天然气基础知识

第 1 页 共 11 页 天然气基础知识天然气基础知识 第一部分第一部分 天天 然然 气气 基基 本本 性性 质质 一 概述 天然气是从地下开采出来的一种可燃性气体 它是埋藏在地壳下面的生 物有机体 经过漫长的地质年代和复杂的转化过程而形成的 我国利用天然气有着悠久的历史 它是气体燃料中出类拔萃的新秀 具 有清洁 无毒 热值高 使用调节方便等优点 广泛用于各行各业 如熬盐 化工 化肥 冶炼 碳黑生产 CNG 汽车和城市民用等 随着城市建设发展 城市天然气事业迅速壮大 公用 民用气用户大量 增加 为减轻环境污染 天然气在各行各业不断受到重视 它是二十一世纪 一种清洁 高效 优质的环保能源 二 天然气的种类 1 气田气 热值一般为 34 69MJ Nm3 8300KCAL Nm3 2 油田伴生气 热值一般为 45 47MJ Nm3 10878KCAL Nm3 3 凝析气田气 热值一般为 48 36MJ Nm3 11569KCAL Nm3 4 煤层气热值一般为 36 37MJ Nm3 8700KCAL Nm3 5 矿井气热值一般为 18 84MJ Nm3 4500KCAL Nm3 三 主要成分 天然气的典型组分 体积天然气的典型组分 体积 气源 CH4C2H6C3H8C4H10 C5H12 N2CO2 第 2 页 共 11 页 西气东输 96 21 80 30 10 110 5 忠 武线 97 00 711 3 东海西湖 88 56 70 413 5 澳西北大陆架 LNG 96 32 00 30 21 2 美国 一 73 123 82 8 美国 二 58 716 59 95 03 5 美国 三 72 314 412 80 5 注 其它稀有组分未列出 西气东输的气体密度约为 0 6982kg m3 忠武 线气体密度约为 0 75kg m3 四 主要参数 1 主要成分 CH4 甲烷 另外含有少量的其他烷烃以及 氮 二氧化碳 硫化氢 水份等 2 临界温度 82 3 临界压力 4 58MPa 3 沸点 162 1atm 着火点 650 4 低热值 8800Kcal Nm3 36 96MJ Nm3 5 高热值 9700Kcal Nm3 40 98MJ Nm3 6 爆炸范围 下限为 5 上限为 15 7 气态密度 0 75Kg Nm3 为空气的 0 58 倍 8 华白指数 44 94MJ Nm3 9 燃烧势 45 18 以上数据按 CH4 含量约为 97 的天然气参数 为近似值 五 天然气的类别 第 3 页 共 11 页 类别基准燃气界限燃气波动范围 W MJ m3 CP W MJ m3 CPWCP 4T18 02516 7 19 3022 57 7 7 12 128 6T26 42924 5 28 225 65 7 7 14 124 10T43 83341 2 47 331 34 6 8 6 3 12T53 54048 1 57 836 88 10 8 10 120 13T56 54154 3 58 840 94 4 4 3 129 六 天然气的燃烧 1 燃烧 天然气和氧气在达到一定浓度及一定温度下可以燃烧 燃烧产物主要 是水和二氧化碳 当氧气不足时 燃烧会产生 CO CH4 2O2 CO2 2H2O 1Nm3 天然气燃烧需要 2Nm3 氧气 即需要约 10Nm3 空气 因此从安全角度讲 使用天然气的厨房需要良好通风 卫生间内安装旧 式的直排式热水器是相当危险的 2 爆炸 天然气在室内空气中的含量达到 5 15 时 一遇明火或高温物体 甚至 开关电灯时所产生的电火花 都可引起门窗紧闭的房间发生爆炸 天然气中含有少量的硫化氢气体 国家有关规范要求 一立方米天然气 中硫化氢含量小于或等于 20 毫克 它具有臭皮蛋气味 并且硫化氢气体还是 一种强烈的神经性毒物 为保证使用安全 城市燃气内添加臭剂 通常为四氰噻吩 臭剂量 15 20mg Nm3 保证天然气在空气中浓度达到 1 时即可闻到 第 4 页 共 11 页 3 热值 单位体积天然气完全燃烧可放出的热量称为天然气的热值 单位 KJ Nm3 热值分高热值和低热值两种 天然气的高热值在数值上大于低热值 区别是高热值指烟气中所含水蒸气以 冷凝状态所释放的汽化潜热 4 着火温度 指燃气与空气的混合物开始进行燃烧反应的自燃的最低温度 甲烷着火温度 为 540 燃烧速度 垂直于燃烧焰面 火焰向未燃烧气体方向传播的速度叫做燃烧速度 甲烷最 大燃烧速度为 0 38 米 秒 6 华白数 华白数是一项控制燃具热负荷恒定状况的指标 是燃气互换性指标 华白数 在 内的两种燃气可以互换 W Qh S1 2 W 华白数 Qh 天然气的高热值 S 天然气的相对密度 7 燃烧势 燃烧势是反映燃气燃烧火焰所产生离焰 回火 黄焰和不完全燃烧的倾 向性的一项反映燃具燃气燃烧稳定的状态的综合指标 是不同类型燃气间互 换时燃烧稳定状态的特性指数 Cp K H2 0 6 CmHn Co 0 3CH4 S1 2 K 1 0 0054O22 第 5 页 共 11 页 8 天然气的临界参数 当温度低于某一数值时 对气体进行加压 都可以等温压缩成液体 但 当高于该温度时 无论加多大压 都不能使气体液化 可使气体压缩成液体 的这个极限温度称为该气体的临界温度 当温度等于临界温度时 使气体液 化时所必须的最低压力称为临界压力 此时的状态称为临界状态 气体在临 界状态下的温度 压力 比体积 密度分别称为临界温度 临界压力 临界 比体积和临界密度 天然气的临界温度为 82 3 临界压力 4 58MPa 9 各种热值 1 千克标准煤的热值为 29 308 兆焦 7011KCal 1 度电 1KWh 的发热量为 3 6 兆焦 860KCal 1 千克重油的热值 10000KCAL 千克 汽油 10313KCAL 千克 柴油 11014KCAL 千克 10 民用建筑的采暖 空调及生活热水热负荷的计算 Qn q A 10 3 Qn 采暖热负荷 KW q 采暖热指标 W m2 A 采暖建筑物的建筑面积 m2 采暖热指标推荐值 建筑物 类型 住宅 学校办 公 医院托 幼 旅馆 商店 食堂餐 厅 影剧院展 览馆 大礼堂体 育馆 热指标58 64 60 80 65 80 40 7065 80115 195 115115 165 第 6 页 共 11 页 W m240 七 城市天然气热值和杂质含量的要求 1 天然气发热量 总硫 硫化氢含量 水露点指标应符合现行国家标准 天然气 GB17820 的一类气或二类气的规定 天然气的技术指标天然气的技术指标 GB17820GB17820 项 目 一类 二类 三类试验方法 高位发热量 MJ m 31 4GB T11062 总硫 以硫计 mg m 100 200 460GB T11061 硫化氢 mg m 6 20 460GB T11060 1 二氧化碳 体积 分数 3 0GB T13610 水露点 在天然气交换点的压力和温度 条件下 天然气的水露点应比 最低环境温度低 5 GB T17283 注 1 标准中气体体积的标准参比条件是 101 325Kpa 20 2 取样方法按 GB T13609 2 在天然气交接点的压力和温度条件下 天然气的烃露点应比最低环境温 度低 5 天然气中不应有固态 液态或胶状物质 第 7 页 共 11 页 八 天然气的储存与运输 1 管道输送 天然气在常温下不能液化 通常保持在一定压力下采用管道输送 城市 间天然气管道输送造价较高 通常需要较大规模用气量才可能实施长输管道 工程 城市内天然气通常全部采用管道输送至各用户 2 CNG 压缩天然气 将天然气压缩到 20MPa 压缩后体积缩小约 220 倍 采用气瓶车运输至 城市门站减压供给城市用气 或压缩后供给 CNG 汽车作为燃料 CNG 储存效率较高 但是由于压力很高 需多级压缩 耗能较高 同时 气瓶金属耗量非常大 因此 CNG 汽车运输效率很低 因此通常为近距离小规 模运输 一般为 200 公里 最大 400 公里 3 LNG 液化天然气 将天然气深度冷冻 通常约 162 即 1atm 下 天然气的沸点温度 此时液化后的体积约缩小约 600 多倍 采用低温槽车 国际间采用低温槽船 运输至城市气化站气化为常温天然气供给城市用气 LNG 储存温度很低 储存压力略高于常压 储存效率高 单位体积运输 费用较低 国际间天然气贸易中 LNG 所占比重逐年增加 我国正在大力引进国外的 LNG 我国天然气资源分布不均 目前国内已有 2 座中小型 LNG 液化厂 并有 多座正在建设 极大的促进了国内天然气事业的发展 LNG 的覆盖范围约 1000 3000 公里 每 1000 公里运费约 0 5 元 指 40 立方米槽车 九 城市燃气管网压力级制 第 8 页 共 11 页 城镇燃气设计压力城镇燃气设计压力 表压表压 分级分级 名 称 压力 MPa A2 5 P 4 0 高压燃气管道 B1 6 P 2 5 A0 8 P 1 6 次高压燃气 管道 B0 4 P 0 8 A0 2 P 0 4 中压燃气管 道 B0 01 P 0 2 低压燃气管道 P 0 01 第二部分第二部分 CNGCNG 工艺流程及基本原理工艺流程及基本原理 一 概述 压缩天然气 CNG 是将管道天然气经过脱水 脱硫后用压缩机将天然气 压力增加到 20 25Mpa 目前主要应用于汽车燃料 城市小区 工业用户等领域 压缩天然气具有清洁 储存效率高 运输使用方便 快捷等优点 压缩天然气的应用还可解决管道施工困难的城市人口密集地区的清洁燃 料供应问题 从而有效提高城市气化率 解决部分需要天然气作为燃料 原 料 工业企业的用气要求 二 CNG 的性质 储存压力 20 25MPa 第 9 页 共 11 页 水露点温度 水露点温度 55 以下 其他指标同天然气 三 CNG 加气站工艺流程 略 四 CNG 减压站及子站工艺流程 略 第三部分第三部分 LNGLNG 工艺流程及基本原理工艺流程及基本原理 一 概述 LNG Liquefied Natural Gas 是天然气经过净化 压缩制冷而得到 162 的液态天然气 体积缩小了约 600 倍 适宜于长途运输和储存 LNG 比液化前的天然气组分更纯净 几乎不含水分 主要成份为 CH4 还 有少量 C H C H N 二 LNG 的性质 储存温度 145 162 储存压力 0 1 0 6MPa 液态密度 0 45t m3 4 其他参数同天然气 三 LNG 气化工艺流程 第 10 页 共 11 页 LNGLNG槽车槽车卸车柱卸车柱 空温式气化器 调压装置调压装置计量 加臭计量 加臭城市燃气管网城市燃气管网 LNGLNG储罐储罐 用户用户 BOGBOG加热器加热器 水浴加热器水浴加热器 各种燃料燃值及换算各种燃料燃值及换算 1 千克标准煤的热值为 29 308 兆焦 7011KCal 即 29 308 MJ Kg 7011 KCal Kg 气 1Nm3 1 24 Kg 1 千克焦炭的热值为 30 MJ Kg 7011KCal 1 度电 1KWh 的发热量为 3 6 兆焦 860KCal 即 3 6 MJ KWh 860 KCal KWh 气 1Nm3 10 12 KWh 重油的热值 10000 KCal 千克 即 MJ Kg 10000 KCal Kg 气 1Nm3 0 87 Kg 汽油的热值 10313 KCal 千克 即 MJ Kg 10313 KCal Kg 气 1Nm3 0 84 Kg 1 16L 柴油的热值 11014 KCal 千克 即 MJ Kg 11014 KCal Kg 气 1Nm3 0 79 Kg 0 96L 液化石油气热值 45 4 MJ Kg 即 45 4MJ Kg 10860 KCal Kg 气 1Nm3 1 25 Kg 天然气燃值 1 气田气 热值一般为 34 69MJ Nm3 8300 KCal Nm3 第 11 页 共 11 页 2 油田伴生气 热值一般为 45 47MJ Nm3 10878 KCal Nm3 3 凝析气田气 热值一般为 48 36MJ Nm3 11569 KCal Nm3 4 煤层气 热值一般为 36 37MJ Nm3 8700 KCal Nm3 5 矿井气 热值一般为 18 84MJ Nm3 4500 KCal Nm3 在一个标准大气压下 每立方米空气所具有的质量 千克 就是空气密 度 我们一般采用的空气密度是指在 0 摄氏度 绝对标准指