5.1.2.1 燃气的密度

天然气是由互不发生化学反应的多种单一组分气体混合而成，其组分和组成无定值。它的基本物性参数可由单一组分气体的性质按混合法则求得。

1.天然气的分子量

工程上将标准状态下1kmol天然气的质量定义为天然气的平均分子量，简称为分子量。

2.天然气的密度

单位体积天然气的质量，称为天然气的密度，用符号ρ（单位：kg/m³）表示。显然，天然气密度不仅取决于天然气的组成，还取决于所处的压力和温度状态。

3.天然气相对密度

在标准状态下，天然气密度与干燥空气密度的比值称为相对密度。常用s表示。

天然气的相对密度变化较大，对于一般干天然气，其相对密度s约为0.58～0.62，也有相对密度大于1的天然气。

5.1.2.2 燃气的热值

燃气的热值是指1kg或1m³燃料完全燃烧时放出的热量。它是表示燃气质量的重要指标之一。

燃气的热值分为高热值和低热值。高热值是指1kg或1m³燃料完全燃烧，燃烧产物被冷却到与原来燃料相同的温度，且燃烧产物中的水蒸气凝结为水时所放出的热量。低热值是指1kg或1m³燃料完全燃烧，燃烧产物被冷却到与原来燃料相同的温度，燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时所放出的热量。

显然，燃气的高热值大于低热值，两者之间的差值就在于水蒸气变为0℃的水的这一部分热量。

5.1.2.3 燃气的爆炸极限

要使燃气燃烧，必须使燃气与空气或氧气形成一定比例的混合气体，以保证燃气分子不断进行氧化反应。当混合气体中的可燃气体过多，由于助燃气体少，只能是一部分可燃气体燃烧产生热，而这些热量大都消耗在加热过剩的可燃气上，不可能使混合气体温度升高到着火温度，因此不可能发生燃烧，这时，可燃气体在混合气体中所占的百分数称为爆炸上限。当混合气体中可燃气体过少时，只能产生少量的热量，并且大部分消耗在加热助燃气体上，因此不能使混合气体温度升高至着火温度，燃烧也不会发生，这时，可燃气体在混合气体中所占的百分数称为爆炸下限。

可燃气体与空气必须在一定的体积分数范围内均匀混合，形成预混气，遇着火源才会发生爆炸，这个体积分数范围称为爆炸极限，或爆炸体积分数极限。在可燃气体的生产、贮存、输送和使用过程中，都应十分注意爆炸极限，见表5-1。例如，一氧化碳与空气混合的爆炸极限为12.5%～74.2%。可燃性混合物能够发生爆炸的最低体积分数和最高体积分数，分别称为爆炸下限和爆炸上限，体积分数低于或高于这个范围都不会发生爆炸。

表5-1 某些可燃气体的爆炸极限(www.daowen.com)

5.1.2.4 燃气的互换性

互换性是城市燃气的重要指标。

具有多种气源的城市，常常会遇见以下两种情况：一种是随着燃气供气规模的发展和制气方式的变化，某些地区原来使用的燃气可能由其他性质不同的燃气所替代；另一种是基本气源发生紧急事故，或在高峰负荷时，需要在供气系统中掺入性质和原有燃气不同的其他燃气。当燃气成分变化不大时，燃烧器燃烧情况虽有变化，但尚能满足燃具的原设计要求；当然其成分变化较大时，燃烧工况的改变使得燃具不能正常工作。

任何燃具，都是按一定的燃气成分设计的。设某一燃具以a燃气为基准进行设计和调整，由于某种原因要以s燃气置换a燃气，如果燃烧器此时不加任何调整而仍能保证燃具正常工作，则表示s燃气可以置换a燃气，或称s燃气对a燃气而言具有“互换性”。a燃气称为“基准气”，s燃气称为“置换气”。

5.1.2.5 燃气的燃烧特征指标

决定燃气互换性的是燃气的燃烧特征指标：华白指数和燃烧势。当燃烧成分改变时，华白指数和燃烧势也同时改变。

1.华白指数

华白指数是在互换性问题产生初期所使用的一个互换性判定指数。在置换气体的物理、化学性质相差不大，燃烧特征比较接近时，可以用华白指数指标控制燃气的互换性。世界各国一般规定，在两种燃气互换时，华白指数的变化不大于±5%～±10%。华白指数是一项控制燃具热负荷衡定状况的指标。

华白指数是代表燃气特性的一个参数。设两种燃气的热值和密度均不相同，但只要它们的华白指数相等，就能在同一燃气压力下和同一燃具上获得同一热负荷。

W=H/S^½

式中 H——燃气热值；

S——燃气的相对密度；

W——华白指数。

2.燃烧势

随着燃气种类的增多，出现了燃烧特征差别较大的两种燃气的互换性问题，除了华白指数以外，还必须引入燃烧势的概念。燃烧势反映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，是一项反映燃具的燃气燃烧稳定状况的综合指标。