天然ガス

概要

天然ガスは、主にメタン（CH₄）と、少量のより重い炭化水素、二酸化炭素、窒素、微量の硫黄化合物からなる化石燃料です。単位質量あたりの高いエネルギー密度と、石炭や石油と比較して比較的クリーンな燃焼のため、暖房、発電、産業プロセスに広く使用されています。

パイプライン品質の天然ガスは、通常、体積で85–98%のメタンを含み、乾燥空気に対する比重は0.58–0.72です。低位発熱量（LHV）は、組成と測定条件に応じて約34–40 MJ/m³の範囲です。

元の用語集の範囲

ソースページのタイトルは天然ガス用語集で、天然ガスを住宅、商業、産業用途で広く使用される燃料として説明しています。主に用語集/検索エントリページとして機能し、読者を米国ガス協会の外部天然ガス用語集に誘導します。以下の工学的参考セクションは、そのソース範囲を保持しつつ、設計と燃焼作業に必要な計算コンテキストを追加しています。

元のソーステキストを保存：「Engineering ToolBox - 技術アプリケーションの設計と設計のためのリソース、ツール、基本情報！」元の用語集パラグラフを保存：「検索用語付き天然ガス用語集。」外部用語集リンクを保存：米国ガス協会天然ガス用語集。

主要な公式

熱放出率

$Q = dot{m} cdot LHV$

ここで $dot{m}$ は燃料質量流量、LHVは質量基準の低位発熱量です。

体積熱放出

$Q_v = dot{V} cdot HI_v$

ここで $dot{V}$ は体積流量、$HI_v$ は標準条件での単位体積あたりの加熱強度です。

化学量論的空気燃料比

AF_{stoich} = rac{m_{air}}{m_{fuel}}

純メタンの場合、質量基準の化学量論的空気燃料比は約17.2:1です。

煙道ガス酸素からの過剰空気

EA = rac{O_{2,,flue}}{21 - O_{2,,flue}} imes 100\%

乾燥煙道ガス酸素測定から過剰空気を推定する一般的な現場方法。

ウォッベ指数

WI = rac{HI_v}{sqrt{SG}}

同じウォッベ指数を持つガスは、熱入力率を変更せずにバーナーで交換できます。

変数

代表的な組成

主要成分の燃焼特性

熱放出計算機

単位換算器

復元された元のソース表

以下の表は、完全な参考データを保存するために元のソースページから復元されたものです。

キャッシュされた元のページには検索/ナビゲーション表が含まれていました。これはソースが主に用語集/検索エントリであるためです。その表からの工学的コンテンツは、外部の米国ガス協会用語集リンクと「検索用語付き天然ガス用語集」の説明であり、どちらも上記の元の用語集範囲セクションに保存されています。非工学的な検索コントロールは以下に記録されています。

工学的注意事項

• 発熱量の基準が重要。 HHVは燃焼生成物中の水蒸気の潜熱を含みます。LHVはそれを除外します。北米のボイラー効率計算では多くの場合HHVが使用されますが、欧州の実務では一般的にLHVが使用されます。慣例を混在させると、復水ボイラーで100%を超える効率値になります。
• 水分と標高。 報告される発熱量は、標準条件（通常15 °Cまたは20 °C、1 atm）での乾燥ガスに対するものです。実際の供給は、水蒸気含有量、大気圧、周囲温度によって変化します。
• 比重と計量。 オリフィスメーターやタービンメーターはガス密度に敏感です。実際の比重が想定値と異なる場合、補正されていない読み取り値は5–10%ずれる可能性があります。
• 過剰空気制御。 天然ガスバーナーは通常、3–15%の過剰空気（煙道ガス中1–3% O₂）に調整されます。過剰空気が少なすぎると不完全燃焼とCO生成のリスクがあり、多すぎると効率が低下しNOₓが増加します。
• ウォッベ指数の許容範囲。 多くのバーナー仕様は、再調整なしで±5%のウォッベ指数変動を受け入れます。パイプライン事業者はこのパラメータを監視して、供給源間での機器互換性を確保します。
• 水素混合。 天然ガスパイプラインへの体積で10–20%までの水素混合が活発に研究されています。水素の体積発熱量が低く、可燃範囲が広いため、バーナーと安全性の慎重な評価が必要です。
• 超圧縮性（Z係数）。 約10 barを超える圧力では、理想気体の法則は数パーセントの誤差を生じます。Z係数は分子間力を補正します。AGA 8やGERG-2008などの状態方程式から計算されます。

参考文献

• Engineering ToolBox — 天然ガス
• NFPA 54 / ANSI Z223.1、国家燃料ガス規定
• ISO 6976、発熱量、密度、相対密度およびウォッベ指数