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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：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、燃料矿石或矿物燃料。二、天然气概念广义：是存在于自然界的一切气体。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。如气层气、油田气、煤层气等。三、天然气分类按产出分类:a、气田气 从气井中开采出来的天然气；b、石油伴生气 从油井中与原油一起采出来的天然气，也叫溶解气、油田气等；c、凝析气 凝析油逆蒸发作用而气化形成的天然气；d、煤层气 从地下煤层中采出来的天然气；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；b、压缩天然气（CNG） 是指压力达到20Mpa以上的天然气，一般压力为25Mpa体积是标准状态的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，一般温度要在-162，体积缩小为原来的1/600，密度为0.425Kg/m3。d、可燃冰 是指天然气水合物的俗称，是近20年来在海洋和冻土带发现的新型洁净能源，可以作为传统能源如石油、碳等的替代品。可燃冰的能量密度是煤的10倍，而且燃烧后不产生任何残渣和废气。“可燃冰”被称为能满足人类使用1000年的新能源。1立方米天然气水合物可释放164立方米的天然气四、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（C2H6）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、天然气主要成份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、天然气物理性质未处理的可有汽油味，有时有硫化氢味。经过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。、密度一般为0.65g/cm3；、粘度0时,0.3110-6Pa.s20时,0.1310-4Pa.s；、溶解性天然气溶于水和石油；、可燃性 发热值为35-38兆焦/标准立方米；约8500大卡/立方米。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%左右、下限为5%左右。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，燃烧产物主要是二氧化碳和水。CH4 + 2O2 点燃 CO2 + 2H2O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：、水露点指天然气在一定压力下析出液态水时的最高温度；、烃露点指天然气在一定压力下析出液态烃时的最高温度；十、富气、贫气、干气、湿气、商品天然气和纯净天然气富气是指含C3、C4和C5等重碳成分较高的天然气，一般占10%以上；贫气是指含C3、C4和C5等重碳成分较少的天然气，一般占10%以下；干气是指经过轻烃回收处理后的外输的天然气；湿气是指含有水蒸汽的天然气；商品天然气是指进入干线输气管道的天然气；纯净天然气是指酸性气体含量甚微的天然气。十一、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；c、CO10mg/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/m331.4总硫（以硫计），mg/m3200硫化氢，mg/m315二氧化碳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；当最低气温低于-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101.325 kPa，20十二、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（醇氨吸附法）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）和C5（-20）脱下来，使天然气的C1占95%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。十三、天然气重要性质1、低相对密度 天然气（绝对密度0.71 kg/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，比普通煤大1.5倍，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。十四、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 汽 油 36-38.8MJ/L 液化石油气 42-46.2MJ/kg 人工煤气 16.5-17.6MJ/m3热效率关系是1m3天然气相当于1升汽油、相当于1.3升液化石油气、相当于2.2 m3人工煤气。1卡=4.18J，1MJ=240大卡，1大卡=4.18KJ=4Btu， 1Btu=250卡，1MBtu=29方，1方=8500大卡=35.5MJ=3.4万Btu=0.034MBtu。1升LNG=0.6方天然气。十五、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（-161）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。十六、压缩天然气与液化天然气的异同点二者均为天然气，只是状态不同。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-161。十七、天然气占一次能源比例一次能源消费以石油、天然气、煤炭、核电和水力发电为基础，天然气在一次能源消费结构中世界平均水平25%，其中前苏联、中东和北美州已经超过世界平均水平，达40%以上，而亚洲和大洋州最低，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一半。目前国家规划到2010年力争达到10%左右，因此天然气有着巨大的发展空间。十八、天然气的优越性1、 天然气是高热值对的能源；2、 天然气是环境污染小的能源；3、天然气是利用效率高的能源；4、天然气是安全可靠的能源；5、天然气是资源丰富的能源。十九、天然气汽车技术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有以下优点1、环境污染小；2、运行安全可靠；3、性能优于燃油车；4、营运成本低。二十、LNG的物化性质1）LNG的主要成份为甲烷，化学名称为CH4，还有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮N2等其他成份组成。2）临界温度为-82.3，临界压力为45.8kg/cm3。3）沸点为-162.5，熔点为-182，着火点为650。4）液态密度为0.430T/m3，气态密度为0.688kg/Nm3。5）气态热值9100Kcal/m3，液态热值12000Kcal/kg。6）爆炸范围：上限为15%，下限为5%。7）华白指数(W)44.94MJ/Nm3。8）燃烧势(CP)45.18。9）辛烷值ASTM： 130（研究法）。10）无色、无味、无毒且无腐蚀性。11）体积约为同量气态天然气体积的1/625。二十一、LNG的六大优点1）LNG体积比同质量的天然气小625倍，所以可用汽车轮船很方便地将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1万户居民1天的生活用气。1户居民1天用0.3方天然气。3）LNG作为优质的车用燃料，与汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、发动机寿命长。燃料费用低。环保性能好等优点。它可将汽油汽车尾气中HC减少72%，NOx减少39%， CO减少90%，SOx、Pb降为零。4）LNG汽化潜热高，液化过程中的冷量可回收利用。5）由于LNG汽化后密度很低，只有空气的一半左右，稍有泄漏立即飞散开来，不致引起爆炸。6）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。 二十二、LNG的主要用途1）作为清洁燃料汽化后供城市居民使用，具有安全、方便、快捷、污染小的特点。2）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（CNG）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。4）作为工业气体燃料，用于玻壳厂，工艺玻璃厂等。二十三、LNG的生产、运输、储存LNG的生产工艺一般分以下三种：一是阶式混和制冷工艺，二是混和阶式制冷工艺，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。槽车罐体采用双壁真空粉未绝热，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未绝热，LNG的日蒸发率可控制在0.46%之内，储存周期为4天。二十四、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、工业燃料、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；禁止类天然气制甲醇项目。二十五、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。“照付不议”条款只是天然气购销合同中的付款条款，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。二十六、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”，以质量表示称为“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这一基准状态下的体积。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。一般要进行三脱处理：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是天然气经净化处理后，通过低温冷却而成的液态产物，温度为-162，体积缩小1/600，用专用轮船或槽车运输的方式。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：CNG是将净化处理后天然气压缩增压到20Mpa以上，用槽车或瓶装的运输方式；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，所输送的介质一般是经过净化处理的、符合管输气质要求的商品天然气，又叫干线输气管道。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。中间接受站：是收集管道沿线的支线或气源的来气，设有天然气调压计量装置。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100150Km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（GB50251-94）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 将燃气冲冲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 4p8 Kg中压A级 2p4 Kg 中压B级 0.05p2 Kg低 压 p0.05 Kg 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（NaturalGasVihicle)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，处去气中的硫份和水份，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。然后进售气机给车辆加气。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建常规站困难的地方，从天然气线管线直接取气，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，一般还需配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道窜入室内，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，阀门不符合安全质量要求，或误开阀门，使天然气逸出，遇到明火燃烧或爆炸。1.3天然气金属炉或炉筒与可燃建筑物、可燃物品的距离不足，阀门调整不当，以致烧红炉子、烟筒，烤着可燃建筑物或物品而引起火灾事故。1.4用天然气取暖的火炕、火墙，用火时间过长，炕表面过热烤着被褥、衣物或其它物品引起火灾。2、天然气防火措施2.1 天然气管道不宜埋入地下，最好是架空敷设。管线的安装要由专业人员进行，非专业人员不得乱拉乱接。2.2 管线的阀门必须完整好用，各部位不得泄漏。严禁用其它阀门代替针型阀门。2.3 天然气装导管的两端必须固定牢靠，导管应用耐油耐压的夹线胶管。2.4在用户进户管线的适当