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天然气基础知识天然气基本知识第一部分 基本理论一、一次能源概念及分类一次能源是指直接取自自然界，没有经过加工转换的各种能量和资源，它包括：原煤、原油、天然气、油页岩、核能、太阳能、水力、风力、波浪能、潮汐能、地热、生物质能和海洋温差能等等。一次能源根据它们是否能够再生而分成再生能源和非再生能源。再生能源：可再生能源是清洁能源，是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用，主要包括：太阳能、水能、风能、海洋能、潮汐能等。非再生能源：煤炭、石油、天然气、油页岩和核燃料铀等。其中煤炭、石油、天然气和油页岩等非再生能源又叫化石燃料、燃料矿石和矿物燃料。二、天然气概念广义：自然界一切天然因素形成的气体，都可称为天然气。如大气、地下气、宇宙气等。狭义：是指存在于地下岩层中的各种气体，天然气的成分不是单一的，而是由多种气态物质组成的混合物，如气层气、油田气、煤层气等。三、天然气分类1按重烃气含量分类a、干气 甲烷含量在气体成分中占95%以上，重烃气含量很少，不超过1%4%。它不与石油伴生，可单独形成纯气藏。b、湿气 气体成分中含重烃气超过5%，即为湿气，湿气常与石油伴生。如我国大庆、辽河、大港等油田所产天然气多为湿气。c、富气是指含C3、C4、C5等重碳成分较高的天然气，一般占10%以上；d、贫气是指含C3、C4、C5等重碳成分较少的天然气，一般占10%以下；2、按产出分类a、气田气 从气井中开采出来的天然气，不与油藏伴生的单一天然气聚集的气体，气体成分以甲烷为主，其含量达到95%以上，重烃气含量极少，不超过1%4% ,属于干气；b、油田气 主要指与石油共存的天然气。可溶于油内或在油气藏中呈游离气态，也可以单独气藏与油藏共处于同一油气田中，一般油田气除以甲烷为主外还含有较多的重烃气，重烃含量可达百分之几至几十，属于湿气。c、凝析气 当地下温度、压力超过临界温度单一气体都有一特定温度，高于此温度时不管加多大压力都不能使该气体转化为液体，该特定温度成为临界温度。甲烷的临界温度为-82.5后液态烃逆蒸发作用而形成的气体。d、煤层气 指煤层中的游离气和吸附气，主要成分是甲烷，此外还伴生有氮气、二氧化碳、氢气等。3、按状态分类a、普通天然气 是指常温常压下的天然气，相对密度为0.59，在标准状况（101325Pa，0）下，天然气混合物的密度为0.71 Kg/m3，空气密度为1.29 Kg/m3，相对密度就是二者的比值； b、压缩天然气（CNG） 是指压力达到20MPa以上的天燃气，一般压力为25MPa，体积是标准状态下的1/300，是理想的汽车燃料;c、液化天然气（LNG） 是指转变为液态的天然气，一般在常压下，温度冷却到-162天然气由气态变为液态，体积缩小为原来的1/600，密度为0.42-0.46t/m3；如果在20MP下，冷却至-140则由气态变为液态.d、可燃冰 可燃冰的学名为“天然气水合物”，是天然气在0和30个大气压的作用下结晶而成的“冰块”。“冰块”里甲烷占80%99.9%，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，污染比煤、石油、天然气都要小得多。1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水。目前，全世界拥有的常规石油天然气资源，将在40年或50年后逐渐枯竭。而科学家估计，海底可燃冰分布的范围约4000万平方公里，占海洋总面积的10%，海底可燃冰的储量够人类使用1000年，因而被科学家誉为“未来能源”、“21世纪能源”。 2007年5月1日凌晨，我国在南海北部成功钻获天然气水合物实物样品“可燃冰”，从而成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。 四、天然气化学组成a、烃类气体 主要是甲烷（CH4）一般占80%以上，其次为乙烷（C3H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）、戊烷（C5H12）等；b、非烃气体 二氧化碳（CO2）、硫化氢（H2S）、一氧化碳（CO）、氮气（N2）等；c、稀有气体 氦气（Ne）、氩气（Ar）等。五、天然气主要成分a、可燃气体 主要是甲烷（CH4）等烃类气体；b、酸性气体 如二氧化碳（CO2）、硫化氢（H2S）等；c、水蒸气六、天然气的物理性质未处理的可有汽油味，有时有硫化氢味。经处理过的天然气是无色、无味、无毒和无腐蚀性的气体，主要物理性质是具有可燃性。a、密度 密度的定义为单位体积气体的质量，在标准状况（101325Pa，0）下，天然气中主要烃类成分的密度为0.6773Kg/m3（甲烷）。天然气混合物的密度一般为0.7-0.75Kg/m3，其中石油伴生气特别是油溶气的密度最高可达1.5Kg/m3甚至更大些。天然气的密度随重烃含量尤其是高碳数的重烃气含量增加而增大，亦随CO2和H2S的含量增加而增大。b、粘度 0时为0.3110-6Pa.s，20时为0.1210-6Pa.s。c、溶解性 天然气溶于水和石油，甲烷在石油中的溶解度约等于水中的九倍。d、可燃性 每立方米天燃气燃烧时所放出的热量称为热值，甲烷的热值为35-38兆焦/标准立方米；约8500大卡/立方米e、可压缩性 七、天然气爆炸极限天然气在空气中的爆炸极限是上限为15%，下限为5% 。八、天然气的化学反应甲烷的分子结构是由一个碳原子和四个氢原子组成，燃烧主要产物是二氧化碳和水。CH4+2O2 CO2+2H2O甲烷与水蒸气作用 将甲烷和水蒸气通过贮有镍或三氧化二铝催化剂的反应器在850左右就发生转化作用生成一氧化碳和氢气。一氧化碳和氢气可用来合成甲醇、合成氨等等，工业上叫做合成气。九、天然气的水露点天然气露点是控制天然气储运过程中不产生液态物质的重要指标，分为水露点和烃露点。a、水露点 是指天然气在一定压力下析出液态水时的温度，水露点越高，含水量越大；b、烃露点 是指天然气在一定压力下析出液态烃时的温度。十、天然气有关标准1）、管输天然气标准 国家标准输气管道工程设计规范（GB50251-94）规定：管输天然气在最高输送压力下的水露点低于环境温度5，而烃露点不得高于最低环境温度。2）、城镇商品天然气标准 国家标准城镇燃气设计规范（GB50028-93）规定：a、固体颗粒含量10mg/Nm3；b、H2S含量20mg/Nm3；CO含量10mg/Nm3；3）、车用压缩天然气标准 国家标准车用压缩天然气标准（GB18047-2000规定：项 目 技术指标高位发热量，MJ/m3 31.4总硫（以硫计），mg/ m3 200硫化氢，mg/ m3 15二氧化碳yco2，% 3.0氧气yo2，% 0.5水露点， 在汽车驾驶的特定地理区域内，在最高操作压力下，水露点不应高于-13；当最低温度低于-8，水露点应比最低气温低5注：本标准中气体体积的标准参比条件是101.325KPa，20十一、天然气轻烃回收 天然气轻烃回收是对天然气净化处理，符合商品气标准。主要包括脱水（分子筛吸附法）；脱酸性气（纯氨吸附法）和脱烃（冷凝分离法）。脱烃主要将井口生产的原料天然气中C3（-80）、C4（-50）、C5（-20）脱下来，使天然气的C1占95% 元以上变成纯干气外输。脱下来的C3、C4和C5是很好的化工原料和生活燃料。十二、天然气重要性质1、低相对密度 天然气（绝对密度0.71kg/m3）相对密度为0.59.因此比空气轻，易扩散，安全性高。2、可燃性 天然气是一种可燃气体，且具有很高的热值，其热值一般为35-38MJ/方，即8500大卡左右，比普通煤气大2.5倍（煤气的热值为15-17MJ/方），是理想的高效燃料。3、可压缩性 增压20-25MPa体积缩小为240-300分之一。天然气是高压、易燃、易爆的危险化学品十三、天然气、汽油、液化石油气和人工煤气热值比较 天然气 35-38.6MJ/m3 油田伴生气45.46MJ/m3 汽 油 36-38.8MJ/L 液化石油气 45-46MJ/kg3 人工煤气 16.5-17.6 MJ/m3 热效率关系是1m3天然气相当于1升汽油、相当于0.78kg液化石油气、相当于2.2 m3人工煤气。1卡=4.2J，1MJ=240大卡，1大卡=4.2KJ=4Btu，1Btu=250卡，1MBtu=29方，1方=8500大卡=35.5MJ十四、液化天然气与液化石油气的区别 液化天然气主要成分是甲烷、乙烷，要在很低（-162）的温度下保存，热值在52MJ/kg以上；而LPG主要成分是丙丁烷和丙丁烯，一般保存温度是-60，热值在46MJ/kg。液化天然气热值比液化石油气的热值高。十五、压缩天然气与液化天然气的异同点相同点：二者均为天然气，只是状态不同，不同点：压缩天然气是气态，高压常温，压力一般为20MPa以上；而液化天然气是液态，常压低温，温度一般低于-162.十六、天然气占一次能源比例一次能源消费以石油、天然气、煤炭、核电和水利发电为基础，天然气在一次能源消费结构中世界平均水平的25%，其中，前苏联、中东和北美洲已经超过世界平均水平达40%以上，而亚洲和大洋洲最低，只有12%，我国半个世纪以来天然气在一次能源消费中一直维持在3.8%，远低于亚洲水平。目前全国天然气消费量超过10亿方的省市区有22个，超过20亿方的有13个，其中四川、北京、江苏和广东均接近70亿方。而辽宁仅有8亿方，只占1.8%，不及国家平均水平的也一半。目前国家规划到2010年力争达到10%，因此天然气有着巨大的发展空间。目前，辽河油田全年可生产8亿立方米天然气，西气东输项目每年通过管线输给辽河油田60亿立方米天然气。辽河油田正在筹建中的锦采储气库，预计投产后可以提供35亿立方米的天然气储备。十七、天然气的优越性1、天然气是高热值的能源；2、天然气是环境污染小的能源；3、天然气利用效率高的能源；4、天然气是安全可靠的能源；5、天然气是资源丰富的能源。十八、天然气汽车优势天然气作为汽车燃料有两种形式：压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG），以天然气为燃料的汽车以下优点：1、经济效益高在相同的当量热值时，1立方米天然气的价格为1升汽油柴油的一半。如果各类发动机的热效率比较近，则天然气汽车的燃料费用大约是汽油车或柴油车的一半。这不仅弥补了由于汽车数量不断增加而引起的液体燃料供应不足，而且使用汽车的运行费用大幅度降低。2、运行安全可靠 CNG、LNG和LPG汽车的气瓶或气罐等都很结实可靠。 由于天然气密度远远小于空气，当天然气从输气管线或储气容器中泄漏到空气中，天然气将向上移动，迅速扩散到空气中。由于这一特点，天然气的安全性优于汽油等大多数燃料。气体燃料系统的各个部件，特别是密封部分，都经过严格的检查。因此，天然气作为汽车燃料是比较安全的；3、营运成本低 天然气容易扩散，在发动机中容易和空气均匀混合，燃烧比较完全、干净、不容易产生积碳，抗爆性能好，不会稀释润滑油，因而使发动机汽缸内的零件磨损大大减少，使发动机的寿命和润滑油的使用期限大幅度增长。这些都会降低汽车的保养和运行费用，提高汽车使用的经济性。4、环境污染小与石油燃料相比，天然气燃烧比较完全、干净，可以大量地降低发动机废气排入中的各种有害成分，这也是工业发达国家使用天然气作为汽车燃料的一个最主要的原因。另外气体燃料在制备过程中能量损失较小，对大气的有害排放污染物少。从燃料来源考虑，对环境保护是更有利的；十九、LNG物化性质 1）LNG的主要成分是甲烷，化学名称为CH4，还有少量的乙烷C2H6，丙烷C3H8以及氮气N2等，其他成份组成。2）临界温度为-82.3。3）沸点为-162.5，着火点为650。4）液态密度为0.42-0.46T/m3，气态密度为0.688kg/Nm3。5）气态热值38.2MJ/m3，液态热值52MJ/kg。6）爆炸范围：上限为15%，下限为5%。7）辛烷值ASTM：130（研究法）。8）无色、无味、无毒且无腐蚀性。9）体积约为同量气态天然气体积的1/625。二十、LNG的六大优点1）LNG体积比同体积的天然气小625倍，所以可用汽车轮船很方便的将LNG运到没有天然气的地方使用。2）LNG储存效率高，占地少。投资省，10m3LNG储存量就可供5000户居民1天的生活用气。1户居民1天用0.6方天然气。3）LNG作为优质的车用燃料，与汽油相比，具有辛烷值高、抗爆性能好、发动机寿命长、燃料费用低、环保性能好等优点。）LNG气化潜热高，气化过程中的冷量可回收利用。）由于LNG气化后密度很低，只有空气的一半左右，稍有泄露立即飞散开来，不致引起爆炸。）由于LNG组分较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清洁燃料，有利于保护环境，减少城市污染。二十一、LNG主要用途）作为清洁燃料，气化后供城市居民使用，具有安全、方便、快捷、污染小的特点。）作代用汽车燃料使用。采用LNG作为汽车发动机燃料，发动机仅需作适当变动，运行不仅安全可靠，而且噪声低污染小，特别是在排放法规日益严格的今天，以LNG作为燃料的汽车，排气明显改善。据资料报道：与压缩天然气（NG）相比较，在相同的行程和运行时间条件下，对于中型和中重型车辆而言，LNG汽车燃料成本要低20%，重量要轻2/3，同时，供燃系统装置的成本也至少低2/3,。可以证明，将天然气液化并以液态储运是促使它在运输燃料中应用的最经济有效的方法。3）作为冷源用于生产速冷食品，以及塑料、橡胶的低温粉碎等，也可用于海水淡化和电缆冷却等。1吨LNG可以提供850MJ冷量。二十二、LNG生产、运输、储存LNG的生产工艺一般分为以下三种：一是阶式混合制冷工艺，二是混合阶式制冷工艺，三是压缩、膨胀制冷工艺。LNG工厂主要设备有压缩机、膨胀机、换热器、分离器、低温储罐、低温泵、低温槽车等。LNG的运输方式主要有轮船、火车、汽车槽车等方式。在500800公里经济运输半径范围内，采用汽车槽车运输LNG是比较理想的方式。目前LNG槽车的最大充装量为52.8立方米，重量23吨，折合气态天然气3.3万标立方米。槽车罐体采用双壁真空粉末绝热，配有操作阀安全系统及输液软管等。国内低温液体槽车的制造技术比较成熟，槽车使用安全。LNG产品采用深冷液体储罐储存，液体储罐为双壁真空粉体绝热，LNG的日蒸发率可控制在0.3%之内，储存周期为4天。二十三、天然气的利用政策国家发改委研究制定的天然气利用政策指出，天然气利用领域归纳为4大类，即城市燃气、工业染料、天然气发电和天然气化工，分为优先类、允许类、限制类和禁止类。优先类发展城市燃气和汽车燃气；允许类发展以气代油、以气代液化石油气和以气代煤气项目，可中断用户以及天然气制氢项目；限制类以天然气为原料的合成氨等化工项目；禁止类天然气甲醇项目。二十四、天然气“照付不议”条款天然气“照付不议”条款是目前天然气国际贸易最常用的合同形式，又称“不提货亦需付款”条款，在天然气供不应求的国家或地区广泛采用“照付不议”付款协议。二十五、天然气计量采用国家法定计量单位，保证计量器具量值与计量标准 量值的一致，是天然气流量测量的基本准则。天然气计量主要是流量测量，其单位以体积表示称“体积流量”，以质量表示称“质量计量”。体积流量计量单位，符号为m3/h，体积总量计量单位符号为m3 ；质量流量计量单位，符号为kg/h，质量总量计量单位符号为kg或t。上述体积单位按GB1314-77和SY/T6143-96规定，天然气的体积流量计量是在压力为101.325kPa、温度为20 这一基本状态下的体积。 在国际天然气贸易的情况下，由于各地区气质不同，采用体积单位引起不少纠纷。所以国际上天然气计量是按照能量输送原则，即体积测量和体积发热量的测量合成，计算出天然气的输送能量，计量单位热值，符号为MJ或Mbtu。第二部分 天然气集输常识1、天然气矿场集输从气井和油井生产出来的天然气，通过油田内的采气管线输送到处理站的过程。2、天然气净化处理是指脱除天然气中常含有的有机硫化物等酸性气体和硫化氢、二氧化碳以及水分的过程。一般要进行处理：脱烃（冷凝分离法），脱水（分子筛吸附法），脱酸性气（醇胺吸附法）。3、天然气输送方法a、液化运输：LNG是天然气净化处理后，通过低温冷却而成的液化产物，温度为-162，体积缩小1/600，用专用轮船或槽车运输的方式。目前LNG槽车的最大充装量为52.8 m3，重量23吨，折合气态天然气3.3万N m3。第一座LNG装置是美国1941年建成的，第一个LNG工厂是法国1964年设计在阿尔及利亚投产；b、压缩运输：LNG是将净化处理后天然气压缩增压到20Mpa以上，用撬车或瓶装的运输方式；通常CNG撬车管束有8个瓶，单瓶容积为2.25 m3,总容积为18 m3最大充装量为4550 m3 经济运输半径为150200公里。出租车用钢瓶容积换算关系：1升=0.2m3 ， 1方=5升。出租车钢瓶一般容积为65升，所以可装天然气13 m3。c、管道输送：用管道把净化处理后天然气输送到目的地的运输方式。4、长距离输气管道是连接天然气产地与消费地的运输通道，所输送的介质一般经过净化处理的符合管输气质要求的商品天然气，又叫干线输气管道。我国的西气东输工程，世界上第一条工业规模的长距离输气管道是美国在1886年建成的。5、长距离输气管道特点 距离长、管径大、压力高、输量大；6、长距离输气管道组成 一般由干线输气管段、首站、压气站、中间接收站、中间分输站、清管站、截阀室、城市门站等组成。其主要功能如下 首站：是对进入管线的天然气进行分离调压和计量，同时还具有气质检测控制和发送清管球的功能。 压气站：是给气体增压，从而维持所要求的输气流量。 中间接收站：是收集管道沿线或气源的来气，设有天燃气调压计量装置。 中间分输站：是向管道沿线的支线或用户供气。设有天然气调压计量装置。 清管站：是发送、接收清管器，一般两个清管站在100-150Km左右，设有分离器及排污装置。 截阀室：是为了及时进行事故抢修、防止事故扩大而设置的，我国的国家标准输气管道工程设计规范（GB50251-91）规定：截阀室间距小于32Km。 城市门站：也叫末站，具有分离、调压、计量的功能，可直接向城市输配气管网供气。7、其他辅助设施通信系统和仪表系统是构成管道运行SCADA系统的基础，其功能是对管道的运行过程进行实时监测、控制远动操作，从而保证管道安全、可靠、高效、经济地运行。8、城市输配气管道的分类(1) 按管道的功能分类a、分配管道 将燃气分配给工业用户、公共设施和居民用户的管道，它包括从城市门站或者其他气源接收燃气的管道、通过街区的配气管道以及居民小区内部的配气管道；b、用户引入管道 将燃气从分配管道引到用户室内管道引入口处的总阀门；C、室内燃气管道 通过燃气引入口处的总阀门将燃气引入室内，并分配到每一件燃气用具；d、企业燃气管道 通常包括工厂引入管、厂区分配管、车间燃气管和炉前燃气管道。(2）按燃气压力分类 根据我国的城市燃气设计规范，城市燃气输配管道划分为5个压力等级： 高压A级 8p16Kg 高压B级 4p8Kg 中压A级 2p4Kg 中压B级 0.05p2Kg 低压 p0.05Kg 气体从高压力等级的管道进入低压力等级的管道必须经过调压。9、天然气加气站概念天然气加气站是指以压缩天然气（CNG）形式向天然气汽车（Natural Gas Vihicle）和大型CNG子站车提供燃料的场所。天然气管线中的气体一般先经过前置净化处理，处去其中的硫份和水分，在由压缩机组将压力由0.1-1.0Mpa压缩到20Mpa，最后通过售气机给车辆加气。10、加气站分类 一般根据站区现场或附近是否有管线天然气，可分为常规站、母站和子站。1）常规站：常规站是建在有天然气管线能过的地方，从天然气管线直接取气，进站压力0.4Mpa，天然气经过脱硫、脱水等工艺，进入压缩机进行压缩，经过压缩后压力为20Mpa.然后进售气机给汽车加气。通常常规加气量在600-1000m3/h之间。 2）母站：母站是尚未铺设输气管道或者虽有管道但见常规站困难的地方，从天然气管线直接取气，进站压力1-1.5Mpa，经过脱硫、脱水等工艺，进入压缩机进行压缩，然后经过储气罐（20Mpa）的拖车运输到子站给汽车加气，母站多建在城市门站附近，母站加气量在2500-4000m3/h之间。3）子站：子站是建在加气站周围没有天然气管线的地方，通过子站运转车从母站运来的天然气给天然气汽车加气，一般还需培训小型压缩机和储气瓶组，为提高运转车的取气率，用压缩机将运转车内的低压气体升压后，转存在储气瓶组内或直接给天然气汽车加气。第三部分 天然气安全知识 1、天然气常见的火灾原因 1.1埋在地下的管线或室外管线受腐蚀、震动或冷冻等，使管道破裂漏气，气体通过土层或下水管线窜入室内，接触明火而着火或爆炸。1.2由于进户管线上的室内阀门关闭不严，阀杆、丝扣损坏失灵，阀门不符合安全质