液化天然气知识

1、液化天然气知识一、前言天然气是一种洁净、环保、使用方便的能源，在发达国家的能源结构中天然气已占25%以上，并有继续增长的趋势。在我国的能源结构中天然气仅占2%，与世界先进水平相差很大。近年来，随着人们生活质量的迅速提高、环保意识的提高，对天然气的需求日益增加，“西气东输”就是在上述背景下国家做出的重大决策。天然气是烃类与非烃类组成的复杂混合物。大多数天然气的主要成分是气态烃类，此外还含有少量的非烃类气体。天然气中含有的烃类通常以甲烷为主，还有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷以及少量的己烷以上烃类。天然气中含有的非烃类气体，一般为少量的、数量不等的氮气、二氧化碳、水蒸汽、硫化氢以及微量的惰性气体如氦、氩、

2、氙等。天然气中的水蒸气一般呈饱和状态。天然气的组成并非固定不变，不仅储集层中采出的天然气组成往往差别很大，甚至同一储集层中不同生产井采出的天然气组成也会不同。LNG是英文Liquefied Natural Gas的简称，即液化天然气：气田开采出来的天然气，经过脱水、脱酸性气体和重烃，然后压缩、膨胀、液化而成的低温液体。LNG的体积约为其气态体积的1/600，也就是说1立方米LNG液化后可得600立方米天然气，故液化了的天然气更有利于远距离运输、储存，使天然气的应用方式更灵活、范围更广。LNG从六十年代开始商业化至今已有30多年的历史，随着天然气液化技术不断进步，液化成本比20年前降低了50%，

3、大大增加了LNG与其他能源的竞争力，使LNG在国际天然气贸易总量中比例上升至25%，是当今世界能源供应增长速度最快的领域。国内LNG产业起步于90年代末，先后有上海LNG调峰站、中原油田LNG工厂投产，一批与中原LNG相配套的LNG应用工程也相继投入运行。而一批规模更大的LNG工厂和广东、福建、青岛等进口LNG接受终端都在紧锣密鼓地筹建中。可以预见，未来数年内，LNG将广泛应用于我国国民经济的各个领域。二、液化天然气的性质1.物性（1）主要组份LNG是一种无色、无味、无毒、无腐蚀性的低温液体，主要由甲烷组成，另外还含有少量的乙烷、丙烷、氮和其它天然气中常见的物质，其原料气是天然气、煤层气。不同

4、工厂生产的LNG具有不同的组份,主要取决于生产工艺和气源组份,按照欧洲标准EN1160的规定，LNG的甲烷含量应高于75%，氮的含量应低于5%。（2）密度 LNG的密度取决于其组份，通常为430470kg/m3，甲烷含量越高，密度越小。密度还是液体温度的函数，温度越高，密度越小，变化的梯度为1.35Kg/m3。LNG的密度可直接测量，但一般都是通过气体色谱仪分析的组份结果计算出密度。（3）温度LNG的沸腾温度也取决于它的组份，在大气压力下通常为-166-157，一般资料上介绍的-162.15是指纯甲烷的沸腾温度。沸腾温度随蒸气压力升高而升高，变化梯度为1.25×10-4/Pa，LNG

5、的温度通常是用铜/铜镍热电偶或铂电阻温度计进行测量。（4）LNG的气液体积比LNG的气液体积比是指LNG汽化为标准状态的天然气体积与LNG体积之比，通常所说的LNG气液体积比为625是纯甲烷的气液体积比，且其标准状态为欧美标准（温度为-15.5），按国内标准（温度为20）纯甲烷的气液体积比应为633。LNG的气液体积比也取决于它的组份，甲烷含量越高，气液体积比越大，气液体积比还是液体温度的函数，温度越高，气液体积比越小。（5）LNG的汽化潜热汽化潜热是指温度不变时，单位质量的某种液体物质在汽化过程中所吸收的热量。LNG（纯甲烷）的汽化潜热为122Kcal/kg，LNG的汽化潜热也取决于它的组份

6、，汽化潜热还是液体温度的函数，温度越高，汽化潜热越小。（6）LNG的热值、辛烷值热值又称卡值或发热量，即1g某固体或气体燃料完全燃烧释放出的热量。高热值是燃料的燃烧热和水蒸气冷凝热的总和，即燃料完全燃烧所放出的热量。低热值仅是燃料的燃烧热，即总热量减去冷凝热的差值。LNG的高热值（中原LNG,状态为101.325KPa、20）为9068kcal/ Nm3, 低热值为8213kcal/ Nm3,辛烷值ASTM为130（研究法）。2.特性（1）蒸发特性当LNG从已有的压力降低至沸点对应压力以下时，例如流经阀门，部分液体蒸发，同时温度也将降低到该压力下的新沸点，这种现象称为闪蒸。闪蒸气的组成与液相的

7、组成有较大差别，闪蒸气中低沸点组分的比例较多，例如氮的沸点为-196，比甲烷沸点-162低，比甲烷更易汽化进入气相。有人对储罐中气液两相的组成进行过测定，在液相中氮的浓度为0.3%、甲烷的浓度为87.7%（mol），而在气相中氮的浓度达9.7%、甲烷的浓度为90.3%（mol），氮在气相中的浓度为液相中浓度的32倍。若LNG压力为12×105Pa，温度为其沸点，估算时可认为压力每降低1kPa，1m3液体由于闪蒸能产生0.4kg的气体。这些蒸发气外泄时，由于温度很低，常在-100左右，气体密度大于空气。从环境吸热升温后，密度减小。在标准状态下，蒸发气的密度约为空气密度的0.6倍。（2）

8、泄露特性发生泄露时，LNG将与环境迅速换热、发生快速相变而汽化,单位体积的LNG能产生约600倍体积的气体。LNG泄露至地面上时，最初会猛烈沸腾，然后蒸发速率将迅速衰减至某个固定值。如果LNG泄露至大量的水中，水与LNG之间的热传递速率非常高，LNG将激烈地沸腾并伴随巨大的爆炸声、喷出水雾，这种现象称为冷爆炸。如果LNG泄露至少量的水中，LNG下面的水就会结成冰，蒸发速率下降至某个固定值。泄露并迅速汽化的LNG，最初的温度与LNG相近，其密度比空气大，沿地面流动。当LNG气体温度上升至约-80（与组分有关）以上时，密度将小于空气，向上运动。由于低温，空气中的水蒸气凝结产生雾云，雾云能扩散至很远

9、距离，它的流动方向直接表明了LNG气体的运动方向。（3）储存特性LNG在储罐内会出现分层现象，即密度不同的LNG占有不同的层位。分层的原因可能是新装入储罐的LNG和残留在储罐内的LNG密度不同，或LNG中氮含量较高（如3%），对流使氮组分移动至储罐液体表层，形成含氮量高的液体表层。储罐受热产生的自然对流又力求使罐内LNG密度均匀，这就产生了所谓的“翻滚”现象。翻滚使LNG在短时间内产生大量蒸气，导致储罐压力增高，有时造成安全阀开启。经验说明，控制LNG的含氮量使之不超过1%是防止罐内LNG翻滚的有效措施，此外还应采取措施使罐内液体混合均匀。（4）LNG的安全特性LNG是一种易燃物品，安全生产始

10、终应放在首要地位。在大气环境下，与空气混合时，天然气体积浓度在515%范围内是可燃的。LNG失火时，火焰表面的辐射功率很高，应防止消防人员灼伤。可以用高膨胀泡沫材料或泡沫玻璃块覆盖着火表面，降低火焰的辐射作用。推荐用干粉（最好是碳酸钙）灭火器处理LNG火灾，不能用水灭火。水只能用于冷却火灾周围的建、构筑物及泡沫的产生。LNG是一种温度极低的液体，与皮肤接触可造成类似烧伤的起疱灼伤。不得接触隔热层损坏的装有LNG的裸露容器和管道，否则极冷的金属会粘住皮肉。LNG又是极易汽化并且汽化后体积急剧增大的液体，任何装有LNG的封闭容器和管道应有泄压阀，以防超压。在有可能存在天然气的场合，应测量空气中氧含

11、量及烃含量，氧含量小于18%会使人窒息。进入可能含天然气区域的人员应佩带面罩、护目镜、防护服和手套等。三、液化天然气的优点1. LNG体积比同质量的天然气小625倍，极大的节省了运输、储存成本。2. LNG储存效率高，占地少，投资省。3. LNG是一种清洁能源，组份较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水，基本不产生污染，有利于保护环境，减少城市污染。4. LNG做为优质的车用燃料，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LNG。使用LNG的车辆尾气排放很小，国家还有一定的补贴。燃烧类型汽车尾气污染物相对量/%(以汽油各项指标排放为标准)一氧化碳碳氢化合

12、物氮氧化物颗粒悬浮物氧化铅其它有害物质汽油100100100100100100柴油20-4010-2045-60>1000无50LPG10-2020-4050-7060/细化无3-10CNG2-1010-2030-40少量无无LNG1-48-1825-35无无无同燃油汽车相比，应用LNG作为汽车燃料，可以综合降低废弃污染排放量70%以上，可以降低PM2.5值90%左右。5. 供气平稳：LNG作为气源供气时，一是建设气化站采用点对点方式供气；二是以气化站为气源建立局域网方式供气，与管道气相比，气源独立，可根据用户用量设定LNG储罐储量，不受上下游用户的影响，供气平稳性好。6. 热效率高：L

13、NG与管道气相比，在液化前需要去除水分、二氧化碳、氮气、硫化物和其它杂质，组分纯，热值高，是管道天然气的1.25倍，应用于工业燃气，无过多的氮气、水分和其它杂质参加燃烧，热效率高。7. 安全性好：LNG燃点高（650），爆炸极限窄（5-15%），汽化后相对密度为0.47-0.55，只有空气的一半左右。即使稍有泄漏，也会立即挥发扩散，在非受限空间内不存在爆炸的可能。且由于LNG的低温特性，一旦发生不安全事故，保温罐体漏热，液体会急剧蒸发向外部喷射气体，即使燃烧，也不会回燃，不存在爆炸的可能，安全性好。燃料类型燃点爆炸极限扩散性汽油4271.0%-7.6%不易扩散柴油2600.5%-4.1%不易扩

14、散LPG4662.4%-9.5%不易扩散CNG5955%-15%易扩散LNG6505%-15%易扩散四、液化天然气的用途1. 做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，运行又安全可靠，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，尤其是致癌的碳烟微粒。3. 做为冷源用于生产速冻食品，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。4. 做为工业气体燃料，用于玻壳厂、工艺玻璃厂、电厂、陶瓷厂等。五、液化天然气产业链天然气液化系统主要包括天然

15、气的预处理、液化、储存、运输、利用这5个子系统。一般生产工艺过程是,将含甲烷90%以上的天然气,经过“三脱”(即脱水、脱烃、脱酸性气体等)净化处理后,采取先进的膨胀制冷工艺或外部冷源,使甲烷变为 -162的低温液体。1.天然气净化指脱水、脱酸、脱重烃的工艺过程。天然气中水分、苯及C6+重烃的存在会造成严重的后果：水分与天然气在一定条件下形成水合物阻塞管路，影响冷却液化过程；另外由于水分的存在也会造成不必要的动力消耗；由于天然气液化温度低，水、苯及重烃的存在还会导致设备冻堵，故必须脱水、脱苯和重烃。天然气中CO2和H2S在水存在的情况下会严重腐蚀管线和设备，缩短使用寿命。在液化天然气装置中，CO

16、2易成为固体析出，冻堵设备，同时CO2不燃烧、无热值，所以运输和液化都是不经济的。天然气中极少量的汞成分 ( 包括单质汞、汞离子及有机汞化合物) 的存在 , 就会造成铝合金材料设备的腐蚀。它还会引起催化剂中毒 ,造成环境污染以及检修过程中对人员的危害等不良后果。2.天然气的液化流程有不同的形式，以制冷方式不同，可分为阶式制冷工艺、混合制冷工艺、带膨胀机的液化工艺。本厂采用混合制冷工艺中的闭式循环制冷工艺，制冷剂由CH4、N2、C2H4、C3H8、C5H12组成，冷剂经过压缩、冷却、冷凝、节流汽化，然后给天然气液化及自身提供冷量。3.LNG的储存和运输在整个LNG链从生产到销售，都是十分重要的环

17、节和基础设施。LNG的温度在-160以下，为了保冷，工厂储罐和运输油轮储罐都必须采用特殊材料建造。LNG的储存方式有储罐储存和岩腔中储存，储罐储存是最主要的储存方式。LNG储罐分地面储罐和地下储罐两种，LNG储罐形式的选择取决于投资费用、安全因素、工厂位置、地震、土壤沉降、设备材料等诸多因素。液态天然气在低温、常压下储存，低温储罐通常是由內罐和外罐构成，中间填充隔热材料。（1） 內罐 內罐又称为“薄膜罐”，是由薄低温钢板制成的具有液密性、可挠性的容器。用作薄膜的材料必须具有在低温条件下不脆化的特性，并具有足够的韧性与良好的加工性能，通常采用镍钢、不锈钢或铝合金。（2） 隔热层 隔热层起着减少汽

18、化量缩小罐体内外壁温差、减轻由此产生的温差应力的作用，还具有固定“薄膜”的功能。因此要求隔热层的热导率小、而且具有足够的强度。能满足这些条件的材料有硬质泡沫氨基甲酸乙酯、泡沫玻璃、珍珠岩以及硬质泡沫酚醛树脂等。液化天然气注入罐内后，內罐壁就会收缩，反之液化天然气完全被排出后，罐内温度逐步上升，內罐壁随之升张。填充在內外罐之间的粉末状隔热材料，由于內罐壁的反复胀缩变得严实。因此在靠近內罐处必须敷设一层伸缩性强的隔热层，此隔热层的壁厚与內罐壁的胀缩相适应，并在內罐壁胀缩时起缓冲作用，保证储罐安全运行。（3）外罐 外罐又称罐体，能承受各种负荷的外壳，它必须具有足够的强度。根据所用材料不同可以分为冻土壁、钢制壁、钢筋混凝土壁及预应力混凝土壁几种。关于天然气的运输，从经济性考虑，供需两地之间的距离在40007000km范围内，管道能直达的地区，以管道输送为好；在超过上述距离、管道难以直达的情况下，则采用液化天然气形式由LNG槽船运输。关于LNG的运输，概括