低温条件下,其燃烧范围为体积分数6%~13%。
另外,天然气的燃烧速度相对比较慢(大约是0.3m/s)。
所以在敞开的环境条件,LNG和蒸气一般不会因燃烧引起爆炸。
天然气燃烧产生的黑烟很少,导致热辐射也少。
对于不含氧和不含惰性气体的燃气的爆炸极限可按式(2-1)近似计算:
L=100/∑(Vi
/Li
)(2-1)
式中L——燃气的爆炸上、下限,%;
Li
——燃气中各组分的爆炸上、下限,%;
Vi——燃气中各组分的体积分数,%。
LNG组分的物性见表2-1,碳氢化合物的燃烧极限比甲烷的低。
如果LNG中碳氢化合物的含量增加,将使LNG的燃烧范围的下限降低。
天然气与汽油、柴油等燃料的特性比较见表2-2。
LNG与其他燃料的比较见表2-3。
表2-1LNG主要组分的物性
气体名称
相对分子质量
拂点/℃
密度/(kg/m3
)
液态与气态密度比
气态与空气密度比
气化热③
/(kJ/kg)
气体①
蒸气②
液体
甲烷
16.04
-161.5
O.6664
1.8261
426.09
639
0.544
509.86
乙烷
30.07
-88.2
1.2494
—
562.25
450
1.038
489.39
丙烷
44.10
-42.3
1.8325
—
581.47
317
1.522
425.89
①常温常压条件(20℃,0.1MPa)。
②、③常压下的沸点(0.1MPa)。
二、着火温度
可燃气体与空气混合物,在没有火源情况下,达到某一温度后,能够自动点燃着火的最低温度称为着火温度。
着火温度并不是一个固定值,它和空气与燃料的混合浓度和混合气体的压力有关。
可燃气体在纯氧中的着火温度要比在空气中低50~100℃。
即使是单一可燃组分,其着火温度也不是固定值,与可燃组分在空气混合物中的浓度、混合程度、压力、燃烧室特性等有关。
工程上实用的着火温度应由试验确定。
表2-2天然气与汽油、柴油燃烧特性比较
燃料种类
天然气
汽油
柴油
燃烧范围/%(体积)
5~15
1.4~7.6
0.6~5.5
自燃温度/℃
450
300
230
空气中最小点火能/mJ
0.285
0.243
O.243
火焰峰值温度/℃
1884
1977
2054
表2-3LNG与其他燃料比较
名称
LNG
丙烷
柴油
汽油
甲醇
乙醇
着火温度/℃
538
493
252
257
464
423
燃烧范围/%(体积)
5~15
3.4~13.8
O.6~5.5
1.4~7.6
6.7~36
3.3~19
亮度/%
-60
60
100
100
O.03
3.O
蒸气密度/(kg/m3
)
O.60
1.52
≥4
3.4
1.1
1.59
甲烷性质稳定,以甲烷为主要成分的天然气着火温度较高。
在大气压条件下,纯甲烷的平均自动着火温度为650℃。
如果混合气体的温度高于自动着火点,则在很短的时间后,气体将会自动点燃。
如果温度比着火点高得多,气体将立即点燃。
LNG的自动着火温度随着组分的变化而变化,例如,若LNG中碳氢化合物的重组分比例增加,则自动着火温度降低。
除了受热点火钤,天然气也能被火花点燃。
如衣服上的静电,也能产生足够的能量点燃天然气。
因此,工作人员不能穿化纤布(尼龙、腈纶等)类的衣服操作天然气,化纤布比天然纤维更容易产生静电。
三、燃烧速度
燃烧速度是火焰在空气一燃料的混合物中的传递速度。
燃烧速度也称为点燃速度或火焰速度。
天然气燃烧速度较低,其最高燃烧速度只有0.3m/s。
随着天然气在空气中的比例增加,燃烧速度亦增加。
对于直径大于100m的LNG层状着火形成的火焰的表面发散能(SEP)很高,火焰高度可用式(2-2)[1]
计算:
式中H——火焰高度,m;
D——火焰底部直径,m;
m——质量燃烧速度,kg/(m3
·h);
p——空气密度,kg/m3
;
g——重力加速度,m/s。
游离云团中的天然气处于低速燃烧状态,云团内形成的压力低于5kPa,一般不会造成很大的爆炸危害。
但若厨围空间有限,云团内部有可能形成较高的压力波。
参考文献
1徐文渊等.天然气利用手册.北京:
中国石化出版社,2002
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