gaz naturel

Aperçu

Le gaz naturel est un combustible fossile composé principalement de méthane (CH₄) avec de plus petites quantités d'hydrocarbures plus lourds, de dioxyde de carbone, d'azote et de composés soufrés à l'état de traces. Il est largement utilisé pour le chauffage, la production d'électricité et les processus industriels en raison de sa densité énergétique élevée par unité de masse et de sa combustion relativement propre par rapport au charbon ou au pétrole.

Le gaz naturel de qualité transport par pipeline contient généralement 85 à 98 % de méthane en volume et a une gravité spécifique de 0,58 à 0,72 par rapport à l'air sec. Son Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) varie approximativement de 34 à 40 MJ/m³ selon la composition et les conditions de mesure.

Périmètre original du glossaire

La page source s'intitule Glossaire du Gaz Naturel et décrit le gaz naturel comme un combustible largement utilisé dans les applications résidentielles, commerciales et industrielles. Elle fonctionne principalement comme une page d'entrée pour un glossaire/recherche et oriente les lecteurs vers un glossaire externe du gaz naturel de l'American Gas Association. Les sections de référence d'ingénierie ci-dessous préservent ce périmètre source tout en ajoutant le contexte de calcul nécessaire pour les travaux de conception et de combustion.

Texte source original préservé : "Engineering ToolBox - Ressources, Outils et Informations de base pour l'Ingénierie et la Conception d'Applications Techniques !" Paragraphe de glossaire original préservé : "Un glossaire du gaz naturel avec termes de recherche." Lien vers le glossaire externe préservé : Glossaire du gaz naturel de l'American Gas Association.

Formules clés

Débit de chaleur

$Q = \dot{m} \cdot LHV$

Où $\dot{m}$ est le débit massique du combustible et LHV est le pouvoir calorifique inférieur sur une base massique.

Débit de chaleur volumique

$Q_v = \dot{V} \cdot HI_v$

Où $\dot{V}$ est le débit volumique et $HI_v$ est l'intensité calorifique par unité de volume dans des conditions standard.

Rapport air-combustible stœchiométrique

$AF_{stoich} = \frac{m_{air}}{m_{fuel}}$

Pour le méthane pur, le rapport air-combustible stœchiométrique en masse est d'environ 17,2:1.

Excès d'air à partir de l'oxygène des fumées

$EA = \frac{O_{2,\,flue}}{21 - O_{2,\,flue}} \times 100\%$

Une méthode de terrain courante pour estimer l'excès d'air à partir d'une mesure d'oxygène des fumées sèches.

Indice de Wobbe

$WI = \frac{HI_v}{\sqrt{SG}}$

Les gaz ayant des indices de Wobbe égaux peuvent être interchangeables dans un brûleur sans modifier le débit d'apport de chaleur.

Variables

Composition typique

Propriétés de combustion des composants clés

Calculateur de dégagement de chaleur

Convertisseur d'unités

Tableaux originaux restaurés

Les tableaux suivants sont restaurés à partir de la page source originale pour préserver les données de référence complètes.

La page originale en cache contenait une table de recherche/navigation car la source est principalement une entrée de glossaire/recherche. Le contenu technique de cette table comprend le lien externe vers le glossaire de l'American Gas Association et la description « Un glossaire du gaz naturel avec termes de recherche », tous deux conservés dans la section Portée du glossaire original ci-dessus. Les contrôles de recherche non techniques sont répertoriés ci-dessous.

Notes techniques

• La base de la valeur calorifique est importante. Le PCS comprend la chaleur latente de la vapeur d'eau dans les produits de combustion ; le PCI l'exclut. Les calculs de rendement des chaudières en Amérique du Nord utilisent souvent le PCS, tandis que la pratique européenne utilise couramment le PCI. Le mélange des conventions conduit à des chiffres de rendement supérieurs à 100 % pour les chaudières à condensation.
• Humidité et altitude. Les valeurs calorifiques rapportées correspondent au gaz sec dans des conditions standard (généralement 15 °C ou 20 °C, 1 atm). L'approvisionnement réel varie en fonction de la teneur en vapeur d'eau, de la pression barométrique et de la température ambiante.
• Gravité spécifique et comptage. Les compteurs à orifice et à turbine sont sensibles à la densité du gaz. Les lectures non corrigées peuvent dériver de 5 à 10 % si la gravité spécifique réelle diffère de la valeur supposée.
• Régulation de l'air de combustion. Les brûleurs à gaz naturel sont généralement réglés avec un excès d'air de 3 à 15 % (1 à 3 % d'O₂ dans les fumées). Un excès d'air insuffisant risque une combustion incomplète et la formation de CO ; un excès trop important pénalise le rendement et augmente les NOₓ.
• Tolérance de l'indice de Wobbe. De nombreuses spécifications de brûleurs acceptent une variation de l'indice de Wobbe de ±5 % sans recalage. Les exploitants de pipelines surveillent ce paramètre pour garantir la compatibilité des appareils entre les différentes sources d'approvisionnement.
• Incorporation d'hydrogène. L'incorporation de 10 à 20 % d'hydrogène en volume dans les gazoducs de gaz naturel fait l'objet d'études actives. La valeur calorifique volumique inférieure et la plage d'inflammabilité plus large de l'hydrogène nécessitent une évaluation minutieuse des brûleurs et de la sécurité.
• Supercompressibilité (facteur Z). Au-delà d'environ 10 bar, la loi des gaz parfaits introduit des erreurs de plusieurs pour cent. Le facteur Z corrige les forces intermoléculaires ; il est calculé à partir d'équations d'état telles que AGA 8 ou GERG-2008.

Références

• Engineering ToolBox — Natural Gas
• NFPA 54 / ANSI Z223.1, Code national du gaz combustible
• ISO 6976, Valeurs calorifiques, densité, densité relative et indice de Wobbe