01天然气定义及状态参数报告

天然气基础知识主

讲:魏

兰二○一六年五月Basicknowledgeofnaturalgas各位新同事：

大家下午好!

按照公司人力资源部的安排，今天下午由我引领大家学习《天然气基础知识》。知识改变命运，技能左右生存，在竞争日益激烈的今天，只有不断加强学习，才能肩负起江西天然气快速发展的重任。

天然气基础知识可能大家都不陌生，但因为其易燃、易爆的特性，掌握天然气相关特性、管输天然气的技术要求、天然气安全相关知识至关重要。因此，希望大家能认真学习，通过这次学习，每个人都能对天然气基本理论知识有一定的了解和掌握，并在今后的工作中不断地丰富和提高。

一次能源及消费结构：

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，是在漫长的地质时期中，地球上大量的生物群（动物和植物)死亡后，在适宜环境中堆积起来，经过特定的物理、化学作用和成矿作用而形成的。

按存在形式可分为三类：固体可燃性矿产，如煤、油页岩等；

液体可燃性矿产，如石油等；

气体可燃性矿产，如天然气等。

前言

一次能源消费主要以石油、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的比例是世界平均水平24.5%，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%左右，远低于亚洲水平，是世界的1/5.亚洲的1/3。

根据国家能源发展纲要，到2015年我国天然气消费量力争达到8%左右，达2000亿方，占据石油的“半壁江山”，2020年将达到3500亿方,2030年将超过5000亿，成为第一大能源，因此天然气发展空间十分巨大。

（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。

一、天然气的定义和分类

（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。

依其成因和储存状态可分为常规天然气和非常规天然气:

常规天然气：包括单一相态的气藏气、气层气、油藏溶解气等。

非常规天然气：包括致密岩石中的煤层气、页岩气、深层气和天然气水合物。

常规天然气资源量全球约为600万亿方，按照现在开采速度可供人类开发利用200-300年；非常规天然气资源潜力非常巨大，近4000万亿方，仅其中的天然气水合物就是全球已知所有矿物燃料(煤炭、石油和常规天然气)资源量总和的2倍。

（三）天然气分类1.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——伴生气是与原油共生的，开采原油时伴生气与原油同时被采出，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。

2.按其烃类含量多少可分为干气、湿气、贫气、富气

（1）干气：是指甲烷的含量在90%以上的天然气。大部分气

田气都是干气。凝析油含量小于50g/m3。.（2）湿气：是指甲烷的含量在90%以下的天然气。油田气和大部分凝析气田气可能是湿气。凝析油含量大于50g/m3。（3）贫气：每一标准立方米的天然气中，C3（丙烷）以上烃类液体的含量不超过94cm3的天然气称为贫气（4）富气：每一标准立方米的天然气中，C3（丙烷）以上烃类液体的含量超过94cm3的天然气称为富气。

3.根据天然气中含硫量多少，可将天然气分为洁气和酸性气体洁气：通常是指含硫量低于20mg/m3的天然气，可直接进行管输和供用户使用。酸性天然气：是指含硫量大于20mg/m3的天然气，需要进行净化处理，才能达到管输标准的天然气。

按状态分类:1、标准天然气

是指标准状态下（0℃、1atm）的天然气。其绝对密度为0.71kg/m3，相对密度为0.59，平均热值36MJ/Nm3，约为8500千卡/Nm3。2.压缩天然气（CompressedNaturalGas简称CNG）

是指把标准天然气增大压力20MPa以上的天然气。主要应用气体可压缩性，根据气态方程，在温度不变的情况下，压力增大，体积缩小的原理，当压力在25MPa时，体积缩小为标准状态下的1/300。当压力在20MPa时，体积缩小为标准状态下的1/240。CNG热值一般38MJ/Nm3，约为9000千卡/Nm3。目前国内CNG缠绕瓶管束车最大充装天然气量可达7500Nm3；一般常用的八瓶管束车，水容积18m3，可充装4550Nm3，最大经济运输半径150公里，燃油百公里运费约为0.3元/方。以CNG为燃料的车辆叫做NGV（NaturalGasVehicle）。

3.液化天然气（LiquefiedNaturalGas简称LNG）

天然气在常压下，当冷却至-162℃时，则由气态变成液态，称为液化天然气（简称LNG）。LNG为低温液体，其体积缩小为同量气态体积的1/625，比重为0.425g/cm3，热值50MJ/kg，即12000千卡/kg。目前国内LNG低温槽车最大容积52.8m3，最高工作压力0.7MPa，最大充装天然气量3.3万Nm3，最大经济运输半径800Km，燃油百公里运费约为0.07元/方。

4.可燃冰(IceNaturalGas简称ING)

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、煤炭等的替代品。

是天然气在一定压力和温度下形成的固体结晶水合物，其外观为白色类似冰雪，化学式可表示为CH4·6H2或CH4·7H2O，密度0.9g/cm3，1方天然气水合物可释放170方的天然气。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,被称为能满足人类使用1000年的新能源。目前技术还不能解决海洋污染和海平面上升问题，因此还不具备开采可燃冰条件。

1、临界温度

当温度不超过某一数值，对气体进行加压可以使气体液化，而在该温度以上，无论施加多大压力都不能使之液化，这个温度就称为该气体的临界温度。气体临界温度越高，越易液化。

天然气是混合气体，为了区分单组分气体和混合气体的临界参数，将天然气各组分的的临界温度和临界压力的加权平均值分别称为视临界温度(Tc‘)和视临界压力(Pc’)

由于组成天然气的组要成分甲烷的临界温度低，故天然气较难液化；而组成液化石油气的碳氢化合物的临界温度较高，故较易液化。2.临界压力

在临界温度下，使气体液化所需的压力称为临界压力。

二、天然气相关术语、定义3、沸点

通常所说的沸点是指一定压力下液体沸腾气化时的温度。4.露点

在一定压力下，气体冷却出现液体时的温度。

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、水露点指天然气在一定压力下析出液态水时的最高温度；

ｂ、烃露点指天然气在一定压力下析出液态烃时的最高温度；天然气在地层中长期和水接触，含有一定量的水蒸汽，把每立方米天然气中含有水蒸汽的克数称为天然气含水量或绝对湿度，绝对湿度用e表示。一定压力、温度下，每立方米天然气中含有最大水蒸汽克数，称为天然气的饱和含水量。在采输气工程中，常用露点表示饱和含水量。露点就是在一定的压力下，天然气被水饱和时对应的温度。例如:某一天然气的露点为-5℃，则表示天然气在-5℃时处于含水饱和状态，只要天然气温度低于-5℃，就会凝析出液态水。

5.气化

物质从液态变成气态的过程叫气化。在其过程中，要吸收大量的热。气化过程中一般有两种方式：一是蒸发；二是沸腾。

蒸发：液体表面的气化现象叫蒸发。

蒸发现象有下列特征：①液体在任意情况下都可以蒸发；②蒸发现象仅发生在液体的表面。

同一种液体的蒸发速度与下列各种因素有关：①液体的表面积越大，蒸发越快；②液体的温度越高，蒸发越快；③液面上的气体排除得越快，蒸发越快④液面上的气体压力越小，蒸发越快。

沸腾：液体从内部表面同时气化的现象叫沸腾。6、液化物质从气态变为液态的过程叫液化7、凝固物质从液态变为固态的过程叫凝固。8、升华物质从固态不经液态直接变为气态的过程叫升华。9、熔化物质从固态变成液态的过程称为熔化。10、粘度

燃气是有粘滞性的,这种特性用粘度来表示。粘度是气体或液体内部摩擦引起的阻力。包括动力粘度和运动粘度,当气体内部有相对运动时,就会因为摩擦产生内部阻力。粘度越大,阻力越大,气体流动就越困难。

气体的粘度随温度的升高而增加,而液体的粘度则随温度的升高而降低。对于燃气,其分子间的吸引力很小,温度升高则体积膨胀,对分子间吸引力的影响不大,但增大了气体分子的运动速度,于是气体层间作相对运动时产生的内摩擦力就增大,即粘度增大。

11、燃气热值

燃气热值时指单位数量（1kmol、1Nm3或1kg）燃气完全燃烧时所放出的全部热量。单位分别为kJ/kmol、kJ/Nm3.kJ/kJ。燃气工程中常用kJ/Nm3.

燃气热值可分为高热值和低热值。高热值是指单位数量的燃气完全燃烧后，其燃烧产物和周围环境恢复至燃烧前温度，而其中的水蒸气被凝结成同温度水后放出的全部热量；低热值是指单位数量燃气完全燃烧后，其燃烧产物和周围环境恢复至燃烧前温度，而不计其中水蒸气凝结成时所放出的热量。

天然气的热值是指单位数量的天然气完全燃烧所放出的热量。

天然气的主要组分烃类是由碳和氢构成的，氢在燃烧时生成水并被汽化，由液态变为气态，这样，一部分燃烧热能就消耗于水的汽化。消耗于水的汽化叫汽化热。

将汽化热计算在内的热值叫全热值（高热值)，不计算汽化热的热值叫净热值（低热值)。

由于天然气燃烧时汽化热无法利用，工程上通常用低热值。天然气的热值12、着火温度

燃气开始燃烧时的温度称为着火温度，不同气体的着火温度不同。13.爆炸浓度极限

当燃气和空气（或氧气）混合后，如果这两种气体达到一定比例时，就会形成具有爆炸危险的混合气体。该气体与火焰接触时，即形成爆炸。但并非任何比例的燃气-空气混合气体都会发生爆炸，只有在燃气-空气混合气体中可燃气的浓度在一定范围时，气体才能发生爆炸，此范围是从爆炸下限的某一最小值到爆炸上限的某一最大值。14.压力单位

在工程上所说的压力，就是物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力。常使用单位有以下几种：

标准大气压

也叫物理大气压。大气对地球上的一切物体都有压力，这个压力相当于760毫米高的水银柱垂直作用在地面积上的压力（条件：0℃、重力加速度为9.81米/秒2、水银密度为13.5951克/厘米3）。

法定计量单位中的压力（压强)单位

表示压力的单位很多，使用和换算很麻烦，为此国家颁布了法定计量单位，规定压力（压强)的单位是帕斯卡，简称“帕”，符号是pa。其意义是1牛顿的力作用在1平方米

面积上的压力是1帕。

在一些场合还常使用液柱高度来表示压力的大小。液柱常用水银（汞)柱或水柱，常用的单位是毫米汞柱（mmHg)，毫米水柱（mmH2O)、米水柱（mH2O)等。

各单位间换算关系是：15.温度单位

物体的冷热程度叫温度。衡量温度高低的标准（标尺）叫温度。

国际上通用的温标有热力学温标。在欧美一些国家有的使用华氏温标。

热力学温标

热力学温标又叫绝对温标。它规定，物质的分子运动停止（即没有热量存在）时温度为绝对零度，以此作为热力温度的起点—零度。

热力学温标的符号是“T”，单位是开氏，符号是“K”。

热力学温标表示冰的融点是273.15K，水的沸点是373.15K.

摄氏温标

摄氏温标又称百度温度，就是在一个标准大气压下，把纯水的冰点定为零度，其沸点定为100度，在零度至100度之间等分为100份，一份为1度，单位符号"℃”，零度以上为正值，零度以下为负值。

华氏温度

华氏温度规定在一个标准大气压下，纯水的冰点为32度，水的沸点为212度，中间分为180等分，一等分为一华氏度，用"0F”表示。温度之间的换算关系

若用t［℃］表示摄氏温度，用t［0F］表示华氏温度，用T［K］表示热力学温度，则三者之间的换算关系如下:三、天然气的主要组分及状态参数

（一)天然气的主要组分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。

表征气体状态的常用参数有：密度：单位体积的物质的质量。Kg/m3相对密度：在相同的温度、压力条件下，天然气的密度与干空气密度的比值。压力：Mpa、Kpa、kg/cm2.psi等温度：K、℃、°F等另外，还有一些其他参数。（二)天然气的状态参数1.天然气的密度单位体积天然气的质量叫密度。式中：ρg—密度，kg/m3；m—质量，kg；v—体积，m3；气体的密度与压